陜西省飛機增雨 (雪)作業航線設計及應用

曹永民，李 群

(1.陜西省人工影響天氣辦公室，西安 710014；2.澄城縣氣象局，陜西澄城 715200)

陜西省飛機增雨 (雪)作業航線設計及應用

曹永民1，李 群2

(1.陜西省人工影響天氣辦公室，西安 710014；2.澄城縣氣象局，陜西澄城 715200)

利用2007—2014年陜西飛機增雨(雪)作業的氣象及機場保障等資料，分析影響航線設計的主要因素，介紹陜西飛機作業航線設計和應用經驗，結果表明：固定航線加臨時修正的模式設計作業航線，可提高飛行作業批復率，增加作業量，延長作業時間。

飛機增雨 (雪)；作業航線設計；綜合因素；陜西

開發利用大氣水是解決水資源危機后備戰略的一條途徑[1]。飛機人工增雨 (包括增雪)，是人類利用現代化科學技術開發利用空中云水資源的有效途徑和抗旱減災的重要措施[2]。但飛機人工增雨作業受多方面的條件制約，在技術環節上還存在某些不確定性，還需要在科學概念和作業技術等方面不斷研究、改進和完善[2]。陜西在人工增雨作業的同時，也開展了云的宏、微觀物理結構探測及人工增雨技術和效果檢驗等研究[3]，尚未開展飛機增雨航線設計相關研究。根據陜西氣候和降雨天氣特征，結合飛機增雨作業實際情況，科學合理地設計作業航線，最大限度規避不利因素的影響，保障飛機作業在最理想的時機和區域以最理想的方式進行，達到改善作業效果、增加作業架次、提高作業效益的目的。

1 飛機作業航線設計的內容及要求

飛機作業航線設計除需確定作業目標區、作業時機、作業層高度、播撒方式、催化劑、天氣變化趨勢等外，還需考慮機場放飛條件、作業飛機性能、作業空域管理等制約因素，使作業計劃能夠得以順利批復，及時實施作業。

1.1 作業目標區

選定作業目標區是作業航線設計的主要內容。首先滿足作業目的需求，抗旱作業以特旱、重旱、干旱區為作業目標區，一般根據生態環境建設、水庫蓄水等需求設計作業目標區。其次，選定有降水潛力的目標云。研究表明，適宜開展飛機作業的主體目標云應當為云系發展較為穩定的層積云，云層厚度 (不含層云間的無云區)＞2 km，過冷層厚度＞1.5 km，云底高度＜2 km，適宜催化作業的-6～-13℃云系處于4.0～5.5 km之間[4]。第三，對作業目標區和飛行航線天氣變化趨勢做出預測，避免雷暴、強對流等不利天氣對飛行和起降安全的威脅[5]。第四，飛機作業航線應符合飛行管制的基本要求，避讓戰斗飛行任務、重要飛行任務和航班，合理穿越空中走廊、運輸航路，避讓空中禁區、限制區、危險區和飛行訓練空域，符合飛行管制、指揮、調配、監督等有關規定。

1.2 作業時間(時機)

降水處于發展或持續階段的云層是適宜開展人工增雨 (雪)作業的重要條件之一[6]。當系統云減弱或消散時云層厚度一般不超過2 km，云中過冷水較少，不宜進行人工催化作業[4]。地面無降水時，低層大氣尚處于不飽和狀態，實施增雨作業后的云層即使有增雨效果，產生的雨滴在下落過程中由于蒸發等原因也很難降到地面[7]。確定飛機作業時機，應依據氣象預報和實時探測的雷達、衛星、地面氣象站等資料信息，結合作業飛機性能數據計算飛機起降時間和播撒作業時段，使飛機適時到達適合作業的目標區。

1.3 作業層高度

云系中-6℃～-13℃的云層適合增雨(雪)作業，云層厚度一般在1 000～1 500 m之間。在實際作業飛行中，由于空軍、民航空中管制、交通指揮對空間高度層通用分割標準的限制，執行作業任務的飛機飛行高度不可能在云中1 000～1 500 m范圍內隨意變換，經過地面指揮員批準允許空中機動飛行時，飛行高度機動變換的區間為預定高度上、下各100～300 m范圍，飛行寬度機動變換的區間為預定航線的左、右各10 km范圍，而且獲準機動飛行的時間較短，最終須恢復到預定高度和航線，因此，飛機作業高度的確定應以作業目標區為主，結合航線天氣情況，確定有利的飛行高度，既有利于作業效果，又便于飛行指揮，確保飛行安全。

