夏季麗江飛機增雨作業(yè)天氣條件的研究

摘 要：以夏季麗江飛機增雨作業(yè)氣象為研究對象，利用ERA5再分析氣象資料和MICAPS氣象實況資料進行了分析。研究結(jié)果顯示：切變線、副熱帶高壓外圍、高空槽是麗江夏季實施飛機增雨作業(yè)時的大氣主要環(huán)流形勢，且這幾種天氣系統(tǒng)相互配合、共同影響，其中，以切變線最為常見。低層相對濕度≥80%、垂直上升運動達到或超過500 hPa是開展飛機增雨作業(yè)的必要條件，在此大氣環(huán)境背景下，通過飛機播撒AgI凝結(jié)核有利于促進水汽凝結(jié)增長，進而增加降水量。夏季麗江增雨作業(yè)主要在穩(wěn)定降水層狀云中進行，雷達回波強度一般介于10～25 dBz之間，最大達到45 dBz，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2。在有利的天氣系統(tǒng)配合下，無明顯雷達回波時也能開展作業(yè)且效果佳。

關(guān)鍵詞：夏季飛機增雨；天氣環(huán)流形勢；雷達回波；作業(yè)條件

中圖分類號：P481 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，全球異常天氣、氣候頻發(fā)，人工影響天氣作業(yè)越來越受到人們的關(guān)注。其中，人工增雨不僅是農(nóng)業(yè)抗旱防災(zāi)減災(zāi)的需求，還是水資源安全的保障，同時能防止森林火險的發(fā)生，對生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護都起著重要的作用。

麗江市地處滇西北橫斷山縱谷地帶的東部，屬低緯高原山地季風(fēng)氣候，干濕季分明，干季（11月—翌年4月）降水量僅占全年降水量的6%左右；地形西北高東南低，立體氣候特點突出，氣候一致性較差。盡管相關(guān)部門對麗江季節(jié)性干旱有一定的預(yù)期與應(yīng)對措施，但在近10年的冬春季中，有7年降水量偏少，且頻繁出現(xiàn)冬春初夏連旱。

滇西北地區(qū)是全球生物多樣性的熱點地區(qū)，夏季降水對生態(tài)環(huán)境的作用極為重要，因此加強滇西北地區(qū)夏季飛機增雨作業(yè)的研究顯得尤為重要。以2019年7月和2021年6月在麗江開展為期2個月的飛機增雨作業(yè)為例，總結(jié)出適合滇西北夏季飛機增雨作業(yè)的有利氣象條件，以提升麗江飛機增雨作業(yè)的效果。

1 飛機增雨作業(yè)的概況

2019年7月和2021年6月麗江市持續(xù)異常高溫少雨，發(fā)生冬春初夏連旱。2019年7月麗江市共實施飛機增雨作業(yè)11次，累計作業(yè)時長1 822 min，消耗“煙條”220根，增雨作業(yè)區(qū)域主要位于玉龍縣西部—玉龍縣中部—古城—永勝縣西部一帶。2021年6月實施飛機增雨作業(yè)10次，累計作業(yè)時長1 815 min，消耗“煙條”400根，開展作業(yè)區(qū)域覆蓋全市一區(qū)四縣。其中，2021年飛機增雨作業(yè)后對麗江區(qū)域性干旱的緩解效果尤為顯著。

2 作業(yè)條件的天氣分型

通過對2019年和2021年17架次有效飛機增雨作業(yè)過程的天氣系統(tǒng)進行整理發(fā)現(xiàn)，夏季實施飛機增雨作業(yè)時常常受多個天氣系統(tǒng)的共同影響，其中，以切變線最為常見，其次是副熱帶高壓（以下簡稱副高）、高空槽和孟加拉灣低壓（以下簡稱孟灣低壓）。統(tǒng)計得出，夏季有利于麗江實施飛機增雨作業(yè)的系統(tǒng)—切變線、副高外圍天氣、高空槽、“兩高”輻合、孟灣低壓和南海熱帶低壓分別占76%、35%、29%、18%、18%、6%（由于影響系統(tǒng)在同一作業(yè)時間同時出現(xiàn)，故某一類系統(tǒng)所占百分比為出現(xiàn)該系統(tǒng)總次數(shù)與總有效增雨次數(shù)之比）。

