人工降雨方法
人工降雨方法范文第1篇
关键词 人工增雨；意义；原理；效果；检验方法；山东济宁
中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）07-0271-01
2002年7月，由于连日的干旱少雨，京杭大运河山东济宁段的水位急剧下降，遭遇了40年罕见的枯水期，运河济宁段航道的水位达不到通航水位，京杭大运河济宁段逾130 km的主航道目前全线断航，最高峰时有2 000余艘运输船只和6 000～7 000人滞留在京杭大运河济宁段。2012年6月底，持续干旱导致山东济宁市断流河道75条、小水库干涸126座，10.9万人出现临时饮水困难，农田受旱面积达26.67万hm2以上。全年平均降水量为526.2 mm，较常年偏少20.9%。为了缓解干旱造成的灾害，及时开展人工增雨作业十分必要。近年来，济宁市气象部门充分开展人工影响天气作业，主要用于开发空中水资源，探讨人工影响天气的原理和方法，对于抗旱、缓解水资源短缺具有现实的意义。
1 人工增雨的意义
现阶段人工增雨主要是针对当地的地理背景，在结合自然环境的基础上，选择适当的云体部位进行人工催化作业，从而有效增加降雨量，达到增雨的目的。相关的技术水平还处于研究与应用试验相结合的阶段，技术方法尚未完善，但是已经取得了显著的成效，逐渐形成人工增雨的业务体系，济宁市气象部门在合理利用现有水资源的同时，通过人工增雨以增加空中降水。经过近几年的人工增雨试验，仅2012年济宁市共组织大规模人工增雨作业4次，发射火箭弹43枚，增雨量达443.3万m3，有效缓解了旱情。人工增雨作业已经成为一种人类抗拒自然灾害的有效途径和手段[1]，对国民经济发展具有促进作用。
2 人工增雨效果的物理检验
为了进一步提高人工增雨作业的增雨效果，提升其科技水平，应当对雨季人工增雨的可能性进行充分了解。因此，对人工增雨的催化效果进行估算及分析，可以有利于把握作业条件，选择适宜的作业时间，从而取得较大的社会、经济效益[2]。目前，在人工影响天气科学研究中，一个重要的组成部分就是客观、科学、定量地评价人工增雨的催化效果。主要采取2种检验方案，即随机化试验和非随机化试验[3]。
人工增雨效果检验，主要对业前后云的宏观以及微观结构变化进行分析，通过空中和地面降水的形成、发展过程，综合判断作业效果是否明显[4-5]。到目前为止，人工增雨试验主要是基于改变云的某些微物理条件，通过这些方面的变化达到形成降水或增加雨量的效果。通过人工增雨试验效果的检验，可以反映云的物理结构发生的异常变化，这是人工影响的直接效果，因为人工手段的催化，形成云的宏微观结构变化，而其间接效果则是雨量的增加。
3 人工增雨效果检验的方法
效果检验是人工增雨工作中一个重要的研究内容，济宁地区人工增雨作业时段主要集中在2—5月。有利于济宁地区人工增雨的天气系统主要有冷锋、冷涡横槽、南支槽、南方气旋、回流，根据资料统计分析，西北冷锋是所有冷锋降水中最频繁的系统，在春、秋季抓住时机对冷锋天气进行“催化”，将得到很好的增雨效果。大面积火箭人工增雨作业的主要对象是层状云和混合云，其中以层状云系作业效果最好，其次是混合云，而对流云由于持续时间短、移速快、范围小，作业效果一般。适合济宁地区人工增雨的检验方法主要有区域雨量对比试验和历史区域回归试验统计方法。
区域雨量对比试验，利用2次以上人工增雨个例分析，充分考虑作业时的云条件和多种雷达参量，通过回归分析雷达参量，确定影响面积，选择合适的作业区和对比区，计算出作业时增加的降水量。从区域站所测量的地面降水情况进行分析，得出作业目标区降水量明显大于对比区，取得了较好的正效果即检验有效。
历史区域回归试验统计，利用30年的济宁和相邻地区的降水资料，对人工增雨较多的月份进行回归分析，可以得到区域雨量相关系数。对所确定的目标区和对比区的历史资料进行正态分布检验；其次进行相关系数检验；而后进行一元线性回归分析，确定回归方程，同时对回归方程进行显著性检验；最后以对比区催化作业月的实测资料代入回归方程得目标区的期望值，以与目标区催化作业月的实测降水量相比较得出增雨量，同时对增雨量的显著性进行检验[5]。
4 参考文献
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人工降雨方法范文第2篇
关键词 人工增雨；效果评估；随机化；非随机化；区域对比；河南周口
中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）24-0195-03
Evaluation Method of Artificial Precipitation Operation Effect in Zhoukou City
KONG Qing-wei SHEN Xiao-qing
（Zhoukou Meteorological Bureau in Henan Province，Zhoukou Henan 466000）
Abstract Zhoukou City is the a big grain-producing city in Henan Province，and drought occurred frequently in recent years，so the amount of artificial rainfall for the purpose of drought resistance has been increasing. In order to evaluate the effect of rainfall enhancement，this paper compared the three basic methods of physical assessment，numerical simulation test and statistical test，and analyzed the advantages and disadvantages of the three methods.Results showed that the effect evaluation method adopted at present was statistical test，which was a regional random cross-comparison experimental method in randomized process. In this paper，the concrete implementation and calculation of this method were described in detail. With this method，the operation process of Zhoukou City on April 5th，2016 was evaluated scientifically. The results showed that this operation increased the rainfall by 7.01 million tons，the rainfall effect was significant.
