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摘要 本文针对2014年5月11日吉林省飞机增雨作业过程，分别从天气背景条件、人影作业需求、作业条件预报、飞机作业与观测、作业效果评估等方面进行了分析总结。利用基于聚类分析的作业效果统计评估方法对此次作业效果进行评估，结果表明作业有正效果。
关键词 飞机增雨；作业条件；效果分析；吉林省
中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0199-03
Analysis on Aircraft Precipitation Enhancement Operation in Jilin Province
WANG Zhou-xiang ZHAO Jin-tao GU Xiao-nan FAN Hai-jing SUN Hai-yan
（Jilin Weather Modification Office，Changchun Jilin 130062）
Abstract The operation of aircraft precipitation enhancement in Jilin Province on May 11，2014 was analyzed in this paper. It is summarized from the aspects of weather background conditions，operating requirements，operating condition forecast，aircraft operation and observation，operation evaluation，etc. The effect of the operation was evaluated by the cluster analysis method，the results showed that the operation had a positive effect.
Key words aircraft precipitation enhancement；operating condition；effect analysis；Jilin Province
人工影响天气在缓解水资源短缺、农业抗旱减灾、改善生态环境等方面发挥着越来越重要的作用[1-2]。1958年吉林省第一次飞机人工增雨作业，之后全国各地陆续开展飞机增雨作业工作[3-6]。与往年同期相比，2014年1—4月，吉林省平均气温偏高1.4 ℃，平均降水量偏少43%，西部白城平均降水量偏少89%。特别是进入4月，吉林省中西部粮食主产区降水比常年同期少95%，居同期少雨第3位，白城全区无降水，为历史同期最少。吉林省旱区主要位于白城地区东部和北部、松原地区南部、长春地区东部、吉林地区中部和北部及延边地区大部。从5月中旬开始，全省各地将陆续进入水稻适宜移栽期，水田泡田整地需要大量降水。2014年5月11日吉林省抓住降水天气过程，积极开展飞机人工增雨作业。本文针对当天一次飞机增雨作业过程，从天气背景条件、作业条件预报、飞机作业与观测、作业效果等几个方面进行分析。
1 天气背景条件
根据天气形势分析，集合多家模式预报及吉林省气象台预报，5月10日8：00，500 hPa北涡底部有南支槽在河套地区发展加深，并向东北方向移动，地面江淮倒槽强烈发展，中心强度达到1 000 hPa，倒槽前段至河套以东。11日8：00高空槽发展加强，形成闭合中心，中心强度达到556 hPa，槽前西南氣流加强，地面江淮倒槽北上至渤海湾，中心强度达到1 002.5 hPa（图1），之后经渤海湾继续北上直接对吉林省造成影响。
西南气流为吉林省提供了源源不断的水汽输送，10日8：00，在500～850 hPa有一个t-td<4 ℃的带状湿区，随着系统发展移动，湿区也逐渐向东北方向移动，11日8：00，水汽输送进入吉林省境内，5月11日系统处于发展阶段，云层比较稳定，而且此时吉林省处于系统前部，适于开展飞机人工增雨作业。根据省气象台预报，5月11日白天到夜间全省有降水，东南部地区小雨，中西部将达到中雨量级。实际降水情况与降水预报落区和强度比较一致。
2 作业条件预报与分析
2.1 作业潜势预报
10日17：00红外云图上，系统主体云系处于河套附近，系统前部云系开始自西南方向移入吉林省，地面尚未出现降水。至11日2：00云系继续北抬，进入吉林省西部地区。根据MM5_CAMS数值模式预报，从10日17：00开始，系统前部云系进入吉林省，云系移动的方向为西南—东北向。此时云中没有过冷水，作业条件不佳。至11日2：00，模式预报云系走向及性质与云图相近（图2），模式预报与实际云的情况相符。根据模式预报结果分析，云中一直没有过冷水，至5月11日12：00，随着云系移动发展，云中开始出现过冷水，但量比较小，在0.001 g/kg以下，且位置较高，在-10 ℃层以上，不适于飞机播撒作业。11日14：00，系统中心北部云系逐渐影响吉林省，云中过冷水量增加，达到0.01 g/kg以上；过冷水分布高度也有所降低，分布范围向下至-5 ℃层，位于3 500 m左右；冰晶数浓度在10个/L以下（图3）。11日14：00至11日夜间，云中一直有一定量的过冷水维持，此时云中具备一定的作业潜势。
