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摘要 利用欧洲预报场、GRAPES模式预报及雷达等资料，分析2017年4月4日河南省人工影响天气中心开展的一次人工增雨作业过程。结果发现，低槽东移是此次降水的主要影响系统；此次过程全省大部分地区均有过冷水存在，北部、中部垂直累积过冷水含量较高，中部地区作业潜力最好；增雨作业结束后30 min，作业区及下风向回波增强，30 dBz以上强回波区范围增大；比较对比区降水量，增雨效果显著。
关键词 人工增雨；作业潜力；增雨效果
中图分类号 S423+.9；P481 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）34-0185-04
Abstract By employing the European forecast field， GRAPES model forecast and radar data， the artificial precipitation enhancement operation which carried out by the weather modification center of Henan Province on April 4，2017 was analyzed. The results showed that the low trough eastward was the main influence system of this precipitation. Most areas of the province had subcooled water. The vertical accumulated supercooled water content in the north and middle was higher， and the central region had the best operating potential. After 30 min of rainfall operation， the echo of operation area and downwind enhancement. The range of strong echo area above 30 dBz was increased. Compared with the affected areas， the effect of rainfall enhancement was remarkable.
Key words Artificial precipitation enhancement；Operation potential；Effect of precipitation enhancement
河南位于中国中东部、黄河中下游，占地16.7万km2，是国家重点粮食生产核心区，其小麦产量占全国的1/4，粮食总产量占全国的1/10，在保障国家粮食安全中占有重要地位。河南属于暖温带大陆性季风气候，春季干旱多风沙，是水资源严重匮乏地区之一，也是干旱、冰雹多发地区，素有“十年九旱”之称[1-3]。为缓解河南旱情，保障河南粮食旱涝保收，河
南省人工影响天气中心每年春、秋冬季开展飞机增雨作业。
2017年4月4日河南省人工影响天气中心成功组织了一次飞机增雨作业，有效地缓解了当地旱情，为保障小麦等农作物正常生长提供了帮助。笔者利用欧洲预报场、GRAPES模式预报和雷达等资料，分析此次人工增雨作业过程。
1 需求分析
4月小麦正处于拔节期，需要充足的水分，缺水不利于小麦生长发育，有可能会减少小麦穗数，导致产量下降，严重时甚至会使麦穗抽不出来，直接减产或不产[4-5]。因此，注意土壤墒情，为小麦提供适当的水分，对于提高小麦产量至关重要。
2017年4月2日08：00河南省气象干旱综合监测图（图1）显示，河南省西北部、西南部、中部和东部等地均出现干旱，局部出现中旱到重旱，其中济源、平顶山、南阳等地区出现重旱，急需一场降水缓解旱情，最大限度地降低干旱造成的损失。
2 天气形势分析
根据欧洲中心预报场分析，4月4日08：00，500 hPa有一低槽位于河南省西部边缘地区，700 hPa有一低槽位于陕西至重慶一线，低层有西南急流将水汽输送到河南，为降水提供有利的水汽条件（图2）。受低槽东移影响，预计4月4日河南省将有一次大范围降水过程。
3 模式预报
3.1 云带及垂直累积过冷水
根据中国气象局推行的中部区域人影联合作业指挥系统（CPAS）的GRAPES模式预报场，分析发现，4月3日20：00—4日20：00有降水云系将陆续影响河南省大部分地区，云系为层状云，自西向东移动，受其影响，全省大部分地区将有一次降水过程。4日08：00，全省大部分地区已被云系覆盖，其中西部及黄河以北地区垂直累积过冷水含量较高。11：00，云系东移，过冷水分布区域增大；17：00，云系继续东移，主要影响北部、中部、东部、南部地区，过冷水分布区域减小，主要分布在京广线一带。11：00和17：00中部地区平顶山、许昌等一带均为过冷水极大值区。典型时刻云系分布特征如图3。
