人工降雨防旱作業(yè)方案設(shè)計(jì)透析

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利用火箭進(jìn)行人工增雨作業(yè)時(shí)，AgI是按火箭彈的拋物線彈道軌跡在云層中播撒的，播撒后在云層中形成一條線柱狀催化帶，播撒高度和距離隨著弧形彈道軌跡的變化而變化。播撒完成后，火箭降落傘自動(dòng)彈出并打開(kāi)，帶著彈體緩慢降落。整個(gè)播撒過(guò)程可以看見(jiàn)一條弧形的彈道催化帶(煙霧帶)，播撒是在移動(dòng)中完成。播撒起始高度可通過(guò)調(diào)整發(fā)射架的射角來(lái)完成，射角越高，起播點(diǎn)和播撒最高點(diǎn)的高度都會(huì)增加，始播點(diǎn)和終播點(diǎn)之間的水平距離相應(yīng)減少。不同發(fā)射仰角對(duì)應(yīng)的各播撒參數(shù)見(jiàn)表1［18］。在實(shí)際開(kāi)展人工增雨作業(yè)時(shí)，要考慮云頂高度、云中0℃層高度、云體的水平尺度、云中液態(tài)水含量、以及云中上升氣流的分布等，選擇適當(dāng)?shù)纳浣恰⒎轿缓妥鳂I(yè)時(shí)機(jī)，盡可能將AgI播撒到最有效的區(qū)域，避免部分催化劑逸出云體，導(dǎo)致在云外無(wú)效播撒。增雨作業(yè)催化劑桂林的人工增雨都是采用冷云催化技術(shù)，即通過(guò)在云中負(fù)溫區(qū)播撒AgI，增加冷云的凝結(jié)核，增加云中水汽轉(zhuǎn)化為雨滴降到地面的效率。AgI為冷云成冰核，催化過(guò)程的有效冰核數(shù)量與環(huán)境溫度有關(guān)，云中溫度在－4℃～－20℃范圍內(nèi)，核化率最大。比較理想的作用溫度范圍在－6℃～－12℃區(qū)域。當(dāng)AgI在這個(gè)高度層內(nèi)播撒就能夠更好的發(fā)揮AgI的成冰核作用，

