戴玉珍，曹江平，王冀

（1.桂林市人工影響天氣辦公室，廣西桂林　541001；2.廣西區(qū)人工影響天氣辦公室，南寧市　530022）

地面碘化銀煙爐在廣西人工影響天氣作業(yè)中的應(yīng)用

戴玉珍1，曹江平2，王冀2

（1.桂林市人工影響天氣辦公室，廣西桂林541001；2.廣西區(qū)人工影響天氣辦公室，南寧市530022）

通過對(duì)廣西人工影響天氣工作發(fā)展的現(xiàn)狀、規(guī)模及需求，從作業(yè)裝備、作業(yè)方式、氣候特征、地理環(huán)境等方面進(jìn)行具體分析，得出結(jié)論：地面碘化銀煙爐是對(duì)廣西現(xiàn)有人工影響天氣作業(yè)方式局限性的有效補(bǔ)充；新形勢(shì)下，在廣西利用地面碘化銀煙爐進(jìn)行人工增雨作業(yè)是必要的和可行的。同時(shí)，對(duì)桂林資源縣十里平坦布設(shè)面地面碘化銀煙爐進(jìn)行了可行性分析。

地面碘化銀煙爐；人工增雨；應(yīng)用；可行性

1　前言

廣西地處祖國南疆，屬低緯地區(qū)。四周多山，境內(nèi)以丘陵山地為主。這種特殊的地理環(huán)境，與大氣環(huán)流的共同作用，具有災(zāi)害頻繁、旱澇突出的氣候特征［1］。目前廣西人工影響天氣作業(yè)主要是增雨防雹，通過利用現(xiàn)代科技，在一定的天氣條件下，針對(duì)干旱、冰雹等災(zāi)害性天氣實(shí)施局部有效干預(yù)，在保障地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、防御氣象災(zāi)害過程中發(fā)揮了重要作用，也受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。廣西人工影響天氣作業(yè)的主要作業(yè)工具是使用飛機(jī)、火箭。這些作業(yè)裝備和方法均受空域限制，有時(shí)因沒有空域而錯(cuò)失作業(yè)時(shí)機(jī)。因此發(fā)展不受空域限制、可自主指揮作業(yè)的人影作業(yè)工具很有必要［2］。地面碘化銀煙爐通過遠(yuǎn)程遙控點(diǎn)燃煙爐里安裝的碘化銀煙條，利用上升氣流作載體入云催化，可作為飛機(jī)、火箭等作業(yè)工具的補(bǔ)充手段。它特別適合設(shè)置在航線密集區(qū)、山區(qū)或生活不便的地區(qū)，不受空域管制的限制，可以全天候、長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)地進(jìn)行人工增雨作業(yè)。

2　在廣西設(shè)置地面燃燒爐用于人工增雨作業(yè)的需求分析

2.1人工影響天氣技術(shù)、裝備發(fā)展現(xiàn)狀

我區(qū)人工增雨防雹作業(yè)主采用飛機(jī)人工增雨作業(yè)和地面火箭人工增雨防雹作業(yè)。飛機(jī)人工增雨作業(yè)由自治區(qū)人影辦組織實(shí)施，火箭人工增雨防雹作業(yè)由自治區(qū)人影辦協(xié)調(diào)、預(yù)警、指揮，各市、縣人影辦組織實(shí)施。廣西的人工影響天氣技術(shù)已由過去依靠人工觀云測(cè)天、采用“土火箭”、“37”高炮發(fā)射碘化銀炮彈的作業(yè)方式，發(fā)展到目前利用氣象衛(wèi)星、多普勒天氣雷達(dá)等先進(jìn)探測(cè)手段，使用新型車載移動(dòng)火箭方式開展作業(yè)的局面［3］。2000年各市地方政府投入資金。為各基層人工影響天氣辦公室購置了車載式移動(dòng)火箭和地面火箭發(fā)射架共154臺(tái)；2010年5月自治區(qū)人民政府一次性投資1280萬元為全區(qū)各級(jí)人工影響天氣辦公室新增車載移動(dòng)式火箭發(fā)射系統(tǒng)80套，各作業(yè)單位新增火箭發(fā)射系統(tǒng)1套，全區(qū)市縣級(jí)作業(yè)單位各有火箭發(fā)射裝置達(dá)到3套，極大地增強(qiáng)了地面人工影響天氣作業(yè)能力和作業(yè)綜合效益，人工影響天氣的社會(huì)影響力也不斷提高，成為地方政府科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)的重要手段之一。人工影響天氣作業(yè)方式也從過去的應(yīng)急性、分割化逐漸向常態(tài)化、集約化轉(zhuǎn)變，作業(yè)服務(wù)從單一的抗旱減災(zāi)向云水資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域拓展［4］。

