飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件分析

畢 敬

（內蒙古赤峰市氣象局，內蒙古 赤峰 024000）

我國很多地區(qū)都頻繁發(fā)生自然災害，干旱屬于常見的自然災害，嚴重影響我國農業(yè)生產發(fā)展。為了解決旱災的問題，我國從1958年就進行了人工降雨試驗，試驗點在吉林省，并且取得了成功。此后，我國的人工降雨技術水平隨著科學技術水平的提升而提升，緩解了很多地區(qū)的旱情。飛機增雨屬于人工降雨時常用的手段之一，除了飛機之外，人工降雨中還會應用火箭。通過飛機或者火箭將干冰、鹽粉、碘化銀等催化劑播撒到云中，從而引發(fā)降水。飛機增雨作業(yè)需要具體的天氣條件作為基礎，并且實踐中無法完全依賴天氣預報，需要針對短期條件進行詳細地監(jiān)測并預報，方可以提高飛機增雨作業(yè)的效率和質量。

1.選取樣本資料

從我國飛機增雨作業(yè)的基本情況來看，在旱情發(fā)展，非常需要雨水的狀態(tài)下進行人工增雨的情況占了很大比例。但是結合現(xiàn)如今人工降雨相關研究成果來看，在這樣的條件下進行人工增雨效果并不能夠達到預期。而飛機增雨作業(yè)的條件充分滿足之后，增雨的必要性又會削弱，所以飛機增雨作業(yè)的天氣條件分析顯得尤為重要。為了從過去的經驗中分析出最佳的短期天氣條件，需要選擇合適的樣本，本人選擇了1990～2020年間4月到9月的降水過程普查結果中的部分樣本作為分析研究的對象。

2.分析降水過程的水汽條件

飛機增雨與自然降雨之間存在明顯的區(qū)別，飛機增雨一般需要應用到制冷劑，或者使用人工冰核，并且需要將其播撒到穩(wěn)定性層狀云中，在云中出現(xiàn)冰相，促進雨滴的轉化，繼而形成降雨。自然降雨則主要是依靠水汽輸送和水汽符合上升的作用。飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件之一就是云中水汽的多少，確定了這一點之后結合所選擇的樣本分析水汽條件便有了明確的目標與方向。中低層大氣是產生降水的水汽來源處，因此選擇了850hPa和700hPa的水汽狀況作為分析對象。通過分析發(fā)現(xiàn)這一時期的700hPa水汽與孟加拉灣有關，水汽輸送帶的寬度以及輸送的時間與850hPa水汽相比存在相似之處，兩者的水汽輸送帶寬度都在10個經距（緯距），水汽輸送會在降水之前產生，時間在24小時到36小時不等。分析這些數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)暖濕氣流是空氣濕度增加的重要原因，空氣濕度增加則降雨的條件基本達成。對比850hPa與700hPa的天氣情況，能夠發(fā)現(xiàn)此時的空氣濕層厚度達到了降雨的標準。不過綜合分析我國的地理氣候環(huán)境則需要考慮地面東路冷空氣勢力的作用。某市處于我國中原地區(qū)，經常受到高壓底部的偏東或者處于東北氣流中，無法對濕度產生明顯的作用。由于受到了黃海、渤海等海域的影響，西南暖濕氣流被明顯提升，濕度卻沒有變化。最終從統(tǒng)計數(shù)據(jù)中看出，某市人工增雨的天氣條件之一就是孟加拉灣、南海等的暖濕氣流形成期間，這時氣流中的水汽含量能夠達到預期。