夏秋季作業(yè)方案

積雨云特征夏秋季節(jié)地面及近地層溫度高，對(duì)流容易發(fā)展，即夏秋季節(jié)的降水主要產(chǎn)生于積雨云系。由于對(duì)流的作用，積雨云層發(fā)展深厚，云中對(duì)流旺盛，含水量大，且含大量的過(guò)冷水，為火箭作業(yè)催化提供了較好的條件。但積雨云系一般是水平尺度小，垂直厚度大，生命周期短，陣性降水為主，強(qiáng)度雖大，但分布不勻。根據(jù)這些特點(diǎn)，增雨作業(yè)的時(shí)機(jī)選擇非常關(guān)鍵。積雨云從發(fā)展到消亡，一般可以分為3個(gè)階段，即初生階段、發(fā)展成熟階段和消散階段。初生階段以上升氣流為主，從積云底部到頂部均為上升氣流，上升氣流一般在云底較小，到云中上部達(dá)到極大;發(fā)展成熟階段云體移動(dòng)前方仍以上升氣流為主，云體移動(dòng)的后方盛行下沉氣流;到了消散階段，云體上下基本都以下沉氣流為主。因此，為有效增雨，保證AgI直接進(jìn)入云中上升氣流區(qū)，并達(dá)到相應(yīng)的數(shù)濃度。選擇積雨云增長(zhǎng)階段是人工催化的最好時(shí)機(jī)，作業(yè)時(shí)要盡可能把AgI播撒到上升氣流強(qiáng)、含水量豐沛的區(qū)域，一般情況是選擇發(fā)射方向?qū)?zhǔn)云體移動(dòng)的前部上升氣流的人流區(qū)域進(jìn)行作業(yè)［19－20］。作業(yè)條件分析夏秋季節(jié)以對(duì)流云降水為主，0℃層高度較高，一般都在5km以上，對(duì)流云層厚，一般不容易打穿，所以作業(yè)仰角選擇盡量偏高，但由于桂林上空，飛機(jī)比較多，受空域管制的限高，一般選用60°～70°的作業(yè)仰角為好。要注意盡可能作業(yè)到上升氣流區(qū)，利用上升氣流帶動(dòng)AgI上升到0℃層以上高度。根據(jù)對(duì)流云前方多為上升氣流的特點(diǎn)，夏秋季節(jié)注意選擇對(duì)流云作業(yè)，認(rèn)真分析雷達(dá)回波的演變，選擇回波單體移動(dòng)的前方作業(yè)［18］。一般要考慮雷達(dá)回波強(qiáng)度在30～40dbz的范圍，回波頂高度在9km以上，由于播撒的催化劑不可能全部到達(dá)0℃層高度，所以作業(yè)用彈量要比冬春季節(jié)增加。作業(yè)實(shí)施方案根據(jù)桂林多年人工增雨作業(yè)情況的效果檢驗(yàn)，比較成功的作業(yè)方案可以總結(jié)為:根據(jù)抗旱工作的需要，密切監(jiān)視天氣雷達(dá)的降水回波演變，如果有30dbz以上強(qiáng)度降水回波可能影響作業(yè)區(qū)，作業(yè)人員立即做好作業(yè)的準(zhǔn)備，填裝好火箭彈，一般每次填裝4枚，將發(fā)射架仰角調(diào)到62°，方向?qū)?zhǔn)降水云團(tuán)移來(lái)的方向，降水回波進(jìn)入影響區(qū)域，立即申請(qǐng)作業(yè)。作業(yè)時(shí)，每發(fā)射一枚火箭彈，將發(fā)射架仰角調(diào)高2°，即采用垂直扇形發(fā)射。因?yàn)榭沼蚺鷾?zhǔn)的時(shí)間限制，調(diào)整發(fā)射方位需要時(shí)間長(zhǎng)，難度大，所以選擇調(diào)整發(fā)射仰角容易。發(fā)射完4枚火箭彈，如果需要繼續(xù)作業(yè)，則需要重新準(zhǔn)備，另行申請(qǐng)作業(yè)。

冬春季作業(yè)方案

作業(yè)條件分析冬春季節(jié)，桂林地區(qū)基本上是受冷空氣影響，以層狀云降水為主，由于層狀云中對(duì)流發(fā)展不強(qiáng)，云體的垂直厚度較薄，0℃層高度在3700～4500m之間。受大尺度天氣系統(tǒng)的影響，云系范圍較大，云層穩(wěn)定，云內(nèi)含水量雖然較小，但地面降水量分布均勻，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。表現(xiàn)在雷達(dá)觀測(cè)資料圖上，回波頂高較低，一般低于10km，回波強(qiáng)度在25～35dbz之間，覆蓋面積較大，分布均勻。研究表明:這類過(guò)冷云中無(wú)冰晶時(shí)，它是穩(wěn)定的，一旦云層中出現(xiàn)了冰水共存狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生蒸凝過(guò)程，發(fā)生冰水轉(zhuǎn)化。人工增雨催化劑(AgI)的作用就是制造冰晶，破壞層云的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由于層狀云中上升氣流速度較小，不可能由上升氣流將AgI帶到過(guò)冷水集中區(qū)，所以催化播撒層高度應(yīng)盡可能高些，以提高增雨效率。但又由于云層較薄，過(guò)高作業(yè)播撒很可能播撒到了云頂以外，形成無(wú)用播撒，統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明，桂林地區(qū)冬春季節(jié)作業(yè)仰角選用55°～62°為宜。作業(yè)操作方案根據(jù)桂林歷年冬春季節(jié)抗旱增雨工作的總結(jié)，冬春季節(jié)人工增雨作業(yè)方案可以個(gè)歸納為:加強(qiáng)對(duì)天氣雷達(dá)的降水回波演變資料的分析，如果有25dbz以上強(qiáng)度降水回波可能影響到作業(yè)區(qū)時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)做好作業(yè)的準(zhǔn)備，填裝好火箭彈，一般每次填裝2枚，將發(fā)射架仰角調(diào)到58°，方向?qū)?zhǔn)降水云團(tuán)移動(dòng)的來(lái)向，降水云團(tuán)進(jìn)入影響區(qū)域，地面開(kāi)始產(chǎn)生降水，組織申請(qǐng)作業(yè)，作業(yè)時(shí)，每發(fā)射一枚火箭彈，將發(fā)射架發(fā)射方位調(diào)整2°，即采用水平扇形發(fā)射。發(fā)射完2枚火箭彈，觀察作業(yè)效果，如果作業(yè)效果比較好，作業(yè)條件繼續(xù)存在，則需要繼續(xù)作業(yè)，工作人員重新準(zhǔn)備，另行申請(qǐng)作業(yè)。

