摘 要：以昭通市漁洞水庫徑流區(qū)作為水庫蓄水型人工增雨野外試驗背景，采取區(qū)域回歸分析方法，利用云南省昭通市昭陽區(qū)和魯?shù)榭h2014—2022年近9年區(qū)域自動站年均降水量資料，選取作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)，建立月際逐日自然降水量回歸方程，基于ArcGIS軟件，在作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)上繪制泰森多邊形，開展同一影響天氣系統(tǒng)下24個作業(yè)樣本面雨量分析，以對比區(qū)逐日自然降水面雨量推測作業(yè)影響區(qū)逐日自然降水面雨量，再與作業(yè)影響區(qū)實測面雨量作比較，得出7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%，作業(yè)期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3；同時組合反射率、回波頂高度、垂直積分液態(tài)含水量等雷達回波參量均對增雨作業(yè)具有一定效果。

關(guān)鍵詞：人工增雨；庫塘蓄水；效果評估

中圖分類號：P481 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

云南省昭通市地處云、貴、川三省交界處，位于云南東北部、烏蒙山區(qū)北緣，地勢南高北低，立體氣候突出。昭魯壩子作為云南省第三大壩子，總耕地面積約為3.48萬hm2。以往因水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，灌溉效率較低，以高原特色農(nóng)經(jīng)作物種植為主的農(nóng)田灌溉能力不足且單產(chǎn)較低，而漁洞水庫的建設(shè)從根本上解決了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水問題和昭陽區(qū)城市居民飲用水問題，提升了昭魯壩子的水利化程度。

近年來，受極端高溫干旱天氣影響，漁洞水庫徑流區(qū)長期雨水補給不足，導(dǎo)致上游來水量偏少，水資源短缺，嚴重威脅著漁洞水庫用水安全，而庫塘蓄水是應(yīng)對水資源短缺最為有效的手段。因此，氣象部門正在不斷探索高效開發(fā)空中云水資源的方法，以增加庫塘蓄水量，并對庫塘蓄水型人工增雨作業(yè)密切關(guān)注。

目前，對于人工增雨效益評估研究方法大多采用區(qū)域?qū)Ρ确治龅姆椒ǎ?005年，會澤縣氣象局在毛家村水庫徑流區(qū)設(shè)立了3個增雨試驗點，通過人工增雨蓄水進行發(fā)電，對作業(yè)影響區(qū)和非影響區(qū)采用3種方法進行效果分析，得出毛家村水庫在雨季實施人工增雨作業(yè)增加降水量10%～25%[1]；方夏馨等[2]主要通過對作業(yè)影響區(qū)域和非影響區(qū)域過程雨量進行分析，初步得出2012昆明市一次人工增雨作業(yè)效果顯著。

1 研究區(qū)概況

昭通市漁洞水庫徑流區(qū)水庫蓄水型人工增雨野外試驗在昭陽區(qū)的蘇甲、樂居，魯?shù)榭h的新街、塘房、龍樹等鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域設(shè)置了5個固定作業(yè)點，有效避免了固定作業(yè)點影響區(qū)域受限、作業(yè)方位固定等問題。此外，在魯?shù)榭h水磨鄉(xiāng)增加1個流動作業(yè)點，增加機動作業(yè)能力。

區(qū)域歷史回歸分析是建立在作業(yè)影響區(qū)與對比區(qū)降水量的統(tǒng)計相關(guān)關(guān)系與歷史上降水量的區(qū)域相關(guān)性相同的假定基礎(chǔ)上，利用昭陽區(qū)及魯?shù)榭h2014—2022年近9年區(qū)域自動站年均降水量資料，建立一元線性回歸方程。以相關(guān)性程度篩選作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)，選取魯?shù)榭h新街、龍樹、水磨鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）為作業(yè)影響區(qū)，魯?shù)榭h梭山、樂紅、龍頭山鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）為對比區(qū)，得到一元線性回歸方程?？紤]到降水資料時間跨度較長及降水時空分布不均特性等因素，該方程擬合度相對較好，選取的作業(yè)影響區(qū)與對比區(qū)較為合理，可以作為區(qū)域歷史回歸分析方法的應(yīng)用研究區(qū)域基礎(chǔ)。作業(yè)影響區(qū)及對比區(qū)年均降水量（2014—2022年），具體如表1所示。

