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摘要 对阜新地区2015年6月29日4次TK-2气象探测火箭观测资料进行了统计、分析，获取了人工增雨有效作业区识别技术指标物理量，以实施有计划、有目标的增雨催化作业。
关键词 人工增雨；技术指标；气象探测火箭；阜新地区
中图分类号：P481 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）05-073-02
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.05.028
阜新市位于辽宁省西部，地处内蒙古科尔沁沙漠南缘，降水稀少，水资源匮乏，干旱频发，春旱最为严重，常导致春播不能正常进行。人工增雨是缓解水资源不足的有效途径之一[1]，利用气象探测火箭确定催化最佳位置开展增雨作业，可大幅提高增雨效果，增加更多水资源，缓解当地旱情[2]。文中以2015年6月29日4次人工增雨作业为例，探讨了TK-2气象探测火箭（以下简称探测火箭）在人工增雨中的应用效果，以期为有效实施人工增雨作业提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 资料
采用2015年6月29日4次探测火箭观测的云中各高度层温度、气压、风向风速、露点温度等气象要素数据及同时段雷达资料。
1.2 统计、计算方法
利用Excel 工具软件统计、计算4次探测火箭观测资料，获得云中各高度层的温度（T）、人工增雨潜力（E=e-E冰）[3-4] ，计算公式如下：
式中，e为云中作业区环境水汽压，T0=273.15°K，Td为露点温度。E冰为云中作业区冰晶面饱和水汽压，T=273.15+t（t为摄氏温标），Cf=0.251 J/g·℃为冰的升华潜热随温度的变化率，RW=46.098 783 64×10-2 J/g·℃为水汽的比气体常数，LS=L0+Lf-Cf（T-T0）为冰的升华潜热，L0=2 499.52 J/g为0℃时水汽凝结潜热，Lf=333·55 J/g为冰的融解潜热，E为人工增雨潜力。
利用实时接收的多普勒雷达观测图像资料获取云中液态过冷水（以下简称液态水）含量（Q）。
2 结果与分析
2.1 影响人工增雨作业要素分析
冷云中冰、水、汽共存。依据“贝吉龙过程”，当冰面达到过饱和（E>0）时冰晶开始增长增大，液态水与冰晶之间产生物理转化，利于降水形成，适合实施人工增雨催化作业。E值越大，說明人工增雨潜力越大，特别是在液态水充沛而冰晶含量少的区域增雨潜力最大，往往E>0区域对应地面为最大降水区。相关研究表明 [5]，云中环境温度在-15～-5℃时播撒的催化剂成核率最高，-7℃附近液态水含量最多，E>0的区域（冰水转化区）利于水滴增长，是人工增雨作业效果最佳区域；在考虑冰晶浓度条件下，通常将液态水含量>0.04 g/m3作为适合增雨催化作业的参考标准[6]。由于云中温度T、液态水含量Q、增雨潜力E能够较好地反映云降水特征，是决定云降水的主要影响因子，因此，可将其作为确定人工增雨催化剂种类、催化播撒区位置的主要参考要素指标。
2.2 探测火箭在人工增雨作业中的应用
2.2.1 增雨作业条件前期预判 实施人工增雨作业前72—24 h，分析降水天气形势实况和各种数值预报指导产品，对未来增雨作业条件进行综合分析、判断，提前大致预定增雨作业时间、地面作业阵地、空中催化区位置等，制定初步作业方案。当中尺度数值模式预报的降水量满足人工增雨的降水量标准（R≥5mm）、人工增雨作业条件（T、E、Q）预报结果达到或接近催化播撒区位置参考要素指标要求时，制作、发布人工增雨作业预警信息，进行探测火箭发射前的设备调试。
2.2.2 云中催化作业区位置确定 增雨作业前1 h，发射探测火箭，回收观测数据，对接收的探空观测数据进行处理、计算，得到云中各高度层的T、E，利用同时段的雷达观测资料获取Q，并将其与参考要素指标进行比较、判断，找到适合增雨催化作业的最佳云区位置。
2.2.3 实施增雨作业 根据给出的催化作业最佳云区位置，安装适量火箭弹，调整好火箭架发射的方位和仰角，实施人工增雨催化作业。