Key words artificial precipitation；effect evaluation；randomization；non-randomized；regional comparison；Zhoukou Henan
周口市位于河南省东南部，属黄淮平原，海拔高度为35.5～64.3 m，总面积1.07万km2（以下均不含省管县鹿邑），人口逾1 100万人，耕地面积100万hm2左右，是河南省第一产粮大市、全国粮食生产先进市、国家重要的商品粮生产基地。但由于周口市地处南北气候过渡带，气象条件复杂多变，旱、涝、风、雹、霜冻等自然灾害频繁，尤以干旱为重，对农业生产造成了非常不利的影响。特别是在全球变暖的背景下，旱涝灾害往往是交替出现，防汛抗旱、防灾减灾形势异常严峻，已成为制约周口市农业生产、经济发展和社会安定的重要因素之一。
人工影响天气地面作业以增雨、增雪为主，作业器具主要采用高炮和火箭。随着近年来作业量不断加大，人工增雨作业效果的科学评估日渐成为一个重要研究课题。
1 人工增雨作业效果检验与评估方法
人工影响天气作业效果检验与评估是云和降水科学研究的重要组成部分，也是本学科领域一项亟待解决的研究性和业务性难题。目前，国内外主要采用物理检验、数值模拟检验和统计检验3种基本方法，并且科学的效果检验也已从以往单纯的一种检验方法向物理检验、数值模拟检验和统计检验相结合的综合性检验方法发展[1]。
1.1 物理z验与评估
物理检验可以提供验证人工影响天气科学概念和作业技术方法的直观信息，为评估人工影响天气的作业效果提供物理学证据。物理检验的作用主要包括2个方面：一方面是借助观测手段验证对云施加影响后所期望发生的一系列物理过程是否发生；另一方面是为统计检验提供物理学证据。只有通过周密的设计和全方位的监测才能使物理检验所提供的信息具有更高的价值。为此，在进行物理检验时，需对自然云物理本地特征及自然变率加强监测和研究。
物理检验具体检验内容主要包括云的宏观特征变化、云微物理参数变化、示踪物与降水化学响应等，主要借助气象卫星、气象雷达、飞机、探空气球以及照相或录像等技术手段，观测采集资料进行分析对比。该方法可以为人工增雨作业效果定性分析提供物理证据，但无法给出定量的结果，加之目前各种观测指标容易受到多种因素制约，精准度存在较大自然变差，所以周口市目前没有采用该检验方法。
1.2 数值模拟方法与评估
数值模拟方法评估人工增雨作业的效果，首先是根据云和降水的宏观动力学和微物理学过程，建立一套能够较真实地模拟自然云和降水在各种条件下发展过程的数值模式，然后根据人工影响天气播云理论与假说在模式中合理地描述人工催化的作用[2]。
数值模拟在人工增雨作业效果评估中主要起2个作用：一是优化试验方案设计，预测目标云的可播性，选择合适的作业器具及技术方法，提高播云催化试验的预见性、科学性，从而避免盲目性；二是定量预测催化与不催化情况下云和降水的发展与演变，并与实际观测结果对比，从而判断出人工影响天气作业的效果。
现阶段，由于对云和降水自然规律以及人工催化影响机制了解的还不够深入，当下的数值模式产品对实际云和降水过程做了相当大的简化，还不够完善，用于直接定量地预报云和降水结构、发展与演变过程仍然较为困难，所以数值模式目前还不能作为一种十分可靠的效果检验手段来应用。
1.3 统计检验与评估
增雨效果的统计检验以地面降水量为统计变量，由于降水量在时空分布上存在巨大差异，使得运用统计方法时试图在降水自然起伏背景上对影响区或作业云的自然降水量作出客观和定量的估计[3]。
