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利用火箭進行人工增雨作業(yè)時,AgI是按火箭彈的拋物線彈道軌跡在云層中播撒的,播撒后在云層中形成一條線柱狀催化帶,播撒高度和距離隨著弧形彈道軌跡的變化而變化。播撒完成后,火箭降落傘自動彈出并打開,帶著彈體緩慢降落。整個播撒過程可以看見一條弧形的彈道催化帶(煙霧帶),播撒是在移動中完成。播撒起始高度可通過調整發(fā)射架的射角來完成,射角越高,起播點和播撒最高點的高度都會增加,始播點和終播點之間的水平距離相應減少。不同發(fā)射仰角對應的各播撒參數(shù)見表1[18]。在實際開展人工增雨作業(yè)時,要考慮云頂高度、云中0℃層高度、云體的水平尺度、云中液態(tài)水含量、以及云中上升氣流的分布等,選擇適當?shù)纳浣?、方位和作業(yè)時機,盡可能將AgI播撒到最有效的區(qū)域,避免部分催化劑逸出云體,導致在云外無效播撒。增雨作業(yè)催化劑桂林的人工增雨都是采用冷云催化技術,即通過在云中負溫區(qū)播撒AgI,增加冷云的凝結核,增加云中水汽轉化為雨滴降到地面的效率。AgI為冷云成冰核,催化過程的有效冰核數(shù)量與環(huán)境溫度有關,云中溫度在-4℃~-20℃范圍內,核化率最大。比較理想的作用溫度范圍在-6℃~-12℃區(qū)域。當AgI在這個高度層內播撒就能夠更好的發(fā)揮AgI的成冰核作用,
夏秋季作業(yè)方案
積雨云特征夏秋季節(jié)地面及近地層溫度高,對流容易發(fā)展,即夏秋季節(jié)的降水主要產(chǎn)生于積雨云系。由于對流的作用,積雨云層發(fā)展深厚,云中對流旺盛,含水量大,且含大量的過冷水,為火箭作業(yè)催化提供了較好的條件。但積雨云系一般是水平尺度小,垂直厚度大,生命周期短,陣性降水為主,強度雖大,但分布不勻。根據(jù)這些特點,增雨作業(yè)的時機選擇非常關鍵。積雨云從發(fā)展到消亡,一般可以分為3個階段,即初生階段、發(fā)展成熟階段和消散階段。初生階段以上升氣流為主,從積云底部到頂部均為上升氣流,上升氣流一般在云底較小,到云中上部達到極大;發(fā)展成熟階段云體移動前方仍以上升氣流為主,云體移動的后方盛行下沉氣流;到了消散階段,云體上下基本都以下沉氣流為主。因此,為有效增雨,保證AgI直接進入云中上升氣流區(qū),并達到相應的數(shù)濃度。選擇積雨云增長階段是人工催化的最好時機,作業(yè)時要盡可能把AgI播撒到上升氣流強、含水量豐沛的區(qū)域,一般情況是選擇發(fā)射方向對準云體移動的前部上升氣流的人流區(qū)域進行作業(yè)[19-20]。作業(yè)條件分析夏秋季節(jié)以對流云降水為主,0℃層高度較高,一般都在5km以上,對流云層厚,一般不容易打穿,所以作業(yè)仰角選擇盡量偏高,但由于桂林上空,飛機比較多,受空域管制的限高,一般選用60°~70°的作業(yè)仰角為好。要注意盡可能作業(yè)到上升氣流區(qū),利用上升氣流帶動AgI上升到0℃層以上高度。根據(jù)對流云前方多為上升氣流的特點,夏秋季節(jié)注意選擇對流云作業(yè),認真分析雷達回波的演變,選擇回波單體移動的前方作業(yè)[18]。一般要考慮雷達回波強度在30~40dbz的范圍,回波頂高度在9km以上,由于播撒的催化劑不可能全部到達0℃層高度,所以作業(yè)用彈量要比冬春季節(jié)增加。作業(yè)實施方案根據(jù)桂林多年人工增雨作業(yè)情況的效果檢驗,比較成功的作業(yè)方案可以總結為:根據(jù)抗旱工作的需要,密切監(jiān)視天氣雷達的降水回波演變,如果有30dbz以上強度降水回波可能影響作業(yè)區(qū),作業(yè)人員立即做好作業(yè)的準備,填裝好火箭彈,一般每次填裝4枚,將發(fā)射架仰角調到62°,方向對準降水云團移來的方向,降水回波進入影響區(qū)域,立即申請作業(yè)。作業(yè)時,每發(fā)射一枚火箭彈,將發(fā)射架仰角調高2°,即采用垂直扇形發(fā)射。因為空域批準的時間限制,調整發(fā)射方位需要時間長,難度大,所以選擇調整發(fā)射仰角容易。發(fā)射完4枚火箭彈,如果需要繼續(xù)作業(yè),則需要重新準備,另行申請作業(yè)。
冬春季作業(yè)方案