圖1　1981-2010年廣西逐月平均降水分布

2.2人工影響天氣作業(yè)工具優(yōu)缺點(diǎn)比較

目前，廣西實(shí)施人工增雨的工具主要有飛機(jī)、火箭。飛機(jī)增雨指揮權(quán)在自治區(qū)人影指揮中心，市、縣主要以火箭增雨為主。

飛機(jī)增雨直接將催化劑播撒到云中預(yù)定部位，且播撒均勻、覆蓋范圍較廣，具有催化劑利用效率高，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，播撒面積大等優(yōu)勢(shì)。但是受飛行條件、飛機(jī)性能和空域等因素制約，還有對(duì)流云無法入云作業(yè)的缺點(diǎn)。

火箭適合于對(duì)流云增雨作業(yè)，但布點(diǎn)受航線限制，不能根據(jù)需要建立作業(yè)點(diǎn)；作業(yè)時(shí)空受限制，且射程不遠(yuǎn)，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程增雨作業(yè)。隨著空中交通的繁榮發(fā)展，空域日趨緊張，空域批復(fù)也越來越難，每次增雨作業(yè)批復(fù)的空域僅有5min，有時(shí)僅有2～3min，有很多時(shí)候，沒有作業(yè)空域。作業(yè)時(shí)機(jī)與空域繁忙的沖突，造成空域批復(fù)困難，常常會(huì)錯(cuò)失最佳作業(yè)時(shí)機(jī)?；鸺皬椝庍\(yùn)輸和平常儲(chǔ)存需要較多的人力物力，作業(yè)成本比較高［5］。

地面碘化銀煙爐采用燃燒法，國內(nèi)外已有許多成核率很高的燃燒溶液配方，一些廠家根據(jù)以上溶液配方，研制出適合各種作業(yè)工具的固體AgI煙條，普遍在國內(nèi)山區(qū)地面碘化銀煙爐人工增雨作業(yè)中使用。地面碘化銀煙爐是一種全天候，不受空域限制，可自主科學(xué)布點(diǎn)和指揮，且投資較少的增雨作業(yè)工具。

2.3廣西降水資料分析

廣西降水量季節(jié)分配不均，由于受冬夏季風(fēng)交替影響，干濕季分明。對(duì)廣西1981～2010年30年的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示如（圖1）。4～9月為雨季，總降水量占全年降水量的78%，強(qiáng)降水天氣過程較頻繁，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害；10～翌年3月是干季，總降水量?jī)H占全年降水量的22%，干燥少雨，易產(chǎn)生干旱進(jìn)而引發(fā)森林火災(zāi)。因此，設(shè)置地面燃爐，自主實(shí)施人工增雨作業(yè)，可增加降水量，對(duì)防治干旱和抑制森林火災(zāi)有非常重要的作用［6］。

2.4地理環(huán)境的可行性分析

廣西地處祖國南疆，屬山地丘陵盆地地貌。位于東經(jīng)104°28＇至112°04＇，北緯20°54＇至26°23＇，境內(nèi)以丘陵山地為主。地勢(shì)由西北向東南傾斜，四周多被山地、高原環(huán)繞，呈盆地狀，桂東北、桂東、桂南沿江一帶有大片谷地。僅海拔800米以上山地，面積約5.6萬平方公里，占總面積的23.7%［7］。而地面燃爐安裝的必要地理?xiàng)l件為：海拔高度800米以上的迎風(fēng)坡，從這方面來看廣西的地理情況非常適合地面燃爐安裝。

3　地面燃爐增雨（雪）的工作原理

3.1催化劑核化溫度的分析

目前使用的人工影響天氣催化劑主要是以碘化銀為主的無機(jī)類人工冰核，碘化銀核化的溫度為-4～-20℃［8］，即在上述溫度范圍內(nèi)成核率高、速度快。地面燃燒爐使用的煙條催化劑采用的是我國自行研制的BR-91-Y型高效AgI焰劑配方，在-7.5～-20℃范圍內(nèi)，1g焰劑成核可高達(dá)1.81015個(gè)［9］。