对于统计检验，目前国际科学界普遍接受的是随机化对比试验，这种方案是经过严格科学设计来实施的效果检验，原则上可以做到符合随机抽样规则，定量地检验出效果并指明其可靠程度。但由于这类试验需要放弃1/2左右的作业机会，人们在抗旱增雨的业务实践中难以接受，因此国内人工增雨作业大多为非随机化试验[4]。现有的非随机化试验方案有序列试验、区域对比试验、区域历史回归试验、区域控制模拟试验、基于聚类的浮动对比区回归统计检验方案、复随机化试验、区域趋势双比分析方案等，但上述几种非随机化试验进行效果检验也面临着若干问题：一是自然降水预报的精度不能满足效果检验的要求。人工增雨催化效果R=R催-R自，其中R催为催化后催化云或影响区实测降雨量，它包括人工影响的效果和自然降水R自的部分，可以通过地面雨量站实测得到，但R自无法通过实测获得。由于目前还无法对自然降水做出准确的定量预报，因此该方法开展实施仍较困难。二是非随机化试验的功效、准确度、灵敏度低，影响效果统计检验的客观性和科学性。
2 周口市常用的人工增雨效果评估方法
2.1 人工增雨效果评估方法的选取
周口上空处于双十字线航道交叉口，据不完全统计，每天经过周口上空的飞机约1 200架次，并且距离新郑机场较近，飞机飞行高度相对较低。这些不利因素很大程度上限制了周口市人工增雨作业空域申请及批复，同时由于所辖县（市）较多，很多时候周口市人工增雨作业采用分批次、多时段模式进行。由于所辖县（市）作业区域存在时间差，目标区域选取在一定程度上比较接近随机过程。结合近年来实际作业情况，对比分析3种不同的效果评估方法的利弊，周口市目前常用的仍是随机化过程中的区域随机交叉对比试验方法。
区域随机交叉对比试验方法[5]要求不考虑地形的影响，雨量分布均匀且雨强小、云内上升气流小、云层较为稳定。由于周口地处平原地带，地形起伏较小，基本可以忽略地形对降水的影响。同时，考虑到作业时的天气过程大多为相对稳定的层状云降水，因此在对比区域的选取上周口相对较为自由灵活。除了人工催化这一因素外，其他因子对降水贡献没有系统性的误差。通过催化区域和未催化区域比较，如果这2组区域观测到雨量有明显的差异，就可以归因于人工增雨作业带来的效果。
2.2 区域随机交叉对比试验计算方法
2.2.1 对比区和影响区的选取。影响区是指受到人工催化作业影响的地区，一般位于人工催化作业的作业点下风方向。影响区的大小取决于很多因素，如火箭发射的仰角与方位角、高空引导风的风向与风速、催化剂的影响时间等[6]。
对比区是指不受人工催化作业影响的地区，通常对比区的选择要满足以下要求：不受人工催化作业影响，与影响区地形相似，作业期2个区所受影响的天气系统以及降水类型相似，两区均应有较稠密的自动雨量站。
2.2.2 对比区和影响区平均雨量R对和R影。目前，周口市自动雨量站分布较广，采用区域内雨量站雨量算数平均更具有说服力，具体计算公式如下：
R对=■■ri
R影=■■ri
一般催化剂有效作用时间定为3 h，因此ri为作业3 h后所选区域内各雨量站点雨量值。
2.2.3 计算增雨量。计算出对比区和影响区平均雨量R对和R影，令影响区面积为S，W为影响区增加的雨水量，那么W计算公式如下：
W=（R影-R对）×S
2.3 周口市人工增雨作业效果评估实例分析
2016年4月5日8：00起周口市有冷锋云系自西南向东南移动，移速约为30 km/h，逐步开始影响周口市。15：00，云中局部具有丰富的液水含量，光学厚度最大可达40，云顶温度局部最低约为-40 ℃。根据以上分析预测5日18：00至6日8：00，云系将主要影响周口市南部、西南部地区，并逐渐向东南方向移动。云顶温度较低，云光学厚度较大，云垂直发展密实，云中可能有过冷水，都有一定的地面增雨条件。4月5日，周口市人影办组织全市积极做好人工增雨作业准备，预设作业点地理分布见图1。
结合有利天气形势及空域批复情况，周口市项城、淮阳、西华、沈丘4个县（市）成功开展了人工增雨作业，对比天气发展过程，取上游商水和郸城分别为对比区，项城和沈丘为有效影响区，具体见图2。
按照上述计算方法，在A区域和B区域内分别取6个自动站雨量值算术平均得平均雨量R对A和R影A，R对B和R影B，计算结果见表1。
对比分析可知，4月5日夜间周口市人工增雨作业2个区域共增加雨量701万t，增雨效果较为显著。
3 结语
本文采取的区域随机交叉对比试验计算方法的前提是假定作业期间自然雨量的空间分布统计上是均匀的，这与实际发生的自然降雨有区别，存在一定的局限性[7]，但计算结果在很大程度上能反映高炮、火箭作业效果，仍不失为目前u估人工增雨作业效果的一种简单可行的方法。
