2013年黑龍江省云水資源人工增雨潛力評估

牛忠清 張苗苗 安英玉 張惠君

摘要 黑龍江省年平均降水量390～660 mm，歷年有效降水不均，分布差異較大，區域性顯著，一般東部多、西部少，西部地區水資源嚴重短缺。以上氣候特點決定了黑龍江省有必要從空中云水資源中開發獲取較多的降水，彌補農業生產、工業生產等方面的缺水現狀。鑒于以上原因，需對云水資源潛力進行評估，在此依據CWRPEP方法對2013年黑龍江省云水資源人工增雨潛力進行評估，結果認為2013年黑龍江省云水資源人工增雨潛力共約為1.295億t，具有較大的人工增雨潛力。

關鍵詞 云水資源;CWRPEP方法;增雨潛力;評估

中圖分類號 S161.6 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2015）03-251-03

The Evaluation of Artificial Precipitation Potentiality of Cloud Water Resource in Heilongjiang Province in 2013

NIU Zhongqing， ZHANG Miaomiao， AN Yingyu et al

（Weather Modification Office of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150030）

Abstract The mean annual rainfall in Heilongjiang Province was during 390-660 mm. Annual effective precipitation is not uneven in distribution. There was a great difference in the distribution of precipitation， more in East and severe watershortage of West. The above climate characteristics determine that it is necessary to gain more precipitation from the development of cloud water resource and relieve the water shortage situation in the industrial and agricultural production etc. In view of the above reasons， it is need to evaluate the developing potential of cloud water resource. The method of CWRPEP was used to calculate the developing potential of Heilongjiang cloud water resource in 2013. The results showed that： The total cloud water resource in Heilongjiang Province in 2013 is about 129.5 million tons. The exploited potentiality of water source in the air is large.

Key words Cloud water resource; CWRPEP method; Artificial precipitation potentiality; Assessment

作者簡介 牛忠清（1983- ），女，遼寧西豐人，工程師，碩士，從事大氣物理與大氣環境研究。

收稿日期 20141204

黑龍江省是全國重要的商品糧基地，草原、森林資源豐富，屬中溫帶、寒溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量390～660 mm，分布差異較大，區域性顯著。一般東部多、西部少，中部山區最多。歷年有效降水不均，尤其西部地區水資源嚴重短缺，特別是春季有“十年九旱”之說。夏季受海洋性季風影響，氣候溫熱，雨量充沛，是主要的降雨時段。6～8月全省各地降水量一般在300～400 mm，占全年降水量50%～70%;冬季受極地大陸氣團控制，氣候嚴寒，干燥并漫長;春秋兩季氣候多變，春季風多雨少，易發生干旱^[1]。受全球氣候變暖影響，黑龍江省平均氣溫在不斷升高，降水減少，干旱頻率增大。干旱造成農作物大幅減產，嚴重制約社會經濟發展、糧食安全和生態環境建設。在當今水資源嚴重短缺的情況下，應當把開發空中云水資源、提高大氣降水效率作為今后抗御干旱、彌補農業生產、工業生產等方面的缺水現狀的重要措施之一。當前云水資源開發技術主要是人工增雨，即在云中適當部位播撒催化劑產生人工冰晶或促進大云滴的形成，使更多的云水轉化為降水落到地面。伴隨凍結、凝華潛熱的更多釋放，會增強上升氣流和更多云水的生成。因此人工增雨的根本點在于對云水資源開發潛力有充分的了解，且不同的云因地區、季節、催化條件的差異而具有不同的特點。筆者采用CWR-PEP方法^[2]估算黑龍江省空中云水資源人工增雨開發潛力，并分析其季節特征，為充分開發黑龍江省空中水資源、科學開展人工增雨作業提供科學依據。

1 資料與方法

采用黑龍江省氣象臺2012年11月1日～2013年10月31日08：00的24 h降水資料，對全省80個氣象站的降水量進行分析;應用全省80個氣象站08：00 24 h 降水量資料及地面全要素填圖02：00、08：00、14：00、20：00 4個時次的資料，利用其中的6 h降水量及云狀對增雨機率進行分析;利用黑龍江省2013年飛機作業飛行軌跡、應用地面常規氣象資料及全省全年的空域審批記錄，使用CWRPEP方法對2013年黑龍江省空中云水資源進行評估。

目前評估云水資源的方法^[3-4]較多，而投入業務使用的并不多。根據中國局人影中心的研究，推廣使用CWRPEP方法作為業務評估云水資源量是可行的方法之一。云水資源人工增雨開發潛力評估方法可用方程表達為PEP=Tp×Ew×Pe，

式中，PEP代表增雨潛力;Tp為降水總量;Ew為增雨效率，即人工增雨量占自然降水的比例，國內外通過大量試驗結果得出Ew的平均值為10%～15%;Pe為增雨機率，即適合并實施人工增雨作業所占降水區域時段的比例，可表達為：Pe= Pc×Pn×（1-Pk）×Pa，

其中，Pc為合適條件出現的機率，Pn為需求機率，（1-Pk）為避險機率，Pa為現有條件可實現作業的機率。

2 結果與分析

2.1 降水總量（Tp） 從圖1a可以看出，2013黑龍江省年平均降水量為677 mm，降水主要集中在中部地區，包括黑河、伊春、哈爾濱以及雞西、雙鴨山的東部地區。從季節分布來看（圖1b～e），春季降水主要分布在西北部、東南部地區;降水主要集中在夏季，主要分布在中西部地區，占全年降水量的47%～82%;秋季降水在東部地區略集中;冬季降水量較少，主要在中部地區及東部，僅占全年降水量的3%左右。

