永泰縣地面發生器人工增雨作業點選址可行性分析

何興林 謝建芳 張慎捷

(福建省永泰縣氣象局，福建 福州 350700)

永泰縣地處福州市西部，降水資源豐富，但近年來降水分布極為不均。如：自2020年4月至2021年4月，全縣降水較歷年偏少40%，達到重旱標準，給當地人民生產生活造成嚴重影響。為了抗旱減災、水庫蓄水發電等，需要開展人工增雨作業。永泰縣空中航道密集，不適宜進行開展火箭彈人工增雨作業。地面發生器不受空域管制，可以全天候、長時間、持續性、大劑量地作業，同時還具有節省人力，費用低廉，運輸、安裝、使用、維護方便，安全可靠等優點。故當地政府進行工作部署，由氣象部門牽頭，按照福建省《地面發生器人工增雨作業規范》要求，先后在丹云鄉天臺山、東洋鄉秀峰仙和梧桐鎮芹菜湖三個地點布設地面發生器點，作業目標區是覆蓋全縣區域。

目前地面發生器暖云人工增雨作業是通過燃燒含有氯酸鹽等物質的催化劑，形成大量大尺度的吸濕性顆粒物，依托上升氣流將其帶入目標云體內，影響云的微物理過程，從而快速啟動“重力碰并過程”，增強云內的降水，達到人工增雨的目的。福建省屬于華東地區，降水過程包含暖云降水環節，因此使用的催化劑是暖云焰劑[1]。作業點選址的關鍵是要考慮其地理環境、云水資源條件和作業后所能影響的區域。本文主要從云和降水條件、降水云系的主要移動路徑、環境氣象條件等方面對永泰縣三個煙爐作業點布設的合理性進行探究。

1 月降水特征

根據永泰縣梧桐鎮芹菜湖作業點和東洋鄉秀峰仙作業點、丹云鄉天臺山作業點2016-2020年降水資料分析，年均降水量分別為1705.2mm、1487.0mm和1810.0mm，降水主要集中在3～9 月，分別占年降水的83.3%、81.0%和84.3%。月降雨量均為6月份最多，平均降雨量分別為290.4mm、272.8mm和327.1mm，見表1。研究表明：在暖季(3-9月)，因地形云造成的降水日數分別109天、117天、121天，分別占總日數的50.9%、54.7%和56.5%，具有豐富的地形云資源[2]。

表1 2016—2020年作業點所在鄉鎮3～9 月降雨量 單位:mm

2 降水云系移動路徑

天氣系統對應的云體移動方向與人工增雨作業關系密切，掌握云體的移動方向將取得更好的人工增雨效果。本文統計了2016—2020年永泰縣24 h自然降雨量在5 mm 以上，影響作業點云體雷達回波移向路徑。將云體移動路徑分為8個方位和原地生成發展的情況。分析發現云體來自西南面最多，占 23.8%；其次是西面，占 20.3%；南面第三，占 14.6%；西北面第四，占 11.1% ，詳見表2。

表2 2016—2020年雷達回波云體移向路徑統計

3 作業點的環境氣象條件

3.1 云底與地面發生器的高度差

按照地面發生器人工增雨作業參數表要求[6]，云底與地面發生器高度差暖云降水云系作業 ≤200 m 。這個高度以上適合使用地面發生器人工增雨。

由于作業點建設之前缺少云底高度觀測數據，可以通過計算得到作業點附近的云底高度。國內外多位學者指出，可將抬升凝結高度近似作為云底高度[3-4]：

H=a(Ts-Td)

式1中，H為抬升凝結高度；Ts為抬升起始高度的地面溫度；Td為露點溫度；a的選用與公式近似計算時所選的露點遞減率有關，本文a取124m/℃。

通過計算，永泰縣2016—2020年梧桐鎮芹菜湖作業點、東洋鄉秀峰仙作業點和丹云鄉天臺山作業點的云底高度分別為759.6m、1129.3m和1062.5m。三個作業點海拔高度分別為815m、750m、1010m，詳見表3。

表3 云底與地面發生器的高度差

3.2 作業點環境和盛行風

地面發生器人工增雨作業的關鍵因素之一是云底要有較強的上升氣流，才能將催化劑的煙霧送入云中，所以作業點需選擇在具有一定海拔高度的迎風坡上。參照表2 的統計結果，地面發生器作業點主要考慮建設在西北—東南向的山脈的中上部，通常這類走向的山脈，在作業點的迎風坡上游有一縱長的深谷，有利于風在迎風坡前輻合，這樣形成的西南風上升氣流特征明顯，可將催化劑的煙霧順利地帶入云中[6]。

梧桐鎮芹菜湖作業點(圖1a)夾在兩條西南-東北走向山脈的中間，西南面有一個較大的山谷，有明顯的西南山谷風特征。當天氣系統來自西南面時，作業點處在迎風坡面，易形成上升氣流，將催化劑的煙霧向云中傳播。

東洋鄉秀峰仙作業點(圖1b)和丹云鄉天臺山作業點(圖1c)都位于南—北向山體上接近山頂的位置，當天氣系統來自東、南、西三面時，都較易形成上升氣流，將催化劑的煙霧向云中傳播。

(a)梧桐鎮芹菜湖地形圖

(b)東洋鄉秀峰仙地形圖

(c)丹云鄉天臺山地形圖圖1

4 交通條件

因為地面發生器人工增雨作業點在建設過程中，所需的水泥、沙石、圍欄等材料都比較重，且煙爐設備運輸、焰條裝填及煙爐設備維護、維修等工作都需要技術人員到達現場，因此需要交通便利。永泰縣三個地面發生器作業點在選址時充分考慮了這個因素。

5 通訊條件

地面發生器人工增雨作業采取遠程控制的方式進行，通訊模式采用GSM/GPRS(地面發生器生產廠家不同通訊系統配置也不同)。作業點應選擇在通訊信號覆蓋范圍內。

作業點通訊信號，可以使用手機“Cellular-Z”APP信號檢測軟件，分別采用移動、聯通和電信的手機卡進行現場信號測試。當信號強度RSRP值≥-105，說明信號較好。

通過現場信號檢測，梧桐鎮芹菜湖、東洋鄉秀峰仙、丹云鄉天臺山作業點的RSRP值分別為-98、-90和-103。

6 土地權屬

地面發生器建設的主要目的，是實施人工增雨，受益方是當地人民，所以建設土地應該由當地政府提供，出現土地糾分等情況應該由當地政府解決。

在選址之初，建設方要求梧桐鎮、東洋鄉和丹云鄉政府向建設方出具建設地面發生器的申請，三個地方政府都按建設方的要求出具了建設申請。

7 結論

永泰縣地面發生器人工增雨作業點選址從降水云系移動路徑、作業點的環境氣象條件、交通條件、通訊條件和土地權屬等幾個方面展開分析，得出以下結論：永泰縣三個作業點均具有豐富的地形云資源；云體來自西南面最多；東洋鄉作業點位置略低；交通條件和通訊條件較好；土地權屬明確，避免了重建造成經濟浪費。

綜上所述，除東洋鄉作業點的位置略低外，其余均符合選址要求。