摘要：人工增雨是一項復雜的人工干預局部大氣過程的科學實踐，本文基于衛(wèi)星、雷達、探空、飛機云雨微物理觀測及地基觀測等資料，對2005年6月21日一次農業(yè)抗旱飛機人工增雨個例進行分析。結果表明：此次是以低壓天氣系統(tǒng)為背景的雨層云（Ns）降水過程，云中液態(tài)水和過冷水含量具備增雨基本條件;地面至高空，系統(tǒng)穩(wěn)定少動、降雨持續(xù)性強，云中可降水粒子濃度0℃層以上分布趨勢為先增后減，但總體大于0℃層以下濃度;云層下濕上干、溫度露點差隨高度增加、云中存在較強上升氣流，利于云體發(fā)展，具備一定的增雨潛力。

關鍵詞：人工增雨;宏微觀特征;微波輻射計;PMS;低壓系統(tǒng)

基金項目：國家重點研發(fā)項目“我國北方局地突發(fā)性強降水機理及預報方法研究”編號：2018YFC1507300

中圖分類號： P481 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.24.083

吉林省是國家重要商品糧生產基地，多年來糧食產量和人均占有量均居國內前列。同時吉林省也是水資源嚴重匱乏的省份，全省水資源總量僅為402億m3。吉林省年平均降水量為612.4mm，中部地區(qū)的長春市年平均降水量為577.1mm，東南部地區(qū)的集安市降水量最多，年平均降水量為917.6mm，西部地區(qū)的通榆降水最少，年平均降水量為370.7mm。受降水空間分布影響，吉林省西部為半干旱區(qū)，南部為濕潤區(qū)，其他地方為半濕潤區(qū)。受季風氣候影響，吉林省四季降水量以夏季最多，占全年降水量的60%以上，4～5月降水量僅占全年的14%，吉林省春旱發(fā)生頻率較高，尤其西部地區(qū)有“十年九春旱”之說[1]，對吉林省糧食生產造成嚴重影響，因此，吉林省自1958年便在全國率先開展了飛機抗旱人工增雨作業(yè)，并一直延續(xù)至今，人工增雨已經成為吉林省農業(yè)抗旱減災的一項重要科技手段。

1 天氣概況

2005年6月20日～22日08時和20時500hPa高空圖有一低壓天氣系統(tǒng)影響吉林省中部地區(qū)，22日08時500hPa高空圖顯示原有高空槽發(fā)展加深，并有一股冷空氣伴隨高空槽西北路徑移入吉林省;850hPa和500hPa高空圖低壓與高空槽位置配置基本一致，且低壓中心有一橫向切變線，覆蓋長春至白山一線，而中東部地區(qū)出現(xiàn)了西南風風速輻合區(qū);從溫度場配置來看，吉林省處于冷槽演變過程中，-12℃冷中心在吉林省東部地區(qū)，全省溫度露點差均≤4℃，屬于濕區(qū)范圍。

綜合分析：吉林省處于高空槽、低層切變線的共同作用下，熱力條件和水汽條件配合較好。

2 飛機探測資料分析

2.1機場地面實況

從2005年06月21日早6：30分記錄的機場地面實況：地面實時氣壓997hPa、溫度17℃、濕度93%、南風6m/s、蔽光層積云（Scop）、中雨、低壓天氣系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)與長春54161站基測和放球瞬間監(jiān)測數(shù)據(jù)較為一致。

2.2飛機探測資料分析

2.2.1宏觀資料分析 增雨飛機于6月21日早06：44分從長春大房身機場起飛，沿“長春-公主嶺-伊通-長春”航線飛行，同時開啟飛機機載PMS-2DP、2DC、FSSP-100、KLWC-5（液態(tài)水含量儀）、機載微波輻射計、GPS（衛(wèi)星定位系統(tǒng)）等觀測設備，實施大氣探測與數(shù)據(jù)取樣工作。飛機起飛后先是逐步爬升到云底（1000m）飛行20分鐘后繼續(xù)向上爬升，并且每爬升600～800m之后便保持高度平飛5分鐘，之后接續(xù)向云頂目標飛行，且直至云頂;在云頂高度保持飛行15分鐘后改為下降飛行。飛行探測過程中，探測到的降雨云主要為雨層云（Ns），其云底高度為1000m左右，包括一些碎雨云（Fn）。飛行過程中探測到的云頂高度為5500m，零度層高度為3600m（這與探空探測到的零度層高度3769gpm十分接近）。此外，在飛機鉆云爬升、平飛和下降探測過程中，觀測到“云體較黑、間歇性顛簸、零度層高度以上云體較亮、冰晶較多、飛機風擋和機翼、輪胎結冰較厚等實際情況”都說明了該目標云系含水量豐富、過冷水較多、系統(tǒng)結構穩(wěn)定、降雨在持續(xù)等實際狀況。

