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.

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