WR型火箭增雨效果评价方法

    张进

    

    摘要：本文依据国内外著名的评价工作，确定襄阳增雨效果的有关参数，包括，增雨率、催化剂扩展范围、催化剂活化时间等，制作一个相对合理的评价模式。旨在“三统一”即统一全市增雨效果评估方法；统一对上报告口径；统一对社会公布口径。

    关键词：人工增雨曰效益曰评估

    文章编号：1004-7026（2015）04-0097-02中国图书分类号：P481文献标志码：A

    1方法步骤

    第一步：介绍、分析国内外著名的评价个例；

    第二步：合理确定襄阳人工增雨效率及有关参数；

    第三步：建立估算增雨量、增水量、增雨效益模式。

    2著名评价个例介绍

    2.1美国伊利诺伊州夏季人工增雨效果评估

    1978年美国伊利诺伊州夏旱，8-9月临时实施增雨抗旱。目标区2600km2，98个雨量站，作业期6.23-7.26、8.10-15日共40d。总试验23次，其中播云6次，未播云17次。采用三种方法评估，其中，主分量回归评估增雨率为39.5%，多元回归评估增雨率为17.1-27.1%，显著度为0.26；双比分析增雨率为22.6%，显著度为0.26。

    2.2澳大利亚播云试验

    1950-1960年澳大利亚开展系列播云增雨试验，采用14d日周期或1d周期有随机化设计方案，在积云底播撒AgI烟，试验结果为：在期诺伊山区连续二年增雨率为26%，统计显著，随后试验不显著；在新英格兰地区第一年增雨率为30%，统计显著，第二年不显著；在塔斯马尼亚秋、冬季试验增雨率为15%～ 20%，春、夏无效；在瓦拉刚巴地区试验无效；在南澳大利亚地区出现负效果。推测气象原因为：大陆性气候下冰晶过程在降水形成中起重要作用，播云效果好，但增雨效果有逐年变差趋势，原因不明。海洋性气候下暧雨过程作用大，播云效果差或为负效果。

    2.3古田人工降雨试验综合效果评估

    1975-1986年由福建气象局主持，南京大学大气科学系、南气院大气物理系、中科院大气所、中科院福建物质结构研究所在福建古田水库进行历时12年的人工增雨试验。该试验获全国技大会奖及中国气象局科技进步二等奖，受到国内外人工影响天气科学技术界关注。可以代表现阶段我国人工影响天气的评估水平。试验区面积为14000km2，试验单元取3h时段。采用固定目标区和对比区的随机回归试验方案。课题组利用地面雨量、雷达回波、地面雨滴谱、地面雨水含银量、数值模拟等资料和方法对试验进行综合评估。评估结论如下：

    （1）区域平均雨量回归分析表明：122次催化试验合并统计平均相对增雨率23.81%，平均绝对增雨量1.21mm/3h。其中：

    a.混合云催化效果最佳，催化79次，平均相对增雨率33.96%，平均绝对增雨量1.90 mm/3h（信度< 0.01）。层状云次之；

    b.锋前催化最佳，催化33次，平均相对增雨率40.15%，平均绝对增雨量2.06 mm/3h（信度<0.01）。锋区次之；

    c.回波顶T在-5—-10益催化效果最佳。催化30次，平均相对增雨率43.64%，平均绝对增雨量1.93 mm/3h（信度<0.01）；回波顶T在-10—-15益催化效果次之；回波顶T跃-15度效果不显著。

    （2）区域平均雨量双比分析表明：人工催化增雨率20.21%（信度<0.05）；

    （3）逐步回归分析表明：催化113次，平均相对增雨率24.61%，平均绝对增雨量1.22 mm/3h（信度< 0.05）。

    上述四个个例，有北半球、南半球、东半球、西半球，有大陆性气候、海洋性气候，有山区，有平原，有长年、常年评估，有季节性评估。有代表性、参考性。

    3确定有关参数

    3.1增雨率

    根据上述个例介绍，增雨率在13%-44%之间。襄阳增雨率理论值不应低于此区间的下限，不高于此区间上限，理由如下：一、襄阳位于亚热带季风气候区，以色列位于中东沙漠干旱区，根据文章，襄阳云水资源丰富，可播性强，增雨潜力大。因此，襄阳增雨率理论上应高于以色列的下限（13%）；二、福建古田位于东南沿海，属南亚热带海洋性季风气候。夏季高温多雨，冬季温和湿润，年降水量在800～1500mm之间，降水集中在4～6月，8月下旬至9月中下旬。特别是夏季台风云系输送丰富云水资源，可播性、增雨潜力应大于襄阳。再次，福建古田试验针对冷云和暖云作业，众多个例支持暖积云催化效果，襄阳只对冷云作业。因此，襄阳增雨率理论值不应高于福建古田的上限（44%）。三、上述个例是试验评估值，即催化日是随机的，襄阳催化日是择机的，基本是预报无雨不作业、不见雨点不作业、作业云强度小于30dbZ不作业。如果视13-44%为正态分布，考虑上述，襄阳增雨率取20-38%之间，计算时取30%为宜。

