摘要: 利用多普勒天气雷达数据、常规气象资料和地面降水等资料，选取云南省2019年B-3833的精准飞行的增雨个例进行作业天气条件、作业方式和作业效果的综合分析。结果表明:1) 影响普洱和丽江飞行的主要天气系统分别为切变线（低槽切变、低涡切变）、台风外围、孟湾低压、高原槽波动、副高控制。降水云系以对流云为主，其次为积层混合云。2) 统计了判断不同云系飞机增雨作业潜力的雷达回波指标，包括雷达回波强度、回波顶高、垂直液态含水量、回波强度大于30dBz的面积。3)总结了在不同云系中飞机实施增雨的作业技术:对流云可以采用绕云擦边作业的方式进行，对流云群采用非强中心穿云作业的方式，发展中弱雷雨云采用上升气流区来回作业的方式，层积混合云可以在非强中心开展作业。层状云采用由云的移动方向下游向上游蛇形逼近的作业方式。既保证了安全性，也提高了增雨效率。4）利用区域历史回归分析对B-3833增雨飞机飞行的15个成功个例进行了统计检验，得到 2019年平均相对增雨率为13.63%，相对增雨量为3.45mm，增雨效果明显。
关键词：飞机增雨；效果检验；作业技术；云南
1 引言
云南地理环境特殊，地势地形复杂，气候类型多样。气候存在明显的季节性、地区性差异，历年气候变化显著。干旱已经成为制约云南经济社会发展的严重不利因素之一。2019年云南降水持续偏少，大部分地区降水量较历年同期偏少20%以上，部分地区偏少50%以上，对库塘蓄水、农作物生长和生态环境保护带来严重影响。面对降水偏少的严峻形势，云南省人影中心高度重视，与普洱、丽江旱情比较严重的州市共同合作，首次开展专项精准飞机增雨作业。飞机增雨作业是一项复杂而重要的科学工程，在适当的条件下开展飞机人工增雨工作,对解决水资源缺乏,增加水库蓄水量,改善生态环境,减轻和缓解干旱对国民经济特别是对农业生产的影响等具有十分重要的意义[1]。
人工增雨的关键技术是选择何种云，在云中什么样的部位，播撒多少适量的催化剂才能达到播撒增雨效果。随着天气雷达和卫星在飞机增雨中的广泛应用，国内外学者对不同云系的结构特征、增雨潜力、作业指标和技术分析进行了不少的研究 。孙晶等[2]重点对2013年8月南方三类云系的云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析。层状云系是中国人工增雨催化作业的主要对象。洪延超和周非非[3]利用层状云模式对冷锋降水性层状云云系“催化—供给”降水机制的微物理分析来探讨其人工增雨的条件，也提出了采用常规观测资料判断人工增雨条件的具体方法。王广河和姚展予[4] 在综合南方夏季对流云人工增雨潜力区识别技术的基础上，优选和集成出人工增雨成套技术。林长城等[5] 、仲凌志等[6]利用新一代天气雷达资料分别开展混合型降水过程中层状云和对流云识别、闽西北地区降水回波特征、人工增雨作业效果分析。于翡和姚展予[7]在一次积层混合云降水实例的数值模拟分析中发现，积层混合云具有冷云过程和暖云过程共存的相态混合的特征。
增雨潜力的大小是判断是否作业的最为重要的科学依据。但是,目前中国还没有一套比较完整的综合判断云系增雨潜力的评估方法。各地都是针对本地的情况进行评估，以此推断作业的可行性。与北方不同，云南出现大规模的层状云频次不高，而对流云和层积混合云是低纬高原地区主要降水云系，有较大的增雨潜力。针对对流云和层积混合云的飞机增雨是缓解该地区干旱和水资源短缺的重要途径。但由于对流云和层积混合云通常尺度小、生命期较短，时空变差很大，飞机穿云难度较大，目前全国针对积状云系均以地面作业为主，缺乏飞机增雨的穿云飞行指标以及相关技术研究，现云南省已经对此空白进行了客观、科学的系统补充。
本文将根据多普勒天气雷达和Micaps等资料，选取云南省2019年的精准飞行的21个个例，分析飞机增雨作业条件的天气学特征和雷达回波特征，并对不同云系飞机增雨的技术分析进行总结，最后采用统计检验的方法对成功个例进行效果评估。
2数据来源
选取2019年云南省夏秋季（7月、10-11月）B-3833飞机在丽江和普洱针对对流云、层积混合云和层状云实施精准飞机增雨作业的21个个例（见表1）。
