畢 敬

（內(nèi)蒙古赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

我國(guó)很多地區(qū)都頻繁發(fā)生自然災(zāi)害，干旱屬于常見(jiàn)的自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。為了解決旱災(zāi)的問(wèn)題，我國(guó)從1958年就進(jìn)行了人工降雨試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)在吉林省，并且取得了成功。此后，我國(guó)的人工降雨技術(shù)水平隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升而提升，緩解了很多地區(qū)的旱情。飛機(jī)增雨屬于人工降雨時(shí)常用的手段之一，除了飛機(jī)之外，人工降雨中還會(huì)應(yīng)用火箭。通過(guò)飛機(jī)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(jī)增雨作業(yè)需要具體的天氣條件作為基礎(chǔ)，并且實(shí)踐中無(wú)法完全依賴天氣預(yù)報(bào)，需要針對(duì)短期條件進(jìn)行詳細(xì)地監(jiān)測(cè)并預(yù)報(bào)，方可以提高飛機(jī)增雨作業(yè)的效率和質(zhì)量。

1.選取樣本資料

從我國(guó)飛機(jī)增雨作業(yè)的基本情況來(lái)看，在旱情發(fā)展，非常需要雨水的狀態(tài)下進(jìn)行人工增雨的情況占了很大比例。但是結(jié)合現(xiàn)如今人工降雨相關(guān)研究成果來(lái)看，在這樣的條件下進(jìn)行人工增雨效果并不能夠達(dá)到預(yù)期。而飛機(jī)增雨作業(yè)的條件充分滿足之后，增雨的必要性又會(huì)削弱，所以飛機(jī)增雨作業(yè)的天氣條件分析顯得尤為重要。為了從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)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(guò)程普查結(jié)果中的部分樣本作為分析研究的對(duì)象。

2.分析降水過(guò)程的水汽條件

飛機(jī)增雨與自然降雨之間存在明顯的區(qū)別，飛機(jī)增雨一般需要應(yīng)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(jìn)雨滴的轉(zhuǎn)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(jī)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(diǎn)之后結(jié)合所選擇的樣本分析水汽條件便有了明確的目標(biāo)與方向。中低層大氣是產(chǎn)生降水的水汽來(lái)源處，因此選擇了850hPa和700hPa的水汽狀況作為分析對(duì)象。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)這一時(shí)期的700hPa水汽與孟加拉灣有關(guān)，水汽輸送帶的寬度以及輸送的時(shí)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(gè)經(jīng)距（緯距），水汽輸送會(huì)在降水之前產(chǎn)生，時(shí)間在24小時(shí)到36小時(shí)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(dá)成。對(duì)比850hPa與700hPa的天氣情況，能夠發(fā)現(xiàn)此時(shí)的空氣濕層厚度達(dá)到了降雨的標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)綜合分析我國(guó)的地理氣候環(huán)境則需要考慮地面東路冷空氣勢(shì)力的作用。某市處于我國(guó)中原地區(qū)，經(jīng)常受到高壓底部的偏東或者處于東北氣流中，無(wú)法對(duì)濕度產(chǎn)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(méi)有變化。最終從統(tǒng)計(jì)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(shí)氣流中的水汽含量能夠達(dá)到預(yù)期。

3.分析飛機(jī)增雨作業(yè)預(yù)報(bào)指標(biāo)