3 大氣環(huán)流氣象條件分析

3.1 副高外圍+切變線

2021年6月9日，麗江機場起飛的飛機于09：00～12：02在99°～101°E實施折線飛行增雨作業(yè)，08：00，在500 hPa高度場和700 hPa風(fēng)場上，副熱帶高壓西伸至我國沿海，麗江位于副高外圍584線控制的西偏南氣流控制區(qū)，700 hPa風(fēng)場在麗江北部，麗江—西昌與巴塘—溫江間有一切變線，為北高南低形勢，切變線南壓（圖1a）。至20：00，在麗江與西昌間形成風(fēng)向切變，切變線過境前，麗江一直受西南氣流控制，不斷有水汽向麗江輸送，700 hPa溫度露點差小于1 ℃，達到近似飽和狀態(tài)。同時，700 hPa風(fēng)場呈氣旋性分布，而500 hPa為高壓外圍，風(fēng)場呈反氣旋性分布，為不穩(wěn)定性降水提供了有利的環(huán)流條件，但對增雨飛機的飛行安全則產(chǎn)生了影響。從探空圖（圖1d）可看出，08：00，麗江站對流有效位能CAPE值達到138 J/kg，不穩(wěn)定能量較強。在作業(yè)前，6月9日08：00的相對濕度和水平風(fēng)垂直剖面上（圖1b），95°～105°E自低層到250 hPa為相對濕度≥80%的濕層，這是由于整層為一致的西偏南氣流，西南風(fēng)引導(dǎo)水汽從孟加拉灣向云南輸送。從垂直速度上看（圖1c），99°E以東（99°～110°E）的整個副熱帶高壓外圍區(qū)域，650～200 hPa為深厚的上升氣流區(qū)，表明飛機在避開強對流區(qū)在切變線前實施作業(yè)，由于濕層和上升氣流區(qū)都較為深厚，在0 ℃及以下高度實施飛機增雨作業(yè)，有利于增加降水量[1]。

3.2 高空槽＋西南氣流

2019年7月11日，飛機于10：20～13：28在麗江機場飛行，用時1 808 min，在麗江西部（99°～100°E）實施西南—東北向折線飛行的增雨作業(yè)。2019年7月11日08：00（圖2a），500 hPa上四川中部至云南東部地區(qū)有一高空槽，滇西北一線受槽后西偏北氣流控制，高層冷空氣向南滲透云南北部。在700 hPa風(fēng)場上，麗江受西南氣流控制，有水汽從孟加拉灣源源不斷向麗江市輸送，溫度露點差小于1 ℃，達到近似飽和狀態(tài)，形成一低層暖濕高層冷的環(huán)流形勢，有利于形成對流天氣，對飛機安全飛行有一定的影響。

從7月11日08：00的相對濕度和水平風(fēng)垂直剖面上看（圖2b），在飛機增雨區(qū)域從底層至200 hPa相對濕度都在85%～90%，為近飽和狀態(tài)，中低層滇西一線西南風(fēng)風(fēng)速較大，有利于水汽的不斷輸入，為凝結(jié)增長提供了水汽保障。從垂直速度看出（圖2c），從滇西到麗江西部（95°～99°E）、從低層到高層200 hPa附近有上升運動，且上升運動較強，而在麗江東部100°E附近則為下沉運動，上升氣流和下沉氣流并存，使得形成較為穩(wěn)定的垂直環(huán)流。而0 ℃層在530 hPa附近（圖2d）。因此，在0 ℃及以下區(qū)域進行飛機增雨作業(yè)，受到上升運動的影響，凝結(jié)核碰并增長而增加降水量。

3.3 高空槽＋切變線

2019年7月13日，飛機于09：52～13：13在麗江機場飛行，用時1 821 min，在麗江玉龍縣中東部（99.5°E～100°E）實施南—北向折線飛行的增雨作業(yè)。2019年7月13日08：00（圖3a），500 hPa上貴州東部至廣西有一高空槽，滇中以北地區(qū)為槽后西北氣流控制，高層冷空氣向南滲透云南北部，700 hPa受冷空氣回流影響，在麗江與西昌間形成切變，但700 hPa的08：00實況上顯示南高北低形勢，切變線難以南壓，未來向東移的趨勢減弱，因此，相關(guān)部門應(yīng)及時抓住有利時機進行切變線前飛機增雨作業(yè)。