数据包括：多普勒天气雷达数据、常规气象资料和地面降水资料。雷达资料采用丽江和普洱的C波段多普勒天气雷达（CINRAD/SA）体扫数据，有效探测半径为150km，时间间隔为6min左右。通过PUP反演输出所需的3种二次产品：组合反射率（CR）、回波顶高（ET）、垂直积分液态水含量（VIL）以及30dBz的面积。地面降水资料包括：国家站和区域站的降水。
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3作业天气条件分析
尽可能在有利降水云系出现的天气形势下开展增雨作业、争取更大的降水效率是飞机增雨成功实施的关键。通过对21架次飞机增雨作业逐次过程的影响天气系统进行个例分析得到，丽江和普洱夏、秋两季实施飞机增雨作业的有利天气系统分别为切变线（低槽切变、低涡切变）、台风外围、孟湾低压、两高辐合、副高外围5类，分别有5次、1次、3次、2次、10次，具体见表2。
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3.1 切变线(低槽切变、低涡切变)
切变线(低槽切变、低涡切变)是造成云南大到暴雨的主要天气系统之一。与其它天气系统相比较，切变线系统出现的频率高，尺度小，活动规律杂乱，还常常与台风低压、西南涡、地面锋面等天气系统联合在一起。切变线系统月平均出现次数与月平均降水量分布极为相似，说明云南降水量与切变线系统的关系极为密切。2019年丽江飞机增雨作业中出现切变线天气5次。此类天气过程降水强度大、范围广，比较适宜开展飞机增雨作业，但伴随的强对流天气对飞机增雨来说是一个很大的考验。
3.2 台风外围
西行台风在两广登陆后，继续西行，或穿过海南岛进入北部湾在越南北部登陆对云南产生较大影响，（进入18°N以北，110°E以西区域），是云南产生暴雨的主要天气系统之一。西行台风一般对我省的东南部和南部地区影响较大，当台风路径偏北后，对我省也会造成影响，往往产生大到暴雨和强对流天气过程。2019年丽江飞机增雨作业中受该系统影响1次。
3.3孟湾低压
在孟加拉湾地区形成的低压或低压槽偏东移动，携带充足条件和能量，其前侧偏南气流源源不断向云南输送，是云南主要降水系统之一。虽然近几年影响次数少，但确实是云南初夏和秋季最为有利的增雨作业天气系统，往往形成范围较广的对流云和层积混合云，具有较好降水潜力和增雨潜力，2019年丽江飞机增雨作业中出现孟湾低压3次。
3.4两高辐合
两高辐合在500hpa高度上，云南境内出现的两个反气旋环流之间的辐合区域，由于辐合区域两侧的高压多分为东西分布，因此，它们之间的辐合区也大多呈准南北向。两高辐合多出现在夏季，7月最多。两高辐合通常会产生小到中雨和大雨以上量级的降水。2019年丽江飞机增雨作业中出现两高辐合2次。
3.5副高
下半年在普洱的增雨个例全部受副高控制。副高外围的气流容易产生对流性的天气，云系以局地对流云为主，层积混合云为辅。降雨效率明显，但中心强度较强，飞机轻易不敢穿云。2019年普洱飞机增雨作业中出现10次。
4 雷达回波特征统计及作业技术分析
新一代多普勒天气雷达业务布网以来，雷达探测云中宏微观物理量特征变化的物理检验已成为我国判别人影作业条件及作业效果的强有力手段［8］。陈冰等［9-13］通过雷达产品配合天气分析，发现作业后目标云在降水、生命期特征、回波参数( 回波顶高、强回波面积及强度、垂直积分液态水含量等)等方面有明显增加，与对比云差异较大，雷达分析可提高判别作业条件。
雷达获取的云降水结构资料主要表征的是云内大粒子降水的回波信息，回波强度越强，说明云体内大粒子的尺度或其数浓度就越大; 回波顶高可用来指示云中对流发展的强弱程度，一定程度上反映了云体发展旺盛程度；VIL可以表示云内含水量的多少和增雨的可能性；回波面积可用来反映云体降水的影响范围。
对流云存在生命期较短、局地性强、自然变差较大等特点，虽然是云南出现概率最高的增雨云型，但为了保证安全性，飞机指挥中基本不主张让飞机进入强中心，可以采用绕云擦边作业的方式进行，对发展中的对流云群，采用绕对流云群外围进行穿云作业的方式，对发展中弱雷雨云，采用逼近雷雨云的上升气流区来回作业的方式。对流云强度和高度变化不大，作业前期比较强，作业后甚至会降低。VIL变化剧烈，作业后30dBz的面积增大，会转为层积混合云。回波特征量的飞行指标（表3）： 强度的平均值为51 dBz，介于42.7-59.5dBz之间；高度的平均值为8.4km，介于6-8.1km之间；VIL的平均值为3.4 g/km2，介于1.1-6.7g/km2之间， 30dBz面积的平均值为405m2，介于215-603m2之间。