4 参考文献
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人工降雨方法范文第3篇
关键词：非饱和土；降雨；降雨入渗；土坡稳定
中图分类号：TU 433文献标志码：A文章编号：16744764（2013）06001606
降雨导致的滑坡是一种常见的自然灾害，在广东、广西、云贵川等地，降雨引至的滑坡时有发生，社会影响重大。近年来我国频繁遭遇强降雨等极端天气，由此引发的滑坡灾害越来越为人们所关注。所以分析降雨影响下的边坡稳定性是很值得重视的课题。
通常地下水位以上的土是非饱和土，它具有异于饱和土的特殊性质——降雨时边坡中非饱和土的饱和度逐渐上升，与此同时土的强度降低、渗透性增加，边坡变得更加危险。从20世纪开始，国际上便已展开针对非饱和土及非饱和土边坡的分析研究[1]。已有研究涵盖了很多方面，如非饱和土性质、稳态渗流条件下边坡稳定性分析、降雨过程中坡体内基质吸力分布及稳定性的变化等。研究方法包括足尺模型试验，缩尺模型离心机试验、数值模拟等。实验方面， Moriwaki等[2]、林鸿州等[3]都在足尺实验中实现了边坡的降雨型破坏，实验结果与真实情况很接近；张建民等[4]、Ling等[5] 分别进行过含软弱层边坡和长边坡的离心机实验，利用人工降雨让边坡破坏，发现了特殊边坡的破坏模式和规律。数值计算方面，也有很多研究者做了很多工作，例如Ng等[6]研究了降雨量、降雨持时对边坡稳定性的影响，通过计算发现当总降雨量一定时，降雨持续时间会对降雨结束时的安全系数有显著影响，且存在一个临界持时，当持时等于临界值时土坡稳定安全系数最小。Tsaparas等[7]利用假想的边坡分析了降雨量、降雨持时、初始水位、渗透性对降雨诱发滑坡的影响，发现上述参数的取值对计算结果影响较大。进行这类问题的数值计算，可采用有限元法或简化方法进行非稳态渗流计算[89]，用极限平衡法或强度折减有限元法进行边坡稳分析[1011]。孔郁斐，等：降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响
前人的研究和计算已经覆盖了非饱和土边坡稳定性分析的很多方面，也曾研究过降雨过程中边坡稳定性的变化[12]，不过鲜有人关注雨后的情况。本文不仅考虑了降雨过程中，还分析了降雨结束后边坡稳定性的变化，展示了一个全过程。通过一个典型边坡的计算发现：虽然降雨过程中边坡的安全系数逐渐减小，但是雨停的时刻并不一定是安全系数最低的时刻，雨后随着雨水继续下渗，边坡安全系数还有可能在较长时间内继续减小。1非饱和土理论和边坡稳定分析方法
1.1非饱和土基质吸力
土是三相体，土中水压和气压分别为uw和ua。非饱和土中，uw低于ua，ua-uw被称作基质吸力，记作Ψ（单位：kPa）。一般若空气相互连通，可认为ua=0，Ψ=-uw。此时孔隙水压为负，基质吸力为孔隙水压的绝对值。在饱和土中ua=uw≥0，Ψ=ua-uw=0。后文中为描述方便，在同时涉及饱和区和非饱和区时使用“孔隙水压”一词，非饱和区的基质吸力等于孔隙水压的绝对值；强调非饱和区的变化特征时使用“基质吸力”一词，对应的孔隙水压等于基质吸力的相反数。
基质吸力分布或含水量分布是计算的初始条件，天然土层的吸力分布存在较大的随机性[14]，它与土的性质、周边环境以及水文历史有关，可以通过实地测量或经验估计来获得[15]，也可根据长期的气象条件，利用软件进行模拟给出其估计。易知，若上表面降雨量与蒸发量均为0，地下水面以上基质吸力将呈直线分布；但自然状态下土的基质吸力一般有上限，霜露、植被等自然环境的影响可以使得在相当的深度范围内基质吸力为常数，故通常可认为基质吸力在水面以上一定范围呈直线分布，某点的基质吸力水头等于该点到水面的距离，到达上限后，基质吸力与高度无关、为常数。
