参考网

一次农业抗旱飞机人工增雨探测个例分析

2019-01-14 02:43:20 吉林农业 2019年24期

摘要:人工增雨是一项复杂的人工干预局部大气过程的科学实践,本文基于卫星、雷达、探空、飞机云雨微物理观测及地基观测等资料,对2005年6月21日一次农业抗旱飞机人工增雨个例进行分析。结果表明:此次是以低压天气系统为背景的雨层云(Ns)降水过程,云中液态水和过冷水含量具备增雨基本条件;地面至高空,系统稳定少动、降雨持续性强,云中可降水粒子浓度0℃层以上分布趋势为先增后减,但总体大于0℃层以下浓度;云层下湿上干、温度露点差随高度增加、云中存在较强上升气流,利于云体发展,具备一定的增雨潜力。

关键词:人工增雨;宏微观特征;微波辐射计;PMS;低压系统

基金项目:国家重点研发项目“我国北方局地突发性强降水机理及预报方法研究”编号:2018YFC1507300

中图分类号: P481                               文献标识码:  A                 DOI编号:   10.14025/j.cnki.jlny.2019.24.083

吉林省是国家重要商品粮生产基地,多年来粮食产量和人均占有量均居国内前列。同时吉林省也是水资源严重匮乏的省份,全省水资源总量仅为402亿m3。吉林省年平均降水量为612.4mm,中部地区的长春市年平均降水量为577.1mm,东南部地区的集安市降水量最多,年平均降水量为917.6mm,西部地区的通榆降水最少,年平均降水量为370.7mm。受降水空间分布影响,吉林省西部为半干旱区,南部为湿润区,其他地方为半湿润区。受季风气候影响,吉林省四季降水量以夏季最多,占全年降水量的60%以上,4~5月降水量仅占全年的14%,吉林省春旱发生频率较高,尤其西部地区有“十年九春旱”之说[1],对吉林省粮食生产造成严重影响,因此,吉林省自1958年便在全国率先开展了飞机抗旱人工增雨作业,并一直延续至今,人工增雨已经成为吉林省农业抗旱减灾的一项重要科技手段。

1 天气概况

2005年6月20日~22日08时和20时500hPa高空图有一低压天气系统影响吉林省中部地区,22日08时500hPa高空图显示原有高空槽发展加深,并有一股冷空气伴随高空槽西北路径移入吉林省;850hPa和500hPa高空图低压与高空槽位置配置基本一致,且低压中心有一横向切变线,覆盖长春至白山一线,而中东部地区出现了西南风风速辐合区;从温度场配置来看,吉林省处于冷槽演变过程中,-12℃冷中心在吉林省东部地区,全省温度露点差均≤4℃,属于湿区范围。

综合分析:吉林省处于高空槽、低层切变线的共同作用下,热力条件和水汽条件配合较好。

2 飞机探测资料分析

2.1机场地面实况

从2005年06月21日早6:30分记录的机场地面实况:地面实时气压997hPa、温度17℃、湿度93%、南风6m/s、蔽光层积云(Scop)、中雨、低压天气系统,这些数据与长春54161站基测和放球瞬间监测数据较为一致。

2.2飞机探测资料分析

2.2.1宏观资料分析 增雨飞机于6月21日早06:44分从长春大房身机场起飞,沿“长春-公主岭-伊通-长春”航线飞行,同时开启飞机机载PMS-2DP、2DC、FSSP-100、KLWC-5(液态水含量仪)、机载微波辐射计、GPS(卫星定位系统)等观测设备,实施大气探测与数据取样工作。飞机起飞后先是逐步爬升到云底(1000m)飞行20分钟后继续向上爬升,并且每爬升600~800m之后便保持高度平飞5分钟,之后接续向云顶目标飞行,且直至云顶;在云顶高度保持飞行15分钟后改为下降飞行。飞行探测过程中,探测到的降雨云主要为雨层云(Ns),其云底高度为1000m左右,包括一些碎雨云(Fn)。飞行过程中探测到的云顶高度为5500m,零度层高度为3600m(这与探空探测到的零度层高度3769gpm十分接近)。此外,在飞机钻云爬升、平飞和下降探测过程中,观测到“云体较黑、间歇性颠簸、零度层高度以上云体较亮、冰晶较多、飞机风挡和机翼、轮胎结冰较厚等实际情况”都说明了该目标云系含水量丰富、过冷水较多、系统结构稳定、降雨在持续等实际状况。

2.2.2 微观资料分析 雨层云(Ns)是厚而均匀的降水云层,能遮光蔽日,呈现暗灰色,水平分布范围广,通常降连续性雨或雪,且云低混乱,无明显边界,此次探测完整地反映了雨层云的这些概念特征。

图1和表1为机载微博辐射计观测数据+GPS高度数据叠加效果图和机载PMS参数变化表,二者很好地反映了探测云体各层的液态水含量、云粒子浓度变化、温度等变化[2]。根据图1显示的数据可知,目标云液态水含量和过冷水含量的变化是随着飞机探测高度的增高而呈现逐渐减小的趋势,并且飞机在零度层高度以上飞行时,云中过冷水的含量则随云体高度的升高而迅速减小,这与机载微波辐射计随飞机动态观测的数据一致,因为飞机飞的越高,距离云顶就越接近,二者之间的云层厚度就越薄,期间的液态水和过冷水含量自然就越少的道理是一致的,如图1中飞机飞行最高处区间,与云液态水含量低值区间一一对应,反映了云体垂直液态水分布的整体状态。

表1反映了热线含水量仪(KLWC-5)和FSSP-100探测数据在0℃高度以上呈现逐步递减变化趋势一致,这一变化趋势恰好与机载微波辐射计观测数据变化趋势相同。飞机机载云雨微观探测数据表明,目标云以0℃层为界限,上下雨滴谱、云滴谱、云粒子浓度、液态水含量的变化趋势观测数据,可为人们掌握目标云宏微观特征和开展实际催化增雨提供理论依据。

2.2.3长春雷达回波分析 从2005年06月21日06:43分和08:02分两次雷达PPI和RHI图像演变过程可以看出,降雨云系主体回波都在22dBZ以上,回波主体顶高在5km以上,且从06:43分~08:02分超过1个小时的雷达回波演变过程,雷达回波始终处于稳定并逐步增强发展状态,这与探空和飞机实际观测结果基本一致。

3 结语

以低压天气系统为背景的雨层云(Ns)降水过程,具有降雨持续、范围分布广,云中液态水和过冷水含量较为丰富等特点。

雷达、探空、飞机等综合观测资料显示,地面至高空,系統云系相对稳定少动,云中可降水粒子浓度0℃层以上分布趋势为先增后减,但其浓度仍大于0℃层以下浓度,主要因素:目标云过冷水含量丰富、上升气流较强、融化层较厚等综合作用的结果。

云系下湿上干、温度露点差随高度增加、云中存在较强上升气流,有利于云体发展,具备一定增雨潜力。

参考文献

[1]孙力,梁洪海,郭春明,等.《吉林省气候服务手册》[M].长春:吉林大学出版社,2018.

[2]魏重、雷恒池、沈志来.地基微波辐射计的雨天探测[J].应用气象学报,2001,12(S1):65-77.

作者简介:汪晓梅,本科学历,工程师,研究方向:云降水物理与人工影响天气。

网络出版时间:2019/12/2  13:47:12

网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/22.1186.S.20191202.1347.001.html