[摘 要]介紹了棗莊市農(nóng)村人工增雨防雹作業(yè)指揮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要點、 功能和應用情況。系統(tǒng)將作業(yè)需求分析、作業(yè)潛勢預報、 作業(yè)條件判別、 作業(yè)現(xiàn)場指揮與反饋、 作業(yè)信息共享等功能有機地結(jié)合，為市、縣農(nóng)業(yè)增雨防雹作業(yè)提供了可視化、可操作性強、自動化程度高的業(yè)務技術(shù)平臺和指揮平臺。

[關鍵詞]人工增雨防雹 指揮系統(tǒng) 業(yè)務技術(shù)平臺

一、引言

隨著市( 地) 級人影作業(yè)迅速發(fā)展、氣象觀測手段的多樣化和通訊技術(shù)的進步，為有效地解決人影作業(yè)的適時、 適量、 科學性、 系統(tǒng)性的問題提供了有利條件?！?棗莊市人工增雨防雹作業(yè)指揮系統(tǒng)”以氣象信息系統(tǒng)為依托，與氣象業(yè)務網(wǎng)絡相連接，上可調(diào)取省人影中心、信息中心有關信息，報送有關材料，下可向作業(yè)點直接發(fā)布作業(yè)指令， 收集各縣雨量與作業(yè)實況，融作業(yè)需求、 作業(yè)潛勢預報、各種實時觀測資料、作業(yè)方案設計、 實時指揮等功能為一體， 在人工影響天氣綜合業(yè)務技術(shù)的集成化、客觀化、智能化等方面發(fā)揮了重要作用。

二、總體思路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

“ 棗莊市農(nóng)村人工增雨防雹指揮系統(tǒng)”是根據(jù)棗莊市地理環(huán)境和氣候特點，結(jié)合近年來人工影響天氣的實踐經(jīng)驗和棗莊市人影業(yè)務需求， 建立的一套現(xiàn)代化的農(nóng)村人工增雨防雹作業(yè)指揮系統(tǒng)。它包括作業(yè)需求、作業(yè)潛勢預報、實時作業(yè)指揮信息發(fā)布、數(shù)據(jù)庫等子系統(tǒng)等。

系統(tǒng)采用VB6.0語言設計成結(jié)構(gòu)化的程序，物理量的算法程序放在獨立鏈接庫中，且獨立于主系統(tǒng)，以插件的方式與主系統(tǒng)相接，實現(xiàn)了產(chǎn)品處理過程組件化，且系統(tǒng)是模塊化的編程，各模塊不相互干涉，易于擴充和推廣。系統(tǒng)為可視化業(yè)務技術(shù)平臺，用戶界面簡單明了，主要為 wi n d o w s環(huán)境下流行的窗口、菜單、命令按鈕等組成，多窗口、多層目錄顯示，數(shù)據(jù)文件子目錄按種類、層次、時次組織。圖形輸出具備顯示、疊加、動畫和修改功能，文字顯示輸出以文本和表格形式為主。指揮系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)省一市一縣連接，使作業(yè)信息、指令實時傳遞到作業(yè)點。

三、主要功能介紹

1.作業(yè)指揮系統(tǒng)首先進入作業(yè)需求分析模塊

根據(jù)前期的氣候特點、測墑土壤含水量、墑情遙感信息以及近期墑情觀測后農(nóng)作物的耗散量等來判定作業(yè)需求。

2.農(nóng)村人影作業(yè)潛勢預報

利用40年歷史資料分析影響棗莊降水的大氣環(huán)流形勢，分為9種天氣形勢：阻塞高壓型、平直波動型、沿海低槽型、切變型、緯向副高型、經(jīng)向副高型、移動副高型、副高控制型、副熱帶高壓偏北型，并分別建立各型24～72小時預報方程；結(jié)合氣象臺天氣預報集成結(jié)果和衛(wèi)星、雷達資料，分析作業(yè)條件，制作潛勢預報。

3.實時作業(yè)指揮

首先利用衛(wèi)星云圖的客觀化處理資料定性確定作業(yè)云系范圍，根據(jù)物理量垂直剖面特征確定云體中催化劑播撒的適宜區(qū)域，利用雷達回波分析確定發(fā)射方位、仰角、作業(yè)時間、用彈里量等作業(yè)參數(shù)，發(fā)布作業(yè)指令。

（1）衛(wèi)星資料客觀化處理

該模塊應用客觀化處理程序，利用衛(wèi)星云圖資料，結(jié)合高度、溫度預報場和高空觀測實況資料，對云頂溫度和云頂高度進行客觀化定量分析。根據(jù)衛(wèi)星紅外圖像格點的灰度值確定云頂溫度，采用數(shù)值預報的溫度資料，根據(jù)云頂溫度所對應的層次反查出云頂高度。分析結(jié)果可與云圖在MICAPS系統(tǒng)中疊加顯示。根據(jù)客觀化處理結(jié)果，云頂溫度處于-10℃～-24℃播云都有效，峰值區(qū)位于-15℃～-20℃稱為播云溫度窗，是選擇可播性的重要條件之一。根據(jù)對應的云頂高度，可定性確定作業(yè)云系部位。云頂亮溫是分析增雨云層的另一重要要素。當亮溫值達到-63℃，面積達到一定范圍時，云團的強度比較適合火箭增雨作業(yè)。

