贵州省2018年5月3日飞机增雨作业个例分析

贺 艺，许 弋，文继芬，李 皓，崔 蕾，饶 莲

(贵州省人工影响天气办公室，贵州 贵阳 550081)

0 引言

在适当的条件下开展飞机人工增雨工作，对解决各地水资源缺乏，增加水库蓄水量，改善生态环境，减轻和缓解干旱对国民经济特别是对农业生产的影响等具有十分重要的意义。研究表明，贵州省上空长年都有一条丰富的水汽带，空中云水资源丰富，降水开发潜力巨大。贵州省自2005年以来，年均开展飞机人工增雨作业20多架次，年均增加降水约25亿吨，取得明显的社会经济生态效益。随着气象卫星、天气雷达、大气探测、微波辐射等探测资料在贵州的广泛运用，飞机人工增雨作业时间、高度、范围、效益更具有科学性、针对性与成效性。在此，以2018年5月3日一次飞机增雨作业过程为例，通过GRAPES模式产品、FY2反演产品、雷达回波、降水实况等资料，对天气系统的云系特征、作业潜力、作业区域与作业效果进行分析，设计完善飞机增雨作业方案，并按照既定方案组织实施飞机人工增雨作业，取得了明显的增雨作业效果。

1 天气背景分析

5月2日08时的天气实况显示500 hPa南支槽位于90°E附近，有短波东移影响我省，700 hPa切变位于我省东部，我省大部受西北气流影响，850 hPa切变位于我省东南部边缘，我省大部受偏北气流影响，地面受冷空气影响，冷锋位于华南沿海。

1.1 天气形势

在500 hPa高空图上，欧亚地区中高纬度呈现两槽一脊径向型环流，青藏高原东部有一高压切变，西南至江淮一带西南急流已经建立；700 hPa高空图上，中高纬度环流与500 hPa相似，贵州西部至湖北东部有准静止锋切变线；850 hPa高空图上，850 hPa与700 hPa形势场的区别在于，切变线已经南移到贵州东南部地区。

图1 2018年5月2日08时中尺度天气形势图(红色方框为作业影响区，黑色方框为对比区)Fig.1 The mesoscale weather situation at 00∶08 on May 2, 2018(the red box is the influence area, and the black box is the contrast area)

根据图1，可以看出，作业前，中低空(700 hPa)切变线位于我省东部，且穿过对比区，对比区和影响区均受到西北气流影响；低空(850 hPa)切变线位于我省东南部边缘，对比区和影响区均受到偏北气流影响；地面对比区和影响区均受冷空气影响，湿舌穿过对比区，影响区和对比区均落后冷锋。

1.2 降水预报

受高空短波槽和中低层切变影响，2日夜间到3日夜间，全省阴天间多云有分散阵雨，省的南部边缘有小到中雨。预计3日08—20时影响毕节西部边缘、六盘水、黔西南州、黔南州及黔东南州南部边缘，2018年5月2日20时—3日20时降水落区预报见图2。

图2 2018年5月2日20时降水预报落区图Fig.2 Precipitation forecast area map at 20∶00 on May 2, 2018

2 作业潜力分析

2.1 云特征及演变分析

通过5月3日08—14时的云带与垂直过冷水综合模式预报变化趋势(如图3)可以看出，贵州省有降水性云带覆盖且局部有对流性降水，云带自西南向东北方向移动，平均移速约30 km/h，主要为冷暖混合云结构，最大垂直累积过冷水可达0.3 mm，具有一定的催化潜力，且在14时左右开始作业比较合适。

2.2 云垂直结构分析

潜力区云体垂直结构分析(如图4)显示，5月3日14—17时黔东南州的云系过冷水主要位于0～-10 ℃层(海拔高度4 500～6 300 m)，过冷水最大含量可达0.1 g/kg，云水含量丰富，且云中冰晶粒子较少，粒子数浓度为10个/L，云顶高度在9 km左右，技术参考指标一般为4 km以上，因此，具有一定的增雨潜力。

3 作业监测预警分析

通过FY2卫星监测反演云产品跟踪对比检验模式预报云带结果(图略)可以看出，5月3日08—11时，模式预报与实况基本一致，贵州省全省确有降水云系覆盖，云系自西向东偏北方向移动，移速约30 km/h，云中局部具有丰富的液态水含量，云降水呈垂直结构发展，云顶高度局部最高约为9 km，过冷层厚度在5 km以上，技术参考指标一般为1 km以上，光学厚度最大值可达40，技术参考指标一般为30以上，因此，具有一定增雨条件(如图5)。

雷达回波监测显示(如图6)，5月3日13时30分贵州省全省大部有降水回波覆盖，回波强度在20～40 dBz之间，技术参考指标一般为30 dBz以上，回波自西向东移动；回波垂直结构上，回波顶高4 km左右。

4 作业方案设计及作业情况

4.1 航线设计

通过上述分析情况并用监测预警检验模式后,判定作业潜力区合理，此次过程为适合开展飞机增雨作业的天气过程，决定开展飞机增雨作业，设计航线为黄平—玉屏—台江—天柱—三都—黄平(如图7)。

4.2 作业实况监测

根据2018年5月3日飞行高度时间序列图显示(如图8)，飞机于5月3日14时25分起飞，机场是小雨天气，起飞后14时54分进入高层云，高度在4 111～5 352 m之间，飞机催化剂作业时间是14时54—15时34分。此次增雨为冷云催化，在0 ℃层高度以上进行作业催化效果最佳，催化剂为碘化银，碘化银用量82.5 g，使用烟条11枚，作业影响面积达10 000 km2，飞行航线571 km，飞行时间近2 h，机翼两侧从轻微结冰到中度结冰，充分说明空中有较多的过冷却水，是利于催化的。实际08时探空显示0 ℃层～-5 ℃层高度为4 298～5 319 m。