3.2 云系垂直剖面
冷云催化原理是通过催化剂引入人工冰晶将云中过冷水转化为降水[6]，因此，过冷水的多少、垂直方向分布情况对于实施人工增雨至关重要。此次过程垂直累积过冷水在河南省北部、中部分布较多，分别对4日11：00河南省中部、北部地区云系做剖面，分析其云垂直结构。结果发现，中部地区云系具有冷暖混合云结构，过冷水和暖云水含量都比较丰富。云底高度约1.2 km，云顶高度约10 km，雪霰粒子在2 km以上均有分布，过冷水主要存在于0～-7 ℃层（图4a、4b）。北部云系同样具有冷暖混合云结构，但过冷水分布中间出现夹层，云底1.2～1.5 km，过冷水主要出现在0～-5 ℃以及-10～-40 ℃层，冰晶数浓度小于10个/L（图4c、4d）。相比较，中部地区作业条件比北部更有利。 综合以上分析判断，受低槽东移影响，4月4日将有一次降水过程，云系具备“催化-供给”结构，适合开展冷云催化作业，全省大部分地区均具备作业潜力，其中中部地区作业潜力最好。
4 增雨过程
4.1 作业日云系实况
云监测反演分析显示（图5a），4日08：00，河南省已被云系覆盖，云系自西向东移动，云顶温度大部分地区最低约为-30 ℃，这与GRAPES模式预报的相一致，说明了模式预报的准确性。从4日08：00南阳雷达回波（图5b）可以看出，雷达回波较强，发展的云系已开始影响南阳，南阳地区已有降水形成。
4.2 作业方案及飞行实况
根据天气资料、云图和雷达资料分析，河南省人工影响天气中心内场指挥人员给出航线设计，即新郑机场—鲁山—叶县—汝州—平顶山—登封—西昌—新密—新郑机场（图6a）。飞机起飞时间为4月09：24，降落时间为11：37，飞机当天实际飞行作业航线如图6b所示。
4.3 作业效果
4.3.1 雷達回波分析。
目前在人工影响天气效果检验方面，利用雷达观测已是评定人工增雨效果分析的有效方法之一[7-9]。利用驻马店雷达观测飞机作业及下风向区域雷达回波，检验此次人工增雨效果。结果发现，飞机降落时（图7a），云层的回波强度大多为20 dBz左右，只有东部有小块回波强度为30 dBz，作业结束后 30 min（图7b），作业区开始出现小范围30 dBz强回波，随后30 dBz以上强回波区范围逐渐增大，强度增强（图7c、d），到13：04作业区大部分地区及下方向区域均出现了30 dBz以上的强回波（图7e），这是因为催化剂随着风向移动，在下风向区域发生催化作用，达到了增雨效果。
4.3.2 降水量分析。
以催化剂播撒扩散的范围确定影响区位置，由于风向为自西向东，因此，选取影响区上游，即影响区的西侧作为对比区（图8）。计算作业影响区与对比区降水量发现，作业影响区的平均雨量为 2.31 mm，对比区的平均雨量为0.61 mm，增雨率高达278.69%，增雨效果显著。
5 结论
（1）受低槽东移影响，2017年4月4日河南省自西向东有一次大范围降水过程，降水性质为较稳定的层状云降水。
（2）此次降水过程全省均存在过冷水，其中北部、中部垂直累积过冷水含量较高，大部分地区都具备作业潜力，中部地区作业潜力最好。
（3）多普勒雷达回波显示，增雨作业结束后30 min，作业区及下风向开始出现30 dBz以上强回波，范围逐渐增大，强度增强。
（4）作业影响区平均雨量为 2.31 mm，比较对比区，增雨率高达278.69%，增雨效果显著。
（5）适时开展人工增雨作业可以有效增加降水，缓解土壤旱情，保障小麦等农作物的正常生产。
参考文献
[1] 付祥建， 刘伟昌， 刘忠阳，等.河南省气候概况及农业气象灾害[J].河南气象，2006，40（3）：64-66.
[2] 燕玉超，张福平，刘筱，等.河南省气候变化特征及其对旱涝的影响[J].中国沙漠，2016，36（3）：777-786.
[3] 崔海羚，胡正华，师丽魅，等.河南省近50年气候变化特征[J].安徽农业科学，2012，40（31）：15350-15354.
[4] 沙尼彦·塔瓦库力.小麦一生对水分的需求[J].农业科技与信息，2008（15）：20.
[5] 张秋英，李发东，张依章，等.水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响[J].西南农业大学学报（自然科学版），2005，27（6）：809-812.
[6] 孙晶，杨文霞，周毓荃.河北一次降水层状云系结构和增雨条件的模拟研究[J].高原气象，2015，34（6）：1699-1710.
[7] 陈进强，杨连英.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].气象科技，2002，30（2）：127-129.
[8] 张中波，仇财兴，唐林.多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的应用[J].气象科技，2011，39（6）：703-708.