2.2 作业条件分析
在11日8：00卫星云图上，云系覆盖吉林省中西部地区，模式预报的云带位置与实际云带位置相差不大。11日8：00，吉林省中西部500 hPa和700 hPa温度露点差都在4 ℃以下，说明在这2层之间有湿区存在，湿区位于3 000～5 500 m。湿区位置和高度与云中过冷水区相一致，模式预报结果与实际系统发展情况对应较好。 根据模式预报，此时系统处于发展阶段，长春东—吉林中旱区处于系统前部，系统来向上云层条件更好，因为过冷水大值区处于旱区的南方，所以旱区南部作业条件较好，可以选择作为作业区。过冷水区分布在700 hPa以上，模式预报700 hPa为偏南风，在旱区南部作业，有利于催化剂向旱区扩散。
作业高度选择在3 500 m左右高度，这里有一过冷水大值区，在此高度上，冰粒子浓度较小，选取模式产品指标中的过冷水>0.01 g/kg、冰晶数浓度<20个/L，高空资料t-td<4 ℃，雷达回波强度20～25 dBZ、云厚>3 km、回波顶高>6 km为作业指标。根据预报的云系发展情况，确定作业区域四平、长春、吉林、白山地区。
3 飞机作业与观测
作业飞机13：55起飞，在3 600 m高度上作业，作业高度上温度为-5 ℃。作业目标云中含有一定量的云水，与模式预报的云中过冷水位置和含量相似。在雷达图（图4）上可以看到，云层条件比较好，回波顶高在7 km以上，作业高度上回波强度大于20 dBZ。此次飞行作业历时3 h结束，作业区域为四平、长春、吉林、白山地区。
4 作业效果分析
4.1 作业影响区确定
将作业航线按照拐点分成多个直线，每段直线作为播撒的一个线源，根据高空风向和风速，确定每个线源在特定时间内的扩散范围，最后将所有线源的扩散范围叠加组合，形成的区域作为此次作业的影响区。此次作业，高空风为偏南风16 m/s，作业影响时间按3 h计算，作业的影响区见图5。
4.2 作业影响区雷达回波分析
由图6可知，作业前30 min雷达回波中心强度为20～25 dBZ，回波中心高度在2～5 km之间，15～20 dBZ的降水回波分布在2～6 km之间，此时地面降水较少。作业后30 min，回波强度加强，出现25～30 dBZ回波区，20～25 dBZ回波区面积明显增大，高度较作业前降低，地面降水增加。作业后60 min，回波强度继续加强，出现30 dBZ以上回波，强回波高度继续降低，地面降水继续增加。作业后2 h，回波继续加强，出现35 dBZ以上回波，强回波面积继续增大，高度降至0～4 km，地面降水继续加大。对比作业前后，雷达回波逐渐增强，强回波面积逐渐增大，强回波高度逐渐降低，地面降水逐渐增加。
4.3 统计方法效果分析
利用房 彬等[7]CA-FCM方案，使用吉林省50个测站1997—2007年的雨量资料，对全省11年5月的降水资料进行统计聚类，全省降水测站可分成4类，即4个分区。作业影响区主要在3区和4区。3区的实测降雨量为682 343×103 m3、估计降雨量539 774×103 m3、绝对增雨量142 569×103 m3、相对增雨率26.4%、显著性水平α≤0.05。4区的实测降雨量为339 805×103 m3、估计降雨量276 433×103 m3、绝对增雨量63 372×103 m3、相对增雨率22.9%、显著性水平α≤0.05。这2个区作业都是正效果，且通过显著性检验。
5 结论
（1）根据模式预报与实测资料分析，此次天气过程水汽条件比较好，特别是5月11日，吉林省处于系统中心前部，此时系统处于发展阶段，云中出现了过冷水，且冰晶浓度较小，增雨作业条件较好。
（2）飞机作业中，云层条件比较好，云层较厚且比较稳定，适宜飞机播撒作业。
（3）通过作业前后雷达回波变化对比，雷达回波增强，强回波面积增大，强回波高度降低，地面降水增加。利用基于聚类分析的作业效果统计评估方法对此次作业效果进行评估，结果表明作业有正效果。
6 参考文献
[1] 李大山.人工影响天气现状与展望[M].北京：气象出版社，2002.
[2] 郭学良.大气物理与人工影响天气[M].北京：气象出版社，2010.
[3] 张沛纯，甘建辉，李志华，等.白龙湖库区资源性人工增雨典型个例分析[J].高原山地气象研究，2012，32（3）：71-75.
[4] 杨旭，陈宇，方晓.人工增雨作业过程个例分析[J].安徽农业科学，2009，37（35）：17812-17813.
[5] 胡志晋.层状云人工增雨机制、条件和方法的探讨[J].应用气象学报，2001（增刊1）：10-13.
[6] 王以琳，李德生，刘诗军.飞机人工增雨分层历史回归效果检验方法探讨[J].气候与環境研究，2012，17（6）：862-870.