2.2.2 微觀資料分析 雨層云（Ns）是厚而均勻的降水云層，能遮光蔽日，呈現(xiàn)暗灰色，水平分布范圍廣，通常降連續(xù)性雨或雪，且云低混亂，無明顯邊界，此次探測完整地反映了雨層云的這些概念特征。

圖1和表1為機載微博輻射計觀測數(shù)據(jù)+GPS高度數(shù)據(jù)疊加效果圖和機載PMS參數(shù)變化表，二者很好地反映了探測云體各層的液態(tài)水含量、云粒子濃度變化、溫度等變化[2]。根據(jù)圖1顯示的數(shù)據(jù)可知，目標云液態(tài)水含量和過冷水含量的變化是隨著飛機探測高度的增高而呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，并且飛機在零度層高度以上飛行時，云中過冷水的含量則隨云體高度的升高而迅速減小，這與機載微波輻射計隨飛機動態(tài)觀測的數(shù)據(jù)一致，因為飛機飛的越高，距離云頂就越接近，二者之間的云層厚度就越薄，期間的液態(tài)水和過冷水含量自然就越少的道理是一致的，如圖1中飛機飛行最高處區(qū)間，與云液態(tài)水含量低值區(qū)間一一對應，反映了云體垂直液態(tài)水分布的整體狀態(tài)。

表1反映了熱線含水量儀（KLWC-5）和FSSP-100探測數(shù)據(jù)在0℃高度以上呈現(xiàn)逐步遞減變化趨勢一致，這一變化趨勢恰好與機載微波輻射計觀測數(shù)據(jù)變化趨勢相同。飛機機載云雨微觀探測數(shù)據(jù)表明，目標云以0℃層為界限，上下雨滴譜、云滴譜、云粒子濃度、液態(tài)水含量的變化趨勢觀測數(shù)據(jù)，可為人們掌握目標云宏微觀特征和開展實際催化增雨提供理論依據(jù)。

2.2.3長春雷達回波分析 從2005年06月21日06：43分和08：02分兩次雷達PPI和RHI圖像演變過程可以看出，降雨云系主體回波都在22dBZ以上，回波主體頂高在5km以上，且從06：43分～08：02分超過1個小時的雷達回波演變過程，雷達回波始終處于穩(wěn)定并逐步增強發(fā)展狀態(tài)，這與探空和飛機實際觀測結果基本一致。

3 結語

以低壓天氣系統(tǒng)為背景的雨層云（Ns）降水過程，具有降雨持續(xù)、范圍分布廣，云中液態(tài)水和過冷水含量較為豐富等特點。

雷達、探空、飛機等綜合觀測資料顯示，地面至高空，系統(tǒng)云系相對穩(wěn)定少動，云中可降水粒子濃度0℃層以上分布趨勢為先增后減，但其濃度仍大于0℃層以下濃度，主要因素：目標云過冷水含量豐富、上升氣流較強、融化層較厚等綜合作用的結果。

云系下濕上干、溫度露點差隨高度增加、云中存在較強上升氣流，有利于云體發(fā)展，具備一定增雨潛力。

參考文獻

[1]孫力，梁洪海，郭春明，等.《吉林省氣候服務手冊》[M].長春：吉林大學出版社，2018.

[2]魏重、雷恒池、沈志來.地基微波輻射計的雨天探測[J].應用氣象學報，2001，12（S1）：65-77.

作者簡介：汪曉梅，本科學歷，工程師，研究方向：云降水物理與人工影響天氣。

網(wǎng)絡出版時間：2019/12/2 ?13：47：12

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