牛忠清 张苗苗 安英玉 张惠君

摘要 黑龙江省年平均降水量390～660 mm，历年有效降水不均，分布差异较大，区域性显著，一般东部多、西部少，西部地区水资源严重短缺。以上气候特点决定了黑龙江省有必要从空中云水資源中开发获取较多的降水，弥补农业生产、工业生产等方面的缺水现状。鉴于以上原因，需对云水资源潜力进行评估，在此依据CWRPEP方法对2013年黑龙江省云水资源人工增雨潜力进行评估，结果认为2013年黑龙江省云水资源人工增雨潜力共约为1.295亿t，具有较大的人工增雨潜力。

关键词 云水资源;CWRPEP方法;增雨潜力;评估

中图分类号 S161.6  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2015）03-251-03

The Evaluation of Artificial Precipitation Potentiality of Cloud Water Resource in Heilongjiang Province in 2013

NIU Zhongqing， ZHANG Miaomiao， AN Yingyu et al

（Weather Modification Office of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150030）

Abstract The mean annual rainfall in Heilongjiang Province was during 390-660 mm. Annual effective precipitation is not uneven in distribution. There was a great difference in the distribution of precipitation， more in East and severe watershortage of West. The above climate characteristics determine that it is necessary to gain more precipitation from the development of cloud water resource and relieve the water shortage situation in the industrial and agricultural production etc. In view of the above reasons， it is need to evaluate the developing potential of cloud water resource. The method of CWRPEP was used to calculate the developing potential of Heilongjiang cloud water resource in 2013. The results showed that： The total cloud water resource in Heilongjiang Province in 2013 is about 129.5 million tons. The exploited potentiality of water source in the air is large.

Key words Cloud water resource; CWRPEP method; Artificial precipitation potentiality; Assessment

作者简介 牛忠清（1983- ），女，辽宁西丰人，工程师，硕士，从事大气物理与大气环境研究。

收稿日期 20141204

黑龙江省是全国重要的商品粮基地，草原、森林资源丰富，属中温带、寒温带大陆性季风气候，年平均降水量390～660 mm，分布差异较大，区域性显著。一般东部多、西部少，中部山区最多。历年有效降水不均，尤其西部地区水资源严重短缺，特别是春季有“十年九旱”之说。夏季受海洋性季风影响，气候温热，雨量充沛，是主要的降雨时段。6～8月全省各地降水量一般在300～400 mm，占全年降水量50%～70%;冬季受极地大陆气团控制，气候严寒，干燥并漫长;春秋两季气候多变，春季风多雨少，易发生干旱^[1]。受全球气候变暖影响，黑龙江省平均气温在不断升高，降水减少，干旱频率增大。干旱造成农作物大幅减产，严重制约社会经济发展、粮食安全和生态环境建设。在当今水资源严重短缺的情况下，应当把开发空中云水资源、提高大气降水效率作为今后抗御干旱、弥补农业生产、工业生产等方面的缺水现状的重要措施之一。当前云水资源开发技术主要是人工增雨，即在云中适当部位播撒催化剂产生人工冰晶或促进大云滴的形成，使更多的云水转化为降水落到地面。伴随冻结、凝华潜热的更多释放，会增强上升气流和更多云水的生成。因此人工增雨的根本点在于对云水资源开发潜力有充分的了解，且不同的云因地区、季节、催化条件的差异而具有不同的特点。笔者采用CWR-PEP方法^[2]估算黑龙江省空中云水资源人工增雨开发潜力，并分析其季节特征，为充分开发黑龙江省空中水资源、科学开展人工增雨作业提供科学依据。

1 资料与方法

采用黑龙江省气象台2012年11月1日～2013年10月31日08：00的24 h降水资料，对全省80个气象站的降水量进行分析;应用全省80个气象站08：00 24 h 降水量资料及地面全要素填图02：00、08：00、14：00、20：00 4个时次的资料，利用其中的6 h降水量及云状对增雨机率进行分析;利用黑龙江省2013年飞机作业飞行轨迹、应用地面常规气象资料及全省全年的空域审批记录，使用CWRPEP方法对2013年黑龙江省空中云水资源进行评估。