2 人工增雨作業(yè)的效果評估

2.1 基于ArcGIS計算泰森多邊形面雨量

本研究基于ArcGIS軟件分析工具，在作業(yè)影響區(qū)及對比區(qū)站點布局基礎(chǔ)上繪制泰森多邊形，自動氣象站分布如圖1所示，基于站點分布的泰森多邊形區(qū)劃圖如圖2所示。求得各雨量站的面積權(quán)重系數(shù)，然后用各站點雨量與該站所占面積權(quán)重相乘后累加，得到相對科學客觀的面雨量數(shù)據(jù)。設(shè)每個雨量站都以其所在的多邊形為控制面積△A，△A與作業(yè)影響區(qū)或?qū)Ρ葏^(qū)的面積A之比即為該雨量站的權(quán)重數(shù)，權(quán)重數(shù)如表2所示。

2.2 月際逐日自然降水量回歸方程

選取作業(yè)影響區(qū)及對比區(qū)2023年7—10月的月際逐日自然降水量數(shù)據(jù)，建立月際逐日自然降水量回歸方程（表3），考慮到降水資料時間跨度較長及降水時空分布不均特性等因素，該方程擬合度較好，表明兩區(qū)自然降水面雨量存在線性關(guān)系，可以利用對比區(qū)實測雨量推算作業(yè)影響區(qū)估計雨量[1-5]。

2.3 相對平均增雨率的計算

設(shè)對比區(qū)自然面雨量為x，作業(yè)影響區(qū)面雨量估計值為，作業(yè)影響區(qū)面雨量實測值為z，相對增雨率為q，將對比區(qū)自然面雨量x代入對應(yīng)月際逐日自然降水量回歸方程，計算作業(yè)影響區(qū)面雨量估計值，再將作業(yè)影響區(qū)面雨量實測值z減去作業(yè)影響區(qū)面雨量估計值后除以作業(yè)影響區(qū)面雨量估計值，得到對應(yīng)相對增雨率q，利用算術(shù)平均法計算最終相對平均增雨率。即7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%。設(shè)人工增雨入庫貢獻量為Q，水庫實測入庫量為L，用水庫實測入庫量L乘以相對平均增雨率，再除以相對平均增雨率加1，昭通市漁洞水庫管理局數(shù)據(jù)顯示：7月31日至10月26日期間，漁洞水庫蓄水量從15 019.39萬m3（較歷年同期平均值偏少32%）增加至24 529萬m3（增加了9 509.61萬m3），推算得出作業(yè)期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3。

P=f1 p1+f2 p2+…fn pn（1）

y=ax+b（2）

q=（3）

Q=（4）

式（1）～式（4）中，f1、f2、…，fn分別為各雨量站用多邊形面積計算的權(quán)重數(shù)；p1，p2，…，pn為各測站同時期降雨量；P為作業(yè)影響區(qū)或?qū)Ρ葏^(qū)的平均面雨量。計算結(jié)果如表4所示。

2.4 雷達回波參量的分析

雷達組合反射率可以顯示單位體積內(nèi)全部云雨粒子的后向散射截面之和，依據(jù)其原理可以用來檢驗人工增雨作業(yè)向云層播散碘化銀催化劑后對云雨催化目標粒子濃度及大小的影響，以此判斷增雨作業(yè)效果；而雷達回波頂高TOPS的演變可以表征對流單體發(fā)展旺盛程度，雨量越集中、雨強越大則雷達回波頂高也會越高，可以用來判別人工增雨作業(yè)用催化劑催化效果；垂直液態(tài)水含量是指單位體積內(nèi)大氣中所含的液態(tài)水質(zhì)量，人工增雨通過向暖云中播撒吸濕性粒子促進凝結(jié)增長或向冷云中播撒足量凝結(jié)核促進云中冰晶凝結(jié)發(fā)展，進而增加降水量，通過觀察作業(yè)影響區(qū)垂直液態(tài)水含量變化情況可以準確地反映通過人工增雨進行空中水汽資源開發(fā)的情況[6-8]。

