湖南省一次飞机人工增雨作业的方案设计及效果评估

李琼　汪玲　丁莉

摘要根据湖南省干旱需求，利用CPAS平台，结合EC细网格资料和MM5模式分别对作业条件等进行系统分析，并对作业后进行效果分析。结果表明，衡阳、株洲及周边地域上空云中云水含量充足，具有较好的增雨潜力。整个过程影响区增雨约32%，面雨量增加0.44 mm，增加水量约792万 t，作业后长沙普降小雨，长沙空气质量指数（AQI）达99，空气质量获得比较明显的改善，此次增雨的作业效果较佳。

关键词增雨条件；作业效果；飞机；方案设计；湖南省

中图分类号S423+.9文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）20-0157-04

AbstractAccording to the drought demand of Hunan Province， the CPAS platform was used to analyze the operating conditions and so on combined with EC fine grid data and MM5 mode，and the effect analysis was carried out after the operation.The results showed that the cloud water content in Hengyang， Zhuzhou and surrounding areas was sufficient， and it had good potential for increasing rainfall.In the whole process，Precipitation affected area increased by about 32%， surface rainfall increased by 0.44 mm，water consumption increased about 7.92 million t，there was light rain in Changsha after artificial precipitation，air quality index （AQI） of Changsha reached 99， air quality was more obvious improvement， the effect of this work was better.

Key wordsRainfall conditions；Operational effects；Aircraft；Program design；Hunan Province

早在1959年，湖南省就開展夏季飛机人工增雨试验研究工作[1]，1968年开始，采用双机配合方法，一架飞机催化作业，一架飞机绕云观测，到1969年下半年，累计开展了440架次作业。据资料记载，湖南省在1971和1972年也展开了飞机作业[2]。随着科技的发展，人工影响天气需求越来越大，到2011年，湖南省人工影响天气办公室将飞机人工增雨工作重新纳入人工影响天气业务任务之一，目前飞机人工增雨作业已成为该省常规业务。每年在湖南前汛期（4—6月）后，湖南降水减少，容易出现夏秋期干旱， 湖南省人工影响天气办公室结合实时干旱监测情况，有针对性地开展为期2～3个月的飞机人工增雨作业。

随着技术日益发展，人工影响天气作业也越来越科技化、规范化。关于飞机增雨作业，人工影响天气业务工作者进行了很多研究，并取得了一定的成果[3-5]。针对每一次飞行作业任务，业务人员都要汇集大量的相关气象数据、资料，认真从作业需求、作业条件、作业预案的设计以及作业效果多方面进行分析。笔者选取湖南一次典型飞机作业个例进行简要分析，介绍了湖南省飞机作业基本思路和流程，为其他省份市州飞机作业提供参考。

1作业需求分析

8月下旬湖南省多个市、州、县开始呈现出程度不一的气象干旱，通过降水距平分析和气象干旱的监测分析，找出干旱地区，并对干旱地区天气进行密切关注，抓住有利时机，开展飞机人工增雨作业。

据统计（图1a），近三旬全省大部分地区降水量在100 mm以上，但降水空间分布不均，湘西北降水偏多，湘东北至湘南一带大部降水偏少，其中岳阳、株洲北部、衡阳南部、郴州西北部、永州中部降水偏少2～5成。气象干旱实时监测显示（图1b），湖南省旱情明显，有18个县市出现了不同程度的气象干旱；气象干旱区域主要分布湘中以南地区，其中，株洲市醴陵县、衡阳市衡阳县、永州市江华县、郴州市桂阳县和汝城县共计4市5 县达到中度气象干旱标准。 综上分析，衡阳、株洲及周边地区旱情较明显，密切关注上述干旱地区天气，抓住有利天气形势，有针对性地实施飞机人工增雨抗旱作业。

2作业条件分析

参考湖南省气象台发布的未来一周天气预报，2016年8月31日，受低槽与中低层辐合的共同影响，湘中以南局地有暴雨，其他时段省内以晴好天气为主，结合EC模式预报和湖南省CPAS综合分析系统MM5模式预报，对8月31日天气形势和衡阳、株洲及周边干旱地区的作业条件进行分析诊断，并针对作业条件好的干旱地区进行作业预案设计。

EC细网格模式预报，8月31日14∶00湘中以南地区相对湿度在80%左右，有一定的水汽含量，有一定的增雨条件。

综合湖南省CPAS综合分析系统MM5模式预报结果，8月31日13∶00—17∶00云带主要分布在湘中偏南一带，云带带宽在1 mm左右，最大垂直累积过冷水含量达0.1 mm，有一定的增雨潜力[6]，典型时刻的云系分布特征见图2。

从云体垂直结构（图3）分析显示，8月31日14∶00，株洲北部600 hPa附近水凝物含量较高，建议在衡阳、株洲及周边干旱区域做S型播撒作业。

综上所述，2016年8月31日13∶00—17∶00，衡阳、株洲及周边干旱地区的相对湿度条件较好，云层属于冷云， 0 ℃层在5 000 m左右，最大垂直累积过冷水含量较高，适合在5 000 m左右播撒冷云催化剂，有较好的增雨潜力。针对作业条件分析，设计冷云催化作业预案方案。