在作業(yè)前，從7月13日08：00相對濕度和水平風(fēng)垂直剖面可看出（圖3b），在飛機增雨區(qū)域從底層至400 hPa相對濕度在90%以上，在增雨區(qū)600～530 hPa附近，相對濕度高達100%，為飽和狀態(tài)，豐富的水汽為凝結(jié)核的增長創(chuàng)造了有利的氣象條件。在750～650 hPa附近，緬甸一線風(fēng)速大，至滇西后風(fēng)速迅速減小，形成風(fēng)速輻合，配合700 hPa的切變系統(tǒng)，有利于降水形成。

從垂直速度看出（圖3c），從滇西至麗江西部（96°E～100°E）、從低層至高層350 hPa附近有上升運動，且上升運動較強，而在麗江東部100°E附近則為弱的下沉運動，因此在麗江玉龍縣實施飛機增雨作業(yè)，能使播撒的凝結(jié)核受到上升運動的影響，從而增加降水量。從溫度場的垂直分布來看，0 ℃層在530 hPa附近（圖3d），因此，在0 ℃及以下區(qū)域進行飛機增雨作業(yè)，有利于低層水汽和凝結(jié)核抬升凝結(jié)核碰，并增加降水量[2]。

4 麗江夏季飛機增雨作業(yè)的雷達監(jiān)測指標(biāo)

飛機人工增雨作業(yè)的主要對象為穩(wěn)定層狀降水云系，此外，弱的混合性（層狀云和弱積狀云）降水云系也是飛機增雨作業(yè)的重要對象。在適宜的天氣環(huán)流背景下，當(dāng)雷達回波強度達到10～45 dBz，回波強度＞10 dBz的面積大于100 km2時，適合開展飛機增雨作業(yè)。當(dāng)前，對飛機增雨作業(yè)雷達指標(biāo)的研究大多集中在春季和秋季，而此次在麗江開展的飛機增雨作業(yè)是在夏季進行的。通過對有效增雨個例的分析，初步總結(jié)出夏季麗江開展飛機增雨的雷達監(jiān)測指標(biāo)（表1）。增雨作業(yè)主要是在穩(wěn)定降水層狀云中進行的，雷達回波強度一般在10～25 dBz之間，最大一般為45 dBz左右，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2，但在個別增雨作業(yè)案例中，在飛機起飛前及作業(yè)過程中無明顯雷達回波，這是夏季飛機增雨作業(yè)與春秋季飛機增雨作業(yè)顯著的不同之處[3]。

5 結(jié)論

第一，切變線、副高外圍天氣、高空槽是麗江夏季實施飛機增雨作業(yè)的主要環(huán)流形勢，且這幾種天氣系統(tǒng)往往相互配合、共同影響，以切變線最常見。在有利環(huán)流形勢下必須具備充沛的水汽條件，麗江處于高濕區(qū)，低層相對濕度≥80%，飛機播撒AgI凝結(jié)核，在豐沛的水汽條件下通過上升運動有利于凝結(jié)增長，從而增加降水量[4]。

第二，有利于飛機增雨作業(yè)的天氣環(huán)流形勢間存在一定的差異，但0 ℃層基本在500～530 hPa之間，0 ℃

層高度較高。6月和7月低層濕度條件均較好，基本能達到85%以上，存在垂直上升運動，且上升運動能達到或超過500 hPa是麗江飛機增雨作業(yè)的必要條件。只有具備上升運動及較高的運動高度，才能使低層充沛的水汽通過上升運動向上運動，飛機播撒的凝結(jié)核才能在水汽的配合下抬升凝結(jié)，并形成雨滴從而達到增雨效果。

第三，夏季麗江增雨作業(yè)主要是在穩(wěn)定降水層狀云中進行的，雷達回波強度一般在10～25 dBz之間，最大值一般在45 dBz左右，回波強度大于10 dBz的面積一般大于50 km2。在有利的天氣系統(tǒng)配合下，無明顯雷達回波時也能進行作業(yè)且作業(yè)效果佳，這是夏季飛機增雨作業(yè)與春秋季飛機增雨作業(yè)顯著的不同之處。

參考文獻

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[2] 李枚曼，喻乙耽，許弋，等.一次飛機人工增雨作業(yè)中云宏微觀特征分析[J].中低緯山地氣象，2022，46（3）：47-55.

[3] 王吉宏，張維全，韓江文，等.新一代天氣雷達在一次飛機增雨作業(yè)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（28）：15734-15735，15769.

[4] 哈青辰.人工影響天氣飛機增雨作業(yè)安全分析與對策[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2021，32（20）：11-13.

基金項目：云南省氣象局科研項目（YZ202438）。

作者簡介：楊沛瓊（1986—），女，云南麗江人，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報預(yù)測工作。