（2）雷達回波分析

雷達回波分析模塊可跟蹤實時雷達回波變化，判斷降水回波性質(zhì)，根據(jù)回波強度、回波頂高度、回波總面積、中心位置、移動方向，結(jié)合回波的零度層高度和計算得出的云內(nèi)溫度，確定云系作業(yè)部位，明確火箭的發(fā)射方位和發(fā)射仰角、作業(yè)時間、用彈量。從雷達回波形態(tài)演變特征識別冰雹云—形態(tài)識別法，或雷達回波參量的演變中識別冰雹云—參數(shù)判別法，確定可能降雹的部位和降雹強度，對作業(yè)點發(fā)布作業(yè)指令。

①目標云的選擇

采用雷達回波的強度變化、高度變化梯度及變化速度來識別云狀，或者采用天氣預報和目測的方法來確定降水的性質(zhì)。以層狀云回波為作業(yè)對象時，要在云體降水發(fā)展旺盛階段，回波強度≥15dBz，頂高≥5km時開始催化；以對流回波為作業(yè)對象時。在積云初始降水回波出現(xiàn)6～20min，回波強度≥25dBz，頂高≥8km時進行催化，催化區(qū)選在上升氣流區(qū)，如果落在下沉氣流區(qū)，將使AgI大部分微粒隨氣流下降到云內(nèi)暖區(qū)而浪費，這個區(qū)域一般位于對流云移向的云體右前側(cè)，對積層混合云也盡可能將目標區(qū)落在對流云的上述部位。當250km范圍內(nèi)有符合以上條件的回波出現(xiàn)并向作業(yè)點有效射程內(nèi)移近時，可判斷為具有作業(yè)潛力對象，進入射程內(nèi)可隨時作業(yè)；回波向遠離本地方向而去，解除警戒。冰雹云的識別方法很多，有目測法、氣象要素變化識別法、閃電識別法、雷聲識別法、衛(wèi)星云圖識別法。而這些方法只能作為識別冰雹云的輔助手段，不能反映冰雹云的準確位置、強度、移動路徑及其發(fā)展、成熟、消亡過程，而雷達回波可以提供人工防雹消雹作業(yè)的直觀信息。

②作業(yè)參數(shù)的確定

根據(jù)回波位置、炮點位置和高空氣流的信息，確定發(fā)射方向，一般采用逆氣流方向發(fā)射，發(fā)射仰角主要參考回波頂高度和云內(nèi)溫度，炮彈飛行在云頂以下-10℃～-24℃的播云溫度窗區(qū)。云內(nèi)溫度與高度可由計算獲得。對于對流云，采取通過對地面溫度按一定的溫度垂直遞減率的方法來得到一定高度的溫度，輸入地面溫度后，系統(tǒng)按指定的溫度垂直遞減率自動給出零度層高度；對于層狀云降水，有時在雷達回波上可觀測到比較清楚的零度層亮帶，這樣便可通過零度層亮帶高度、地面溫度和溫度垂直遞減率來計算得到某一高度的云中溫度；對于積層混合云，如有零度層亮帶特征時按層狀云情況確定，若無零度層亮帶特征則按對流云情況確定。

③用彈量的計算

用彈量是根據(jù)炮彈有效擴散體積內(nèi)催化所需增加的冰晶數(shù)和催化劑的成核數(shù)來確定。用彈量=有效擴散體積內(nèi)催化所需增冰晶數(shù)／每枚增雨彈的成核數(shù)。根據(jù)WR一1B型火箭催化彈在云中的擴散體積和實驗室獲得的催化劑有效成核率，結(jié)合雷達回波性質(zhì)，計算出火箭作業(yè)時每次發(fā)射的用彈量。

4.數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫管理包括：雨量資料、天氣資料存儲、作業(yè)資料和值班日志四部分組成。每次作業(yè)時各種資料入庫管理，以建立人工影響天氣作業(yè)數(shù)據(jù)庫。雨量資料處理具有逐時、6h、12h和24h雨量存儲、繪圖、統(tǒng)計、查詢、打印等功能。天氣資料存儲增雨作業(yè)中使用的所有氣象信息，包括高空、地面天氣圖，衛(wèi)星云圖、數(shù)值預報產(chǎn)品、歐洲中心數(shù)值預報產(chǎn)品、省臺局域網(wǎng)資料等，具有繪制、查詢歷史作業(yè)資料功能。作業(yè)資料庫包括：裝備管理、地面作業(yè)管理、彈藥管理、人員管理、事故災情庫、圖片資料管理、政策法規(guī)管理。值班日志用于編寫和查詢值班日志，實現(xiàn)辦公無紙化。

四、小結(jié)

“棗莊市農(nóng)村人工增雨防雹作業(yè)指揮系統(tǒng)”的建立使人工增雨防雹工作的管理規(guī)范化、指揮科學化。系統(tǒng)建立了規(guī)范的作業(yè)需求和潛勢預報模式，綜合利用雷達信息和數(shù)值模式產(chǎn)品進行指揮，將高頻次的衛(wèi)星云圖和雷達回波通過計算機網(wǎng)絡、圖像技術(shù)應用于作業(yè)指揮，對作業(yè)過程的所有信息都有詳實的記錄檔案。嚴格講，人工防雹消雹作業(yè)指揮系統(tǒng)與人工增雨作業(yè)指揮系統(tǒng)應該是相互獨立的系統(tǒng)，目前主要由它們共同組成人影科學作業(yè)指揮系統(tǒng)。指揮系統(tǒng)使農(nóng)村人工影響天氣作業(yè)的科技水平有很大提高，并在一定程度上克服了作業(yè)預警的無序性和盲目性，提高了人工影響天氣作業(yè)指揮的科學性。