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层积混合云是云南出现概率比较高且最适宜飞行的增雨云型，飞机不能进入强对流区域，但是可以在回波强度较弱的地方开展作业，既保证了安全性，也提高了增雨效率，回波特征量的飞行指标为： 强度低于对流云，介于38.3-56dBz之间；高度的平均值为8.8km，介于7.7-9.6km之间；VIL的平均值为0.7 g/km2，介于0.5-1.1g/km2之间， 30dBz的平均值为339.4m2，介于205.4-517.8m2之间（表4）。.png)
层状云是最适宜飞行的增雨云型，但是出现概率较低，2019年B-3833飞机仅在普洱地区飞行了1次，对层状云, 采用由云的移动方向下游向上游蛇形逼近的作业方式。本次飞行强度平均值为37.4dBz，介于35-42dBz之间；高度的平均值为5.1km，介于4.5-5.4km之间；VIL的平均值为0.4 g/km2，介于0.2-0.7g/km2之间,30dBz的平均值为166m2，介于131-200.9m2之间（表5）。
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5 效果评估
2019年的飞机增雨效果评估采用国内外最常用的区域历史回归分析（表6）。方法如下：令目标区作业期实测雨量为，估计雨量为，历史期雨量为，对比区作业期雨量为，历史期雨量为，（若为单次试验，上述各值为单个样本的雨量值，若为多次试验，上述各值为多个样本雨量值的平均值）。根据目标区和对比区的历史雨量资料，建立区域雨量历史回归方程，将作业期对比区的雨量代入回归方程求出作业期目标区的自然雨量估计值，再和作业期目标区实测雨量值做比较来确定增雨效果。
相对增雨可以表示为：
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绝对增雨：目标区作业期实测雨量与自然雨量期望值（自然雨量期望值指计算出的在假定不做人工增雨情况下的目标区雨量值）的差值，单位mm，
公式：
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对B-3833增雨飞机在滇中、滇西和滇南实施增雨作业的15个成功个例采用统计检验中的区域历史回归分析得到：平均相对增雨率为：13.63%，相对增雨量为3.45mm。
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6 小结
运12飞机机型小，飞行惯性不大，特别适宜小范围作业，大而全的航线不适合云南以对流云、层积混合运为主的天气背景。2019年云南飞机飞行架次创历史新高，作业效率大大增加，定点作业将成为常态化。
（1）本文统计分析云南省2019年B-3833飞机增雨的个例，初步得到有利于飞机增雨作业的天气条件的概括分型：切变线（低槽切变、低涡切变）、台风外围、孟湾低压、两高辐合、副高控制。
（2）统计了判断飞机增雨作业潜力的雷达回波指标，包括雷达回波强度、回波顶高、垂直累积液态含水量、回波强度大于30dBz的面积。指标可以有效的抓住云系的作业时机，太早容易空飞，太晚无雨可增。
（3）作业方式是人工增雨成功的关键环节之一 ，总结了在不同云系中飞机实施增雨的作业技术:对流云可以采用绕云擦边作业的方式进行，对流云群采用非强中心穿云作业的方式，发展中弱雷雨云采用上升气流区来回作业的方式，层积混合云可以在非强中心开展作业。层状云采用由云的移动方向下游向上游蛇形逼近的作业方式。既保证了安全性，也提高了增雨效率。
（4）最后利用区域历史回归分析对B-3833增雨飞机的15个成功个例进行了统计检验，结果显示，2019年平均相对增雨率为13.63%，相对增雨量为3.45mm，增雨效果明显。
参考文献
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作者简介：孙玲（1985-）女，汉族，贵州省人，研究生学历，工程师，从事研究方向或职业：人工影响天气。