一次農業抗旱飛機人工增雨探測個例分析

摘要：人工增雨是一項復雜的人工干預局部大氣過程的科學實踐，本文基于衛星、雷達、探空、飛機云雨微物理觀測及地基觀測等資料，對2005年6月21日一次農業抗旱飛機人工增雨個例進行分析。結果表明：此次是以低壓天氣系統為背景的雨層云（Ns）降水過程，云中液態水和過冷水含量具備增雨基本條件;地面至高空，系統穩定少動、降雨持續性強，云中可降水粒子濃度0℃層以上分布趨勢為先增后減，但總體大于0℃層以下濃度;云層下濕上干、溫度露點差隨高度增加、云中存在較強上升氣流，利于云體發展，具備一定的增雨潛力。

關鍵詞：人工增雨;宏微觀特征;微波輻射計;PMS;低壓系統

基金項目：國家重點研發項目“我國北方局地突發性強降水機理及預報方法研究”編號：2018YFC1507300

中圖分類號： P481 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.24.083

吉林省是國家重要商品糧生產基地，多年來糧食產量和人均占有量均居國內前列。同時吉林省也是水資源嚴重匱乏的省份，全省水資源總量僅為402億m3。吉林省年平均降水量為612.4mm，中部地區的長春市年平均降水量為577.1mm，東南部地區的集安市降水量最多，年平均降水量為917.6mm，西部地區的通榆降水最少，年平均降水量為370.7mm。受降水空間分布影響，吉林省西部為半干旱區，南部為濕潤區，其他地方為半濕潤區。受季風氣候影響，吉林省四季降水量以夏季最多，占全年降水量的60%以上，4～5月降水量僅占全年的14%，吉林省春旱發生頻率較高，尤其西部地區有“十年九春旱”之說[1]，對吉林省糧食生產造成嚴重影響，因此，吉林省自1958年便在全國率先開展了飛機抗旱人工增雨作業，并一直延續至今，人工增雨已經成為吉林省農業抗旱減災的一項重要科技手段。

1 天氣概況

2005年6月20日～22日08時和20時500hPa高空圖有一低壓天氣系統影響吉林省中部地區，22日08時500hPa高空圖顯示原有高空槽發展加深，并有一股冷空氣伴隨高空槽西北路徑移入吉林省;850hPa和500hPa高空圖低壓與高空槽位置配置基本一致，且低壓中心有一橫向切變線，覆蓋長春至白山一線，而中東部地區出現了西南風風速輻合區;從溫度場配置來看，吉林省處于冷槽演變過程中，-12℃冷中心在吉林省東部地區，全省溫度露點差均≤4℃，屬于濕區范圍。

綜合分析：吉林省處于高空槽、低層切變線的共同作用下，熱力條件和水汽條件配合較好。

2 飛機探測資料分析

2.1機場地面實況

從2005年06月21日早6：30分記錄的機場地面實況：地面實時氣壓997hPa、溫度17℃、濕度93%、南風6m/s、蔽光層積云（Scop）、中雨、低壓天氣系統，這些數據與長春54161站基測和放球瞬間監測數據較為一致。

2.2飛機探測資料分析

2.2.1宏觀資料分析 增雨飛機于6月21日早06：44分從長春大房身機場起飛，沿“長春-公主嶺-伊通-長春”航線飛行，同時開啟飛機機載PMS-2DP、2DC、FSSP-100、KLWC-5（液態水含量儀）、機載微波輻射計、GPS（衛星定位系統）等觀測設備，實施大氣探測與數據取樣工作。飛機起飛后先是逐步爬升到云底（1000m）飛行20分鐘后繼續向上爬升，并且每爬升600～800m之后便保持高度平飛5分鐘，之后接續向云頂目標飛行，且直至云頂;在云頂高度保持飛行15分鐘后改為下降飛行。飛行探測過程中，探測到的降雨云主要為雨層云（Ns），其云底高度為1000m左右，包括一些碎雨云（Fn）。飛行過程中探測到的云頂高度為5500m，零度層高度為3600m（這與探空探測到的零度層高度3769gpm十分接近）。此外，在飛機鉆云爬升、平飛和下降探測過程中，觀測到“云體較黑、間歇性顛簸、零度層高度以上云體較亮、冰晶較多、飛機風擋和機翼、輪胎結冰較厚等實際情況”都說明了該目標云系含水量豐富、過冷水較多、系統結構穩定、降雨在持續等實際狀況。

2.2.2 微觀資料分析 雨層云（Ns）是厚而均勻的降水云層，能遮光蔽日，呈現暗灰色，水平分布范圍廣，通常降連續性雨或雪，且云低混亂，無明顯邊界，此次探測完整地反映了雨層云的這些概念特征。

圖1和表1為機載微博輻射計觀測數據+GPS高度數據疊加效果圖和機載PMS參數變化表，二者很好地反映了探測云體各層的液態水含量、云粒子濃度變化、溫度等變化[2]。根據圖1顯示的數據可知，目標云液態水含量和過冷水含量的變化是隨著飛機探測高度的增高而呈現逐漸減小的趨勢，并且飛機在零度層高度以上飛行時，云中過冷水的含量則隨云體高度的升高而迅速減小，這與機載微波輻射計隨飛機動態觀測的數據一致，因為飛機飛的越高，距離云頂就越接近，二者之間的云層厚度就越薄，期間的液態水和過冷水含量自然就越少的道理是一致的，如圖1中飛機飛行最高處區間，與云液態水含量低值區間一一對應，反映了云體垂直液態水分布的整體狀態。

表1反映了熱線含水量儀（KLWC-5）和FSSP-100探測數據在0℃高度以上呈現逐步遞減變化趨勢一致，這一變化趨勢恰好與機載微波輻射計觀測數據變化趨勢相同。飛機機載云雨微觀探測數據表明，目標云以0℃層為界限，上下雨滴譜、云滴譜、云粒子濃度、液態水含量的變化趨勢觀測數據，可為人們掌握目標云宏微觀特征和開展實際催化增雨提供理論依據。

2.2.3長春雷達回波分析 從2005年06月21日06：43分和08：02分兩次雷達PPI和RHI圖像演變過程可以看出，降雨云系主體回波都在22dBZ以上，回波主體頂高在5km以上，且從06：43分～08：02分超過1個小時的雷達回波演變過程，雷達回波始終處于穩定并逐步增強發展狀態，這與探空和飛機實際觀測結果基本一致。

3 結語

以低壓天氣系統為背景的雨層云（Ns）降水過程，具有降雨持續、范圍分布廣，云中液態水和過冷水含量較為豐富等特點。

雷達、探空、飛機等綜合觀測資料顯示，地面至高空，系統云系相對穩定少動，云中可降水粒子濃度0℃層以上分布趨勢為先增后減，但其濃度仍大于0℃層以下濃度，主要因素：目標云過冷水含量豐富、上升氣流較強、融化層較厚等綜合作用的結果。

云系下濕上干、溫度露點差隨高度增加、云中存在較強上升氣流，有利于云體發展，具備一定增雨潛力。

參考文獻

[1]孫力，梁洪海，郭春明，等.《吉林省氣候服務手冊》[M].長春：吉林大學出版社，2018.

[2]魏重、雷恒池、沈志來.地基微波輻射計的雨天探測[J].應用氣象學報，2001，12（S1）：65-77.

作者簡介：汪曉梅，本科學歷，工程師，研究方向：云降水物理與人工影響天氣。

網絡出版時間：2019/12/2 ?13：47：12

網絡出版地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1186.S.20191202.1347.001.html