3作业预案

根据对作业需求、作业条件的分析结果，特制定飞机作业预案如下：①作业时段，8月31日13∶00—17∶00；②预计作业区域，衡阳、株洲及周边地区；③作业飞机，运七飞机；④作业部位，4 500～5 500 m云区；⑤作业目的，作物抗旱；⑥催化方式，冷云AgI烟条。

4飞行实况分析

受低槽天气系统影响，湖南中部地区出现小到中雨天气，降水性质为层积混合云降水，适合开展人工增雨作业。湖南省人工影响天气办公室8月31日开展一架次增雨作业，此次作业时长约3 h，14∶43开始催化，作业高度4 500～5 200 m，平均飞行作业高度为4 900 m，催化层风向570°、风速8 m/s，到17∶02催化结束，共消耗AgI冷云烟条10根，具体飞行路径见图4。

根据实况观测和实际飞行情况，针对8月31日13∶00—17∶00飞机作业预案中的预计作业区域进行分析。

8月31日15∶30卫星反演云顶温度、高度分布（图5a、b）显示，在湖南省中部存在水平尺度较大的低槽云系，衡阳、株洲及周边地区云顶温度为-10～0 ℃，云顶高度为5～6 km，为冷云。长沙雷达观测显示（图5c），13∶00—17∶00在湖南中部有大范围层积混合云覆盖，回波强度15～35 dBz，适合开展人工增雨作业。

对照预计作业区域，MM5模式预报的预计作业区域（衡阳、株洲及周边地区）作业条件较好，为作业潜力区。但与实况相比，MM5模式预报的作业潜力区位置偏北，并对衡阳地区出现了空报，MM5模式对此次过程增雨潜力区的位置和强弱分布的预报与实况出现了一定偏差，也导致作业预案中给出的预计作业区域出现衡阳空报，与实况有一定差别。分析其原因，主要是由于在这一时段模式预报产品与实况有偏差，而作业预案制作时过于依赖预报产品。

实际飞行：运七飞机14∶30起飞，14∶43开始在株洲南部实施催化作业，17∶02停止催化，实际催化高度

5作业效果评估

5.1影响区计算

根据高空的风向风速显示，作业时西北风向，风速达8 m/s，飞行作业影响区如图6，累计影响面积约为1.8万km2。

5.2降雨量分析

在作业影响区的上游，选取作业上风方向、面积相同的对比区1（图6），对影响区与对比区的雨量进行对比，并计算K值，結果发现，作业前1 h，影响区面雨量为0.17 mm，K为1.70；作业开始到作业结束影响区雨量明显增加，2 h面雨量增加0.76 mm，K值明显增大至2.45；作业后1 h，K值继续增大，为3.42；作业后2 h，K值减小至1.90。整个过程影响区增雨约32%，面雨量增多0.44 mm，增加水量=增加面雨量×影响面积×水密度=792万t。

5.3直观对比分析

采用直观对比物理检验方法，对比了作业前后影响区域雷达参数变化（图7），8月31日下午长沙空气质量差，实时天气为阴天，空气湿度较大，飞机在长沙上空进行增雨播撒作业。针对16∶30左右在长沙一带盘旋播撒的作业效果进行分析，结果发现，作业后，强雷达回波面积有所增加，雷达回波强度增强，此次作业效果较好；作业前

16∶00长沙天气为阴天，空气质量为轻度污染，AQI指数为143，作业后长沙普降小雨，18∶00空气质量达到良好，AQI指数降为99，空气质量明显变佳（图8）。

6结论

（1）2016年8月31日，湖南省受低槽与中低层辐合的共同影响，天气系统的配置有利于降水发生、发展，具备比较好的人工增雨作业气象条件。

（2）利用CPAS平台，结合EC细网格资料和湖南省CPAS综合分析系统MM5模式对作业条件进行分析，结果显示，衡阳、株洲及周边地区上空云中云水含量，云带带宽在1 mm左右，最大垂直累积过冷水含量达0.1 mm，制订冷云催化作业方案，预设作业方案基本可行。

（3）催化前后，整个过程影响区增雨约32%，面雨量增

加了0.44 mm，增加水量约792万t，作业后长沙普降小雨，

空气质量达到良，AQI指数达99，空气质量得到改善。

（4）湖南省人工影响天气办公室结合实时干旱监测情况，密切关注天气形势，认真分析作业条件，抓住有利时机在干旱地区大面积成功开展飞机人工增雨、抗旱作业，影响区普降小-中雨，此次作业对增加降水、改善空气质量起了正面作用。

参考文献

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徐冬英，王璐，王治平，等.长沙地区秋季降雨天气类型与飞机增雨技术研究[J].安徽农业科学，2015，43（18）：219-222.

[2] 王治平，张中波，丁岳强，等.湖南人工影响天气技术研究与应用[M].长沙：湖南科学技术出版社，2011.

[3] 李集明，周毓荃，陶玥.2013年南方干旱人工影响天气技术交流论文集[C].北京：气象出版社，2015.

[4] 游积平，冯永基，杨今冬.广东省2005年春季飞机增雨作业技术分析[J].广东气象，2005，27（3）：17-19.

[5] 杜毓龙，雷崇典，陈保国.陕西省飞机增雨作业典型天气个例分析[J].气象科技，2005，33（5）：456-459.

[6] 孙晶，史月琴，蔡淼，等.南方三类云系云结构预报和增雨作业条件分析[J].气象，2015，41（11）：1356-1366.