資源的十里平坦（東經(jīng)110°30＇09"，北緯26°09＇14"），冬季平均氣溫較低，12月雨量最少。以2014年12月為例，十里平坦最低氣溫平均為-1.5℃，最低溫度低于-4℃的有6天。十里平坦海拔高度為1770m，按照常用的0.6℃/100m的溫度垂直遞減率計(jì)算，-10℃層約為地面往上1000m左右，地形引起的微弱的上升氣流，就可以將催化劑帶入核化的云層高度，可以使催化劑核化效果更好，成核率更高。

3.2催化劑擴(kuò)散的分析

西安中天火箭技術(shù)有限公司的ZY-2A型地面燃燒爐，使用的是BR-91-Y型高效碘化銀焰劑，焰劑燃燒產(chǎn)生含碘化銀復(fù)合冰核氣溶膠，具有很高的成核率，1g AgI在-10℃條件下靜態(tài)成核率可達(dá)1.81015個(gè)，在-12℃時(shí)5min核化率平均為90%，利于在云中產(chǎn)生冰核。每支焰條的AgI含量為7.5 g/支，每支焰條-l0℃條件下靜態(tài)成核可達(dá)7.51.81015個(gè)［10］。秦長(zhǎng)學(xué)等曾計(jì)算了北京地面發(fā)生源擴(kuò)散情況（見圖2）。計(jì)算中取高度1000 m，X軸上的分風(fēng)速6 m·s-1，源的核生成率為1.11012個(gè)/s，y軸和z軸方向上催化劑點(diǎn)濃度的均方差為0.27×0.91、3.3110-4X1.855，云中冰核最佳濃度為105個(gè)/m3，圖2中數(shù)值為擴(kuò)散距離與最佳濃度相比得出的相對(duì)濃度［11］。

圖2　催化劑的垂直擴(kuò)散（a）和水平擴(kuò)散圖（b）

由圖2可以看出：在垂直方向上，擴(kuò)散源放在1000 m的高度，可以產(chǎn)生厚度1 km、長(zhǎng)度3 km的高濃度區(qū)，濃度值達(dá)105個(gè)/m3以上［12］。照此計(jì)算，在十里平坦1770m處燃放焰條，向上擴(kuò)散后的高度可以達(dá)到3000m以上，足以達(dá)到云中催化劑核化的高度，較高濃度水平可達(dá)到8km，方圓林區(qū)可以增加降雨（雪）量。

3.3地面碘化銀煙爐布設(shè)的地理因素考量

地面燃燒爐作為一種新型的人工增雨（雪）作業(yè)工具，具有作業(yè)成本低、不受空域限制、自主指揮作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，備受社會(huì)各界的關(guān)注。因?yàn)槭堑孛娌ピ?，煙爐作業(yè)點(diǎn)的布設(shè)選擇相當(dāng)重要，關(guān)系到能否將碘化銀冰核輸送到預(yù)想播云目標(biāo)，是達(dá)到預(yù)想的增雨效果的關(guān)鍵。地面燃燒爐燃燒產(chǎn)生的碘化銀煙粒，需要依賴上升氣流的攜帶才能進(jìn)入到-4℃以下溫度的云層，起到增雨（雪）的作用。由于冬季大尺度天氣系統(tǒng)的上升氣流較小，難以及時(shí)將燃燒爐產(chǎn)生的碘化銀煙粒送入作業(yè)云層，因此，需借助其他動(dòng)力條件。若將地面燃燒爐設(shè)置在山脈迎風(fēng)坡，被迎風(fēng)坡抬升的氣流可將催化劑送入云中［13］。不同地形近地面局地環(huán)流是不相同的，在布設(shè)煙爐時(shí)應(yīng)注意。我們?cè)跓煚t作業(yè)點(diǎn)的選擇布設(shè)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

首先要依據(jù)云資源條件選擇布設(shè)區(qū)。因地形云形成與谷風(fēng)盛行關(guān)系密切，原則上選擇有利于地形云形成發(fā)展的山峰下方的山谷或河谷源區(qū)，以便有較多的播云機(jī)會(huì)?？紤]到山區(qū)降水轉(zhuǎn)換為地表水的能力，爐作業(yè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在海拔高度800m以上的山區(qū)。根據(jù)上世紀(jì)80年代初前蘇聯(lián)在中亞澤拉夫森山對(duì)地形云液水含量的分布研究認(rèn)為：在山脊迎風(fēng)側(cè)1～6 km的低、中云中，含水量趨向山脊而增大［14］。地面煙爐布設(shè)應(yīng)距離盛行地形云的山峰不大于5 km，以便1～2 m·s-1的谷風(fēng)能在1～1.5 h內(nèi)使催化劑送到期望播云高度-5℃的云層。

