阜新地区人工增雨作业系统及作业条件

孙可+孙宝利+张旭

摘要：通过对60年来降水资料统计分析，阜新地区春夏干旱有加重趋势，安全高效地开展人工增雨作业符合地方经济发展的需求。通过对影响阜新地区降水的天气系统进行分析，总结人工增雨作业条件、作业时机、作业部位，充分利用气象服务产品，科学地开展人工增雨作业，有效地开发高空云水资源，缓解阜新地区干旱状况。

关键词：人工增雨；降水；作业条件；阜新

基金项目：《阜新市人影网络版业务工作平台开发与应用》（FQX-2016-10）

中图分类号： P481 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.01.037

作为辽宁省西部城市，阜新市属全省干旱最严重地区之一。人工增雨是投入少、效率高、开发云水资源缓解农业旱情的有效途徑之一。人工影响作业结束后，增雨效果及催化剂的用量、作业时机和方法等，都需进一步分析研究。笔者从阜新地区气象资料中，进一步分析增雨天气类型及增雨催化方法、时机和部位，为提升人工增雨作业指挥精细化水平积累资料。

1 春夏降水量变化特征

资料取自阜新市的阜蒙县和彰武县2个气象观测站观测站1951年～2010年（60年）的观测值，两个站降水量求算术平均值作为阜新地区降水量。按季节划分，采用线性趋势分析计算降水倾向率。

1951年～2010年阜新地区年降水量平均值为506.6毫米，降水量以10.7毫米/10年的速率呈逐年递减的趋势。

1.1 春季降水量变化特征

阜新地区春季的平均降水量为73.8毫米，全国春季平均降水量为265.1毫米，是阜新地区的大约4倍。阜新地区常年持续春旱，自上世纪90年代以来，春季平均降水量仅有70.2毫米，春旱程度越加严重。近60年来，1998年的春季降水最多，阜新平均降水量为151.3毫米；2003年最少，降水量仅有15.9毫米。

1.2 夏季降水量变化特征

阜新地区夏季平均降水量是350.5毫米，占全年降水的69%以上。夏季降水呈逐渐减少的趋势，以6.6毫米/10年的速度在递减。80年代以前夏季降水量最多出现在1964年（556.5毫米），80年代之后异常偏少的年份则明显增多[1]。

统计分析显示：阜新地区春夏干旱呈加剧趋势，对天气系统适当地开展人工增雨作业，是阜新农业气象防灾减灾中有效的措施之一[2]。

2 人工增雨作业系统

通过对气象资料归类分析，影响阜新地区降水的主导天气系统有东北冷涡、高空槽、副热带高压后部、华北低压和冷锋云系[3]。

2.1东北冷涡

东北冷涡是强对流天气的重要天气系统，是影响阜新地区降水的最主要的原因。东北冷涡在阜新地区降水条件较好，大多在6～9月出现不稳定的雷雨天气，一般维持3天左右，个别可多达6～7天。由于东北冷涡是个深厚的天气系统，移动缓慢，维持时间比较长，以层积混合云层出现，阜新地区适合地面火箭增雨作业，作业部位为冷涡的前部附近。

2.2高空槽

高空槽按类型不同有多种分类方法，如果按照温度槽和高空槽位置不同分为后倾槽和前倾槽。后倾槽的槽线随高度向移动的相反方向倾斜，随着温度槽位置的前移，高空槽继续加深，平流作用加强，槽前范围内气流辐合上升，水汽条件充沛时，产生稳定性云系，这种槽影响的降水在700 hPa或500 hPa的槽线前方，一般为层状云降水，比较适合飞机、火箭同时增雨作业，作业部位为槽线的结合部位和地面气旋的顶部。前倾槽的槽线随高度向移动的相反方向倾斜。高空槽有移动速度快，降水范围较窄且多发生在低层槽附近等特点，多产生雷雨、冰雹等不稳定天气，雨量分布极不均匀。前倾槽只适合地面火箭增雨作业。

2.3副热带高压后部

副热带高压后部降水多发生在高压的西北边缘，高空冷空气较强时可产生对流天气，由于后部的高压系统稳定，水汽条件充沛，降水时间持续较长，多为稳定性降水，云中含水量大，降水持续时间长，适合开展飞机、火箭联合增雨作业，作业部位为气旋顶部。

2.4华北低压

阜新地区受华北低压的影响，有高空槽自河套地区东移，在东边海上可能受高压阻挡，使倒槽移动较慢。而弱冷空气在蒙古高压的前方下滑，在倒槽内水汽辐合上升，在华北地区可能出现低压。阜新处于东北方，东南气流有丰富的水汽输送，产生的降水量较大。这种类型的天气系统一般在高空气流很小波动，气流也较为平直，较适合飞机增雨作业，非常适合地面火箭增雨作业。

2.5冷锋锋面

地面有冷锋锋面过境阜新地区，高空有南北向的大槽，个别时有闭合的低涡，其中心位置在55°N左右。这类降水一般较分散且分布不均，多为阵性降水，飞机和火箭增雨作业的时机都不容易把握。

3人工增雨作业条件判断

3.1判断作业部位

飞机增雨作业的过程针对积状和层状混合云中较稳定的部位进行催化作业。在雷达回波上表现为大范围、长时间、均匀成片的回波，强度多小于40 dBZ。这类回波可带来小到中雨或中到大雨的降水。火箭增雨作业过程针对不稳定的积状云部位进行催化作业。根据雷达回波选择目标云的中上部播撒作业，作业适宜高度多在3000～6000米之间。

