夏季丽江飞机增雨作业天气条件的研究

摘 要：以夏季丽江飞机增雨作业气象为研究对象，利用ERA5再分析气象资料和MICAPS气象实况资料进行了分析。研究结果显示：切变线、副热带高压外围、高空槽是丽江夏季实施飞机增雨作业时的大气主要环流形势，且这几种天气系统相互配合、共同影响，其中，以切变线最为常见。低层相对湿度≥80%、垂直上升运动达到或超过500 hPa是开展飞机增雨作业的必要条件，在此大气环境背景下，通过飞机播撒AgI凝结核有利于促进水汽凝结增长，进而增加降水量。夏季丽江增雨作业主要在稳定降水层状云中进行，雷达回波强度一般介于10～25 dBz之间，最大达到45 dBz，回波强度大于10 dBz的面积一般大于50 km2。在有利的天气系统配合下，无明显雷达回波时也能开展作业且效果佳。

关键词：夏季飞机增雨；天气环流形势；雷达回波；作业条件

中图分类号：P481 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

随着现代科技的发展，全球异常天气、气候频发，人工影响天气作业越来越受到人们的关注。其中，人工增雨不仅是农业抗旱防灾减灾的需求，还是水资源安全的保障，同时能防止森林火险的发生，对生态建设与环境保护都起着重要的作用。

丽江市地处滇西北横断山纵谷地带的东部，属低纬高原山地季风气候，干湿季分明，干季（11月—翌年4月）降水量仅占全年降水量的6%左右；地形西北高东南低，立体气候特点突出，气候一致性较差。尽管相关部门对丽江季节性干旱有一定的预期与应对措施，但在近10年的冬春季中，有7年降水量偏少，且频繁出现冬春初夏连旱。

滇西北地区是全球生物多样性的热点地区，夏季降水对生态环境的作用极为重要，因此加强滇西北地区夏季飞机增雨作业的研究显得尤为重要。以2019年7月和2021年6月在丽江开展为期2个月的飞机增雨作业为例，总结出适合滇西北夏季飞机增雨作业的有利气象条件，以提升丽江飞机增雨作业的效果。

1 飞机增雨作业的概况

2019年7月和2021年6月丽江市持续异常高温少雨，发生冬春初夏连旱。2019年7月丽江市共实施飞机增雨作业11次，累计作业时长1 822 min，消耗“烟条”220根，增雨作业区域主要位于玉龙县西部—玉龙县中部—古城—永胜县西部一带。2021年6月实施飞机增雨作业10次，累计作业时长1 815 min，消耗“烟条”400根，开展作业区域覆盖全市一区四县。其中，2021年飞机增雨作业后对丽江区域性干旱的缓解效果尤为显著。

2 作业条件的天气分型

通过对2019年和2021年17架次有效飞机增雨作业过程的天气系统进行整理发现，夏季实施飞机增雨作业时常常受多个天气系统的共同影响，其中，以切变线最为常见，其次是副热带高压（以下简称副高）、高空槽和孟加拉湾低压（以下简称孟湾低压）。统计得出，夏季有利于丽江实施飞机增雨作业的系统—切变线、副高外围天气、高空槽、“两高”辐合、孟湾低压和南海热带低压分别占76%、35%、29%、18%、18%、6%（由于影响系统在同一作业时间同时出现，故某一类系统所占百分比为出现该系统总次数与总有效增雨次数之比）。

3 大气环流气象条件分析

3.1 副高外围+切变线

2021年6月9日，丽江机场起飞的飞机于09：00～12：02在99°～101°E实施折线飞行增雨作业，08：00，在500 hPa高度场和700 hPa风场上，副热带高压西伸至我国沿海，丽江位于副高外围584线控制的西偏南气流控制区，700 hPa风场在丽江北部，丽江—西昌与巴塘—温江间有一切变线，为北高南低形势，切变线南压（图1a）。至20：00，在丽江与西昌间形成风向切变，切变线过境前，丽江一直受西南气流控制，不断有水汽向丽江输送，700 hPa温度露点差小于1 ℃，达到近似饱和状态。同时，700 hPa风场呈气旋性分布，而500 hPa为高压外围，风场呈反气旋性分布，为不稳定性降水提供了有利的环流条件，但对增雨飞机的飞行安全则产生了影响。从探空图（图1d）可看出，08：00，丽江站对流有效位能CAPE值达到138 J/kg，不稳定能量较强。在作业前，6月9日08：00的相对湿度和水平风垂直剖面上（图1b），95°～105°E自低层到250 hPa为相对湿度≥80%的湿层，这是由于整层为一致的西偏南气流，西南风引导水汽从孟加拉湾向云南输送。从垂直速度上看（图1c），99°E以东（99°～110°E）的整个副热带高压外围区域，650～200 hPa为深厚的上升气流区，表明飞机在避开强对流区在切变线前实施作业，由于湿层和上升气流区都较为深厚，在0 ℃及以下高度实施飞机增雨作业，有利于增加降水量[1]。

3.2 高空槽＋西南气流

2019年7月11日，飞机于10：20～13：28在丽江机场飞行，用时1 808 min，在丽江西部（99°～100°E）实施西南—东北向折线飞行的增雨作业。2019年7月11日08：00（图2a），500 hPa上四川中部至云南东部地区有一高空槽，滇西北一线受槽后西偏北气流控制，高层冷空气向南渗透云南北部。在700 hPa风场上，丽江受西南气流控制，有水汽从孟加拉湾源源不断向丽江市输送，温度露点差小于1 ℃，达到近似饱和状态，形成一低层暖湿高层冷的环流形势，有利于形成对流天气，对飞机安全飞行有一定的影响。