计算中边界条件的选取与地质情况、降雨量等有关。如果雨水能够全部从上表面入渗，不产生地表径流，则入渗的速度等于降雨速率，计算中上表面使用流量边界条件（第2类边界条件）；如果因降雨量较大或土体渗透性较小，雨水不能全部入渗，则可能产生地表径流，流过的区域表面几乎处于饱和状态，使用水头边界条件（第1类边界条件），令表面压力水头为0。除上述2种情况外，降雨时还可能出现更为复杂的情况，可酌情适当偏于保守地简化处理，或者进行考虑地表径流的更复杂的计算。
本文的渗流分析使用数值计算软件GeoStudio 2007的地下水渗流分析模块SEEP/W，计算1个均质的边坡，不考虑地表径流，用有限元法计算渗流过程中的瞬态孔压，进而得出不同时刻的孔隙水压力分布或基质吸力分布。
1.4边坡稳定分析
基于渗流计算结果及土体强度参数可以进行极限平衡法或强度折减有限元法的边坡稳定性计算。极限平衡法将滑体划分为较多土条，通过静力分析判断边坡的稳定性，计算滑动力与抗滑力的比值、滑动力矩与抗滑力矩的比值得到安全系数。常用的极限平衡法包括：瑞典条分法、简化毕肖甫法、简布法、MorgensternPrice法（简称MP法）等等。本文计算中使用MP法，它是一种严格条分法，同时考虑了力的平衡和力矩的平衡；在建立极限平衡方程时，同时考虑土条间法向力和切向力、并建立反映二者关系的条间力函数X=Eλf（x）。力安全系数与力矩安全系数随着条间力函数权重λ的变化而变化，MP法的安全系数位于这两条曲线的交点，该方法适用于计算包括圆弧滑裂面在内的任意滑裂面。2边坡在降雨全过程中的状态变化
3影响规律研究
3.1不同深度的滑裂面，受降雨影响程度不同
在极限平衡法计算安全系数时，可以假设无数个滑裂面（圆弧的或者任意形状的），在一定限制条件下可以找到安全系数最小的滑裂面。由于土体的性质随时间改变，每个滑裂面的安全系数都在随时间变化。含水率的增大导致土体抗剪强度减小——对较深的滑裂面，若降雨尚未渗到滑裂面所处深度，其安全系数随降雨持时的变化不大；而对较浅的滑裂面，雨水很快可以渗入它通过的区域，其安全系数在降雨开始后很快就降低。这里所说的“深”和“浅”并非几何概念，而是与受降雨影响的程度有关。边坡土体不透水的情况下，即便降雨持续很久，坡面以下几十cm处含水率依旧保持不变；如果边坡渗透系数较大，坡内孔隙水压对降雨的响应就较快。
通过一些计算，可以总结出深层滑裂面和浅层滑裂面的安全系数变化规律。图11是两类滑裂面安全系数随时间变化的示意图。降雨开始后浅层滑裂面安全系数逐渐减小，如果降雨时间较短、降雨量小，则雨水可以很快下渗，土坡的安全系数在雨停后即可回升；如果降雨时间较长，安全系数在降雨过程中会趋于一个下限值，雨停后安全系数回升。深层滑裂面在降雨初期不会受影响，如果降雨时间较短，雨停之前该处土体还不受影响，水在雨停后继续下渗，安全系数才逐渐减小、继而回升；如果降雨时间较长，安全系数在雨停之前就开始减小。
3.2降雨持续时间的影响
降雨的强度和持续时间对边坡稳定性的变化趋势也有较大的影响。如果降雨速率不变，持续时间延长，则较长时间后边坡内的渗流会趋于稳态，安全系数也达到一个固定值：新的算例如图12所示，降雨时间由基本工况下的1 d延长为3 d，降雨速率不变，2 d后安全系数趋近于1.78，并保持恒定，这是11.12 mm/h的降雨速率下本算例边坡可能达到的最低安全系数。第72 h降雨停止后安全系数立刻反弹，不再有下降段。通过该算例和其他相关算例的计算，我们发现，在特定降雨强度下，可找到一个与之对应的临界持续时间，在此临界时间之前安全系数几乎呈线性变化，该时间点以后如果降雨速率不变，则安全系数不再继续减小。
4结论
研究了降雨对均质非饱和土边坡稳定的影响的相关理论和计算方法，结合算例计算了不同工况下降雨过程中及降雨结束后边坡稳定性变化，可以得到以下结论：
1）降雨强度和持续时间对边坡安全系数有显著影响。若降雨速率不变、降雨时间足够长，安全系数会在一段时间内持续下降，其后趋于恒定。
2）安全系数不一定在雨停的时刻达到最低点。雨停后随着雨水继续下渗，边坡安全系数还有可能在数小时至数天内继续减小，正因如此，很多滑坡灾害发生在雨后。
