高建飛，李 霞，熊 凱，吳新星，王立斌，劉曉倩

1.務(wù)川仡佬族苗族自治縣氣象局，貴州務(wù)川 564300；2.遵義市氣象局，貴州遵義 563000

我國主要的人工影響天氣效果檢驗有物理檢驗、統(tǒng)計檢驗和數(shù)值模擬檢驗3種，分析手段基于統(tǒng)計檢驗，即非隨機化實驗中的序列試驗、區(qū)域?qū)Ρ仍囼?、區(qū)域歷史回歸試驗等方法。區(qū)域?qū)Ρ仍囼灥男Ч麢z驗與評估是假設(shè)試驗期雨量的空間分布是均勻的，將對比區(qū)雨量作為影響區(qū)自然雨量的估算值，關(guān)鍵問題是在作業(yè)區(qū)自然雨量的估計上，即對比區(qū)的選擇。

新一代天氣雷達每6 min完成1個體積掃描資料,可提供雷達回波的分布、強度和垂直結(jié)構(gòu)等回波信息,國內(nèi)有很多學者對此進行了研究，如李紅斌等開展了火箭人工增雨作業(yè)核心技術(shù)方法及雷達物理效果檢驗分析[1-2]。唐仁茂等[3]通過建立目標云作業(yè)前、后雷達回波參量演變，或目標云與對比云的參量的差異來分析增雨催化效果。鐘小英[4]采用統(tǒng)計學方法和雷達產(chǎn)品物理檢驗對增雨效果進行分析。孫旭映等[5]探討了目標云作業(yè)前、后較對比云雷達回波有關(guān)參數(shù)的顯著變化，并結(jié)合地面雨量點觀測資料對火箭增雨作業(yè)效果進行了初步分析。當前，國內(nèi)一致認為人工增雨效果應采用地面降雨量的統(tǒng)計分析和對云中物理在催化后應出現(xiàn)的物理過程與參量變化的物理檢驗相結(jié)合的綜合評價方法[6-9]。根據(jù)這一理論分析了2022年3月31日務(wù)川縣一次火箭增雨作業(yè)的效果。

1 資料與方法

2022年3月31日增雨作業(yè)前、后影響區(qū)和對比區(qū)內(nèi)氣象站逐分鐘雨量資料，以及務(wù)川新一代雙偏振多普勒天氣雷達提供的反射率因子、差分相移率和回波頂高等產(chǎn)品以及天氣圖資料等。

效果分析方法是基于統(tǒng)計檢驗的區(qū)域?qū)Ρ仍囼?。假設(shè)試驗期影響區(qū)和對比區(qū)天氣是連續(xù)的，降水系統(tǒng)處于同一發(fā)展階段，雨區(qū)移動具有方向性，地形條件相似，將對比區(qū)雨量作為影響區(qū)自然雨量的估計值，并采用區(qū)域趨勢對比分析法，計算作業(yè)時段影響區(qū)與對比區(qū)雨量的比值和作業(yè)前期2個區(qū)域雨量的比值，并進一步由這2比值的比率來評估作業(yè)的正、負效果見公式（1）[10-11]。影響區(qū)選在開展人工增雨的區(qū)域，對比區(qū)選擇在不受催化影響的位置。作業(yè)增雨值所取的變化時間，根據(jù)作業(yè)實際取作業(yè)前、后3 h內(nèi)雨量變化值進行統(tǒng)計對比。將影響區(qū)和對比區(qū)的雨量按E=y1（作業(yè)后3 h的雨量）-y0（作業(yè)前3 h雨量）計算；作業(yè)效果值P、作業(yè)增雨值W按以下公式計算:

P＞1為正效果，P＜1為負效果。

式（1）（2）中，n表示影響區(qū)自動站數(shù)，En表示影響區(qū)各自動站雨量變化值，單位：mm，下同。m表示對比區(qū)自動站數(shù)，Em表示對比區(qū)各自動站雨量變化值。