十里平坦位于資源縣瓜里鄉(xiāng)和車田苗族鄉(xiāng)接壤處的金紫山上，海拔1770m，金紫山是南北方向綿延不斷的一座高山丘陵。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，由于地形地貌的關(guān)系，具有明顯的山地氣候特征。局部小氣候復(fù)雜多樣，冷暖氣流流動(dòng)幾乎無阻隔，時(shí)常形成大風(fēng)，年平均風(fēng)速約7m·s-1，極端最低氣溫為-7.5℃，利于碘化銀的核化及擴(kuò)散。11月底～翌年3月空氣濕度大，一般達(dá)70%～98%，云水資源豐富，在此布設(shè)地面碘化銀煙爐將非常有利于人工影響天氣的增雨作業(yè)。

4　設(shè)備的選擇

廣西自治區(qū)人影辦選擇的是西安中天火箭技術(shù)有限公司自主開發(fā)研制的ZY-2A遠(yuǎn)程遙控地面焰條播撒系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用預(yù)置焰條，利用手機(jī)短信進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了焰條的遙控檢測(cè)、點(diǎn)火和煙霧的自動(dòng)播撒，其程控距離不受限制，通訊信號(hào)覆蓋的區(qū)域均可使用，主要解決山區(qū)及交通不便地區(qū)的增雨、增雪、防雹作業(yè)的需求［15］。

該系統(tǒng)由地面播撒裝置、地面焰條、點(diǎn)火控制器、控制軟件四部分組成。地面播撒裝置為戶外固定設(shè)備，地面焰條提前放置在地面播撒裝置內(nèi)，在具備氣象條件的情況下，通過室內(nèi)計(jì)算機(jī)軟件發(fā)出檢測(cè)、點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)燃焰條，煙霧在播撒裝置的導(dǎo)引下，上升到高空，隨著空中上升氣流進(jìn)入云層，進(jìn)行增雨、防雹作業(yè)。同時(shí)該系統(tǒng)可分體運(yùn)輸，最大重量50kg，最大外形尺寸1435mm×900mm，方便運(yùn)輸。該系統(tǒng)在廣西的布設(shè)，將為廣西人工影響天氣作業(yè)添加新成員，進(jìn)一步提升廣西人工影響天氣作業(yè)能力。

5　總結(jié)

地面燃燒爐作為一種新型的人工增雨（雪）作業(yè)工具，具有作業(yè)成本低、不受空域限制、自主指揮作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。地面碘化銀煙爐是飛機(jī)、火箭等增雨（雪）作業(yè)工具的有效補(bǔ)充手段。為了滿足防災(zāi)減災(zāi)、緩解水資源短缺、改善生態(tài)環(huán)境等多目標(biāo)、多功能的需要，必須增加人工影響天氣作業(yè)方式，提升人工影響天氣作業(yè)能力，最大限度地滿足全區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。

十里平坦作業(yè)點(diǎn)地形、云體結(jié)構(gòu)及風(fēng)力資源都有利于使用地面碘化銀煙爐進(jìn)行人工增雨作業(yè)，配合現(xiàn)有的火箭增雨效果會(huì)更為理想。冬季實(shí)施地面燃燒爐增雨（雪）作業(yè)，能夠適時(shí)靈活增加降水，對(duì)減少干旱及林場(chǎng)的森林防火的發(fā)生，具有明顯的實(shí)用性及良好的社會(huì)效益。

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Application of ground generator in Guangxi weather modification operation in

Dai Yu-zhen1，Cao Jiang-ping2，Wang Yi2
（1.Guilin artificial weather office，Guilin Guangxi，541001；2.Guangxi weather modification Office，Guangxi Nanning，530022）

According to the Guangxi artificial influence weather development present situation，scale and demand，from the aspects of equipment operation，operation mode，climate and geographical environment of specific analysis，pointed out：the ground silver iodide smoke furnace is the complement of Guangxi existing weather modification operations；under the new situation，in Guangxi by means of ground Silver iodide smoke furnace of enhancement of artificial rain operation is necessary and feasible.At the same time，makes feasibility analysis for layout of surface ground generator in Shilipingtan of Guilin Ziyuan County.

Ground generator；artificial rainfall；application；feasibility

P481

A

1673-8411（2015）03-0064-04

2015-05-16

戴玉珍（1965-），女，湖南邵東人，高級(jí)工程師，從事人工影響天氣管理工作。Email：glrenyingban@163.com