[7] 房彬，肖辉，班显秀.CA-FCM方案与其它几种人工增雨评估方案的比较[J].气象科技，2008，36（5）：612-621.
关键词 飞机增雨；作业条件；效果分析；吉林省
中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0199-03
Analysis on Aircraft Precipitation Enhancement Operation in Jilin Province
WANG Zhou-xiang ZHAO Jin-tao GU Xiao-nan FAN Hai-jing SUN Hai-yan
（Jilin Weather Modification Office，Changchun Jilin 130062）
Abstract The operation of aircraft precipitation enhancement in Jilin Province on May 11，2014 was analyzed in this paper. It is summarized from the aspects of weather background conditions，operating requirements，operating condition forecast，aircraft operation and observation，operation evaluation，etc. The effect of the operation was evaluated by the cluster analysis method，the results showed that the operation had a positive effect.
Key words aircraft precipitation enhancement；operating condition；effect analysis；Jilin Province
人工影响天气在缓解水资源短缺、农业抗旱减灾、改善生态环境等方面发挥着越来越重要的作用[1-2]。1958年吉林省第一次飞机人工增雨作业，之后全国各地陆续开展飞机增雨作业工作[3-6]。与往年同期相比，2014年1—4月，吉林省平均气温偏高1.4 ℃，平均降水量偏少43%，西部白城平均降水量偏少89%。特别是进入4月，吉林省中西部粮食主产区降水比常年同期少95%，居同期少雨第3位，白城全区无降水，为历史同期最少。吉林省旱区主要位于白城地区东部和北部、松原地区南部、长春地区东部、吉林地区中部和北部及延边地区大部。从5月中旬开始，全省各地将陆续进入水稻适宜移栽期，水田泡田整地需要大量降水。2014年5月11日吉林省抓住降水天气过程，积极开展飞机人工增雨作业。本文针对当天一次飞机增雨作业过程，从天气背景条件、作业条件预报、飞机作业与观测、作业效果等几个方面进行分析。
1 天气背景条件
根据天气形势分析，集合多家模式预报及吉林省气象台预报，5月10日8：00，500 hPa北涡底部有南支槽在河套地区发展加深，并向东北方向移动，地面江淮倒槽强烈发展，中心强度达到1 000 hPa，倒槽前段至河套以东。11日8：00高空槽发展加强，形成闭合中心，中心强度达到556 hPa，槽前西南氣流加强，地面江淮倒槽北上至渤海湾，中心强度达到1 002.5 hPa（图1），之后经渤海湾继续北上直接对吉林省造成影响。
西南气流为吉林省提供了源源不断的水汽输送，10日8：00，在500～850 hPa有一个t-td<4 ℃的带状湿区，随着系统发展移动，湿区也逐渐向东北方向移动，11日8：00，水汽输送进入吉林省境内，5月11日系统处于发展阶段，云层比较稳定，而且此时吉林省处于系统前部，适于开展飞机人工增雨作业。根据省气象台预报，5月11日白天到夜间全省有降水，东南部地区小雨，中西部将达到中雨量级。实际降水情况与降水预报落区和强度比较一致。
2 作业条件预报与分析
2.1 作业潜势预报
10日17：00红外云图上，系统主体云系处于河套附近，系统前部云系开始自西南方向移入吉林省，地面尚未出现降水。至11日2：00云系继续北抬，进入吉林省西部地区。根据MM5_CAMS数值模式预报，从10日17：00开始，系统前部云系进入吉林省，云系移动的方向为西南—东北向。此时云中没有过冷水，作业条件不佳。至11日2：00，模式预报云系走向及性质与云图相近（图2），模式预报与实际云的情况相符。根据模式预报结果分析，云中一直没有过冷水，至5月11日12：00，随着云系移动发展，云中开始出现过冷水，但量比较小，在0.001 g/kg以下，且位置较高，在-10 ℃层以上，不适于飞机播撒作业。11日14：00，系统中心北部云系逐渐影响吉林省，云中过冷水量增加，达到0.01 g/kg以上；过冷水分布高度也有所降低，分布范围向下至-5 ℃层，位于3 500 m左右；冰晶数浓度在10个/L以下（图3）。11日14：00至11日夜间，云中一直有一定量的过冷水维持，此时云中具备一定的作业潜势。
