人工影响天气地面火箭作业点选址技术分析

2024-06-28李志郑晓泽杨丹

农业灾害研究 2024年3期

李志郑晓泽杨丹

收稿日期：2024-01-19

作者简介：李志（1985—），男，四川成都人，工程师，主要从事人工影响天气和雷达应用工作。#通信作者：郑晓泽，E-mail：380801193@qq.com。

摘要：开展人工影响天气工作的首要问题是作业点建设位置的选择，这是人工影响天气作业的基础。以西双版纳傣族自治州为例，从作业季天气过程路径和地面火箭作业点最佳射击仰角方面分析了在人工影响天气地面火箭作业点选址时需要关注的问题。利用西双版纳傣族自治州4年的人工影响天气作业数据，计算出西双版纳傣族自治州人工影响天气作业季主要天气系统来向，再以人工影响天气设备性能参数、作业点海拔和区域天气系统强中心高度等要素，计算出各海拔作业点火箭最佳射击仰角范围，为开展人工影响天气选址和作业方案设计提供参考。

关键词：人工影响天气；地面火箭作业点；选址；最佳射击仰角

中图分类号：P48 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

近年来，随着全球气候逐渐变暖、工农业发展对生态环境的破坏等因素的影响，极端天气气候事件越发频繁，每年因气象灾害造成的损失越来越大。出于对农业生产、经济社会发展、生态环境建设等因素的考虑，人工影响天气事业在全国得到快速发展。人工影响天气作业点选址时需要考虑很多因素，如保护区域位置、安全射界范围、雷达监测覆盖情况、天气过程路径、作业人员生活保障、交通和通信条件等方面[1]。为了提高人工影响天气的作业效率，取得更好的作业效果，对人工影响天气作业点选址上进行了大量研究，主要从天气过程移动路径和最佳射击仰角范围进行作业点选址分析[2-5]。天气过程移动路径在人工影响天气选址中应用较广泛，但是绝大多数选址忽视了作业点最佳射击仰角范围[6-9]。在作业点选址前，应根据本地作业装备性能参数和天气系统特点计算出预选位置的最佳射击仰角，选择最佳射击仰角范围较大的作业点，能在后续开展人工影响天气作业时准确地将火箭弹射击至天气系统关键位置，从而进行催化剂播撒，大大增强人工影响天气作业效果，这将在人工影响天气作业效果评估中得到很好的体现[10-12]。

1 选址分析

1.1 天气过程路径分析

人工影响天气作业影响区主要以作业点为上边界、沿下风方向的一个区域，影响区域形状和大小与天气系统实际情况有关。要分析多年天气过程系统移动路径，在人工影响天气目标区域上风方向选择建设人工影响天气作业点能获得理想的人工影响天气效果。选取西双版纳傣族自治州2019—2022年的人工影响天气作业记录进行天气系统来向分析，剔除了气象数据缺失或代表性不强的数据，得到379组数据，分析结果如图1所示。在西双版纳傣族自治州379次地面火箭人工影响天气作业中，天气系统西南方来向218次，正西来向118次，西北来向20次，偏西来向天气系统总占比高达93.9%。由此可见，在西双版纳傣族自治州人工影响天气作业季，主要受偏西来向天气系统影响，其中占比最高的是正西和西南方向的天气系统，其余方向的系统影响总占比仅为6.1%。

在上述379次地面火箭人工影响天气作业中进行进一步分析，剔除因特殊年份在雨季（6—10月）开展的人工影响天气作业，仅保留西双版纳傣族自治州常规人工影响天气作业月份（11月—翌年5月）336次人工影响天气作业数据分析，如图2所示。在336次常规人工影响天气作业月份中，天气系统西南方来向211次，正西来向107次，西北来向17次，受偏西来向天气系统影响总占比高达99.7%，其他方向的天气系统影响仅1次，几乎可忽略不计。由此可见，在西双版纳傣族自治州常规的人工影响天气作业季，有利于人工影响天气作业的天气系统几乎全是偏西方来向，其中主要是西南和正西方的天气系统。

1.2 作业点最佳射击仰角分析

分析作业点最佳射击仰角的目的是使选择的作业点在实施人工增雨作业时，发射的火箭弹能有效射击至目标云层高度，大大提高人工影响天气作业效率。要计算出作业点最佳射击仰角就需要得到人工影响天气作业装备的性能参数，即火箭弹的射高、作业点的海拔和作业区域目标天气系统强中心高度