目前评估云水资源的方法^[3-4]较多，而投入业务使用的并不多。根据中国局人影中心的研究，推廣使用CWRPEP方法作为业务评估云水资源量是可行的方法之一。云水资源人工增雨开发潜力评估方法可用方程表达为PEP=Tp×Ew×Pe，

式中，PEP代表增雨潜力;Tp为降水总量;Ew为增雨效率，即人工增雨量占自然降水的比例，国内外通过大量试验结果得出Ew的平均值为10%～15%;Pe为增雨机率，即适合并实施人工增雨作业所占降水区域时段的比例，可表达为：Pe= Pc×Pn×（1-Pk）×Pa，

其中，Pc为合适条件出现的机率，Pn为需求机率，（1-Pk）为避险机率，Pa为现有条件可实现作业的机率。

2 结果与分析

2.1 降水总量（Tp） 从图1a可以看出，2013黑龙江省年平均降水量为677 mm，降水主要集中在中部地区，包括黑河、伊春、哈尔滨以及鸡西、双鸭山的东部地区。从季节分布来看（图1b～e），春季降水主要分布在西北部、东南部地区;降水主要集中在夏季，主要分布在中西部地区，占全年降水量的47%～82%;秋季降水在东部地区略集中;冬季降水量较少，主要在中部地区及东部，仅占全年降水量的3%左右。

2.2 增雨效率（Ew）

2013年黑龙江省租用2架作业飞机，

注：a.全年;b.春季;c.夏季;d.秋季;e.冬季。

图1 2013年黑龙江省降水总量年、季分布

分别以哈尔滨、黑河、加格达奇为人工增雨基地，在全省以春秋防火、农业抗旱期等为目的不失时机地开展人工增雨作业。利用2013年黑龙江省飞机增雨的飞行轨迹，统计去除试飞等情况19架次飞机作业地面降水情况，对作业效果进行分析。

由表1可见，雨量最少增率为0.10，因此在文中增雨效率Ew取10%^[5]。

表1 2013年黑龙江省增雨效果检验分析

序号作业区域内

降水∥mm作业区域外

降水∥mm区域内降水-区域外降水区域外降水

1<0.10∞

21.21.00.20

33.33.00.10

40.50∞

5<0.10∞

62.40.10.23

70.10∞

80.60∞

92.22.00.10

100.10∞

110.10∞

122.00∞

135.30∞

1414.24.52.16

158.53.51.43

160.10∞

172.21.20.83

188.63.21.69

1914.56.21.34

2.3 增雨机率（Pe）

2.3.1 合适条件出现的机率Pc。按照人工增雨的云条件要求，总结评估区域和时段中符合人工增雨云条件出现的机率。根据各地长期作业经验和资料分析，统计给出其平均出现机率。

适合增雨作业的条件为以下2种情况：

有明显降水情况下，即雨量>0.1 mm;

没有明显降水，但满足低云量≥8，且有可降水的云出现;选取10种可降水的云，包括浓积云、秃积雨云、积云性层积云、普通层积云、层云或碎层云、碎雨云、不同高度的积云或积层云、鬃积雨云或砧状、透光高层云、避光高层云。

在满足适合增雨作业的云状的条件下，统计以上云状出现的时间占全年时间的百分比，即为Pc，结果发现在黑龙江省中部地区适合作业的机率较大，其值为6%～22%，超过14%的地区主要集中在黑河东部、绥化北部、伊春南部、哈尔滨中东部、双鸭山中部地区;最大达18%，包括伊春南部、哈尔滨东北部;从季节上看，夏季适合作业机率较大的区域主要位于省中部地区，秋季大值区位于中部及北部地区，而冬季大值区主要集中在北部地区。