[9] 张瑞波，刘丽君，钟小英，等.利用新一代天气雷达资料分析飞机人工增雨作业效果[J].气象，2010，36（2）：70-75.
关键词 人工增雨；作业潜力；增雨效果
中图分类号 S423+.9；P481 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）34-0185-04
Abstract By employing the European forecast field， GRAPES model forecast and radar data， the artificial precipitation enhancement operation which carried out by the weather modification center of Henan Province on April 4，2017 was analyzed. The results showed that the low trough eastward was the main influence system of this precipitation. Most areas of the province had subcooled water. The vertical accumulated supercooled water content in the north and middle was higher， and the central region had the best operating potential. After 30 min of rainfall operation， the echo of operation area and downwind enhancement. The range of strong echo area above 30 dBz was increased. Compared with the affected areas， the effect of rainfall enhancement was remarkable.
Key words Artificial precipitation enhancement；Operation potential；Effect of precipitation enhancement
河南位于中国中东部、黄河中下游，占地16.7万km2，是国家重点粮食生产核心区，其小麦产量占全国的1/4，粮食总产量占全国的1/10，在保障国家粮食安全中占有重要地位。河南属于暖温带大陆性季风气候，春季干旱多风沙，是水资源严重匮乏地区之一，也是干旱、冰雹多发地区，素有“十年九旱”之称[1-3]。为缓解河南旱情，保障河南粮食旱涝保收，河
南省人工影响天气中心每年春、秋冬季开展飞机增雨作业。
2017年4月4日河南省人工影响天气中心成功组织了一次飞机增雨作业，有效地缓解了当地旱情，为保障小麦等农作物正常生长提供了帮助。笔者利用欧洲预报场、GRAPES模式预报和雷达等资料，分析此次人工增雨作业过程。
1 需求分析
4月小麦正处于拔节期，需要充足的水分，缺水不利于小麦生长发育，有可能会减少小麦穗数，导致产量下降，严重时甚至会使麦穗抽不出来，直接减产或不产[4-5]。因此，注意土壤墒情，为小麦提供适当的水分，对于提高小麦产量至关重要。
2017年4月2日08：00河南省气象干旱综合监测图（图1）显示，河南省西北部、西南部、中部和东部等地均出现干旱，局部出现中旱到重旱，其中济源、平顶山、南阳等地区出现重旱，急需一场降水缓解旱情，最大限度地降低干旱造成的损失。
2 天气形势分析
根据欧洲中心预报场分析，4月4日08：00，500 hPa有一低槽位于河南省西部边缘地区，700 hPa有一低槽位于陕西至重慶一线，低层有西南急流将水汽输送到河南，为降水提供有利的水汽条件（图2）。受低槽东移影响，预计4月4日河南省将有一次大范围降水过程。
3 模式预报
3.1 云带及垂直累积过冷水
根据中国气象局推行的中部区域人影联合作业指挥系统（CPAS）的GRAPES模式预报场，分析发现，4月3日20：00—4日20：00有降水云系将陆续影响河南省大部分地区，云系为层状云，自西向东移动，受其影响，全省大部分地区将有一次降水过程。4日08：00，全省大部分地区已被云系覆盖，其中西部及黄河以北地区垂直累积过冷水含量较高。11：00，云系东移，过冷水分布区域增大；17：00，云系继续东移，主要影响北部、中部、东部、南部地区，过冷水分布区域减小，主要分布在京广线一带。11：00和17：00中部地区平顶山、许昌等一带均为过冷水极大值区。典型时刻云系分布特征如图3。
3.2 云系垂直剖面
