人工增雨（雪）效果评估方法探索

刘伯华，马晓龙，曹建新

（1. 廊坊市气象局，河北 廊坊 065000；2. 燕山大学 信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004；3. 秦皇岛市气象局，河北 秦皇岛 066000）

人工增雨（雪）效果评估方法探索

刘伯华1，马晓龙2，曹建新3

（1. 廊坊市气象局，河北 廊坊 065000；2. 燕山大学 信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004；3. 秦皇岛市气象局，河北 秦皇岛 066000）

人工增雨（雪）常用的评估方法为统计检验和物理检验，统计检验需要大量试验样本，且随机化试验在我国难以实现，大量样本无从获得。物理检验目前主要是雷达观测演变状况和飞机直接观测云内微物理参数，由于技术和能力有限，这些方法都难以实现。为了在人工影响天气作业后尽快得出评估结果供政府及环境保护等部门参考，利用雨滴谱记录数据对一次人工增雪作业后的效果进行了评估，发现这些数据在没有常规降雪记录情况下具有一定的参考价值。从评估结果看，人工增雪作业后，降水强度有明显增大的趋势。

人工影响天气；效果评估；雨滴谱；数据分析；应用；环境保护

我国的人工增雨（雪）工作在改善生态环 境、增加有效降水等方面取得了显著成效，得到各级政府及社会各界的广泛关注和大力支持，但其科学严谨的效果评估难以实现，目前常用的评估方法是统计检验和物理检验[1]。统计检验需要大量试验样本，而且随机化试验在我国难以实现，物理检验由于技术和能力有限也难以实现。本研究利用雨滴谱记录数据对一次人工增雪作业后的效果进行了评估总结。

1 雨滴谱监测资料在一次人工增雪效果评估中的应用与分析

自然降水粒子谱分布形式与人工催化以后的降水粒子谱形式理论上应当具有较大的差别，人工增雨作业降水滴谱变化物理响应和降水强度时间变化响应都有明显的区别。如果能够实时监测到这些差别，就能够对人工催化的有效性进行论证。同时无论是自然降水还是人工催化降水的强度、时间变化能够被精确记录，也有益于分析作业效果[2]。目前加密气象雨量站和自动气象站对液态降水的测量和数据存储基本上能满足实际工作及科学研究需要，但当前固态降水的气象观测还只是以每天几次定时人工观测为主，实时自动气象记录少，对于固态降水的时间和空间的观测还不能满足需要。因此，对2013年1月20日凌晨的人工增雪作业后的效果分析只能使用HSC-PS32雨滴谱监测数据进行初步评估。

1.1 降水概况

地面气象观测记录显示，2013年1月19日夜间开始至21日早晨廊坊市普遍出现中雪天气，全市平均降雪量为2.8 mm，最大降雪量出现在霸州，为4.0 mm。具体降雪量及雪深分布见表1。

由表1可知，从2013年1月19日夜间到20日夜间廊坊市普遍出现中雪天气过程，中北部较小，北部主要降水出现时间较中南部晚，即降水是从南向北陆续开始的，但各个时刻的降雪量在常规气象监测中没有记载。

表1 廊坊市2013年1月20日08∶00及21日08∶00降雪量及雪深气象观测记录

从廊坊观测站雨滴谱仪（简称LF002号）的测量数据可知，2013年1月19日夜间3：49开始记录小雪，3:56出现0.01 mm降水量记录，说明从3:49开始有降水粒子直径达到0.2 mm或以上，随后在5:20～7:55没有降水记录，7:56又开始记录小雪，降雪直到14：42结束，期间出现过中雪和毛毛雨、阵雨等记录，其中，中雪出现16 min，小雪354 min，小阵雨或毛毛雨出现86 min。分钟降水量累计1.1 mm，比人工观测降水量数据少0.4 mm。从广阳区安装的雨滴谱仪（简称LF001号）的测量数据可知，2013年1月19日夜间3:58～5:14有小雪记录，说明从3:58开始有降水粒子直径达到0.2 mm或以上。随后在5:15～7:47没有天气现象记录，7:48又开始记录小雪，直到14:55结束，期间出现过中雪和毛毛雨、阵雨等记录，其中9:32～10:24降水最为明显，记录的中雪等级最多。分钟降水量累计1.8 mm。