3）浅层滑裂面对降雨的响应较快，其安全系数在降雨开始后很快开始下降，降雨结束后也很快开始回升；深层滑裂面的安全系数在更长时间后才会对降雨情况的变化有所响应。
参考文献：
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人工降雨方法范文第4篇
关键词 人工增雨；数值模拟；效果评估；甘肃康县；2016年
中图分类号 P481 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0246-03
人工增雨（雪）效果检验是一个极为重要而又复杂的科学技术问题。云作为检测对象，具有复杂多变又极不稳定的特点，因此对其进行有效检验是亟需攻克的难题。效果检验和评估是人工防雹增雨重要技术工作之一[1]。我国目前主要的效果检验和评估方法有物理检验、统计检验和数值模拟等[2-4]。
1 火箭增雨作业技术
由于人工增雨技术在时间、空间上跨度较大，催化剂用量小，指标较低，背景条件较宽，因此火箭作业系统也适用于人工增雨作业。由于火箭发射高度高，比较适用于海拔高度较低的地区或0 ℃层高度较高的春秋季，因此不论是我国南方还是北方，目前人工增雨作业广泛使用火箭作业系统。
开展火箭播撒人工冰核作业时，为了给火箭燃焰播撒高度层的确定作为参考，在作业区对-12～-6 ℃月平均等温线的平均高度进行统计[5]。设计火箭的发射运行轨迹时，在 -10 ℃维持准水平为最佳，播撒限定范围不能超过-15～-5 ℃的区间。箭运行轨迹顶应当与播云目标区中心位置尽可能接近，射击方法有梯形射击、平面射击等。
当达到雷达识别指标或出现满足宏观特征的目标云移入作业点有效作业距离时，即可按规定仰角实施火箭发射作业；当作业区上空目标云出现较强降雨、目标云处于明显减弱阶段或作业目标云移出火箭作业系统作业区时，可停止作业[6-9]。根据人工增雨目标云的实际情况，每隔10～20 min发射2～4枚火箭弹；发射方式采用同仰角水平扇扫，层状云的扇扫角度应大于90°，对流云或混合云可根据云层的实际宽度确定扇扫角度；孤立对流云视云体大小发射2～4枚火箭弹。发射方向应尽量选择云层移来方向[10-13]。
2 人工增雨效果评估
2.1 评估依据
为了有效检验和提升人工影响天气科技水平，应当对人工影响天气作业实际效果进行科学检验和评估，为之提供依据和标准，不仅是人工影响天气工作的重要组成部分，也可以推动人工影响天气进展，具有重要的作用[14-15]。选用探测手段和物理指标，要从本地条件出发设计效果评估方案。一般以市（地）雷达变化为主，可选择几项比较适用的雷达回波参量变化为主要依据（其它指标作为参考），或作为统计变量进行显著性检验[16]。
2.1.1 雨滴谱。在作业前和作业后分别对同一块云进行取样观测，分析雨滴谱的变化情况，针对雨滴谱是否变宽，结合与邻近同类云体比较，看雨滴增大，从而判断作业的有效性。通过多普勒雷达可以测量降水粒子垂直下落速度谱，反映粒子形态和谱宽度等特征的变化。如果作业后空中降水粒子变小，速度谱变窄，可视为作业有效；反之，则视为无效[17]。
2.1.2 雷达回波参量。对人工增雨（雪）作业前和作业后的雷达回波进行比较和分析，从而判断作业的有效性。通过观察云体的发展变化程度、雷达回波面积和强度的变化，结合降水则增加情况，评估作业有效或者无效。
2.1.3 数值模拟。在积云模式下进行作业前、后的数值模拟，并进行分析对比，为增雨效果评估提供佐证。
2.2 地面实况资料
2.2.1 增雨作业。炮位上风方、下风方及周围划分影响区与对比区内的雨量点，每隔10 km至少1个。重点是收集3～6 h雨量，并做好作业前后雨情记录。
