王麗莉，陳真，季芬琴，王麗俊，楊淑華，李效珍

（1.大同市氣象局，山西 大同037010；2.泉州市氣象局，福建 泉州362000；3.五寨縣氣象局，山西 五寨036200）

近年來隨著極端天氣事件的頻繁出現(xiàn)，農(nóng)業(yè)干旱的發(fā)生頻率和強(qiáng)度明顯增加［1］。大同市是中國水資源匱乏地區(qū)之一，年降水量趨于減少，年平均降水量20世紀(jì)50年代最多，從60年代開始減少，90年代略有增加但不明顯［2］，大同地區(qū)有“十年九旱”之說。天然降水是水資源最重要的來源，在最近50余年，我國華北地區(qū)降水量明顯趨于減少［3］，受到大氣中諸多條件制約，自然云降水通常不能將空中云水充分降落到地面，且統(tǒng)計表明，我國北方地區(qū)自然降落到地面的云水只占空中總云水量的19%～30%［4］。其主要原因，北方降雨云系是以冷云或混合性云為主［5］，自然云中通常過冷水較多，而凝結(jié)核較少。所以，利用人工增雨根據(jù)不同的降雨云體的物理特性，選擇云發(fā)展的合適時機(jī)，向云中的適宜部位、適量地播撒人工催化劑，促使云層增加降水量［6］。人工影響天氣增加在全國迅速發(fā)展、方興未艾。目前業(yè)界人士對人工影響天氣比較一致的看法是：在適宜的地理背景和自然條件下，在適當(dāng)?shù)脑企w部位進(jìn)行有科學(xué)指導(dǎo)的人工增雨作業(yè)，有可能達(dá)到人工影響局部天氣的目的。人工影響局部天氣就是企圖在云雨發(fā)展的微物理過程的某一環(huán)節(jié)，在科學(xué)的指導(dǎo)下施加某種有效地影響，使云雨發(fā)展過程朝著人們預(yù)期的方向變化，達(dá)到影響天氣的目的［7～10］，曹玲［11］、王 麗 榮［12］等對典型的速度場特征在人工增雨作業(yè)中的應(yīng)用做了詳細(xì)的分析說明，但對非典型過程增雨作業(yè)的研究相對較少。本文介紹兩次系統(tǒng)截然不同情況下，利用時、空密度比較高的雷達(dá)產(chǎn)品，主要是速度場（PPI），選擇恰當(dāng)增雨時機(jī)和增雨地點(diǎn)，通過自動雨量站實時檢驗，均取得了很好的增雨效果，有效地增加了降水，緩解該地區(qū)水資源短缺狀況，其增雨指標(biāo)周邊及北方處在夏季風(fēng)區(qū)邊緣地區(qū)均可借鑒。

1 典型過程分析

1.1 雷達(dá)速度場特征

從圖1a的雷達(dá)（CINRAD／CB）速度圖可以看到08：21時20km內(nèi)“0”速度線呈“S”型，且彎曲程度嚴(yán)重，在雷達(dá)站點(diǎn)為東南風(fēng)，低層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟巷L(fēng)，到第一個20km距離圈轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，表明實際風(fēng)向隨高度順時針旋轉(zhuǎn)，在20km范圍內(nèi)是暖平流，底層為暖平流加輻合，暖平流為降水提供了豐富的水汽條件。

在高度3.2km，距離70km，方位200°有一塊包含在負(fù)速度區(qū)內(nèi)的正速度區(qū)，最大負(fù)速度為－10 m·s－1，表明在此處有一個大的逆風(fēng)區(qū)，在距離測站近的一方為強(qiáng)烈的輻散區(qū)，距離測站較遠(yuǎn)的一方為輻合區(qū)，以“0”速度線為中心，鏡像對稱的另一邊則恰好相反，正速度區(qū)在方位60°包含有一塊大的負(fù)速度，最大風(fēng)速為－10m·s－1，靠近測站的一邊為輻合區(qū)，遠(yuǎn)離測站的一邊為輻散區(qū)，形成了典型的中尺度輻合、輻散共軛系統(tǒng)風(fēng)場，有利于降水的形成發(fā)展，是增雨作業(yè)的有利部位［12］。在距離雷達(dá)30～40km、高度2.3km、方位320°，“0”速度線呈“V”形，說明在此處靠近雷達(dá)有強(qiáng)烈輻散區(qū)，遠(yuǎn)離雷達(dá)有一個明顯的輻合區(qū)，有利的熱力和動力條件使得降水維持。