式（3）中，△R為作業(yè)后影響區(qū)總雨量增值，單位：m3；S為影響區(qū)面積，單位km2；Rn為作業(yè)后影響區(qū)在時間△T內(nèi)的雨量平均值（mm）；Rm為作業(yè)后對比區(qū)在時間△T內(nèi)的雨量平均值（mm）。作業(yè)后影響時間△T，取3 h。（Rn－Rm）/Rm為相對增雨。

2 天氣形勢分析

3月30日20;00 500 hPa橫槽開始轉(zhuǎn)豎，務(wù)川縣位于500 hPa高原槽前、700 hPa低渦切變右前方的上升氣流區(qū)，850 hPa切變線已經(jīng)南壓，務(wù)川縣受500 hPa槽后部偏東回流影響，在溫度場上有明顯的東路冷平流存在，地面鋒面西進至省中部以東。因此，本次降雨為鋒后冷空氣補充型穩(wěn)定性降水，500 hPa高原槽和地面鋒面的增強提供了有利的動力抬升條件，配合良好的水汽條件，有利于低質(zhì)心降水云團的生成，具備人工增雨作業(yè)天氣條件。

3 作業(yè)效果分析

3.1 雨量效果分析

務(wù)川縣人工影響天氣服務(wù)中心根據(jù)回波發(fā)展演變動態(tài)，及時在務(wù)川縣大坪作業(yè)點開展了火箭增雨作業(yè)。本次作業(yè)時段為31日00:25～00:26，火箭發(fā)射架1部次、發(fā)射火箭彈2枚。作業(yè)高度在5 000 m左右，射擊仰角為60°～70°。

增雨作業(yè)區(qū)上空盛行西南風，在影響區(qū)北面選取對比區(qū)，考慮作業(yè)“下風效應”，影響區(qū)選取為作業(yè)點及下風方面積約95 km2的區(qū)域（圖1）。該區(qū)域有3個氣象站：大坪、紅絲和焦壩?？紤]不能受催化影響等諸多因素，對比區(qū)選擇鎮(zhèn)南、茅天和硯山3個氣象站所在的位置，面積約93 km2；2個區(qū)的最近距離均在10 km以上，且均為西南—東北向，在天氣系統(tǒng)的移動路徑上，影響區(qū)與作業(yè)區(qū)的回波在作業(yè)前處于大致相同的發(fā)展時期，且兩者作業(yè)前3 h的累計雨量量級上大致相同，影響區(qū)為8.8 mm、對比區(qū)為9.5 mm。從影響區(qū)和對比區(qū)作業(yè)前、后時段內(nèi)累計雨量統(tǒng)計來看（圖2），影響區(qū)作業(yè)后累計雨量明顯高于作業(yè)前；在作業(yè)云團的移動路徑上，影響區(qū)作業(yè)點下風方的紅絲和蕉壩作業(yè)后累計雨量明顯增加，下風效應明顯。而對比區(qū)在對應時段雨量較均等，空間分布較均勻，驗證影響區(qū)和對比區(qū)的選取具有一定的合理性。

圖1 作業(yè)前00:20影響區(qū)與對比區(qū)回波強度

圖2 影響區(qū)與對比區(qū)作業(yè)前、后累計雨量

影響區(qū)、對比區(qū)同一時段內(nèi)3 h雨量實況為：影響區(qū)平均降雨量11.0 mm，對比區(qū)平均降雨量9.3 mm；作業(yè)效果值為1.28，正效果；作業(yè)增雨值為2.4 mm，相對增雨18.3%,總雨量增值約161 500 m3。

3.2 雷達產(chǎn)品效果分析

3.2.1 雷達回波參數(shù)變化由圖1可知，31日00:20（作業(yè)前），雷達顯示大坪東北方向出現(xiàn)比較適宜開展增雨作業(yè)的降水回波，回波由西南向東北方向移動，強度為30～35 dBz，回波頂高為3～4 km。00:23～00:25在大坪作業(yè)點向東北方向射擊，沿著風暴移動路徑（A7，圖3），作業(yè)后混合云系發(fā)展加強，并向東北方向移動，強度在00:37時達到最強的40～47 dBz，回波頂高大幅度躍升，最高達到7.5 km。在作業(yè)后0.5°仰角的KDP（差分相移率）產(chǎn)品反映降水強度。圖上對應出現(xiàn)一個強值區(qū)，反映作業(yè)后降水強度得到大幅增強，與之對應的大坪站10 min（00:29～00:39）雨量速率達到最大的1.9 mm/10 min。