3.分析飛機增雨作業(yè)預報指標

3.1 500hPa形勢分析

飛機增雨的效果受到了作業(yè)環(huán)境的影響。構成作業(yè)環(huán)境的因素有很多，最重要的是云系中的水汽含量，針對性地觀察云系中的發(fā)展情況，便能夠掌握特定天氣形勢，為飛機增雨作業(yè)做好充分準備。某市春秋季節(jié)都存在一定程度的降水，一般情況下便可以結合有效天氣數(shù)據(jù)確定飛機增雨計劃。背景場的大小對降水存在一定的影響，分析飛機增雨作業(yè)預報指標的時候需要充分考慮。分析春秋季某市的降水數(shù)據(jù)能看到其處于小雨到中雨的降水狀態(tài)中，降水整體趨勢趨于穩(wěn)定。由于24小時內的500hPa環(huán)流形式存在不同的特點，缺乏穩(wěn)定模式，需要單獨分析。季節(jié)對飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件影響非常大，副高的位置在這一條件下位置發(fā)生了偏移，除了偏南、偏東的位置。本文研究分析所選擇的樣本中10%的降水都不再受到副高位置的影響。另外所選擇的樣本中受到經向環(huán)流的情況較少。某市在經向環(huán)流作用下產生的降水一般需要沿海脊出現(xiàn)，此時高原上的大槽處于發(fā)展狀態(tài)，或者南支出現(xiàn)了低槽運行，能夠及時向某市上空輸送水汽，達到降水的目的。除了上述兩種情況之外，緯向環(huán)流也相當重要，緯向環(huán)流屬于平直西風環(huán)流，在發(fā)展過程中擾動明顯，繼而發(fā)展成為小槽，某市降水因此產生。當上游出現(xiàn)了低槽的時候降水也會產生，因為某市容易受到河西走廊、高原以及東部海域的影響，出現(xiàn)低槽、擾動的概率相對比較高，能夠在24小時內形成降水條件。結合以上全部情況來看，某市在未來24小時的降水情況受到了上空槽形成與發(fā)展情況的影響，槽發(fā)展越好越是能夠產生降水。而如果出現(xiàn)了中緯度環(huán)流，而且滿足平直西風的條件時則會加大擾動的概率，繼而增加降水的概率。

3.2 700hPa形勢分析

春秋季穩(wěn)定性降水同樣受到了多方面的影響，而從所選擇的樣本數(shù)據(jù)分析結果來看，主要是700hPa水汽輸送、影響系統(tǒng)兩個方面。本文為了分析結果的準確性，根據(jù)700hPa形勢場的特征劃分了低槽、偏南氣流、切變線等三種情況，如此便提高了分析降水成因的精確性。某市的經度、緯度區(qū)域內風場達到了四站，并且處于連片的狀態(tài)，以此為基礎可以分析出一槽線，槽前以及槽后分別有兩站，分別受到了西南風和西北風的影響，可以將其確定為低槽型。同樣按照這樣的標準分析切變線，則能夠看到切變線南側兩站各自受到了西南、東南風的影響，而北側與南側相反。有利于實施飛機增雨作業(yè)的條件較多，而降水性層狀云類型屬于最重要的，而且需要觀察云層的垂直分布情況，確定其特征之后，進一步分析云中液態(tài)含水量的垂直分布特征。垂直云含水量的高低受到了西風槽、冷鋒、回流等的影響。觀測降水性層狀云中冰晶平均濃度可以應用2D-C探頭，以達到較高的準確性。在700hPa形勢下云內冰晶濃度會不斷地變化，而且受到了天氣、云頂溫度、高空催化云的情況的影響會處于不斷變化的狀態(tài)中。結合某市近年來的飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件來看，冰晶濃度低于30個的占了88%，具有分析對比的價值和意義。

3.3 飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件綜合分析

人工降水發(fā)揮最大作用的前提條件是所在地區(qū)的自然云已經具備了降水的可能性，并且在準備人工降水之前已經接近降水了。飛機增雨屬于人工降水中的一個主要方式，需要耗費一定的成本，因此需要重視短期天氣條件的勘測。從自然降水的性質來看，變率非常大，而且即使通過飛機增雨也無法與自然降水的降水量之間進行對比，整體上的降水量比較小，所以確定飛機增雨效果的時候就會遇到各種各樣的問題。飛機增雨增加的降水量并不能夠得到準確預估，檢驗飛機增雨效果的關鍵是測定實際降水量。在飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件分析預測技術相對比較落后的時期，回歸統(tǒng)計法應用頻率非常高，能夠通過對比即將飛機增雨作業(yè)地區(qū)以及不受增雨作業(yè)影響地區(qū)的數(shù)據(jù)進行對比，最終確定自然可能降水量，并與實測降水量對比，最終確定人工降水的效果。