3.2判断作业时机

移动缓慢或稳定维持的天气系统，虽然强度不强，高度不高，但可能会造成大范围、分布均匀的小到中雨或中到大雨。移动较快的降水天气系统，虽然强度很大，但时间短，也能造成较大的降水。在系统移动缓慢或稳定维持且处于发展或成熟阶段，实施人工增雨作业效果较佳。从雷达监测看，在降水回波出现前及降水回波减弱消散阶段，均不宜实施人工增雨作业。

3.3 判断不稳定天气和云层

飞机增雨作业的特点是作业范围大、作业时间长，但飞机在不稳定的天气系统条件下不适合作业。必须要判断不稳定云层出现的时间，把握作业时机和部位开展作业。在雷达回波中强度超过35dBZ的回波多为不稳定的降水回波，且范围比较大，不适合开展飞机增雨作业，最好开展火箭增雨作业。

4 阜新地区人工增雨实例

4.1降水实况

受高空槽影响，2015年6月28日20时～29日20时，阜新地区普降中雨，全市平均降水量18.0毫米，其中，阜蒙县平均20.9毫米，彰武县平均13.6毫米。这场降水不仅缓解了该市前期旱情，同时由于降水平缓、持续时间较长，对水库蓄水、提升地下水位、改善生态环境都非常有利。

4.2天气背景

6月28日08时观测资料可知，500hPa高空槽处于内蒙古中东北部西北部上空，为东北——西南走向。对应850hPa风场切变线走向基本与500hPa高空槽一致，位置较之偏东，处于阜新西北部系统上游区。配合高空形势，地面为东北——西南走向、南北横跨超过2～3个纬度的狭长低压辐合区，阜新受槽前西南气流的影响。预报显示：未来12～36小时（28日20时～29日20时），降水天气系统将加强缓慢东移，受其影响，阜新地区自西向东将出现一次明显降水天气过程，降水特点是强度适中、持续时间长且分布均匀，适合开展人工增雨作业。在东北区域气象中心中尺度数值预报平台上，阜新地区云顶高度、云底高度、云顶温度、e-Ei、液态水含量、抬升指数、K指数等人影作业指导产品的预报，均与省、市气象台预报意见一致。

4.3科学开展人工增雨作业

6月29日04时，指挥人员从红外、水汽卫星云图上发现降水云系距离阜新西北边界很近，且强度逐渐加强。雷达云体回波强度有所加强，正朝阜新方向移来，预计2～3个小时将影响阜新地区。指挥员立即通知6辆火箭增雨车开往指定作业点。

通过气象资料和人影指导产品分析，人工增雨作业时间适宜选择在29日06时～17时，最佳时段应在07时～11时。通过温度露点差判断云区，云底在1公里左右，云顶大约在4.2公里左右，为积层混合云降水性质，大气层结较为稳定。在2.5公里～4.0公里云层内，温度在-2.5℃～-14℃之间变化，e-Ei>0曲线在1.5公里～2.5公里高度间上下摆动，通过反演雷达资料计算的液态水含量相對大值区在1～3公里区域内，含水量大约在0.01克/立方米左右，均满足阜新人工增雨作业区指标，增雨作业催化剂的播撒高度应在2.0公里高度层以上进行。按照火箭发射仰角、高度关系技术参数要求，火箭发射仰角应在55°～60°之间，55°为最佳发射仰角。29日06时15分，降水云系进入阜新西北区，出现强度为5～10dBZ的雷达回波。由于水汽含量充足的主体云系未到，1小时降水量只有0.2毫米。随着云系逐渐东移加强，07时45分，雷达图上游区30～35dBZ强回波已经进入作业点影响范围，同时地面降水明显加强，人工增雨时机已经成熟。随着指挥员“作业开始”指令的发出，此次人工增雨作业全面展开。

本次增雨作业全市共出动6辆火箭车，从29日07时45分开始到11时结束，共发射火箭弹48枚，经测算增雨量为0.3亿立方米，增雨效率为16.7%，取得了良好的增雨效果。

5结语

阜新地区年降水量以10.7毫米/10年的速率在减少，春旱和夏旱对阜新农业产量影响较大，对天气系统适当地实施人工增雨作业，是阜新农业气象防灾减灾中的有效保障措施之一。通过对气象资料归类分析，影响阜新地区降水的主导天气系统有东北冷涡、高空槽、副热带高压后部、华北低压和冷锋云系。增雨作业最佳部位在云层的中上部，高度3000～6000米，在天气系统发展到成熟阶段开展增雨作业效果最佳，根据不同的天气系统类型选择合理的增雨方法，确保作业安全有效。

参考文献

[1]张旭，蒋娇娇.阜新地区1951-2010年降水变化特征[J].气象与环境科学，2012，35（03）：66-70.

[2]田鹏波，赵凤，魏晓琳，等.沈阳东陵区降水变化特征对农业的影响[J].安徽农业科学，2010，38（10）：5173-5175.

[3]孙宝利，张旭，孙可，等.阜新地区人工增雨潜力分析与对策研究[J].中国农学通报， 2015（09）：237-246.

作者简介：孙可，本科学历，助理工程师，研究方向：人工影响天气研究。