人工增雨作業(yè)的一些討論

增雨抗旱也應(yīng)該未雨綢繆真正進(jìn)入干旱的時(shí)候，降水云系很少，人工增雨作業(yè)的機(jī)會(huì)也很少，靠人工增雨來(lái)解決旱情，作用非常有限，這時(shí)的人工增雨只是一種不得已而為之的輔助手段。如果水利設(shè)施較好，蓄水能力較強(qiáng)，在干旱還沒(méi)有開(kāi)始的降水多發(fā)期進(jìn)行人工增雨作業(yè)，效果要比干旱已經(jīng)發(fā)生時(shí)的作業(yè)好很多。為此，各地不要過(guò)度依賴人工增雨手段來(lái)抗旱，而應(yīng)積極發(fā)展水利工程，在旱季開(kāi)始前開(kāi)展增雨作業(yè)，增加各地的蓄水，采取綜合措施，應(yīng)對(duì)干旱［1］。抗旱作業(yè)一定要安全第一人工增雨作業(yè)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，要保證發(fā)揮增雨作業(yè)的效果，作業(yè)時(shí)機(jī)的把握、作業(yè)云體的選擇、作業(yè)方位的確定，都需要嚴(yán)格的限制。同時(shí)，由于空域的安全、周邊群眾的安全也是首先要保證的因素，所以，真正的人工增雨作業(yè)，要受到很多方面的限制，不能完全按照理論上的要求進(jìn)行。對(duì)具體作業(yè)點(diǎn)、作業(yè)時(shí)機(jī)、作業(yè)方位的選擇，首先要考慮安全，在安全有保障的前提下，科學(xué)選擇作業(yè)方位和作業(yè)時(shí)機(jī)，爭(zhēng)取最大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

小結(jié)

全球氣候變化，干旱發(fā)生越來(lái)越嚴(yán)重，人工增雨作為抗旱的一項(xiàng)重要手段，越來(lái)越受到政府和群眾的重視，應(yīng)該采取綜合措施，積極應(yīng)對(duì)干旱。桂林地區(qū)的人工增雨作業(yè)采用WR-98火箭作業(yè)系統(tǒng)，通過(guò)在云中播撒AgI冷云催化劑，提高云中水汽轉(zhuǎn)換成雨滴的效率。桂林地區(qū)冬春季節(jié)人工增雨作業(yè)對(duì)象以層狀云系為主，云層薄、范圍寬，0℃高度層相對(duì)較低，可以采用較低仰角，水平扇形作業(yè)發(fā)射。夏秋季節(jié)，對(duì)流云系發(fā)展旺盛，0℃高度層約在5km以上，作業(yè)仰角相對(duì)要高，以垂直扇形作業(yè)發(fā)射為主，盡可能作業(yè)到云系移動(dòng)的前方的上升氣流區(qū)域，通過(guò)上升氣流的作用，將AgI催化劑帶到－4℃以上，充分發(fā)揮AgI成冰核的作用。人工增雨作業(yè)實(shí)施要安全生產(chǎn)第一，根據(jù)作業(yè)點(diǎn)的具體情況，科學(xué)合理選擇作業(yè)時(shí)機(jī)、作業(yè)方位等，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)籌兼顧。

作者：白先達(dá) 張雅昕 楊經(jīng)科 單位：桂林市氣象局