白婷 劉謙 吳奕霄

摘要 利用歐洲預(yù)報(bào)場、GRAPES模式預(yù)報(bào)及雷達(dá)等資料，分析2017年4月4日河南省人工影響天氣中心開展的一次人工增雨作業(yè)過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低槽東移是此次降水的主要影響系統(tǒng)；此次過程全省大部分地區(qū)均有過冷水存在，北部、中部垂直累積過冷水含量較高，中部地區(qū)作業(yè)潛力最好；增雨作業(yè)結(jié)束后30 min，作業(yè)區(qū)及下風(fēng)向回波增強(qiáng)，30 dBz以上強(qiáng)回波區(qū)范圍增大；比較對(duì)比區(qū)降水量，增雨效果顯著。

關(guān)鍵詞 人工增雨；作業(yè)潛力；增雨效果

中圖分類號(hào) S423+.9；P481 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）34-0185-04

Abstract By employing the European forecast field， GRAPES model forecast and radar data， the artificial precipitation enhancement operation which carried out by the weather modification center of Henan Province on April 4，2017 was analyzed. The results showed that the low trough eastward was the main influence system of this precipitation. Most areas of the province had subcooled water. The vertical accumulated supercooled water content in the north and middle was higher， and the central region had the best operating potential. After 30 min of rainfall operation， the echo of operation area and downwind enhancement. The range of strong echo area above 30 dBz was increased. Compared with the affected areas， the effect of rainfall enhancement was remarkable.

Key words Artificial precipitation enhancement；Operation potential；Effect of precipitation enhancement

河南位于中國中東部、黃河中下游，占地16.7萬km2，是國家重點(diǎn)糧食生產(chǎn)核心區(qū)，其小麥產(chǎn)量占全國的1/4，糧食總產(chǎn)量占全國的1/10，在保障國家糧食安全中占有重要地位。河南屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)沙，是水資源嚴(yán)重匱乏地區(qū)之一，也是干旱、冰雹多發(fā)地區(qū)，素有“十年九旱”之稱[1-3]。為緩解河南旱情，保障河南糧食旱澇保收，河

南省人工影響天氣中心每年春、秋冬季開展飛機(jī)增雨作業(yè)。

2017年4月4日河南省人工影響天氣中心成功組織了一次飛機(jī)增雨作業(yè)，有效地緩解了當(dāng)?shù)睾登?，為保障小麥等農(nóng)作物正常生長提供了幫助。筆者利用歐洲預(yù)報(bào)場、GRAPES模式預(yù)報(bào)和雷達(dá)等資料，分析此次人工增雨作業(yè)過程。

1 需求分析

4月小麥正處于拔節(jié)期，需要充足的水分，缺水不利于小麥生長發(fā)育，有可能會(huì)減少小麥穗數(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)果溗氤椴怀鰜?，直接減產(chǎn)或不產(chǎn)[4-5]。因此，注意土壤墑情，為小麥提供適當(dāng)?shù)乃?，?duì)于提高小麥產(chǎn)量至關(guān)重要。

2017年4月2日08：00河南省氣象干旱綜合監(jiān)測圖（圖1）顯示，河南省西北部、西南部、中部和東部等地均出現(xiàn)干旱，局部出現(xiàn)中旱到重旱，其中濟(jì)源、平頂山、南陽等地區(qū)出現(xiàn)重旱，急需一場降水緩解旱情，最大限度地降低干旱造成的損失。

2 天氣形勢(shì)分析

根據(jù)歐洲中心預(yù)報(bào)場分析，4月4日08：00，500 hPa有一低槽位于河南省西部邊緣地區(qū)，700 hPa有一低槽位于陜西至重慶一線，低層有西南急流將水汽輸送到河南，為降水提供有利的水汽條件（圖2）。受低槽東移影響，預(yù)計(jì)4月4日河南省將有一次大范圍降水過程。

3 模式預(yù)報(bào)