1.4 播撒方式

飛機作業播撒方式有航線播撒、條形播撒、S形播撒、三角形播撒、重復播撒等多種方式[8]，一般情況下根據可催化降水云系尺度范圍，結合選定的作業目標區、作業時間，確定最利于增雨效果的播撒方式。條形播撒是最有利的播撒方式，但對空域保障要求也最高，采用該方式作業時，預定作業時段、區域、高度范圍內其他飛行器必須避讓，不得進、出該區域和高度。近年來，我國航空器空域使用的范圍、頻率都大幅上升，條形播撒方式的空域保障只有在航運任務較少、較為邊遠的省 (區)才能實現，內陸省(區)、航運樞紐省 (區)基本無法保障。陜西省為內陸省 (區)，同時也是國內四大航運樞紐之一，空域使用十分頻繁，陜西省一般采用航線播撒和重點區域重復播撒的作業方式，出現重、特大旱情時，協調空域管制部門提供條形播撒、S形播撒所需要的空域保障。

1.5 催化劑

人工影響天氣使用的催化劑通常分為三類：可產生大量凝結核或凝華核的碘化銀等成核劑，可使云中水分形成大量冰晶的干冰、液氮等制冷劑，可吸附云中水分變成較大水滴的鹽粒等吸濕劑。成核劑、制冷劑適用于負溫區的冷云催化，吸濕劑適用于正溫區的暖云催化。航線設計應充分考慮催化劑特性，冷云成核劑的成份主要是Agl(碘化銀)，一般可在-4℃～-15℃的過冷云中起到形成冰核的作用，特別是有過冷云滴的條件下才能大量成冰[9-10]。吸濕劑的主要成份是NaCl(鹽)，適宜在正溫區播撒，云中水含量越高催化效果越好。目前，陜西省作業飛機同時裝載三類催化劑播撒設備，根據天氣探測資料信息和作業層高度設計裝載一種或多種催化劑，在作業過程中針對不同的云使用最適合的催化劑。

1.6 機場保障

不同機場保障飛機起降的能力有差別，同一種機型在不同機場執行起降的標準不同，航線設計時應考慮機場的起降標準，特別是飛機降落接收標準，保證任務結束后飛機順利降落。同時，應當熟悉、掌握臨近4個備降機場的保障標準及天氣情況。

2 陜西飛機作業航線設計實踐

2.1 獲取多次審批機會的航線設計

2011年以前，陜西飛機以區域作業為主，作業方案批準概率較低，或者即使獲批但實施時間被改變，造成作業架次少、錯失時機。剔除天氣條件、限制區、危險區和飛行訓練信息缺失等技術因素外，造成這種情況的主要原因是與飛行管制審查批復要求、調整方式不適應，第一次申報未能通過的計劃存在補報批復的可能。經過與空軍、民航管制業務人員的研討和協調，將區域作業方案改為在固定航線基礎上臨時修正的方案，為飛行管制批復提供多次選擇機會，縮短審批時間，提高作業計劃批復概率，爭取作業時間，增加作業架次。

2.2 區域作業航線的特點

根據陜西省自然概況、區域特點、氣候特征及降水天氣系統類型和各類型降水天氣系統歷史作業量等資料，2011年3月設計制定了2011-Ⅰ1-5號飛機作業航線，并于2011年3—7月在飛機作業中試行5個月。方案的優點為：按照關中西部、關中中部、關中東部、陜北南部、陜北中部、陜北北部、陜南西部、陜南中部、陜南東部等9個主要目標區設計航線，能夠迅速將作業目標區按照最佳、適合、一般、不適合四種層次劃分，并根據作業目標區的優先順序排列出最佳航線、適合航線、一般航線多種選擇，從而避免因作業計劃審批而錯失作業時機；融合航線播撒、條形播撒、S形播撒、三角形播撒、重復播撒等多種播撒方式的優點；突出區域需求優勢。缺點為：按經、緯度設計航線轉折點，在飛行調配中無法向第三方通報飛機準確位置；不結合地標的條形播撒航線與其他飛行任務沖突明顯。