2.2.4 应用实例 现以2015年6月29日人工增雨作业为例，说明探测火箭在人工增雨作业中的具体应用。28日16：00，省、市气象台预测阜新地区29日有小雨，降水主要时段为凌晨至上午。据此，制作、发布人工增雨预警信息，预定增雨时段为29日05：00—12：00，作业地点为阜蒙县于寺镇（121°10′19″E，42°13′32″N，作业点编号210921005，海拔高度228 m），使用陕西中天火箭技术股份有限公司研制生产的TK-2气象探测火箭、WR-98型火箭弹分别进行作业最佳云区观测识别和增雨作业。
29日02：00卫星云图上云系已进入阜新境内。05：00雷达图显示，在阜新上游地区云层已经加厚，回波强度在30 dBz上下，液态水含量为0.05 g/m3左右（符合增雨作业液态水含量参考指标条件），已经接近阜新边缘。与此同时，阜新地区上空出现弱回波，并伴有稀疏的雨点降落。技术人员开始安装探测火箭、数据接收设备，准备发射探测火箭，来确定云中增雨催化作业位置。
06：15、07：20、08：18、09：12分别发射一枚探测火箭，回收观测数据，计算出e-E冰。分析4次观测数据的统计、计算结果表明，e-E冰>0区分布在3.5～4.8 km高度的云内，云层温度为-7～-2℃，符合“贝吉龙过程”，利于液态水向冰晶转化形成凝结核。相应地，06：35、07：32、08：41、09：13雷达拼图上液态水含量介于0.025～0.052 g/m3之间，达到或接近增雨作业参考指标要求。综合判断，已经具备了增雨作业条件。
选择降水系统发展和维持阶段的气流上升运动区、火箭发射仰角为50°～55°（相当于高度4 000～5 000 m）、火箭发射方位角为344°～352°（北偏西方向）作为增雨作业最佳催化区域，分别于06：45、07：43、08：50、09：22，各发射2枚火箭弹，实施人工增雨催化作业。自动站雨量监测结果（图1）显示，在碘化银催化作用下，06：00-09：00降水量明显增大，分别为2.6、5.0、3.7、2.2 mm。此后，随着降水系统减弱东移，降水逐渐减小，14：00结束。 该次降水全市平均降水量13.8 mm，不仅缓解了前期旱情，同时有利于水库蓄水、地下水位提升及生态环境改善。由于降水过程中采用探测火箭识别技术，实施有计划、有目标的人工增雨作业，增雨效果显著，降水达到中雨量级。
总结、分析该次增雨作业有利天气条件：①降水系统处于发展、持续阶段，云中有比较深厚的上升气流，上升气流提供了充足的水汽，为冰水转化过程的维持提供了水汽补充；②云体高度为2 000～5 500 m、厚度为2 000～3 000 m，适合开展地面火箭增雨作业；③4 km高度附近，存在较大的e-Ei>0冰水转换区，云体温度在-7℃～-2℃间变化，过冷液态水含量为0.02～0.06 g/m3，基本满足人工增雨作业区参考指标要求。
2.2.5 阜新人工增雨作业区识别指标初建 依据前面给出的T、E、Q参考指标，结合2015年6月29日4次人工增雨作业计算、分析结果，初步建立阜新地区人工增雨作业区识别技术指标阈值：作业云层温度T（-10～-2℃），e-E冰（>0 hPa），液态过冷水含量Q（>0.02 g/m3）。
3 结论
（1）利用气象探测火箭确定云中催化最佳位置方法开展增雨作业，不仅提高增雨效率，同时还降低作业成本。
（2）阜新乃至辽西地区人工增雨作业应选择在同时满足e-E冰>0、-2℃>T>（-10）℃、Q>0.02 g/m3指标条件的降水系统发展或持续阶段，且云中有比较深厚上升气流的冰水转换区中进行。
（3）由于用于分析、判断的数据较少，阜新地区人工增雨作业区识别技术指标的代表性还有待于逐渐完善、提高。
参考文献
[1] 孙池涛，孙景生，张俊鹏，等.泊头市近50年降水量及雨日变化分析[J].中国农学通报，2013，29（11）：188-192.
[2] 张元，刘东升，王维佳，等. TK_2GPS人影火箭探空数据与L波段探空数据对比分析[J].高原山地气象研究，2016，36（1）：91-95.
[3] 程炳岩，张永亮，霍锐.河南省空中水資源的时空分布特征.人工影响天优化技术研究[M].北京：气象出版社，2000：24-26.
[4] 陈创买，郭英琼.气象常用参数和物理量查算表[M].北京：气象出版社，1980：1-4.
[5] 翟晴飞，袁健，敖雪，等.2012年辽宁夏季一次人工增雨过程的分析[J].江西农业学报，2013，25（4）：94-99.