范围。

西双版纳傣族自治州使用的人工影响天气作业装备主要是云南锐达民爆有限责任公司出售的LF型地面移动式火箭发射架和CF型车载式火箭发射架。两种型号发射架有3～12管发射通道，俯仰角度范围55°～85°，方向角度调整范围0°～360°。火箭发射架使火箭具有一定的离架速度和初始飞行姿态（仰角和方位角），以保证火箭飞行的稳定性，并达到预定的飞行高度。搭配使用的火箭弹为JFJ-3型火箭弹，该型号弹药是由安全降落伞装置、发动机及整体后掠式尾翼组成的。火箭点火后发射升空，到达预定高度后爆炸将催化剂播撒至预定区域，残余弹药通过降落伞安全落地。由于火箭弹发射后受重力影响，所形成的发射路线不是直线而是抛物线。因此，计算火箭弹射高不能简单以火箭弹发射仰角和射程代入三角函数直接计算。根据云南锐达民爆有限责任公司提供的JFJ-3型火箭弹各仰角炸点坐标试验数据如图3所示，得出火箭弹各仰角炸点散点分布图，如图4所示。从图中明显看出散点分布接近于抛物线，使用最小二乘法进行回归计算，得到射高x与仰角y的回归方程：

y=8.688 7x2-54.309x+138.94，R?=0.993 9， 3.529≤x≤4.973，55°≤y≤85°（1）

根据西双版纳傣族自治州历年收集的气象数据，西双版纳傣族自治州天气系统强中心高度主要集中4～6 km。人工影响天气作业时，火箭弹需要在海拔4～

6 km高度抛撒催化物，才能达到最佳的人工影响天气效果。因此，将所选作业点海拔和目标系统强中心高度范围代入回归方程，可得到作业点海拔x与最低仰角ymin和作业点海拔x与最高仰角ymax的回归方程：

ymin=8.688 7（4-x）2-54.309（4-x）+138.94，3.529≤4-x≤4.973，55°≤y≤85°（2）

ymax=8.688 7（6-x）2-54.309（6-x）+138.94，3.529≤6-x≤4.973，55°≤y≤85°（3）

作业点最佳射击仰角范围为ymin≤y≤ymax，ymin≥

55°，y（max）≤85°。

在新建人工影响天气作业点时，先探测出预选作业点海拔，将海拔代入上述式（2）、式（3）回归方程，计算出此预选点作业时的最佳射击仰角范围。受作业射击仰角区间范围影响（55°～85°），作业最低相对高度（4-x）低于3.529 km的作业点，使用最低射击仰角55°，作业最高相对高度（6-x）高于4.973 km的，使用最低射击仰角85°。若仰角范围不能较好地满足人工影响天气作业需求，则可另选作业点，选取作业条件更为优良的地理环境，以此优化本地人工影响天气作业选点方案。

以西双版纳傣族自治州12个作业点为例，代入式（2）、式（3）回归方程，12个人工影响天气作业点最佳射击仰角范围如表1所示。由于JFJ-3型火箭弹射程较远，西双版纳傣族自治州天气系统中心强度普遍不高，若所遇天气系统中心高度仅为4 km，所有作业点均以55°最低发射仰角发射火箭弹也比天气系统中心高，最高差距可达1.2 km（星火山），不能达到理想的播撒高度。因此，当所遇天气系统中心高度较低，但是作业点海拔较高时，可放弃本次作业，而不是盲目作业，但是播撒高度与天气系统中心高度相差不大时也是可以适当作业的。

2 结论

2.1 地面火箭人工影响天气作业点布设位置

根据西双版纳傣族自治州人工影响天气作业点布局分析，新建作业点在满足射程和安全射界的前提下，选址应在人工影响天气目标区域西南方为最佳，正西方次之，南方再次之，其他方向不建议布设作业点。

2.2 地面火箭人工影响天气作业点最佳射击仰角

在新建作业点时，将预选作业点海拔代入上述式（2）、式（3）回归方程，计算出预选作业点的最佳射击仰角范围，根据得到的最佳射击仰角范围区间确定预选作业点是否适合建点。其他城市需要设计本地化地面火箭人工影响天气作业点最佳射击仰角计算方程时，只需替换方程中火箭弹炸点数据、目标作业高度数值即可。

西双版纳傣族自治州天气系统强中心高度主要集中在4～6 km之间，人工影响天气作业点海拔一般为0.7～1.7 km。在新建作业点时，尽量选择海拔较低的作业点，以增加可作业天气系统数量。此外，西双版纳部分海拔较高的作业点可考虑更换4 km火箭弹，以增强作业效果。

参考文献

[1] 陈昌，钟建洪，游积平，等.地面火箭增雨作业点选址及风险排查的方法[J].广东气象，2022，44（4）：51-53.

[2] 邓北胜.人工影响天气技术与管理[M].北京：气象出版社， 2012.

[3] 刘沫彤.人工影响天气作业在气象防灾减灾中的作用分析[J].农业灾害研究，2023，13（11）：207-209.

[4] 袁金华，张婷婷，徐建飞，等.一次人工影响天气指挥系统在2022年长春地区防雹作业中的运用[J].农业灾害研究，2023，13（7）：183-185.

[5] 印邦宁.人工影响天气作业特种装备研发现状和运用进展[J].品牌与标准化，2023（1）：123-125.