冷云催化原理是通过催化剂引入人工冰晶将云中过冷水转化为降水[6]，因此，过冷水的多少、垂直方向分布情况对于实施人工增雨至关重要。此次过程垂直累积过冷水在河南省北部、中部分布较多，分别对4日11：00河南省中部、北部地区云系做剖面，分析其云垂直结构。结果发现，中部地区云系具有冷暖混合云结构，过冷水和暖云水含量都比较丰富。云底高度约1.2 km，云顶高度约10 km，雪霰粒子在2 km以上均有分布，过冷水主要存在于0～-7 ℃层（图4a、4b）。北部云系同样具有冷暖混合云结构，但过冷水分布中间出现夹层，云底1.2～1.5 km，过冷水主要出现在0～-5 ℃以及-10～-40 ℃层，冰晶数浓度小于10个/L（图4c、4d）。相比较，中部地区作业条件比北部更有利。 综合以上分析判断，受低槽东移影响，4月4日将有一次降水过程，云系具备“催化-供给”结构，适合开展冷云催化作业，全省大部分地区均具备作业潜力，其中中部地区作业潜力最好。
4 增雨过程
4.1 作业日云系实况
云监测反演分析显示（图5a），4日08：00，河南省已被云系覆盖，云系自西向东移动，云顶温度大部分地区最低约为-30 ℃，这与GRAPES模式预报的相一致，说明了模式预报的准确性。从4日08：00南阳雷达回波（图5b）可以看出，雷达回波较强，发展的云系已开始影响南阳，南阳地区已有降水形成。
4.2 作业方案及飞行实况
根据天气资料、云图和雷达资料分析，河南省人工影响天气中心内场指挥人员给出航线设计，即新郑机场—鲁山—叶县—汝州—平顶山—登封—西昌—新密—新郑机场（图6a）。飞机起飞时间为4月09：24，降落时间为11：37，飞机当天实际飞行作业航线如图6b所示。
4.3 作业效果
4.3.1 雷達回波分析。
目前在人工影响天气效果检验方面，利用雷达观测已是评定人工增雨效果分析的有效方法之一[7-9]。利用驻马店雷达观测飞机作业及下风向区域雷达回波，检验此次人工增雨效果。结果发现，飞机降落时（图7a），云层的回波强度大多为20 dBz左右，只有东部有小块回波强度为30 dBz，作业结束后 30 min（图7b），作业区开始出现小范围30 dBz强回波，随后30 dBz以上强回波区范围逐渐增大，强度增强（图7c、d），到13：04作业区大部分地区及下方向区域均出现了30 dBz以上的强回波（图7e），这是因为催化剂随着风向移动，在下风向区域发生催化作用，达到了增雨效果。
4.3.2 降水量分析。
以催化剂播撒扩散的范围确定影响区位置，由于风向为自西向东，因此，选取影响区上游，即影响区的西侧作为对比区（图8）。计算作业影响区与对比区降水量发现，作业影响区的平均雨量为 2.31 mm，对比区的平均雨量为0.61 mm，增雨率高达278.69%，增雨效果显著。
5 结论
（1）受低槽东移影响，2017年4月4日河南省自西向东有一次大范围降水过程，降水性质为较稳定的层状云降水。
（2）此次降水过程全省均存在过冷水，其中北部、中部垂直累积过冷水含量较高，大部分地区都具备作业潜力，中部地区作业潜力最好。
（3）多普勒雷达回波显示，增雨作业结束后30 min，作业区及下风向开始出现30 dBz以上强回波，范围逐渐增大，强度增强。
（4）作业影响区平均雨量为 2.31 mm，比较对比区，增雨率高达278.69%，增雨效果显著。
（5）适时开展人工增雨作业可以有效增加降水，缓解土壤旱情，保障小麦等农作物的正常生产。
参考文献
[1] 付祥建， 刘伟昌， 刘忠阳，等.河南省气候概况及农业气象灾害[J].河南气象，2006，40（3）：64-66.
[2] 燕玉超，张福平，刘筱，等.河南省气候变化特征及其对旱涝的影响[J].中国沙漠，2016，36（3）：777-786.
[3] 崔海羚，胡正华，师丽魅，等.河南省近50年气候变化特征[J].安徽农业科学，2012，40（31）：15350-15354.
[4] 沙尼彦·塔瓦库力.小麦一生对水分的需求[J].农业科技与信息，2008（15）：20.
[5] 张秋英，李发东，张依章，等.水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响[J].西南农业大学学报（自然科学版），2005，27（6）：809-812.
[6] 孙晶，杨文霞，周毓荃.河北一次降水层状云系结构和增雨条件的模拟研究[J].高原气象，2015，34（6）：1699-1710.
[7] 陈进强，杨连英.多普勒天气雷达在人工影响天气中的应用[J].气象科技，2002，30（2）：127-129.
[8] 张中波，仇财兴，唐林.多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的应用[J].气象科技，2011，39（6）：703-708.
[9] 张瑞波，刘丽君，钟小英，等.利用新一代天气雷达资料分析飞机人工增雨作业效果[J].气象，2010，36（2）：70-75.