2.2 增雨效率（Ew）

2013年黑龍江省租用2架作業飛機，

注：a.全年;b.春季;c.夏季;d.秋季;e.冬季。

圖1 2013年黑龍江省降水總量年、季分布

分別以哈爾濱、黑河、加格達奇為人工增雨基地，在全省以春秋防火、農業抗旱期等為目的不失時機地開展人工增雨作業。利用2013年黑龍江省飛機增雨的飛行軌跡，統計去除試飛等情況19架次飛機作業地面降水情況，對作業效果進行分析。

由表1可見，雨量最少增率為0.10，因此在文中增雨效率Ew取10%^[5]。

表1 2013年黑龍江省增雨效果檢驗分析

序號作業區域內

降水∥mm作業區域外

降水∥mm區域內降水-區域外降水區域外降水

1<0.10∞

21.21.00.20

33.33.00.10

40.50∞

5<0.10∞

62.40.10.23

70.10∞

80.60∞

92.22.00.10

100.10∞

110.10∞

122.00∞

135.30∞

1414.24.52.16

158.53.51.43

160.10∞

172.21.20.83

188.63.21.69

1914.56.21.34

2.3 增雨機率（Pe）

2.3.1 合適條件出現的機率Pc。按照人工增雨的云條件要求，總結評估區域和時段中符合人工增雨云條件出現的機率。根據各地長期作業經驗和資料分析，統計給出其平均出現機率。

適合增雨作業的條件為以下2種情況：

有明顯降水情況下，即雨量>0.1 mm;

沒有明顯降水，但滿足低云量≥8，且有可降水的云出現;選取10種可降水的云，包括濃積云、禿積雨云、積云性層積云、普通層積云、層云或碎層云、碎雨云、不同高度的積云或積層云、鬃積雨云或砧狀、透光高層云、避光高層云。

在滿足適合增雨作業的云狀的條件下，統計以上云狀出現的時間占全年時間的百分比，即為Pc，結果發現在黑龍江省中部地區適合作業的機率較大，其值為6%～22%，超過14%的地區主要集中在黑河東部、綏化北部、伊春南部、哈爾濱中東部、雙鴨山中部地區;最大達18%，包括伊春南部、哈爾濱東北部;從季節上看，夏季適合作業機率較大的區域主要位于省中部地區，秋季大值區位于中部及北部地區，而冬季大值區主要集中在北部地區。

2.3.2 作業需求機率Pn。在滿足合適條件的情況下，當時當地增加雨量能產生明顯的社會經濟效益而需求作業所占的比例。

黑龍江省對增雨作業的需求主要為農業的需求，考慮到地面作業的覆蓋面較廣，分布在全省各個農業種植區，地面作業的需求基本可以代表該地區對于增雨的需求。因此考慮利用全省全年的申請空域的記錄，統計其申請增雨作業的日數占全年的百分比，即為作業需求機率。

由于2013年黑龍江省面臨較大汛情，全省對于增雨作業的需求較少，2013年全省申請空域總計3 530次，主要集中在黑河南部，也只有10%左右的機率;春夏秋季的需求也主要集中在大興安嶺、黑河等森林覆蓋地區。

2.3.3 不宜作業的機率Pk。應避免作業可能帶來局地災害的風險。

考慮黑龍江省特殊的地理位置，暴雨及暴雪情況下作業均會帶來災害的風險，因此利用全省80個站暴雨日數或暴雪日數所占全年日數比例得出不宜作業的機率Pk。

從全年來看，2013年黑龍江省避險的機率較高，暴雨、暴雪的災害發生較少;夏季及秋季在黑龍江省大部分地區出現較大降水，暴雨發生次數較多，因此避險機率相對較小，而春季和秋季發生暴雪、暴雨的次數較少，因此避險機率較大。

2.3.4 作業能力（實現）機率Pa。它是指對合適區域合適時機的降水云區，由于作業能力的限制，只能作業一部分，其所占比例為Pa。

黑龍江省主要考慮空域限制，包括飛機增雨作業和地面增雨作業，

飛機增雨作業的空域限制是統計成功進行飛機增雨作業的次數占申報的次數的比例;

地面增雨作業的空域限制是統計地面作業申報成功的次數占總申請次數的比例。

將飛機增雨作業機率同地面增雨作業機率配比一定的權重，最終得出作業能力（實現）機率Pa。

全省的增雨作業的空域申請批復率在36%以上，其中大興安嶺地區及中部地區較高，主要集中在春夏兩季。

2.4 黑龍江省云中水資源人工增雨開發潛力PEP分布特征

黑龍江省空中云水資源非常豐富，但由于2013年黑龍江省面臨較大汛情，夏季大部分地區對增雨無需求，因此2013年人工增雨開發潛力為1.295億t（圖2a）。但季節分布不均勻（圖2b～e），夏季開發潛力較大，全省共計1.084億t左右，春秋兩季開發潛力相當，在0.2億t左右，冬季較少。

注：a.全年;b.春季;c.夏季;d.秋季;e.冬季。

圖2 2013年黑龍江省增雨潛力PEP年、季分布

3 小結

應用CWR-PEP方法估算空中云水資源人工增雨潛力，考慮了暴雨洪澇災害不能作業的情況，同時考慮了有作業天氣條件但主觀不需要作業的情況以及作業能力的實現機率問題，因此所得結果應是黑龍江省目前人工增雨作業規模和技術水平基礎上所能開發的空中云水資源，而實際大氣中的水汽比計算所得大得多，但分析結果對開發黑龍江省空中云水資源無疑具有重要的參考意義。

參考文獻

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[5] 中國氣象局科技發展司.人工影響天氣崗位培訓教材[Z].北京.氣象出版社，2003：214-215.