由于目前夜间时段没有人工地面气象观测[3]和其他仪器观测来记载降水的开始和结束时间、降水强度和降水量，上述2部雨滴谱监测仪的观测数据可视为实际降水情况。

1.2 增雪作业效果分析

根据天气预报和雷达观测资料，全市于2013 年1月19日已做好了火箭人工增雪的准备。20日凌晨，廊坊市人工增雨指挥判别指标中强度为15 dBz的雷达回波移近市区[4]，由于目前地面观测站夜间没有天气现象记录，所以，人工增雪指挥人员于3:15左右观察云天时，目测和体感有细小雪晶飘散，此时可记为降雪开始时间（目前没有降雪开始时间任何气象记录可查），随后指挥8个作业单位陆续实施了作业。2013年1月20日4:19～9:40，全市自南向北先后实施增雪作业，共发射火箭弹55枚，实施较早的是永清和霸州。

一般火箭的影响面积为200 km2，在当时700 hPa引导气流作用下，选取其下游作为影响区域，并选取作业后6 h（4:20～10:19）[5]两个雨滴谱观测资料，从361 min的LF001号的分钟测量数据看，出现毛毛雨或小阵雨记录有11 min，出现小雪记录151 min，出现中雪记录40 min，无降水记录159 min。从每分钟的测量记录情况分析得知，共有168 min保持了0.01 mm的降水量，有6 min保持了0.02 mm的降水量。5:01～8:11期间无降水记录，9:30～10:20为降水连续且降水强度较大时段。

图1 4：20～5：00分钟降水量

图2 8：12～10：17分钟降水量

图1显示，4:20～5:00期间，有4个时刻记录下分钟降水量从0.0 mm增加到0.01 mm的现象。图2显示，8:12～10:17期间,有6个时刻记录下分钟降水量从0.01 mm增加到0.02 mm的现象，说明在增雪作业后的这些时刻降水强度有明显增大的趋势。

由多普勒天气雷达回波资料分析[6]，20日3:00，回波15 dBz的云已接近廊坊，目测降雪开始（夜间没有观测，故没有观测记录）；3:12，回波15～25 dBz的云正向廊坊市区移近，此时，作业人员已赶往作业点；永清和霸州于4:20分左右实施了作业； 4:18，15～25 dBz云层覆盖廊坊市，作业时机最合适；4:48资料，回波面积增大，强度加强，特别是20～25 dBz的云范围增大明显。但这种评估分析只能是宏观分析，定量困难，从雷达降水1 h估算资料分析，整个过程廊坊市都处于无降水区，与实况不符。

2 雨滴谱监测资料的可信性分析

由于雨滴谱监测资料积累不多，还没有对其与实况资料的差异进行检验分析。本研究只对一次加密雨量观测站资料缺测情况下雨滴谱观测数据与降水实况进行了对比。2013年8月21日凌晨，廊坊市出现了小阵雨天气，且LF001号所在地点实际出现了降水（早晨地面有积水），但在同一地点的广阳加密雨量站没有监测降水记录，实况确有降水，且临近观测站均有降水记录。HSCPS32雨滴谱监测仪与广阳加密雨量站在同一地点，其监测数据显示，降水出现在3个时段，其中，1：11～1：54时段以小雨为主，其间1：13～1：27为中雨，2：44～2：46段以小雨或阵雨为主，3：31～3：44段出现了小雨和小毛毛雨。从分钟降水量看，主要降水量集中在1：15～1：25之间，此时降雨强度最强，达中雨。累计降水量0.3 mm，而相临近自动雨站观测到的降雨量为万庄镇0.3 mm，气象局（廊坊市区观测站）0.2 mm，落垡镇0.2 mm。由此可以推断，HSC-PS32雨滴谱监测到0.3 mm的降水数据与实际降水量差别不大，具有一定的可信性。