回波參量個例選取2023年8月3日增雨過程昭通新一代雙偏振多普勒天氣雷達回波資料進行參量分析。8月3日魯?shù)榭h新街、龍樹、塘房作業(yè)點于22：32開始梯次開展蓄水型人工增雨作業(yè)3次，發(fā)射高炮彈15發(fā)，天氣系統(tǒng)為低槽切變，云狀為積雨云，700 hPa上空受偏北氣流控制。利用中國氣象局新一代天氣雷達業(yè)務(wù)軟件ROSE 2.1對作業(yè)前后雷達流傳輸基數(shù)據(jù)進行處理，將22：03作業(yè)前雷達回波參數(shù)與22：43作業(yè)后雷達回波參數(shù)進行對比發(fā)現(xiàn)：作業(yè)影響區(qū)域組合反射率最大中心強度由45 dBz變?yōu)?5 dBz，平均回波頂高由8 km變?yōu)?1 km，垂直液態(tài)水含量由3 kg/m2變?yōu)? kg/m2，且垂直液態(tài)水含量高值區(qū)域面積明顯擴大，表明蓄水型人工增雨作業(yè)效果明顯，在雷達回波參量上有較好的響應(yīng)。

3 結(jié)論

第一，以同一天氣背景及降水時段為評估單元，采取區(qū)域回歸分析方法能夠較為客觀地反映相對平均增雨率的大小。其結(jié)果可以作為昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨效果評估的參考依據(jù)。

第二，以昭通市漁洞水庫徑流區(qū)作為水庫蓄水型人工增雨野外試驗背景，采取區(qū)域歷史回歸分析方法，選取昭陽區(qū)及魯?shù)榭h2014—2022年近9年的區(qū)域自動站作業(yè)影響區(qū)及對比區(qū)的年均降水量資料，建立月際的逐日自然降水量回歸方程，基于ArcGIS軟件在作業(yè)影響區(qū)及對比區(qū)上繪制泰森多邊形，開展同一影響天氣系統(tǒng)下24個作業(yè)樣本面雨量分析，以對比區(qū)逐日自然降水面雨量推測作業(yè)影響區(qū)逐日自然降水面雨量，再與作業(yè)影響區(qū)實測面雨量做比較，得出7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨相對平均增雨率為15.4%，作業(yè)期間貢獻入庫量約1 269.05萬m3。

第三，開展人工增雨作業(yè)后，作業(yè)影響區(qū)域組合反射率最大中心強度由45 dBz變?yōu)?5 dBz，平均回波頂高由8 km變?yōu)?1 km，垂直液態(tài)水含量由3 kg/m3變?yōu)? kg/m3，且垂直液態(tài)水含量高值區(qū)域面積明顯擴大，在雷達回波參量上有較好的響應(yīng)，通過雷達回波參量分析表明7—10月昭通市漁洞水庫蓄水型人工增雨具有一定的效果。

參考文獻

[1] 郭甜甜，劉攀，黃康迪，等.基于蓄能指標的梯級水電站蓄水調(diào)度研究[J].人民長江，2023，54（6）：214-219.

[2] 管賢，余秋蘭.夾巖水利樞紐工程下閘蓄水及河道生態(tài)流量保障方案選擇[J].珠江水運，2023（10）：114-116.

[3] 歐陽碩，徐長江，邵駿，等.干旱條件下長江上游梯級水庫群蓄水形勢初探[J].長江科學院院報，2023，40（12）：15-22.

[4] 劉娟.人工增雨背后的秘密[J].科學24小時，2023（9）：34-37.

[5] 王麗霞，周萬福，張莉燕，等.青海省春季一次積層混合云飛機人工增雨作業(yè)個例分析[J].氣象科技進展，2023，13（4）： 50-56.

[6] 孫海燕，姚展予，應(yīng)爽，等.一次對流云的人工增雨作業(yè)條件及雷達物理量變化分析[J].氣象與環(huán)境科學，2023，46（4）： 7-17.

[7] 肖偉生，李鑄杰，趙博，等.廣東省人工影響天氣改善空氣質(zhì)量作業(yè)方案設(shè)計[J].廣東氣象，2023，45（3）：112-115.

[8] 姜舒婕，程瑩，方楠，等.基于干旱和水位特征構(gòu)建水庫人工增雨需求指數(shù)[J].干旱氣象，2023，41（2）：341-349.

基金項目：2023年云南省氣象局自籌科研項目“昭通雙偏振天氣雷達防雹作業(yè)識別指標研究”（YZ202308）。

作者簡介：陳劍輝（1998—），男，云南施甸人，助理工程師，主要從事人工影響天氣相關(guān)工作。