作業(yè)條件分析冬春季節(jié),桂林地區(qū)基本上是受冷空氣影響,以層狀云降水為主,由于層狀云中對流發(fā)展不強,云體的垂直厚度較薄,0℃層高度在3700~4500m之間。受大尺度天氣系統(tǒng)的影響,云系范圍較大,云層穩(wěn)定,云內含水量雖然較小,但地面降水量分布均勻,持續(xù)時間較長。表現(xiàn)在雷達觀測資料圖上,回波頂高較低,一般低于10km,回波強度在25~35dbz之間,覆蓋面積較大,分布均勻。研究表明:這類過冷云中無冰晶時,它是穩(wěn)定的,一旦云層中出現(xiàn)了冰水共存狀態(tài),就會產(chǎn)生蒸凝過程,發(fā)生冰水轉化。人工增雨催化劑(AgI)的作用就是制造冰晶,破壞層云的穩(wěn)定結構。由于層狀云中上升氣流速度較小,不可能由上升氣流將AgI帶到過冷水集中區(qū),所以催化播撒層高度應盡可能高些,以提高增雨效率。但又由于云層較薄,過高作業(yè)播撒很可能播撒到了云頂以外,形成無用播撒,統(tǒng)計計算表明,桂林地區(qū)冬春季節(jié)作業(yè)仰角選用55°~62°為宜。作業(yè)操作方案根據(jù)桂林歷年冬春季節(jié)抗旱增雨工作的總結,冬春季節(jié)人工增雨作業(yè)方案可以個歸納為:加強對天氣雷達的降水回波演變資料的分析,如果有25dbz以上強度降水回波可能影響到作業(yè)區(qū)時,作業(yè)人員應做好作業(yè)的準備,填裝好火箭彈,一般每次填裝2枚,將發(fā)射架仰角調到58°,方向對準降水云團移動的來向,降水云團進入影響區(qū)域,地面開始產(chǎn)生降水,組織申請作業(yè),作業(yè)時,每發(fā)射一枚火箭彈,將發(fā)射架發(fā)射方位調整2°,即采用水平扇形發(fā)射。發(fā)射完2枚火箭彈,觀察作業(yè)效果,如果作業(yè)效果比較好,作業(yè)條件繼續(xù)存在,則需要繼續(xù)作業(yè),工作人員重新準備,另行申請作業(yè)。
人工增雨作業(yè)的一些討論
增雨抗旱也應該未雨綢繆真正進入干旱的時候,降水云系很少,人工增雨作業(yè)的機會也很少,靠人工增雨來解決旱情,作用非常有限,這時的人工增雨只是一種不得已而為之的輔助手段。如果水利設施較好,蓄水能力較強,在干旱還沒有開始的降水多發(fā)期進行人工增雨作業(yè),效果要比干旱已經(jīng)發(fā)生時的作業(yè)好很多。為此,各地不要過度依賴人工增雨手段來抗旱,而應積極發(fā)展水利工程,在旱季開始前開展增雨作業(yè),增加各地的蓄水,采取綜合措施,應對干旱[1]??购底鳂I(yè)一定要安全第一人工增雨作業(yè)是一項技術性很強的工作,要保證發(fā)揮增雨作業(yè)的效果,作業(yè)時機的把握、作業(yè)云體的選擇、作業(yè)方位的確定,都需要嚴格的限制。同時,由于空域的安全、周邊群眾的安全也是首先要保證的因素,所以,真正的人工增雨作業(yè),要受到很多方面的限制,不能完全按照理論上的要求進行。對具體作業(yè)點、作業(yè)時機、作業(yè)方位的選擇,首先要考慮安全,在安全有保障的前提下,科學選擇作業(yè)方位和作業(yè)時機,爭取最大的社會和經(jīng)濟效益。
小結
全球氣候變化,干旱發(fā)生越來越嚴重,人工增雨作為抗旱的一項重要手段,越來越受到政府和群眾的重視,應該采取綜合措施,積極應對干旱。桂林地區(qū)的人工增雨作業(yè)采用WR-98火箭作業(yè)系統(tǒng),通過在云中播撒AgI冷云催化劑,提高云中水汽轉換成雨滴的效率。桂林地區(qū)冬春季節(jié)人工增雨作業(yè)對象以層狀云系為主,云層薄、范圍寬,0℃高度層相對較低,可以采用較低仰角,水平扇形作業(yè)發(fā)射。夏秋季節(jié),對流云系發(fā)展旺盛,0℃高度層約在5km以上,作業(yè)仰角相對要高,以垂直扇形作業(yè)發(fā)射為主,盡可能作業(yè)到云系移動的前方的上升氣流區(qū)域,通過上升氣流的作用,將AgI催化劑帶到-4℃以上,充分發(fā)揮AgI成冰核的作用。人工增雨作業(yè)實施要安全生產(chǎn)第一,根據(jù)作業(yè)點的具體情況,科學合理選擇作業(yè)時機、作業(yè)方位等,社會效益和經(jīng)濟效益統(tǒng)籌兼顧。
作者:白先達 張雅昕 楊經(jīng)科 單位:桂林市氣象局