3 雨滴谱数据说明

HSC-PS32雨滴谱监测仪是一种采用现代激光遥测技术的降水过程监测纪录分析设备，它有一个能够发射水平光束的激光传感器，其变送器和接收器集成在防护罩中，应用激光原理对运动物体进行测定，可以对各种降水过程（毛毛雨、小雨、大雨、冰雹、雪花、雪粒、雨夹雪等）进行精确监测。测量固态粒径范围为0.2～25 mm，液态粒径0.2～5 mm，测粒子速度范围为0.2～20 m/s，粒子等级1 024种（32种直径×32种速度），降雨降雪等级区分度＞97%，可测量最小强度0.001 mm/h的毛毛雨。系统软件可统计所有的降水粒子在速度和粒径上的分布（绘出雨滴谱图）。以文中用到的天气现象记录格式举例，如表2所示。

下面是几种SYNOP电码记录规则举例。液态降水：每小时降水强度小于或等于0.2 mm记为小毛毛雨，SYNOP电码为51；每小时降水强度小于或等于0.2 mm记为小阵雨，SYNOP电码为57；每小时降水强度小于或等于0.5 mm记为小雨，SYNOP电码为61；每小时降水强度0.5到4.0 mm记为中雨，SYNOP电码为62。混合降水：每小时降水强度小于或等于0.5 mm记为小雨夹雪，SYNOP电码为67。固态降水：每小时降水强度小于或等于0.5 mm记为小雪，SYNOP电码为71；每小时降水强度0.5到4.0 mm记为中雪，SYNOP电码为77。

表2 雨滴谱仪观测记录格式

4 结语

HSC-PS32雨滴谱监测仪在廊坊市只安装了2部，其记录不能代表大范围降水情况，因此不适用于进行大面积的降水分析，只能作为个别代表进行分析以供参考。HSC-PS32雨滴谱监测仪观测的降水量与当前的自动雨量站观测和人工观测的数据均有一定差别，还有待于进行误差分析。

[1]蒋年冲，曾光平，袁野，等.夏季对流云人工增雨效果评价方法初探[J].气象科学，2008，28（1）：100-104.

[2]郭艳君，熊雄，李德俊.激光粒度气象仪Parsivel在人工影响天气作业中的应用[J].科技广场，2010（1）：231-234.

[3]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，1979.

[4]刘伯华，马晓龙，曹建新，等.人工增雨指挥系统构建与研究[J].中国环境管理干部学院学报，2013，23（4）：34-37.

[5]高树俊.一种人工增雨效果评估简便设计方法[J].山东气象，2003（4）：39-40.

[6]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2005.

（编辑：周利海）

Research of Artificial Rainfall(Snow)Evaluation Methods

Liu Bohua1,Ma Xiaolong2,Cao Jianxin3
（1.Langfang Meteorological Bureau,Langfang， Hebei 065000,China；2.college of information science and engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei 066004,China；3.Qinhuangdao Meteorological Bureau,Qinhuangdao,Hebei 066000,China）

The commonly used methods of artificial precipitation are statistical tests and physical examination.The statistical tests method needs a large quantity of samples,which make the randomized experiments difficult to achieve in our country because there is no way to get a large number of samples.The physical examination method is mainly to observe the changing situations by radar and observe the microphysical parameters by aircraft.Due to limited technology and capacity,those methods are hard to achieve.In order to get the assessment results to provide reference for the government and environmental protection authorities after the artificial weather modification,used the raindrop size distribution data to evaluate the effect of the job,it turned out that these data have some reference value in the case of absence of regular snowfall.It was concluded that after the artificial snow operation,the rainfall intensity tends to increase significantly.

weather modification；effect evaluation；raindrop size distribution；data analysis；application；environmental protection

P481

A 文章编号：1008-813X（2014）05-0004-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2014.05.09

2013-06-13

刘伯华（1963-），女，河北廊坊人，毕业于成都信息工程学院大气科学专业，高级工程师，主要从事大气物理与环境方面研究。