[6] 中国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[M].北京：气象出版社，2003：120-195.
责任编辑：刘赟
关键词 人工增雨；技术指标；气象探测火箭；阜新地区
中图分类号：P481 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）05-073-02
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.05.028
阜新市位于辽宁省西部，地处内蒙古科尔沁沙漠南缘，降水稀少，水资源匮乏，干旱频发，春旱最为严重，常导致春播不能正常进行。人工增雨是缓解水资源不足的有效途径之一[1]，利用气象探测火箭确定催化最佳位置开展增雨作业，可大幅提高增雨效果，增加更多水资源，缓解当地旱情[2]。文中以2015年6月29日4次人工增雨作业为例，探讨了TK-2气象探测火箭（以下简称探测火箭）在人工增雨中的应用效果，以期为有效实施人工增雨作业提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 资料
采用2015年6月29日4次探测火箭观测的云中各高度层温度、气压、风向风速、露点温度等气象要素数据及同时段雷达资料。
1.2 统计、计算方法
利用Excel 工具软件统计、计算4次探测火箭观测资料，获得云中各高度层的温度（T）、人工增雨潜力（E=e-E冰）[3-4] ，计算公式如下：
式中，e为云中作业区环境水汽压，T0=273.15°K，Td为露点温度。E冰为云中作业区冰晶面饱和水汽压，T=273.15+t（t为摄氏温标），Cf=0.251 J/g·℃为冰的升华潜热随温度的变化率，RW=46.098 783 64×10-2 J/g·℃为水汽的比气体常数，LS=L0+Lf-Cf（T-T0）为冰的升华潜热，L0=2 499.52 J/g为0℃时水汽凝结潜热，Lf=333·55 J/g为冰的融解潜热，E为人工增雨潜力。
利用实时接收的多普勒雷达观测图像资料获取云中液态过冷水（以下简称液态水）含量（Q）。
2 结果与分析
2.1 影响人工增雨作业要素分析
冷云中冰、水、汽共存。依据“贝吉龙过程”，当冰面达到过饱和（E>0）时冰晶开始增长增大，液态水与冰晶之间产生物理转化，利于降水形成，适合实施人工增雨催化作业。E值越大，說明人工增雨潜力越大，特别是在液态水充沛而冰晶含量少的区域增雨潜力最大，往往E>0区域对应地面为最大降水区。相关研究表明 [5]，云中环境温度在-15～-5℃时播撒的催化剂成核率最高，-7℃附近液态水含量最多，E>0的区域（冰水转化区）利于水滴增长，是人工增雨作业效果最佳区域；在考虑冰晶浓度条件下，通常将液态水含量>0.04 g/m3作为适合增雨催化作业的参考标准[6]。由于云中温度T、液态水含量Q、增雨潜力E能够较好地反映云降水特征，是决定云降水的主要影响因子，因此，可将其作为确定人工增雨催化剂种类、催化播撒区位置的主要参考要素指标。
2.2 探测火箭在人工增雨作业中的应用
2.2.1 增雨作业条件前期预判 实施人工增雨作业前72—24 h，分析降水天气形势实况和各种数值预报指导产品，对未来增雨作业条件进行综合分析、判断，提前大致预定增雨作业时间、地面作业阵地、空中催化区位置等，制定初步作业方案。当中尺度数值模式预报的降水量满足人工增雨的降水量标准（R≥5mm）、人工增雨作业条件（T、E、Q）预报结果达到或接近催化播撒区位置参考要素指标要求时，制作、发布人工增雨作业预警信息，进行探测火箭发射前的设备调试。
2.2.2 云中催化作业区位置确定 增雨作业前1 h，发射探测火箭，回收观测数据，对接收的探空观测数据进行处理、计算，得到云中各高度层的T、E，利用同时段的雷达观测资料获取Q，并将其与参考要素指标进行比较、判断，找到适合增雨催化作业的最佳云区位置。
2.2.3 实施增雨作业 根据给出的催化作业最佳云区位置，安装适量火箭弹，调整好火箭架发射的方位和仰角，实施人工增雨催化作业。