3.1 500hPa形勢(shì)分析

飛機(jī)增雨的效果受到了作業(yè)環(huán)境的影響。構(gòu)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(duì)性地觀察云系中的發(fā)展情況，便能夠掌握特定天氣形勢(shì)，為飛機(jī)增雨作業(yè)做好充分準(zhǔn)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(jié)合有效天氣數(shù)據(jù)確定飛機(jī)增雨計(jì)劃。背景場(chǎng)的大小對(duì)降水存在一定的影響，分析飛機(jī)增雨作業(yè)預(yù)報(bào)指標(biāo)的時(shí)候需要充分考慮。分析春秋季某市的降水?dāng)?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(shì)趨于穩(wěn)定。由于24小時(shí)內(nèi)的500hPa環(huán)流形式存在不同的特點(diǎn)，缺乏穩(wěn)定模式，需要單獨(dú)分析。季節(jié)對(duì)飛機(jī)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(jīng)向環(huán)流的情況較少。某市在經(jīng)向環(huán)流作用下產(chǎn)生的降水一般需要沿海脊出現(xiàn)，此時(shí)高原上的大槽處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，或者南支出現(xiàn)了低槽運(yùn)行，能夠及時(shí)向某市上空輸送水汽，達(dá)到降水的目的。除了上述兩種情況之外，緯向環(huán)流也相當(dāng)重要，緯向環(huán)流屬于平直西風(fēng)環(huán)流，在發(fā)展過(guò)程中擾動(dòng)明顯，繼而發(fā)展成為小槽，某市降水因此產(chǎn)生。當(dāng)上游出現(xiàn)了低槽的時(shí)候降水也會(huì)產(chǎn)生，因?yàn)槟呈腥菀资艿胶游髯呃取⒏咴约皷|部海域的影響，出現(xiàn)低槽、擾動(dòng)的概率相對(duì)比較高，能夠在24小時(shí)內(nèi)形成降水條件。結(jié)合以上全部情況來(lái)看，某市在未來(lái)24小時(shí)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(chǎn)生降水。而如果出現(xiàn)了中緯度環(huán)流，而且滿足平直西風(fēng)的條件時(shí)則會(huì)加大擾動(dòng)的概率，繼而增加降水的概率。

3.2 700hPa形勢(shì)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(jié)果來(lái)看，主要是700hPa水汽輸送、影響系統(tǒng)兩個(gè)方面。本文為了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，根據(jù)700hPa形勢(shì)場(chǎng)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(jīng)度、緯度區(qū)域內(nèi)風(fēng)場(chǎng)達(dá)到了四站，并且處于連片的狀態(tài)，以此為基礎(chǔ)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(fēng)和西北風(fēng)的影響，可以將其確定為低槽型。同樣按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)分析切變線，則能夠看到切變線南側(cè)兩站各自受到了西南、東南風(fēng)的影響，而北側(cè)與南側(cè)相反。有利于實(shí)施飛機(jī)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(jìn)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(fēng)槽、冷鋒、回流等的影響。觀測(cè)降水性層狀云中冰晶平均濃度可以應(yīng)用2D-C探頭，以達(dá)到較高的準(zhǔn)確性。在700hPa形勢(shì)下云內(nèi)冰晶濃度會(huì)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(huì)處于不斷變化的狀態(tài)中。結(jié)合某市近年來(lái)的飛機(jī)增雨作業(yè)的短期天氣條件來(lái)看，冰晶濃度低于30個(gè)的占了88%，具有分析對(duì)比的價(jià)值和意義。

3.3 飛機(jī)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(jīng)具備了降水的可能性，并且在準(zhǔn)備人工降水之前已經(jīng)接近降水了。飛機(jī)增雨屬于人工降水中的一個(gè)主要方式，需要耗費(fèi)一定的成本，因此需要重視短期天氣條件的勘測(cè)。從自然降水的性質(zhì)來(lái)看，變率非常大，而且即使通過(guò)飛機(jī)增雨也無(wú)法與自然降水的降水量之間進(jìn)行對(duì)比，整體上的降水量比較小，所以確定飛機(jī)增雨效果的時(shí)候就會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。飛機(jī)增雨增加的降水量并不能夠得到準(zhǔn)確預(yù)估，檢驗(yàn)飛機(jī)增雨效果的關(guān)鍵是測(cè)定實(shí)際降水量。在飛機(jī)增雨作業(yè)的短期天氣條件分析預(yù)測(cè)技術(shù)相對(duì)比較落后的時(shí)期，回歸統(tǒng)計(jì)法應(yīng)用頻率非常高，能夠通過(guò)對(duì)比即將飛機(jī)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(jìn)行對(duì)比，最終確定自然可能降水量，并與實(shí)測(cè)降水量對(duì)比，最終確定人工降水的效果。