3.1 云帶及垂直累積過冷水

根據(jù)中國氣象局推行的中部區(qū)域人影聯(lián)合作業(yè)指揮系統(tǒng)（CPAS）的GRAPES模式預(yù)報(bào)場，分析發(fā)現(xiàn)，4月3日20：00—4日20：00有降水云系將陸續(xù)影響河南省大部分地區(qū)，云系為層狀云，自西向東移動(dòng)，受其影響，全省大部分地區(qū)將有一次降水過程。4日08：00，全省大部分地區(qū)已被云系覆蓋，其中西部及黃河以北地區(qū)垂直累積過冷水含量較高。11：00，云系東移，過冷水分布區(qū)域增大；17：00，云系繼續(xù)東移，主要影響北部、中部、東部、南部地區(qū)，過冷水分布區(qū)域減小，主要分布在京廣線一帶。11：00和17：00中部地區(qū)平頂山、許昌等一帶均為過冷水極大值區(qū)。典型時(shí)刻云系分布特征如圖3。

3.2 云系垂直剖面

冷云催化原理是通過催化劑引入人工冰晶將云中過冷水轉(zhuǎn)化為降水[6]，因此，過冷水的多少、垂直方向分布情況對(duì)于實(shí)施人工增雨至關(guān)重要。此次過程垂直累積過冷水在河南省北部、中部分布較多，分別對(duì)4日11：00河南省中部、北部地區(qū)云系做剖面，分析其云垂直結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中部地區(qū)云系具有冷暖混合云結(jié)構(gòu)，過冷水和暖云水含量都比較豐富。云底高度約1.2 km，云頂高度約10 km，雪霰粒子在2 km以上均有分布，過冷水主要存在于0～-7 ℃層（圖4a、4b）。北部云系同樣具有冷暖混合云結(jié)構(gòu)，但過冷水分布中間出現(xiàn)夾層，云底1.2～1.5 km，過冷水主要出現(xiàn)在0～-5 ℃以及-10～-40 ℃層，冰晶數(shù)濃度小于10個(gè)/L（圖4c、4d）。相比較，中部地區(qū)作業(yè)條件比北部更有利。

綜合以上分析判斷，受低槽東移影響，4月4日將有一次降水過程，云系具備“催化-供給”結(jié)構(gòu)，適合開展冷云催化作業(yè)，全省大部分地區(qū)均具備作業(yè)潛力，其中中部地區(qū)作業(yè)潛力最好。

4 增雨過程

4.1 作業(yè)日云系實(shí)況

云監(jiān)測反演分析顯示（圖5a），4日08：00，河南省已被云系覆蓋，云系自西向東移動(dòng)，云頂溫度大部分地區(qū)最低約為-30 ℃，這與GRAPES模式預(yù)報(bào)的相一致，說明了模式預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。從4日08：00南陽雷達(dá)回波（圖5b）可以看出，雷達(dá)回波較強(qiáng)，發(fā)展的云系已開始影響南陽，南陽地區(qū)已有降水形成。

4.2 作業(yè)方案及飛行實(shí)況

根據(jù)天氣資料、云圖和雷達(dá)資料分析，河南省人工影響天氣中心內(nèi)場指揮人員給出航線設(shè)計(jì)，即新鄭機(jī)場—魯山—葉縣—汝州—平頂山—登封—西昌—新密—新鄭機(jī)場（圖6a）。飛機(jī)起飛時(shí)間為4月09：24，降落時(shí)間為11：37，飛機(jī)當(dāng)天實(shí)際飛行作業(yè)航線如圖6b所示。