圖3 增雨作業(yè)前（00:20）、后（00:37）大坪作業(yè)點回波反射率（a）、差分相移率（b）演變圖

3.2.2 最大反射率因子的對比分析圖4為影響區(qū)和對比區(qū)的0.5°仰角的最大反射率因子隨時間的變化，作業(yè)前00:09～00:22,影響區(qū)最大反射率因子變化總體呈減小趨勢，對比區(qū)是增加的，但在作業(yè)后2～13 min, 即00:26～00:37,影響區(qū)的最大基本反射率從33 dBz增加至46.5 dBz, 出現(xiàn)躍升并且增長幅度更加明顯，達到并維持最大強度的時間比對比區(qū)云長、增率高，說明催化產(chǎn)生了一定的正效果。低層反射率因子增強說明有大量降水粒子降落接地；而這一時段對比區(qū)的最大反射率因子變化相對比較穩(wěn)定，從累計雨量來看作業(yè)點大坪00:26～01:00累計雨量達到4.2 mm，對比區(qū)對應分鐘雨量僅為2.4 mm。從作業(yè)前、后趨勢線來看，影響區(qū)最大反射率因子斜率更高，回波強度變化更明顯，反映隨時間增長的趨勢更明顯。

圖4 影響區(qū)、對比區(qū)最大反射率因子隨時間的變化與作業(yè)點大坪站6 min雨量曲線（箭頭所指為作業(yè)時刻）

3.2.3 回波頂高的對比分析從作業(yè)前、后回波頂高的演變情況（圖5）來看，作業(yè)前影響區(qū)雨對比區(qū)的回波頂高基本相當，在7 km左右，作業(yè)后2個區(qū)的云頂高度均逐漸上升，影響區(qū)00:48～00:53 達最大值9.3 km，對比區(qū)在00:37達到最高，只有8.3 km。影響區(qū)作業(yè)后00:26～01:04內(nèi)云頂高度維持在8 km以上，之后由于強降水產(chǎn)生，能量逐步釋放，云頂高度下降至7 km以下。對比區(qū)的回波頂高幾乎沒有超過8 km，與對比區(qū)相比，催化作業(yè)使催化云發(fā)展得更高，延長了生命期，云降水時間更長，降水強度更大，這一趨勢與地面降雨量有較好的對應關(guān)系。

圖5 影響區(qū)、對比區(qū)回波頂高隨時間的變化曲線

4 結(jié)論

（1）采用3 h雨量進行增雨作業(yè)效果評估，估算作業(yè)效果值為1.28，正效果，作業(yè)增雨值為2.4 mm；相對增雨18.3%，總雨量增值161 500 m3，驗證增雨作業(yè)后產(chǎn)生了較為明顯的效果。

（2）作業(yè)后，影響區(qū)回波強度、回波頂高、差分相移率等均增長，10～20 min后都達到最強，同時雷達產(chǎn)品物理檢驗和雨量資料分析對應一致，且對比區(qū)增大率比影響區(qū)低，說明催化促進了目標云體中對流的發(fā)展，證明了增雨催化效果明顯。

（3）本次增雨作業(yè)的目的是抗旱減災，而不是科研的增雨實驗，在影響區(qū)和對比區(qū)的選擇上具有主觀性，因此評估結(jié)果存在一定的誤差，但從降雨量級、雷達產(chǎn)品來看，本次作業(yè)取得了較好的效果。

（4）針對一次增雨作業(yè)進行效果分析，樣本量、作業(yè)次數(shù)、用彈量均較少；個例存在局限性，甚至受到空域申請等客觀因素的限制；無法在最優(yōu)的時空點上作業(yè)，因此后續(xù)要不斷積累增雨試驗，更多的實踐以獲取更多的樣本數(shù)據(jù)，使人工增雨效果分析更趨合理和完善。