从7月11日08：00的相对湿度和水平风垂直剖面上看（图2b），在飞机增雨区域从底层至200 hPa相对湿度都在85%～90%，为近饱和状态，中低层滇西一线西南风风速较大，有利于水汽的不断输入，为凝结增长提供了水汽保障。从垂直速度看出（图2c），从滇西到丽江西部（95°～99°E）、从低层到高层200 hPa附近有上升运动，且上升运动较强，而在丽江东部100°E附近则为下沉运动，上升气流和下沉气流并存，使得形成较为稳定的垂直环流。而0 ℃层在530 hPa附近（图2d）。因此，在0 ℃及以下区域进行飞机增雨作业，受到上升运动的影响，凝结核碰并增长而增加降水量。

3.3 高空槽＋切变线

2019年7月13日，飞机于09：52～13：13在丽江机场飞行，用时1 821 min，在丽江玉龙县中东部（99.5°E～100°E）实施南—北向折线飞行的增雨作业。2019年7月13日08：00（图3a），500 hPa上贵州东部至广西有一高空槽，滇中以北地区为槽后西北气流控制，高层冷空气向南渗透云南北部，700 hPa受冷空气回流影响，在丽江与西昌间形成切变，但700 hPa的08：00实况上显示南高北低形势，切变线难以南压，未来向东移的趋势减弱，因此，相关部门应及时抓住有利时机进行切变线前飞机增雨作业。

在作业前，从7月13日08：00相对湿度和水平风垂直剖面可看出（图3b），在飞机增雨区域从底层至400 hPa相对湿度在90%以上，在增雨区600～530 hPa附近，相对湿度高达100%，为饱和状态，丰富的水汽为凝结核的增长创造了有利的气象条件。在750～650 hPa附近，缅甸一线风速大，至滇西后风速迅速减小，形成风速辐合，配合700 hPa的切变系统，有利于降水形成。

从垂直速度看出（图3c），从滇西至丽江西部（96°E～100°E）、从低层至高层350 hPa附近有上升运动，且上升运动较强，而在丽江东部100°E附近则为弱的下沉运动，因此在丽江玉龙县实施飞机增雨作业，能使播撒的凝结核受到上升运动的影响，从而增加降水量。从温度场的垂直分布来看，0 ℃层在530 hPa附近（图3d），因此，在0 ℃及以下区域进行飞机增雨作业，有利于低层水汽和凝结核抬升凝结核碰，并增加降水量[2]。

4 丽江夏季飞机增雨作业的雷达监测指标

飞机人工增雨作业的主要对象为稳定层状降水云系，此外，弱的混合性（层状云和弱积状云）降水云系也是飞机增雨作业的重要对象。在适宜的天气环流背景下，当雷达回波强度达到10～45 dBz，回波强度＞10 dBz的面积大于100 km2时，适合开展飞机增雨作业。当前，对飞机增雨作业雷达指标的研究大多集中在春季和秋季，而此次在丽江开展的飞机增雨作业是在夏季进行的。通过对有效增雨个例的分析，初步总结出夏季丽江开展飞机增雨的雷达监测指标（表1）。增雨作业主要是在稳定降水层状云中进行的，雷达回波强度一般在10～25 dBz之间，最大一般为45 dBz左右，回波强度大于10 dBz的面积一般大于50 km2，但在个别增雨作业案例中，在飞机起飞前及作业过程中无明显雷达回波，这是夏季飞机增雨作业与春秋季飞机增雨作业显著的不同之处[3]。

5 结论

第一，切变线、副高外围天气、高空槽是丽江夏季实施飞机增雨作业的主要环流形势，且这几种天气系统往往相互配合、共同影响，以切变线最常见。在有利环流形势下必须具备充沛的水汽条件，丽江处于高湿区，低层相对湿度≥80%，飞机播撒AgI凝结核，在丰沛的水汽条件下通过上升运动有利于凝结增长，从而增加降水量[4]。

第二，有利于飞机增雨作业的天气环流形势间存在一定的差异，但0 ℃层基本在500～530 hPa之间，0 ℃

层高度较高。6月和7月低层湿度条件均较好，基本能达到85%以上，存在垂直上升运动，且上升运动能达到或超过500 hPa是丽江飞机增雨作业的必要条件。只有具备上升运动及较高的运动高度，才能使低层充沛的水汽通过上升运动向上运动，飞机播撒的凝结核才能在水汽的配合下抬升凝结，并形成雨滴从而达到增雨效果。

第三，夏季丽江增雨作业主要是在稳定降水层状云中进行的，雷达回波强度一般在10～25 dBz之间，最大值一般在45 dBz左右，回波强度大于10 dBz的面积一般大于50 km2。在有利的天气系统配合下，无明显雷达回波时也能进行作业且作业效果佳，这是夏季飞机增雨作业与春秋季飞机增雨作业显著的不同之处。

参考文献

[1] 毛节泰，郑国光.对人工影响天气若干问题的探讨[J].应用气象学报，2006（5）：643-646.

[2] 李枚曼，喻乙耽，许弋，等.一次飞机人工增雨作业中云宏微观特征分析[J].中低纬山地气象，2022，46（3）：47-55.

[3] 王吉宏，张维全，韩江文，等.新一代天气雷达在一次飞机增雨作业中的应用[J].安徽农业科学，2010，38（28）：15734-15735，15769.

[4] 哈青辰.人工影响天气飞机增雨作业安全分析与对策[J].农村经济与科技，2021，32（20）：11-13.

基金项目：云南省气象局科研项目（YZ202438）。

作者简介：杨沛琼（1986—），女，云南丽江人，工程师，主要从事中短期天气预报预测工作。