昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨效果的评估分析

摘 要：以昭通市渔洞水库径流区作为水库蓄水型人工增雨野外试验背景，采取区域回归分析方法，利用云南省昭通市昭阳区和鲁甸县2014—2022年近9年区域自动站年均降水量资料，选取作业影响区和对比区，建立月际逐日自然降水量回归方程，基于ArcGIS软件，在作业影响区和对比区上绘制泰森多边形，开展同一影响天气系统下24个作业样本面雨量分析，以对比区逐日自然降水面雨量推测作业影响区逐日自然降水面雨量，再与作业影响区实测面雨量作比较，得出7—10月昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨相对平均增雨率为15.4%，作业期间贡献入库量约1 269.05万m3；同时组合反射率、回波顶高度、垂直积分液态含水量等雷达回波参量均对增雨作业具有一定效果。

关键词：人工增雨；库塘蓄水；效果评估

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

云南省昭通市地处云、贵、川三省交界处，位于云南东北部、乌蒙山区北缘，地势南高北低，立体气候突出。昭鲁坝子作为云南省第三大坝子，总耕地面积约为3.48万hm2。以往因水利基础设施薄弱，灌溉效率较低，以高原特色农经作物种植为主的农田灌溉能力不足且单产较低，而渔洞水库的建设从根本上解决了该地区农业生产用水问题和昭阳区城市居民饮用水问题，提升了昭鲁坝子的水利化程度。

近年来，受极端高温干旱天气影响，渔洞水库径流区长期雨水补给不足，导致上游来水量偏少，水资源短缺，严重威胁着渔洞水库用水安全，而库塘蓄水是应对水资源短缺最为有效的手段。因此，气象部门正在不断探索高效开发空中云水资源的方法，以增加库塘蓄水量，并对库塘蓄水型人工增雨作业密切关注。

目前，对于人工增雨效益评估研究方法大多采用区域对比分析的方法：2005年，会泽县气象局在毛家村水库径流区设立了3个增雨试验点，通过人工增雨蓄水进行发电，对作业影响区和非影响区采用3种方法进行效果分析，得出毛家村水库在雨季实施人工增雨作业增加降水量10%～25%[1]；方夏馨等[2]主要通过对作业影响区域和非影响区域过程雨量进行分析，初步得出2012昆明市一次人工增雨作业效果显著。

1 研究区概况

昭通市渔洞水库径流区水库蓄水型人工增雨野外试验在昭阳区的苏甲、乐居，鲁甸县的新街、塘房、龙树等乡镇区域设置了5个固定作业点，有效避免了固定作业点影响区域受限、作业方位固定等问题。此外，在鲁甸县水磨乡增加1个流动作业点，增加机动作业能力。

区域历史回归分析是建立在作业影响区与对比区降水量的统计相关关系与历史上降水量的区域相关性相同的假定基础上，利用昭阳区及鲁甸县2014—2022年近9年区域自动站年均降水量资料，建立一元线性回归方程。以相关性程度筛选作业影响区和对比区，选取鲁甸县新街、龙树、水磨乡（镇）为作业影响区，鲁甸县梭山、乐红、龙头山乡（镇）为对比区，得到一元线性回归方程。考虑到降水资料时间跨度较长及降水时空分布不均特性等因素，该方程拟合度相对较好，选取的作业影响区与对比区较为合理，可以作为区域历史回归分析方法的应用研究区域基础。作业影响区及对比区年均降水量（2014—2022年），具体如表1所示。

2 人工增雨作业的效果评估

2.1 基于ArcGIS计算泰森多边形面雨量

本研究基于ArcGIS软件分析工具，在作业影响区及对比区站点布局基础上绘制泰森多边形，自动气象站分布如图1所示，基于站点分布的泰森多边形区划图如图2所示。求得各雨量站的面积权重系数，然后用各站点雨量与该站所占面积权重相乘后累加，得到相对科学客观的面雨量数据。设每个雨量站都以其所在的多边形为控制面积△A，△A与作业影响区或对比区的面积A之比即为该雨量站的权重数，权重数如表2所示。

2.2 月际逐日自然降水量回归方程

选取作业影响区及对比区2023年7—10月的月际逐日自然降水量数据，建立月际逐日自然降水量回归方程（表3），考虑到降水资料时间跨度较长及降水时空分布不均特性等因素，该方程拟合度较好，表明两区自然降水面雨量存在线性关系，可以利用对比区实测雨量推算作业影响区估计雨量[1-5]。

