商丘云水资源分析及增雨效益评估

李柯星 (河南省商丘市气象局，河南商丘476000)

商丘位于河南省最东部平原地区，受太阳辐射、东亚季风环流等因素的综合影响，形成了典型的大陆性季风气候，具有四季分明、雨热同期、旱涝不均的气候特点。自然降水是影响干旱的最主要因子，最大蒸发量与降水量之比为1．1∶1．0，蒸发量大于降水量，常造成严重的干旱，地表及地下水资源也很贫乏。因此，研究商丘干旱和降水气候特征，进行云水资源及增雨效益分析，是科学而有效的途径之一［1－6］，为增雨作业提供物理依据。笔者在此利用商丘市1960～2014年气象资料，采用气候统计方法，研究了商丘市干旱和降水气候特征，以及人工增雨潜力和效益评估。

1 商丘干旱特征

1．1 干旱的年代际变化 从年代际变化分析，干旱灾害年份具有持续出现的特点，1971～1980年干旱发生的频率为10年6遇，中旱、重旱、特旱频率相同，均为2次;1981～1990年干旱发生的频率为10年10遇，中旱、重旱、特旱频率亦相同，均为3次;1991～2000年干旱发生的频率为10年7遇，其中重旱2次、特旱5次;2001～2010年干旱发生的频率为10年9遇，即轻旱1次、中旱4次、重旱4次。从不同干旱类型发生的频率来看，轻旱为6．3%，中旱为28．1%，重旱特旱为65．6%，干旱年发生的频率为80%。由此可知，商丘是干旱的多发和重发区，其中20世纪70～90年代重旱、特旱增多，危害加重;20世纪90年代～2010年特旱减少，中旱、重旱增多，干旱的发生频率增加。

1．2 干旱的季节变化 商丘每年四季均有不同程度的干旱发生，有春旱、初夏旱、伏旱、秋旱、冬旱和秋冬连旱。

1．2．1 春季。春旱发生的频率最高，出现次数最多。春季降水有明显的周期性，春季旱年多于涝年。20世纪80年代以后春旱发生的频率逐渐增加、干旱程度加重，极端春旱的年份有 1962、1965、1968、1970、1971、1978、1981、1986、1987、1989、2000、2001、2005、2011 年，尤以 2001 年降水最少，一半以上的县、市降水量不足10．0 mm，民权仅6．7 mm。

1．2．2 夏季。夏季由于降水时空分布不均，旱涝交替出现，即易出现暴雨，也易发生干旱。极端干旱的年份有1966、1968、1969、1975、1983、1986、1988、1991、1993、1997、1999、2002、2008、2011年，尤以1966年降水最少，大部分县、市降水量不足200 mm，虞城降水量仅为107 mm，全区均出现了历史上的特大干旱。

1．2．3 秋季。秋季降水有明显的周期性，最为明显的有2～3 年，极端秋旱的年份有 1965、1966、1971、1973、1976、1988、1989、1990、1991、1994、1998、2001、2002、2007、2008 年。秋季降水极端偏少的年份出现在1998年，1998年成为有气象记录以来秋季降水极小值，全市平均降水量为14．6 mm，睢县仅5．6 mm。

1．2．4 冬季。冬季雨雪偏少的年份有 1961、1962、1965、1967、1969、1973、1976、1980、1981、1982、1983、1985、1987、1993、1995、1996、1998、2008、2011 年，1976 年冬季降水最少，除永城外所有县、市降水量均2 mm以下，55年的资料表明干冬多于湿冬。

2 商丘市降水特征

2．1 年降水特征 商丘各县年降水量有较大差异，空间分布不均，全市年均降雨量为774 mm，夏邑雨量最多，为766 mm，民权最少，为678 mm，两地年均雨量相差88 mm。年降水量另一特征是年际变化大、稳定性差，如年最大降水量为1 246．0 mm(2003 年)，年最小降水量 322．7 mm(1966 年)，全市年降水变率为16% ～22%，降水变率大(图1)，易造成旱灾和涝灾。