4.3 作業(yè)效果

4.3.1 雷達(dá)回波分析。

目前在人工影響天氣效果檢驗(yàn)方面，利用雷達(dá)觀測已是評(píng)定人工增雨效果分析的有效方法之一[7-9]。利用駐馬店雷達(dá)觀測飛機(jī)作業(yè)及下風(fēng)向區(qū)域雷達(dá)回波，檢驗(yàn)此次人工增雨效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)降落時(shí)（圖7a），云層的回波強(qiáng)度大多為20 dBz左右，只有東部有小塊回波強(qiáng)度為30 dBz，作業(yè)結(jié)束后 30 min（圖7b），作業(yè)區(qū)開始出現(xiàn)小范圍30 dBz強(qiáng)回波，隨后30 dBz以上強(qiáng)回波區(qū)范圍逐漸增大，強(qiáng)度增強(qiáng)（圖7c、d），到13：04作業(yè)區(qū)大部分地區(qū)及下方向區(qū)域均出現(xiàn)了30 dBz以上的強(qiáng)回波（圖7e），這是因?yàn)榇呋瘎╇S著風(fēng)向移動(dòng)，在下風(fēng)向區(qū)域發(fā)生催化作用，達(dá)到了增雨效果。

4.3.2 降水量分析。

以催化劑播撒擴(kuò)散的范圍確定影響區(qū)位置，由于風(fēng)向?yàn)樽晕飨驏|，因此，選取影響區(qū)上游，即影響區(qū)的西側(cè)作為對(duì)比區(qū)（圖8）。計(jì)算作業(yè)影響區(qū)與對(duì)比區(qū)降水量發(fā)現(xiàn)，作業(yè)影響區(qū)的平均雨量為 2.31 mm，對(duì)比區(qū)的平均雨量為0.61 mm，增雨率高達(dá)278.69%，增雨效果顯著。

5 結(jié)論

（1）受低槽東移影響，2017年4月4日河南省自西向東有一次大范圍降水過程，降水性質(zhì)為較穩(wěn)定的層狀云降水。

（2）此次降水過程全省均存在過冷水，其中北部、中部垂直累積過冷水含量較高，大部分地區(qū)都具備作業(yè)潛力，中部地區(qū)作業(yè)潛力最好。

（3）多普勒雷達(dá)回波顯示，增雨作業(yè)結(jié)束后30 min，作業(yè)區(qū)及下風(fēng)向開始出現(xiàn)30 dBz以上強(qiáng)回波，范圍逐漸增大，強(qiáng)度增強(qiáng)。

（4）作業(yè)影響區(qū)平均雨量為 2.31 mm，比較對(duì)比區(qū)，增雨率高達(dá)278.69%，增雨效果顯著。

（5）適時(shí)開展人工增雨作業(yè)可以有效增加降水，緩解土壤旱情，保障小麥等農(nóng)作物的正常生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 付祥建， 劉偉昌， 劉忠陽，等.河南省氣候概況及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[J].河南氣象，2006，40（3）：64-66.

[2] 燕玉超，張福平，劉筱，等.河南省氣候變化特征及其對(duì)旱澇的影響[J].中國沙漠，2016，36（3）：777-786.

[3] 崔海羚，胡正華，師麗魅，等.河南省近50年氣候變化特征[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（31）：15350-15354.

[4] 沙尼彥·塔瓦庫力.小麥一生對(duì)水分的需求[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2008（15）：20.

[5] 張秋英，李發(fā)東，張依章，等.水分對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，27（6）：809-812.

[6] 孫晶，楊文霞，周毓荃.河北一次降水層狀云系結(jié)構(gòu)和增雨條件的模擬研究[J].高原氣象，2015，34（6）：1699-1710.

[7] 陳進(jìn)強(qiáng)，楊連英.多普勒天氣雷達(dá)在人工影響天氣中的應(yīng)用[J].氣象科技，2002，30（2）：127-129.

[8] 張中波，仇財(cái)興，唐林.多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品在人工增雨效果檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].氣象科技，2011，39（6）：703-708.

[9] 張瑞波，劉麗君，鐘小英，等.利用新一代天氣雷達(dá)資料分析飛機(jī)人工增雨作業(yè)效果[J].氣象，2010，36（2）：70-75.