飛機(jī)增雨作業(yè)的效果在云，其他條件的制約下效果很難預(yù)估，通常在各方面的條件均基本達(dá)到預(yù)期之后，飛機(jī)增雨作業(yè)的效果相對(duì)較好，相反則會(huì)出現(xiàn)負(fù)效果。采用冷云催化的方式時(shí)，冰晶濃度會(huì)發(fā)揮最大的作用，估算降水粒子的濃度需要應(yīng)用實(shí)測(cè)資料以及具體的理論。這種方式的增雨效果要想達(dá)到預(yù)期，需要在冰晶濃度達(dá)到了1個(gè)/升的標(biāo)準(zhǔn)之上。實(shí)測(cè)自然云的時(shí)候如果發(fā)現(xiàn)其冰晶濃度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，存在降水效率低下的問(wèn)題時(shí)則要選擇其他時(shí)間進(jìn)行降雨，或者在過(guò)冷卻部位使用成冰催化劑，促使冰晶濃度增加。當(dāng)人工冰晶濃度增加之后，降水量不斷增加，氣流進(jìn)一步作用之后降水的分布會(huì)發(fā)生變化。進(jìn)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(jī)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(guò)程越容易推進(jìn)。如果使用動(dòng)力催化的方式，則主要是讓云中產(chǎn)生冰晶，增加降水可能性。動(dòng)力催化的方式在20世紀(jì)60年代開(kāi)始應(yīng)用，近年來(lái)取得了非常大的進(jìn)步。云內(nèi)外存在明顯溫差，因此會(huì)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?cái)U(kuò)展，因?yàn)樯诒谎娱L(zhǎng)了，云體內(nèi)的水分總量會(huì)不斷增加，降水量便會(huì)增加。

4.分析物理量場(chǎng)診斷與預(yù)報(bào)指標(biāo)

從典型的天氣圖上可以發(fā)現(xiàn)具體的指標(biāo)，既然分析的是短期天氣條件，則需要考慮48小時(shí)或者36小時(shí)內(nèi)700hPa的天氣圖，但是從數(shù)據(jù)來(lái)看降水的特征量并不能夠看出。將時(shí)間縮短到24小時(shí)之后，則可以初步發(fā)現(xiàn)特征量。進(jìn)一步縮短時(shí)間到12小時(shí)的天氣圖上，便能夠看到明顯的降水形式。為此，進(jìn)行飛機(jī)增雨作業(yè)則需要考慮增雨作業(yè)準(zhǔn)備工作需要的時(shí)間，12小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)備作業(yè)最佳，如此才能夠避免增雨作業(yè)失效。通過(guò)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品彌補(bǔ)天氣圖預(yù)報(bào)指標(biāo)的缺陷，常用的包括物理量場(chǎng)預(yù)報(bào)，以及歐洲中心常用的形勢(shì)預(yù)報(bào)。結(jié)合當(dāng)前的情況來(lái)看，更加適用T106物理量場(chǎng)。飛機(jī)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(yīng)，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。各個(gè)物理量如果不能夠同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則無(wú)法令降水效果達(dá)到預(yù)期。利用這一物理量場(chǎng)分析水汽量的分布，確定降水落區(qū)，增強(qiáng)飛機(jī)增雨作業(yè)的效率。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品提供的預(yù)報(bào)范圍在一到五天內(nèi)，觀察其是否存在降水可能性，結(jié)合天氣圖指標(biāo)便可以提高降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。天氣變化非常快，而且不同季節(jié)的天氣變化速度有所差別，進(jìn)行飛機(jī)增雨作業(yè)的短期天氣條件分析的時(shí)候需要獲得可信賴的預(yù)報(bào)信息，并且要在實(shí)踐應(yīng)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(jī)的作業(yè)目標(biāo)才能夠?qū)崿F(xiàn)。本文針對(duì)所選擇的降水個(gè)例進(jìn)行了全面分析之后確定了某市最佳的飛機(jī)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(shí)候，這種條件下的700hPa存在低緯度暖濕氣流在某市境內(nèi)輻合情況，某市地面的東到東北風(fēng)明顯，空氣相對(duì)濕度達(dá)到了≥60%。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，飛機(jī)增雨作業(yè)的短期天氣條件分析需要應(yīng)用正確的分析軟件與工具，并且需要確保天氣圖分析的準(zhǔn)確性。從天氣圖中分析出飛機(jī)增雨最佳的指標(biāo)，需要融合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給人工增雨飛機(jī)提供更充分的準(zhǔn)備機(jī)會(huì)。水汽復(fù)合、濕度等條件均達(dá)到了最佳狀態(tài)時(shí)，成云致雨的區(qū)域越容易出現(xiàn)，從而能夠?yàn)轱w機(jī)增雨作業(yè)區(qū)的確定形成有利的條件，結(jié)合這些因素針對(duì)預(yù)報(bào)指標(biāo)優(yōu)化完善顯得尤為重要。