图3 预报2018年5月3日08—14时云带(左图)和累积过冷水(右图)分布Fig.3 Forecasts the distribution of cloud belts (left) and accumulated supercooled water (right) from 08am to 14pm on May 3, 2018

图4 2018年5月3日14时自黔东南中部自西向东的云垂直结构图a：云水(填色阴影)，冰晶(红色等值线)， 等温线(紫色等值线)图b：雪+霰(填色阴影)，雨(红色等值线)， 等高线(紫色等值线)Fig.4 Cloud vertical structure from west to east in central guizhou at 14∶00 on May 3, 2018Left: cloud water (shaded), ice crystals (red contours), isotherms (purple contours)Right figure: snow + graupel (color shadows), rain (red contours), contour line (purple contours)

图5 2018年5月3日13时30分卫星反演的光学厚度(a)和过冷层厚度(b)Fig.5 Optical thickness (left) and supercooled layer thickness (right) of satellite inversion on May 3, 2018

图6 2018年5月3日13时30分雷达回波(a)和垂直结构(b)Fig.6 Radar echo (left) and vertical structure (right) at 13∶30 on May 3, 2018

图7 2018年5月3日作业航线设计图Fig.7 Route design drawing for operation on May 3, 2018

图8 2018年5月3日飞行高度时间序列图Fig.8 Time series diagram of flight altitude on May 3, 2018

5 作业效果评估分析

2018年5月3日，以贵州黄平机场为起降点，通过作业条件分析后采用冷云催化剂对贵州省的东南部实施了飞机人工增雨作业，降水量在作业后有明显增大，作业影响面积达10 000 km2。目前，国内外评估人工增雨作业效果的方法主要有序列试验、区域对比试验、区域历史回归试验等[1-4]。在此，结合我省多年业务实际应用情况，采用增雨效率法和区域对比法综合分析评估此次飞机增雨的作业效果。

5.1 雨量分析

通常情况下，碘化银催化作用的时间在作业30 min后开始起效，最佳效果时间在作业90 min后，本次增雨作业半小时后开始逐渐增加雨量，特别是从22时地面小时雨量图(如图9)可以看出，贵州省东南部、南部、中部等地区降水效果显著，全省地面的小时降水量在作业后普遍增加，东南部作业影响区内普降小到中雨，2 mm以上降水中面积不断增大，最高可达10 mm。可见，催化作业2 h后，地面降水量明显增多，催化作业有明显的增雨效果。

考虑受同一天气系统与西风向的影响因素，所以选择了1个面积相同、未实施增雨作业的对比区与实施增雨作业的影响区的作业效果来进行对比(图10)，从增雨作业结束后的12 h降水量的情况，可以明显看到：在作业结束5 h内，作业影响区较对比区的平均降水量呈平稳增加状态，但在21时以后平均降水量比值显著增加，22时比值达到最高，为7.6倍，5月4日02时以后作业影响区与对比区的平均降水增加量逐渐平缓，总体来看，21—次日02时，影响区内的平均降水量明显大于对比区的降水量，说明作业有明显的效果。

图9 2018年5月3日22时地面小时雨量Fig.9 Hourly rainfall on the ground at 22∶00 on May 3, 2018

图10 作业影响区与对比区效果分析Fig.10 Effect analysis of operation influence area and contrast area

5.2 雷达回波分析

从雷达回波演变情况看，云团自西南向东北方向移动，沿着云团的移动方向作垂直剖面，从平面分布图和剖面图上(如图11)可以发现：增雨作业进入尾声时(16时)，作业区的雷达回波强度为0～30 dBz，且回波垂直结构上回波中心强度25～30 dBz，15 dBz以上回波区域顶高在5 km左右；增雨作业1 h以后，回波强度增强，回波中心强度达35 dBz以上，回波中心面积增大，回波中心底高降低，回波高度增加，15 dBz以上回波区域顶高可达6 km以上。可见云团催化作业后，雷达回波强度明显增强。

6 结论

①受高空槽东移冷空气南下，高空短波槽和中低层切变影响，2018年5月3日贵州省东南部有降水过程，有降水性云带覆盖，液态含水量充沛，具有一定增雨潜力，且14时过冷水含量最大，故此次飞机增雨作业的航线设计与时间安排是合理的。

②综合天气形势和人工影响天气模式产品，5月3日14时25分—16时20分在贵州省东南部开展了飞机增雨作业，此次增雨为冷云催化，催化剂为碘化银，作业高度为4 111～5 352 m，实际08时探空显示0 ℃层～-5 ℃层高度为4 298～5 319 m，飞行高度在云内-4 ℃层以上，催化剂使用与飞行高度合理，技术参考指标将来还需要通过大量的飞机增雨个例分析来进行完善精化，形成更适用于贵州本地的技术指标，为将来的飞机增雨科学作业指挥提供更可靠、更有力地支撑。

图11 2018年5月3日沿催化云团移动方向的雷达回波垂直剖面Fig.11 Radar echo vertical profile along the moving direction of the catalytic cloud on May 3, 2018

③从作业前后雷达回波变化和作业区地面小时雨量分析可以看出，此次飞机增雨作业区内雷达回波强度和覆盖面积有所增强，降水量也在作业后有明显增大，作业区普降小到中雨，2018年5月3日贵州省飞机增雨作业效果明显，对解决贵州省东南部区域水资源缺乏，增加降水量，改善生态环境等发挥重要作用。