在經(jīng)過增雨作業(yè)后，如圖1b，測站周圍負(fù)速度區(qū)面積總和明顯大于正速度區(qū)，增雨作業(yè)后在方位0°～90°的一塊正速度區(qū)面積開始增大，最大速度為－10m·s－1，增雨作業(yè)后的3小時內(nèi)一直呈增大態(tài)勢，“0”徑向速度線也較作業(yè)前略增寬，風(fēng)場略有減弱［13］，3.8km高度正負(fù)速度最大值分別達(dá)5 m·s－1和－10m·s－1，表明存在風(fēng)場性輻合，為匯合流場特征，氣流匯合的區(qū)域也是回波較強(qiáng)區(qū)域，并伴有明顯的大風(fēng)區(qū)、逆風(fēng)區(qū)，在大范圍穩(wěn)定云層中出現(xiàn)局部的積狀云回波特征，高低層的輻合輻散抽吸，暖平流將水汽源源不斷地輸送到降水區(qū)，形成大的濕中心，降水云系將進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)。

直到12：19降水云系開始一邊往南撤，一邊向東緩慢移動，在14：30完全移出測站，在位于渾源、廣靈、靈丘一帶形成了近乎“之”字形的“S”型形狀，“0”速度線變得很細(xì)，風(fēng)場增強(qiáng)［13］，如圖1c。從區(qū)域自動站資料證實渾源、廣靈、靈丘雨強(qiáng)達(dá)到了最強(qiáng)，該處回波強(qiáng)度也比較強(qiáng)，24小時降雨量最大。

圖1 2011年7月29日2.4°仰角徑向速度圖Fig.1 Radial velocity images with 2.4°elevation angle

1.2 作業(yè)效果分析

通過對作業(yè)后地面雨量的統(tǒng)計分析和對新一代多普勒雷達(dá)提供的產(chǎn)品分析，作業(yè)云移動方向及其速度影響了雨區(qū)分布，7月29日全市普降小到中雨，過程降雨量介于6.2～46.2mm之間，其中位于東南方向的渾源、靈丘、廣靈達(dá)到了大雨，這3個縣正好位于作業(yè)后的下風(fēng)向，隨著作業(yè)后回波頂高的增加，回波強(qiáng)度也逐漸增加，且其雨強(qiáng)基本與雷達(dá)回波強(qiáng)度的變化一致，而在沒有進(jìn)行增雨作業(yè)的東部，則雨量普遍偏小，這次降水過程是大尺度天氣系統(tǒng)造成的大范圍降水回波長時間維持與人工增雨作業(yè)共同影響的結(jié)果。

2 非典型過程分析

2.1 雷達(dá)速度場特征

從圖2a速度圖上可以明顯看出，測站周圍20 km內(nèi)為“0”速度線呈反“S”形，正速度面積略大于負(fù)速度面積，為冷平流加輻散，回波頂高5km，不適宜進(jìn)行人工增雨作業(yè)［13］，在20～40km，方位180°～360°，高度3.1～3.8km 有明顯的輻合，在整個速度區(qū)負(fù)速度面積明顯要大于正速度面積，說明在雷達(dá)測速范圍內(nèi)輻合較輻散明顯。

從圖2b可以看出，通過測站的10km內(nèi)的“0”速度線幾乎呈一條直線，這表示在這條直線兩邊的各高度層上，實際風(fēng)向是均勻一致的，冷暖平流不再明顯，在10～20km速度圈“0”速度線明顯彎向負(fù)速度區(qū)，在雷達(dá)上半部（雷達(dá)的北部區(qū)域）風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，從東風(fēng)逐漸偏南風(fēng)、南風(fēng)；而雷達(dá)的下半部（雷達(dá)的南部區(qū)域）風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，隨著高度的增加，風(fēng)向逐漸由東風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)、北風(fēng)，徑向入流位于“弓”形的內(nèi)側(cè)，為“弓”形匯合流場特征［10］。在對應(yīng)的3.4°強(qiáng)度圖上，可以明顯的找到“0”度層亮帶，圖略，高度為9km，說明大氣層結(jié)已趨于穩(wěn)定，并且水汽含量在此高度以上達(dá)到極大值［14～16］，由于催化只有在負(fù)溫區(qū)才有效，所以此高度上也是人工增雨作業(yè)的有利部位［12］，通過地面火箭作業(yè)、市局與各縣局的積極配合共發(fā)射WR98型火箭彈60發(fā)，主要發(fā)射點(diǎn)位于正速度區(qū)的左云、渾源、廣靈、靈丘，方向西北，共計發(fā)射火箭彈41發(fā)。