2.2.4 应用实例 现以2015年6月29日人工增雨作业为例，说明探测火箭在人工增雨作业中的具体应用。28日16：00，省、市气象台预测阜新地区29日有小雨，降水主要时段为凌晨至上午。据此，制作、发布人工增雨预警信息，预定增雨时段为29日05：00—12：00，作业地点为阜蒙县于寺镇（121°10′19″E，42°13′32″N，作业点编号210921005，海拔高度228 m），使用陕西中天火箭技术股份有限公司研制生产的TK-2气象探测火箭、WR-98型火箭弹分别进行作业最佳云区观测识别和增雨作业。
29日02：00卫星云图上云系已进入阜新境内。05：00雷达图显示，在阜新上游地区云层已经加厚，回波强度在30 dBz上下，液态水含量为0.05 g/m3左右（符合增雨作业液态水含量参考指标条件），已经接近阜新边缘。与此同时，阜新地区上空出现弱回波，并伴有稀疏的雨点降落。技术人员开始安装探测火箭、数据接收设备，准备发射探测火箭，来确定云中增雨催化作业位置。
06：15、07：20、08：18、09：12分别发射一枚探测火箭，回收观测数据，计算出e-E冰。分析4次观测数据的统计、计算结果表明，e-E冰>0区分布在3.5～4.8 km高度的云内，云层温度为-7～-2℃，符合“贝吉龙过程”，利于液态水向冰晶转化形成凝结核。相应地，06：35、07：32、08：41、09：13雷达拼图上液态水含量介于0.025～0.052 g/m3之间，达到或接近增雨作业参考指标要求。综合判断，已经具备了增雨作业条件。
选择降水系统发展和维持阶段的气流上升运动区、火箭发射仰角为50°～55°（相当于高度4 000～5 000 m）、火箭发射方位角为344°～352°（北偏西方向）作为增雨作业最佳催化区域，分别于06：45、07：43、08：50、09：22，各发射2枚火箭弹，实施人工增雨催化作业。自动站雨量监测结果（图1）显示，在碘化银催化作用下，06：00-09：00降水量明显增大，分别为2.6、5.0、3.7、2.2 mm。此后，随着降水系统减弱东移，降水逐渐减小，14：00结束。 该次降水全市平均降水量13.8 mm，不仅缓解了前期旱情，同时有利于水库蓄水、地下水位提升及生态环境改善。由于降水过程中采用探测火箭识别技术，实施有计划、有目标的人工增雨作业，增雨效果显著，降水达到中雨量级。
总结、分析该次增雨作业有利天气条件：①降水系统处于发展、持续阶段，云中有比较深厚的上升气流，上升气流提供了充足的水汽，为冰水转化过程的维持提供了水汽补充；②云体高度为2 000～5 500 m、厚度为2 000～3 000 m，适合开展地面火箭增雨作业；③4 km高度附近，存在较大的e-Ei>0冰水转换区，云体温度在-7℃～-2℃间变化，过冷液态水含量为0.02～0.06 g/m3，基本满足人工增雨作业区参考指标要求。
2.2.5 阜新人工增雨作业区识别指标初建 依据前面给出的T、E、Q参考指标，结合2015年6月29日4次人工增雨作业计算、分析结果，初步建立阜新地区人工增雨作业区识别技术指标阈值：作业云层温度T（-10～-2℃），e-E冰（>0 hPa），液态过冷水含量Q（>0.02 g/m3）。
3 结论
（1）利用气象探测火箭确定云中催化最佳位置方法开展增雨作业，不仅提高增雨效率，同时还降低作业成本。
（2）阜新乃至辽西地区人工增雨作业应选择在同时满足e-E冰>0、-2℃>T>（-10）℃、Q>0.02 g/m3指标条件的降水系统发展或持续阶段，且云中有比较深厚上升气流的冰水转换区中进行。
（3）由于用于分析、判断的数据较少，阜新地区人工增雨作业区识别技术指标的代表性还有待于逐渐完善、提高。
参考文献
[1] 孙池涛，孙景生，张俊鹏，等.泊头市近50年降水量及雨日变化分析[J].中国农学通报，2013，29（11）：188-192.
[2] 张元，刘东升，王维佳，等. TK_2GPS人影火箭探空数据与L波段探空数据对比分析[J].高原山地气象研究，2016，36（1）：91-95.
[3] 程炳岩，张永亮，霍锐.河南省空中水資源的时空分布特征.人工影响天优化技术研究[M].北京：气象出版社，2000：24-26.
[4] 陈创买，郭英琼.气象常用参数和物理量查算表[M].北京：气象出版社，1980：1-4.
[5] 翟晴飞，袁健，敖雪，等.2012年辽宁夏季一次人工增雨过程的分析[J].江西农业学报，2013，25（4）：94-99.
[6] 中国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[M].北京：气象出版社，2003：120-195.
责任编辑：刘赟