2.2 作业条件分析
在11日8：00卫星云图上，云系覆盖吉林省中西部地区，模式预报的云带位置与实际云带位置相差不大。11日8：00，吉林省中西部500 hPa和700 hPa温度露点差都在4 ℃以下，说明在这2层之间有湿区存在，湿区位于3 000～5 500 m。湿区位置和高度与云中过冷水区相一致，模式预报结果与实际系统发展情况对应较好。 根据模式预报，此时系统处于发展阶段，长春东—吉林中旱区处于系统前部，系统来向上云层条件更好，因为过冷水大值区处于旱区的南方，所以旱区南部作业条件较好，可以选择作为作业区。过冷水区分布在700 hPa以上，模式预报700 hPa为偏南风，在旱区南部作业，有利于催化剂向旱区扩散。
作业高度选择在3 500 m左右高度，这里有一过冷水大值区，在此高度上，冰粒子浓度较小，选取模式产品指标中的过冷水>0.01 g/kg、冰晶数浓度<20个/L，高空资料t-td<4 ℃，雷达回波强度20～25 dBZ、云厚>3 km、回波顶高>6 km为作业指标。根据预报的云系发展情况，确定作业区域四平、长春、吉林、白山地区。
3 飞机作业与观测
作业飞机13：55起飞，在3 600 m高度上作业，作业高度上温度为-5 ℃。作业目标云中含有一定量的云水，与模式预报的云中过冷水位置和含量相似。在雷达图（图4）上可以看到，云层条件比较好，回波顶高在7 km以上，作业高度上回波强度大于20 dBZ。此次飞行作业历时3 h结束，作业区域为四平、长春、吉林、白山地区。
4 作业效果分析
4.1 作业影响区确定
将作业航线按照拐点分成多个直线，每段直线作为播撒的一个线源，根据高空风向和风速，确定每个线源在特定时间内的扩散范围，最后将所有线源的扩散范围叠加组合，形成的区域作为此次作业的影响区。此次作业，高空风为偏南风16 m/s，作业影响时间按3 h计算，作业的影响区见图5。
4.2 作业影响区雷达回波分析
由图6可知，作业前30 min雷达回波中心强度为20～25 dBZ，回波中心高度在2～5 km之间，15～20 dBZ的降水回波分布在2～6 km之间，此时地面降水较少。作业后30 min，回波强度加强，出现25～30 dBZ回波区，20～25 dBZ回波区面积明显增大，高度较作业前降低，地面降水增加。作业后60 min，回波强度继续加强，出现30 dBZ以上回波，强回波高度继续降低，地面降水继续增加。作业后2 h，回波继续加强，出现35 dBZ以上回波，强回波面积继续增大，高度降至0～4 km，地面降水继续加大。对比作业前后，雷达回波逐渐增强，强回波面积逐渐增大，强回波高度逐渐降低，地面降水逐渐增加。
4.3 统计方法效果分析
利用房 彬等[7]CA-FCM方案，使用吉林省50个测站1997—2007年的雨量资料，对全省11年5月的降水资料进行统计聚类，全省降水测站可分成4类，即4个分区。作业影响区主要在3区和4区。3区的实测降雨量为682 343×103 m3、估计降雨量539 774×103 m3、绝对增雨量142 569×103 m3、相对增雨率26.4%、显著性水平α≤0.05。4区的实测降雨量为339 805×103 m3、估计降雨量276 433×103 m3、绝对增雨量63 372×103 m3、相对增雨率22.9%、显著性水平α≤0.05。这2个区作业都是正效果，且通过显著性检验。
5 结论
（1）根据模式预报与实测资料分析，此次天气过程水汽条件比较好，特别是5月11日，吉林省处于系统中心前部，此时系统处于发展阶段，云中出现了过冷水，且冰晶浓度较小，增雨作业条件较好。
（2）飞机作业中，云层条件比较好，云层较厚且比较稳定，适宜飞机播撒作业。
（3）通过作业前后雷达回波变化对比，雷达回波增强，强回波面积增大，强回波高度降低，地面降水增加。利用基于聚类分析的作业效果统计评估方法对此次作业效果进行评估，结果表明作业有正效果。
6 参考文献
[1] 李大山.人工影响天气现状与展望[M].北京：气象出版社，2002.
[2] 郭学良.大气物理与人工影响天气[M].北京：气象出版社，2010.
[3] 张沛纯，甘建辉，李志华，等.白龙湖库区资源性人工增雨典型个例分析[J].高原山地气象研究，2012，32（3）：71-75.
[4] 杨旭，陈宇，方晓.人工增雨作业过程个例分析[J].安徽农业科学，2009，37（35）：17812-17813.
[5] 胡志晋.层状云人工增雨机制、条件和方法的探讨[J].应用气象学报，2001（增刊1）：10-13.
[6] 王以琳，李德生，刘诗军.飞机人工增雨分层历史回归效果检验方法探讨[J].气候与環境研究，2012，17（6）：862-870.
[7] 房彬，肖辉，班显秀.CA-FCM方案与其它几种人工增雨评估方案的比较[J].气象科技，2008，36（5）：612-621.