    3.2扩散范围

    WR-98型增雨火箭初速度40m/s，升空后以焰弹形式播撒AgI，播撒时间48s，射程2000m左右，播撒路径近似抛物线。

    催化剂的扩散范围具有不确定性。有关研究，无论是理论、实验、实践都作了很多工作：

    早期研究是在云室内进行的，云室试验不考虑动力作用，不适合自然条件；或借用空气污染扩散的标准，把催化剂浓度降低e倍的边界定为晶化区的边界，或利用出现的光学现状“下太阳”来定晶化区的边界，或给定具体的浓度0.01g/m3为晶化区的边界，或把含水量消耗到零的边界为晶化区的边界，等等说法各异，标准不同。

    前苏联这方面做的工作最多，得出了晶化区扩展与有关因子的关系：

    在等温条件下，晶化区宽度随时间的增大可以分为等速、減速、加速、先等速后减速四种类型；无论是具体个例，还是晶化区的平均扩展宽度，都是随时间的延长而增大；

    无论对平均值，还是极值，都是催化剂量愈多，晶化区宽度愈大；

    晶化区的扩展速度在时间方面并不是常数；

    晶化区扩展的时间多数在30-34min和35-39min之间，超过40min的不多，而晶化区的最大扩展宽度多数在2000-3000m之间，很少超过4000m；

    总体来看，云层愈厚，晶化区扩展速度愈大；

    大多数情况下，垂直方向上扩展速度大于水平方向扩展速度，一般垂直方向是1m/s，水平方向是0.7 m/s；

    总之，众多的研究都未能得出晶化区扩展的规律。

    国内很多应用单位，给出的扩展范围千差万别，有的将扩展距离定为7000m，有的将扩展距离定为40km，即一枚火箭的影响范围为1000km2，折合10万hm2，相当于襄州发射四枚火箭，全市农田受益（襄陽耕地面积40万hm2）。不可思议。

    3.3活化时间

    活化时间是指催化剂（AgI）在云中凝结水、汽等一系列微物理过程的时间。众多实验表明，催化剂进入-5—-10益云层后开始活化，持续时间为30min左右。从活化-扩散-降至地面一般为2-3h。在估算增雨量时，一般取3h的雨量为基数。

    4增水量及效益估算模式

    4.1增雨量估算模式

    吟RR3= RR3·L（%）（1）

    式中：吟RR3：3h增雨量（mm）；RR3：3h降雨量（mm）；L：3h增雨率（%），取30%

    4.2增水量估算模式

    吟M3 =RR3·L·S·N =36吟RR3·N·106

    （4）

    式中：吟M3：3h增水量，单位m3；吟RR3：3h增雨量，单位为m；S：1枚火箭弹影响范围，单位为m2，取S=36·106m2；N：不同方位用弹量，单位（枚）。

    由（2）可知，增水量与降水量、用弹量成正比，即降水量越大、用弹量越多，增水量越大。

    4.3增雨效益估算模式

    评价增雨效益同样十分复杂，尤其是间接或边界效益涉及到生态、地理、社会等众多领域，本文将增加的雨量折算成农用水价推算经济效益，其成本只用作业时的直接费用。效益估算模式：

    （作者单位：湖北襄阳市气象局）

    参考文献

    [1]郑国光等译.人工影响天气研究中的关键问题[M].北京：气象出版社，2005（10）：27-30.

    [2]美国土木工程师协会著.增雨播种云指南.北京.8-9.[3]美国土木工程师协会著.增雨播种云指南.北京.9.

    [4]李大山著.人工影响天气现状与展望[M].北京：气象出版社，2002（8）：325-356.

    [5]代娟.襄阳空中云水资源分布及人工增雨潜力研究[A].论文汇编，2008：10-14.

    [6]中国气象局.增雨防雹火箭作业系统安全操作规范. QX-T99-2008.

    [7]申亿铭.云中催化剂的扩散[M].北京：气象出版社，1994（2）：204-227.