2．2 季降水特征 由图2可见，近55年商丘各季降水量分布不均，夏季(6～8月)降水量最多，为430 mm，冬季(12月～次年2月)降水量最少，为44 mm，春、秋两季降水量差异不大。

2．3 月降水特征 从图3可看出，商丘各月降水量呈单峰型分布，7月份降水量最大，为193．7 mm，1月份降水量最少，为13．0 mm，1～7月降水量递增，7～12月降水量递减。

2．4 3～11月小雨日数分布 分析商丘小雨降水日数可知，7月份最多，为8～9 d，11月份最少，为4～5 d。夏季(6～8月)降水日数最多，为6～9 d;秋季(9～11月)最少，为4～7 d;春季(3～5月)为5～6 d。此外，降水日数地理分布不均，东部大于西部。

3 增雨潜力分析

根据商丘市增雨作业条件分析，商丘市春、夏、秋季(3～11月)均可开展人工增雨作业。从区域分布来看，中部地区比率最大，即可供作业日最多，相对增雨潜力最大，西部次之，东部增雨潜力较小。从月、季分布来看，6月份比率最大，即可供作业日最多，其相对增雨潜力最大，8月份最少，其增雨潜力最小;春季比率最大，即可供作业日最多，其相对增雨潜力最大，秋季次之，夏季增雨潜力最小。如果商丘市空中水资源利用率增加一个百分点，则平均年增雨138 mm。

由雨日条件分析可知，商丘西部人工增雨春季可作业日数为3～4 d，夏季为2～4 d，秋季为2～4 d;中部春季为3～4 d，夏季为2～4 d，秋季为2～3 d;东部春季为2～3 d，夏季为2～4 d，秋季为3～4 d。

4 经济效益和社会生态效益评估

4．1 经济效益 国内外研究表明人工增雨可以增加5% ～25%的降水量［7－10］。商丘市通过对2005～2014年作业实例进行分析，特别是选取在同一天气系统影响下某一站点实施增雨与相邻县自然降水作对比分析，发现增雨的潜力很大。全市累计作业40次，共出动1 206门炮次，发出炮弹16 263发，累计增水35．1亿t，受益面积达532 253 km2，共创经济效益12．53亿元，投入与产出比约为1∶30。

4．2 社会生态效益

4．2．1 增加水资源量。水资源总量增加可降低水污染防治及节水工作的难度，可以优化水资源配置，协调城市生态建设、人民生活、工农业发展和水资源的关系，缓解水资源短缺矛盾，对于城市的可持续发展、改善生态环境具有重要意义。

4．2．2 改善生态环境。开发利用空中水资源，增加区域降水量，增加河水径流量，改善水分循环状况，有利于缓解制约社会经济发展和生态建设的水资源短缺等突出矛盾，对于干旱地区经济的可持续发展、改善生态环境具有重要意义。

4．2．3 提高社会可持续发展程度。进行云水资源开发研究，使水资源能够适应国民经济迅速发展的需求，将增强社会可持续发展程度，为社会经济的发展带来巨大的效益。

4．2．4 改善空气质量。增加降水，可增大空气湿度，减少空气中的尘埃，提高大气清洁度，减轻环境污染，提高人民生活质量。

5 小结

商丘干旱年份具有持续出现的特点，干旱年发生的频率为80%，四季均有不同程度的干旱发生，春旱发生的频率最高;年降水量有较大差异，降水变率大，各季降水量分布不均，夏季最多，降水日数为6～9 d，春、秋季次之，冬季最少;各月降水量呈单峰型分布，7月份降水量最大，降水日数最多为8～9 d;从月、季增雨条件来看，春、夏、秋季均可开展人工增雨作业，6月份可供作业日最多，相对增雨潜力最大，8月份最少，增雨潜力最小，人工增雨社会生态效益和经济效益显著。

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