2.3.2 作业需求机率Pn。在满足合适条件的情况下，当时当地增加雨量能产生明显的社会经济效益而需求作业所占的比例。

黑龙江省对增雨作业的需求主要为农业的需求，考虑到地面作业的覆盖面较广，分布在全省各个农业种植区，地面作业的需求基本可以代表该地区对于增雨的需求。因此考虑利用全省全年的申请空域的记录，统计其申请增雨作业的日数占全年的百分比，即为作业需求机率。

由于2013年黑龙江省面临较大汛情，全省对于增雨作业的需求较少，2013年全省申请空域总计3 530次，主要集中在黑河南部，也只有10%左右的机率;春夏秋季的需求也主要集中在大兴安岭、黑河等森林覆盖地区。

2.3.3 不宜作业的机率Pk。应避免作业可能带来局地灾害的风险。

考虑黑龙江省特殊的地理位置，暴雨及暴雪情况下作业均会带来灾害的风险，因此利用全省80个站暴雨日数或暴雪日数所占全年日数比例得出不宜作业的机率Pk。

从全年来看，2013年黑龙江省避险的机率较高，暴雨、暴雪的灾害发生较少;夏季及秋季在黑龙江省大部分地区出现较大降水，暴雨发生次数较多，因此避险机率相对较小，而春季和秋季发生暴雪、暴雨的次数较少，因此避险机率较大。

2.3.4 作业能力（实现）机率Pa。它是指对合适区域合适时机的降水云区，由于作业能力的限制，只能作业一部分，其所占比例为Pa。

黑龙江省主要考虑空域限制，包括飞机增雨作业和地面增雨作业，

飞机增雨作业的空域限制是统计成功进行飞机增雨作业的次数占申报的次数的比例;

地面增雨作业的空域限制是统计地面作业申报成功的次数占总申请次数的比例。

将飞机增雨作业机率同地面增雨作业机率配比一定的权重，最终得出作业能力（实现）机率Pa。

全省的增雨作业的空域申请批复率在36%以上，其中大兴安岭地区及中部地区较高，主要集中在春夏两季。

2.4 黑龙江省云中水资源人工增雨开发潜力PEP分布特征

黑龙江省空中云水资源非常丰富，但由于2013年黑龙江省面临较大汛情，夏季大部分地区对增雨无需求，因此2013年人工增雨开发潜力为1.295亿t（图2a）。但季节分布不均匀（图2b～e），夏季开发潜力较大，全省共计1.084亿t左右，春秋两季开发潜力相当，在0.2亿t左右，冬季较少。

注：a.全年;b.春季;c.夏季;d.秋季;e.冬季。

图2 2013年黑龙江省增雨潜力PEP年、季分布

3 小结

应用CWR-PEP方法估算空中云水资源人工增雨潜力，考虑了暴雨洪涝灾害不能作业的情况，同时考虑了有作业天气条件但主观不需要作业的情况以及作业能力的实现机率问题，因此所得结果应是黑龙江省目前人工增雨作业规模和技术水平基础上所能开发的空中云水资源，而实际大气中的水汽比计算所得大得多，但分析结果对开发黑龙江省空中云水资源无疑具有重要的参考意义。

参考文献

[1] 张焕昭，徐东亮，刘海群.黑龙江省空中云水资源开发现状分析与展望[J].黑龙江气象，2007（1）：11-14.

[2] 马玉岩，马学谦，康晓燕，等.青海省空中云水资源人工增雨潜力评估[J].青海气象，2012（4）：55-59.

[3] 代娟，黄建华，王华荣，等.襄樊市空中云水资源分布及人工增雨潜力研究[J].暴雨灾害，2009，28（1）：79-83.

[4] 周德平，宫福久，张淑杰，等.辽宁云水资源分布特征及开发潜力分析[J].自然资源学报，2005，20（5）：644-651.

[5] 中国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[Z].北京.气象出版社，2003：214-215.