飛機增雨作業(yè)的效果在云，其他條件的制約下效果很難預估，通常在各方面的條件均基本達到預期之后，飛機增雨作業(yè)的效果相對較好，相反則會出現(xiàn)負效果。采用冷云催化的方式時，冰晶濃度會發(fā)揮最大的作用，估算降水粒子的濃度需要應用實測資料以及具體的理論。這種方式的增雨效果要想達到預期，需要在冰晶濃度達到了1個/升的標準之上。實測自然云的時候如果發(fā)現(xiàn)其冰晶濃度沒有達到標準，存在降水效率低下的問題時則要選擇其他時間進行降雨，或者在過冷卻部位使用成冰催化劑，促使冰晶濃度增加。當人工冰晶濃度增加之后，降水量不斷增加，氣流進一步作用之后降水的分布會發(fā)生變化。進行冷云催化需要具備一定的條件，其一是云中的溫度條件。云中溫度最低的地方是云頂，可以將其確定為自然冰晶濃度參數(shù)。

如果飛機增雨作業(yè)采用暖云催化的方式，則指的是要在溫度高于零攝氏度的云里播撒催化劑，從而增加暖云中的云滴，云滴越大降水過程越容易推進。如果使用動力催化的方式，則主要是讓云中產生冰晶，增加降水可能性。動力催化的方式在20世紀60年代開始應用，近年來取得了非常大的進步。云內外存在明顯溫差，因此會形成浮力促使積云上升氣流速度增加，云體在這樣的狀態(tài)下不斷地擴展，因為生命期被延長了，云體內的水分總量會不斷增加，降水量便會增加。

4.分析物理量場診斷與預報指標

從典型的天氣圖上可以發(fā)現(xiàn)具體的指標，既然分析的是短期天氣條件，則需要考慮48小時或者36小時內700hPa的天氣圖，但是從數(shù)據(jù)來看降水的特征量并不能夠看出。將時間縮短到24小時之后，則可以初步發(fā)現(xiàn)特征量。進一步縮短時間到12小時的天氣圖上，便能夠看到明顯的降水形式。為此，進行飛機增雨作業(yè)則需要考慮增雨作業(yè)準備工作需要的時間，12小時內準備作業(yè)最佳，如此才能夠避免增雨作業(yè)失效。通過數(shù)值預報產品彌補天氣圖預報指標的缺陷，常用的包括物理量場預報，以及歐洲中心常用的形勢預報。結合當前的情況來看，更加適用T106物理量場。飛機增雨作業(yè)的重要條件是水汽條件，所以選擇的物理量需要與水汽條件相適應，以提高分析結果的準確性。各個物理量如果不能夠同時達到標準，則無法令降水效果達到預期。利用這一物理量場分析水汽量的分布，確定降水落區(qū)，增強飛機增雨作業(yè)的效率。數(shù)值預報產品提供的預報范圍在一到五天內，觀察其是否存在降水可能性，結合天氣圖指標便可以提高降水預報的準確率。天氣變化非?？欤也煌竟?jié)的天氣變化速度有所差別，進行飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件分析的時候需要獲得可信賴的預報信息，并且要在實踐應用中不斷地完善。只有在有了穩(wěn)定性降水條件之后，人工增雨飛機的作業(yè)目標才能夠實現(xiàn)。本文針對所選擇的降水個例進行了全面分析之后確定了某市最佳的飛機增雨作業(yè)短期天氣條件，即500hPa某市上游低槽或者緯向環(huán)流的時候，這種條件下的700hPa存在低緯度暖濕氣流在某市境內輻合情況，某市地面的東到東北風明顯，空氣相對濕度達到了≥60%。

5.結束語

綜上所述，飛機增雨作業(yè)的短期天氣條件分析需要應用正確的分析軟件與工具，并且需要確保天氣圖分析的準確性。從天氣圖中分析出飛機增雨最佳的指標，需要融合實踐經驗，給人工增雨飛機提供更充分的準備機會。水汽復合、濕度等條件均達到了最佳狀態(tài)時，成云致雨的區(qū)域越容易出現(xiàn)，從而能夠為飛機增雨作業(yè)區(qū)的確定形成有利的條件，結合這些因素針對預報指標優(yōu)化完善顯得尤為重要。