2.3 相对平均增雨率的计算

设对比区自然面雨量为x，作业影响区面雨量估计值为，作业影响区面雨量实测值为z，相对增雨率为q，将对比区自然面雨量x代入对应月际逐日自然降水量回归方程，计算作业影响区面雨量估计值，再将作业影响区面雨量实测值z减去作业影响区面雨量估计值后除以作业影响区面雨量估计值，得到对应相对增雨率q，利用算术平均法计算最终相对平均增雨率。即7—10月昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨相对平均增雨率为15.4%。设人工增雨入库贡献量为Q，水库实测入库量为L，用水库实测入库量L乘以相对平均增雨率，再除以相对平均增雨率加1，昭通市渔洞水库管理局数据显示：7月31日至10月26日期间，渔洞水库蓄水量从15 019.39万m3（较历年同期平均值偏少32%）增加至24 529万m3（增加了9 509.61万m3），推算得出作业期间贡献入库量约1 269.05万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分别为各雨量站用多边形面积计算的权重数；p1，p2，…，pn为各测站同时期降雨量；P为作业影响区或对比区的平均面雨量。计算结果如表4所示。

2.4 雷达回波参量的分析

雷达组合反射率可以显示单位体积内全部云雨粒子的后向散射截面之和，依据其原理可以用来检验人工增雨作业向云层播散碘化银催化剂后对云雨催化目标粒子浓度及大小的影响，以此判断增雨作业效果；而雷达回波顶高TOPS的演变可以表征对流单体发展旺盛程度，雨量越集中、雨强越大则雷达回波顶高也会越高，可以用来判别人工增雨作业用催化剂催化效果；垂直液态水含量是指单位体积内大气中所含的液态水质量，人工增雨通过向暖云中播撒吸湿性粒子促进凝结增长或向冷云中播撒足量凝结核促进云中冰晶凝结发展，进而增加降水量，通过观察作业影响区垂直液态水含量变化情况可以准确地反映通过人工增雨进行空中水汽资源开发的情况[6-8]。

回波参量个例选取2023年8月3日增雨过程昭通新一代双偏振多普勒天气雷达回波资料进行参量分析。8月3日鲁甸县新街、龙树、塘房作业点于22：32开始梯次开展蓄水型人工增雨作业3次，发射高炮弹15发，天气系统为低槽切变，云状为积雨云，700 hPa上空受偏北气流控制。利用中国气象局新一代天气雷达业务软件ROSE 2.1对作业前后雷达流传输基数据进行处理，将22：03作业前雷达回波参数与22：43作业后雷达回波参数进行对比发现：作业影响区域组合反射率最大中心强度由45 dBz变为55 dBz，平均回波顶高由8 km变为11 km，垂直液态水含量由3 kg/m2变为7 kg/m2，且垂直液态水含量高值区域面积明显扩大，表明蓄水型人工增雨作业效果明显，在雷达回波参量上有较好的响应。

3 结论

第一，以同一天气背景及降水时段为评估单元，采取区域回归分析方法能够较为客观地反映相对平均增雨率的大小。其结果可以作为昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨效果评估的参考依据。

第二，以昭通市渔洞水库径流区作为水库蓄水型人工增雨野外试验背景，采取区域历史回归分析方法，选取昭阳区及鲁甸县2014—2022年近9年的区域自动站作业影响区及对比区的年均降水量资料，建立月际的逐日自然降水量回归方程，基于ArcGIS软件在作业影响区及对比区上绘制泰森多边形，开展同一影响天气系统下24个作业样本面雨量分析，以对比区逐日自然降水面雨量推测作业影响区逐日自然降水面雨量，再与作业影响区实测面雨量做比较，得出7—10月昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨相对平均增雨率为15.4%，作业期间贡献入库量约1 269.05万m3。

第三，开展人工增雨作业后，作业影响区域组合反射率最大中心强度由45 dBz变为55 dBz，平均回波顶高由8 km变为11 km，垂直液态水含量由3 kg/m3变为7 kg/m3，且垂直液态水含量高值区域面积明显扩大，在雷达回波参量上有较好的响应，通过雷达回波参量分析表明7—10月昭通市渔洞水库蓄水型人工增雨具有一定的效果。

参考文献

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基金项目：2023年云南省气象局自筹科研项目“昭通双偏振天气雷达防雹作业识别指标研究”（YZ202308）。

作者简介：陈剑辉（1998—），男，云南施甸人，助理工程师，主要从事人工影响天气相关工作。