在經(jīng)過增雨作業(yè)后，19：01（圖2c）測站10km內(nèi)仍然呈“弓”形輻合流場特征，但是在10～20km范圍出現(xiàn)了明顯的“S”形“0”速度線，在20km速度圈內(nèi)正速度為1m·s－1，負(fù)速度為－5m·s－1，呈現(xiàn)風(fēng)速輻合，暖平流將水汽輸送到降水區(qū)，形成濕中心，為暖平流加輻合降水將進(jìn)一步維持。此后，負(fù)速度面積繼續(xù)增大，正速度面積繼續(xù)減小，負(fù)速度面積開始大于正速度面積，正速度區(qū)集中在左云、渾源、廣靈、靈丘一帶，在渾源至靈丘一線形成氣流輻合，對應(yīng)在此區(qū)域的強(qiáng)回波區(qū)。

圖2 2011年8月17日徑向速度圖Fig.2 Radial velocity images

2.2 增雨效果分析

2011年8月14日～17日全市普降小到中雨，過程降雨量介于2.7～25.3mm之間，其中大同縣達(dá)到了大雨。盡管16：41測站附近為冷平流加輻散，并不適宜進(jìn)行增雨作業(yè)，在17：29表現(xiàn)出匯合流場特征，經(jīng)過在各個增雨點(diǎn)進(jìn)行增雨作業(yè)后，距離測站東南10km的大同縣上空有強(qiáng)烈輻散，使得底層的上升氣流得以加強(qiáng)，在增雨作業(yè)前后一直維持強(qiáng)烈的輻散，因此大同縣成為此次增雨效果最好的作業(yè)點(diǎn)，系統(tǒng)移動的方向增雨效果較為明顯。此次過程盡管不是典型的適宜增雨的“S”型暖平流加輻合特征形勢，但是抓住了適宜催化的時機(jī)和地點(diǎn)，同樣取得了較好的增雨效果。

3 結(jié)論

（1）大范圍層狀云為主降水過程，“S”型暖平流輻合型，其典型的中尺度輻合、輻散共軛系統(tǒng)風(fēng)場，有利于降水的形成發(fā)展，在沒有速度模糊的情況下，大范圍正速度區(qū)包含負(fù)速度區(qū)和大范圍負(fù)速度區(qū)包含正速度區(qū)是增雨作業(yè)的適宜部位。

（2）大范圍層狀云的降水過程中，存在“V”字形、“之”字形的“0”速度線（距離雷達(dá)站點(diǎn)超過30 km），其中必然有較為強(qiáng)烈的輻合、輻散區(qū)，在高空的長時間強(qiáng)烈輻散區(qū)是很好的增雨作業(yè)點(diǎn)。

（3）測站附近可能不具備人工增雨作業(yè)條件，但是在距離測站20km的大同縣高空“0”速度線非常細(xì)，且“0”線靠近雷達(dá)為正速度區(qū)，遠(yuǎn)離雷達(dá)為負(fù)速度區(qū)，由始至終一直存在并且不斷的維持加強(qiáng)。針對該處進(jìn)行人工增雨作業(yè)發(fā)現(xiàn)，高空強(qiáng)烈輻散長時間維持，較大的垂直上升運(yùn)動為降水的產(chǎn)生提供了動力條件，是適宜進(jìn)行人工增雨部位。

（4）由于恒山山脈的阻隔，產(chǎn)生了特殊的地形抬升，地面形成輻合，高空形成輻散，于是位于恒山山脈附近的就成為大同地區(qū)大范圍的層狀云降水過程實施人工增雨作業(yè)的有利的作業(yè)點(diǎn)。因此考慮大尺度系統(tǒng)向東南方向移動的情況下，可以針對渾源、廣靈、靈丘一帶進(jìn)行人工增雨作業(yè)，此為該地區(qū)特殊的增雨條件，恒山山脈的周邊地區(qū)都可以借鑒。

（5）這兩次增雨作業(yè)過程，作業(yè)時機(jī)選擇了系統(tǒng)的前部和中部，高炮發(fā)射方向選擇了系統(tǒng)移動的相反方向，炮彈移動方向與風(fēng)速相反會有一定的抬升作用，因此炮彈發(fā)射夾角適當(dāng)調(diào)小，以便催化劑在催化部位播撒，不會太高超過云頂。

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