2.3 固定航線加臨時修正作業航線的業務應用

2011年7月，對飛機作業航線進行了修訂和完善，制定了以延安機場為起降場的3條作業航線(圖1)；2012年1月，制定了以榆陽機場為起降場的4條作業航線；2013年3月，制定了以咸陽機場為起降場的6條作業航線；2014年4月，制定了以榆陽機場為起降場、針對紅堿淖濕地保護區、跨省區、跨飛行管制區的2條作業航線。以延安機場為例，作業航線主要指標為：最大航程1 119 km，最小航程629 km；最長飛行時間4 h30 min，最短飛行時間2 h 40 min；設計飛行高度3 000～6 000 m，平均安全高度2 551 m；航速240 km/h。

2011、2012年以延安機場為起降場作業飛行各20架次，2013、2014年以咸陽機場為起降場作業飛行各30架次，共100架次。按照第一次申報批準，第一次申報即時修正批準，兩次及以上申報批準三種情況進行統計分析 (表1)，其中29架次的作業計劃通過即時修正得以批準，使計劃按時實施的概率提高了29%。同時，應用航線設計的4 a與未實施航線設計的4 a相比，全省飛機作業量提高了93架次，作業時長增加299 h，作業量增長81%，作業時長增加146%，單架次平均作業時間由1 h48 min提高到2 h 24 min(表2)。

圖1 延安機場固定航線加臨時修正的飛機作業航線

表1 2011—2014年陜西飛機作業計劃批準情況統計表

表2 2007—2014年陜西飛機作業實施情況統計表

4 結論與討論

(1)飛機作業航線的設計涉及作業目標區、作業時機、作業層高度、播撒方式、催化劑、天氣變化趨勢、機場放飛條件及備降場條件等多種因素，作業前需充分準備，綜合分析。

(2)實施固定作業航線加臨時修正的飛機作業航線的設計方案，提高了作業架次、延長了單架次作業時間，對抓住有利時機開展人工增雨作業具有重要作用。

(3)應充分利用現有的氣象觀測網和人影特種設備雨滴譜儀、微波輻射計等，與空中飛機探測資料相結合，開展飛機作業效益評估，指導航線設計，使航線設計方案更加科學。

[1] 王守榮，朱川海，程磊，等.全球水循環與水資源[M].北京：氣象出版社，2003：19.

[2] 中國氣象局科技教育司.飛機人工增雨 (雪)作業業務規范(試行)[S].2000.

[3] 梁谷，田顯，李燕.人工增雨效果評估中歷史降水量代表性的探討[J].陜西氣象，2012(4)：16-18.

[4] 段英，吳志會，石立新.飛機人工增雨催化條件的研究[J].生態農業研究，1998，6(1)：82.

[5] 周線婭，胥潔，楊海蓉.西安咸陽機場雷暴天氣統計分析及其觀測方法[J].陜西氣象，2014 (3)：23-25.

[6] 胡志晉.層狀云人工增雨機制、條件和方法探討[J].應用氣象學報，2001，12(增刊)：10-13.

[7] 劉文.用極軌氣象衛星資料分析飛機增雨云層條件[J].氣象科技，2005，33(1)：81-86.

[8] 中國氣象局人工影響天氣辦公室，中國氣象局科技教育司.人工增雨指導手冊[G].北京，1994.

[9] 蘇正軍.含AgI焰劑成冰特性的實驗研究[D].南京：南京信息工程大學，2008.

[10] 李艷偉.冷云催化劑及其在層狀云催化增雨中的應用研究[D].南京：南京氣象學院，2004.

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曹永民，李群.陜西省飛機增雨(雪)作業航線設計及應用[J].陜西氣象，2015(3)：45-48.

1006-4354(2015)03-0045-04

2014-09-30

曹永民 (1970—)，男，陜西澄城人，工程師，從事人工影響天氣工作。