2.2.2 作业影响区范围估算。由于作业对象云的强度、云体尺度、厚度、水汽含量、温度及背景系统的强度等不同，所以防雹增雨作业的受益面积难以精确计算。以高空风来向为上风方，作为引导气流，下风方为影响区；云的移速（V）可由雷达提供，也可由500 hPa或者700 hPa高空风推算；高炮控制范围（L）（射程半径3.5 km，含下游共7 km）；云过境持续时间（T）（可由雷达提供，也可用作业时间推算）；以上3项数值相乘可估算影响区面积，影响区面积：S=L×V×T[18]。
2.2.3 综合分析与显著性检验。作业前后影响区与对比区降雨量或雹灾灾情分布、严重程度等实况是进行分析和检验的主要依据。雷达指标对云中不同高度的物理参量变化是重要的评估指标[19]，应进行多样本显著性检验。
为了提高效果评估的可信度，可选用与云的降雹特征和造成降雹的云变化特征有关的物理参量作为统计量，进行多次样本的显著性检验，如两组样本差异显著，显著性水平α=0.05，可认为作业是有效的。各地可根据本地特点，也可采用其他统计方法进行统计分析，以改善和优化效果评估方法，使之更合理、客观。
2.3 增雨效果评估方法
以同一时段内，以订正后的省级预警落区及时间为背景，结合雷达回波变化情况，以3～6 h内雨量实况为基础，并根据上、下风方向，比较对比区与影响区雨量，综合判断，得出时空对比的效果图。最好能收集各地较为详尽的雨量历史资料，为了优化和改善效果评估方法和结果，可以结合似天气背景、历史样本、历史资料，尤其是时间、空间分布较密的雨量资料，采用统计分析或者同时段差值分析，比分析历史相关性。对试验区作业效果进行评估，可加密布设测雹板，获取雹谱分布或计算落地冰雹动能；有条件的地方或试验区可以进行雷达、探空加密观测；加密雨量网点或雨量自记，无人气象站等[20]。试验区如有周密设计的资料积累，30个样本以上可以进行多物理参量的统计分析与检验，来提高效果评估的可信度。
3 康县增雨效果评估实例分析
3.1 事件基本情况
甘肃省乡村旅游精准扶贫现场会将于2016年5月20―22日在甘肃省康县举行。根据兰州中心气象台、陇南市气象台和康县气象局综合预报，20―21日受大范围降水云团影响，康县境内将有阴雨天气。按照市委、市政府和组委会要求，陇南市气象局召开专题会议研究制定了全省乡村旅游精准扶贫现场会天气预报服务与人工消减雨作业实施方案，成立了气象保障服务小组，确定由陇南市气象局与康县气象局联合开展气象预报服务和消减雨作业。5月21日5：00―6：00，由陇南市人工影响天气办公室组织与康县人工影响天气办公室联合，分别在康县平洛镇团庄和城关镇黑马关2个作业点开展了火箭消减雨作业2点次（表1），共发射火箭弹16枚，取得了由阴雨天气转为多云天气的明显效果，保障了全省乡村旅游精准扶贫现场会各项活动的顺利开展。
3.2 作业风险
依据《人工影响天气管理条例》，在实施人工影响天气作业之前，应由当地人工影响天气主管机构和公安机关在作业点周围张贴公示，告知相关部门及群众，做好安全应急处置工作。因实施人工消减雨所使用的WR型增雨火箭弹可能会发生降落伞未拉出张开的情况（1%），出现火箭弹残骸砸坏房屋、森林等意外事故，导致人身伤害或财产损失。若出现上述意外，应当按照人工影响天气安全事故应急预案及时处置，并立即报告当地人民政府和上级气象主管机构，具体由批准该作业计划的人民政府依照有关规定处理。
3.3 作业影响力
人工消雨是通过在举办活动的上游地区进行大范围、大规模、密集的人工增雨作业，使天气系统的能量加速扩散，促使空中水滴提前快速形成，提前降落地面，从而保证举办活动地区不出现降水或减少降水量。就目前人工消雨的技术手段，对范围小、强度较弱的降水过程会取得比较理想的效果，但遇上大范围、强降水天气过程，影响力有限，还达不到完全消雨的效果。
3.4 天气实况
2016年5月19日经过对最新气象资料进行认真分析，气象台得出“康县境内5月20―22日以阴雨天气为主”的预报结论。同时，根据云的移动方向、速度等分析确定了作业地点、时间和发射仰角、方位及火箭弹数量，5月21日4：00作业人员及早赶往确定的2个作业点待命。分别于21日5：55和6：25在康县平洛镇团庄和城关镇黑马关2个作业点开展了人工火箭消雨作业，共计作业2点次，发射火箭弹16枚。
