牛头山库区人影技术思路及效果分析*

尹先龙 王鑫凯

(临海市气象局，浙江 临海 317000)

0 引 言

临海地处浙江中部沿海，介于28°40′～29°04′N，120°49′～121°41′E之间。年平均气温17.7℃，年降水量1686.7 mm，6月上、中旬—7月上旬为梅汛期降雨集中期，7—9月以晴热天气为主，属亚热带季风气候区，降水时空分布不均。[1]

影响本地区的主要降水系统有低涡切变、高空槽、台风、地面倒槽等，当降水系统影响时，临海常位于切变南侧、高空槽前、暖区内西南暖湿气流以及台风、地面倒槽控制下，对应的降水云系多数由西南向东北方向移动。

利用人工增雨技术，合理开发空中水资源，是缓解地方旱情，保障供水的有效手段[2-3]。人工影响天气理论和方法是否正确，只有通过评估的效果来检验，但人工增雨技术效果评估一直是一个世界难题，因此科学、客观的效果检验能极大地推动人工增雨技术的健康持续发展[4]。

1 资料及方法

采用2018年1号作业点的资料，现列表1如下：

表1 2018年临海市人工增雨作业情况统计结果

可用方法有：序列分析、区域对比分析、区域历史回归统计等。本文拟用区域历史回归统计检验技术[5-8]。它基于地面历史与实时降雨量资料，采用正态分布理论、最小二乘法理论、t-检验法等数学理论基础，计算步骤严明，可研性强，适用范围广。基于地面降雨量资料的区域历史回归统计检验方法要求统计变量满足正态分布，通常情况下，地面降雨量不满足这个条件，需要对地面降雨量进行正态变换、正态检验。将服从或近似服从正态分布的代换变量作为新变量，并建立一元线性回归方程，计算增雨量，最后对计算结果进行可信度检验。

1.1 合理性分析

根据中国局《人工增雨作业效果检验技术指南(2016版)》，合理性分析是利用雷达等观测资料结合火箭作业的方位和仰角确定判定目标云系是否在地面火箭的有效射程以内，来判断作业过程是否合理。

由于临海国家基本站处于牛头山库区的上风方和上游地区，不受人影作业的催化剂影响；且两者受相同或相似的天气系统影响，有可比性。根据表1计算临海(1981—2010年)各日12 h历史平均值(分夜间和白天)。如表2所示：

表2 临海站(58660)对应表1各日历史平均值

根据作业期间，影响区(以牛头山中尺度站K8608降水量为代表)的实际降水量减去表2中对比区相应期间的平均降水量，作为作业效果。而2018年3月19日白天、4月4日夜间、5月22日白天库区的降水量分别为4.6,0.1,5.6 mm，小于各自对比区的平均降水量，分别是10.1,4.7,6.2 mm。显然不符合实际，应该舍去。

1.2 相关性分析

把符合合理性分析要求的人影作业，其对应时段的实际降水量减去对比区的自然降水量，其值从小到大排列为：

5.0，6.7，6.7，12.4 …………y

把相应的自然降水量也从小到大进行排列：

2.9，3.2，4.8，8.3 …………x

相关数据如表3所示。

说明影响区与和对比区两者降水量的相关程度较高。

表3 x，y数组相关数据计算

1.3 统计变量的正态检验和正态变换

1)求数组y的标准差：

取n=4，则有经验分布函数值：0，0.25，0.5，0.75。

同理，由表3数据得：-2.7/3.234，-1.0/3.234，-1.0/3.234，4.7/3.234，

即：-0.8349，-0.3092，-0.3092，1.4533。

查标准正态分布函数表得到数组y中数据对应的理论分布函数值，为：

0.2033，0.3783，0.3783，0.9265。

4)求出数组y中每个数据的经验分布函数值与对应的理论分布函数值的差值(取绝对值)。即：0.2033，0.1283，0.1217，0.1765。

1.4 建立区域历史回归方程

由表3数据，即得：b=23.18/18.42=1.2584，

故有一元线性回归方程：y=1.2584x+1.66。

1.5 统计检验结果的显著性检验

2 问题探讨

根据上述回归方程，对经过合理性分析的4次作业过程(表1数据)，进行效果再分析，如表4所示。

表4 2018年临海市人工增雨作业效果主客观比较

2.1 优 点

1)从表4看，总体评估结果：区域历史统计回归方程分析(客观)比序列分析(主观)方法的值大，有利于地方政府为百姓办实事的业绩提升。

2)区域历史回归方程分析，可利用国家基本站(58660)积累的历史资料，事先计算出一年中各日(分夜间和白天)的历史平均值，对应代入方程即可得出效果评估值，既简单又方便。也为各级领导指挥抗旱增雨、水库蓄水和净化城市空气质量等决策，快速提供效果评估。

3)为个人积累经验，为单位积累历史个例，为后来者快速融入人工影响天气工作提供理论指导。

2.2 缺 点

1)上述1.2相关分析中的两数组，虽然相关性好，但是各自以一个站点，代表区域平均，显得过于简化，与《人工增雨作业效果检验技术指南》(2016版)的要求有所出入。

2)数组x的值有较长的时间序列，而数组y的取值是以牛头山中尺度站K8608实际降水减去数组x相对应区间的值求得的，也即是所说的人影增雨效果。这样求得的回归方程，没有理论可供参考。

3)样本n=4，数量少，能否很好地代表总体，值得商榷。

3 改进措施

3.1在上级人影专家指导下，规范划定作业影响区和对比区，增加两区中尺度站密度，积累较长序列的降水资料，能够较好地代表两区的降水历史平均值。

3.2继续进行人影业务试验。收集尽可能多的样本数，使有限的样本能够代表或接近总体规律。完善1.4节中一元线性回归方程，使之更好地应用到业务工作中。