2016年5月22日8：00至23日8：00康县普降中雨，全县雨量均在10 mm以上。3个最大雨量观测点：杨河坝（18.9 mm）、迷坝（16.0 mm）、巩集村（15.5 mm），康县城区（12.4 mm）。
3.5 评估方法和资料选取
3.5.1 人工增雨区域历史回归统计与候降水量。对人工增雨效果检验中序列试验、区域对比试验、双比分析和区域历史回归试验4种常用统计方案，结果表明，评估结果准确度与作业样本数和历史样本数均有关联；相同条件下，区域历史回归试验较其他3种方案评估结果准确度更高；在规定显著度水平下，若要达到基本相同的评估结果准确度，区域历史回归试验所需样本数最少。作为一种经典的效果评估方案，区域历史回归试验在国内其他省市也经常被采用。其技术路线可简述为合理选取控制区和目标区，由2个区域自然降水历史序列建立起统计回归方程，假定作业期两区域的降水亦满足历史回归关系，则由作业期的控制区降水可推算出目标区降水期望值，并视为目标区自然降水估计值，与作业期实测降水相比，即可得到目标区作业期人工增雨净增加降水量和相对增雨率。
在选取控制区和目标区范围时，需综合考虑2个区域所处的地理地形、面积、天气气候背景等具有一定相似性与可比性，同时还需考虑区域内气象观测站的分布与资料代表性，保证历史资料长度和持续性。为避免催化作业给控制区造成影响，控制区一般选位于目标区上风方或侧方，两区相隔一定距离。以高空500 hPa风向作为引导气流来向统计分析陇南降水日（全市9个一般气候站任意一站出现降水日）的天气系统主要来向。从武都高空站降水日探空500 hPa风向统计中可以看出，引导气流来向主要集中在95.0～105.0°之间，日数分别占总降水日数的72.0%和86.1%，即本地降水系统主要来自偏西方向，并以自西向东影响为主。
经过对2007―2014年造成本地区域性降水天气系统的统计，高原槽、高原切变线、低层低涡切变线和西风槽是最主要的影响系统，分别占影响本地的天气系统总数的28.5%、16.0%、24.3%和32.2%。
陇南市降水主要天气系统包括高原槽、高原切变线、低层低涡切变线和西风槽等。基于以上基本天气背景，结合5月21―22日康县气象观测站分布与康县人影消雨区域、地面消雨作业站点分布情况，将成县的黄陈镇、索池乡、苏元乡、小川镇和鸡峰镇5个乡镇中所包含的毕河口、黄陈、锁池、苏元、新兴村和鸡峰山6个气象站所涵盖的无作业区域设为控制区的主要范围，而将开展地面火箭消雨作业较为集中的平洛、望关、长坝、碾坝、玄麻湾和香子坝6个气象站所涵盖的区域设定为目标区主要范围（图1、表2），2个区域内气象站间距15～45 km。影响陇南地区的大型降水天气过程一般可持续1～3 d，由此，在增雨效果评估中选取逐候降水量作为催化单元，即统计变量。考虑到北方气旋、锋面等不同天气系统的云系、云带和降水时空分布很不均匀，对控制区、目标区内分别涵盖的6个气象观测站的候降水量进一步作平均处理。
图2为2014―2015年控制区和目标区的平均年降水量变化。可以看出，2个区域平均年降水量的相关性很大，2014―2015年控制区和目标区年内各年的平均候降水量变化特征非常相似。降水量均主要集中在5―9月。
3.5.2 人工增雨效果评估情况。作业期降水概况及人工增雨效果统计，基于上述方案，对2016年康县人工消雨效果进行统计评估，通过临时新选取的2个地面火箭作业点，并于5月21日凌晨实施了人工增雨作业，使得所选控制区受催化影响增加降水量，而目标区由于受上游降水影响，其实际降水量明显减少，针对降水天气积极组织开展地面消雨作业，最大限度降低降水天气对活动的影响，为甘肃省乡村旅游精准扶贫现场会的成功举行提供了有利的天气条件。
从图1可以看出，实施人工增雨作业之后，整个目标区没有降水产生，而控制区大多站点产生了较大的降水，尤其是小川镇的新兴村降水1.2 mm。这表明，此次人工消雨作业效果比较显著。
准确及时的气象预报服务和有效的人工消减雨作业，全力完成气象保障服务任务，为甘肃省乡村旅游精准扶贫现场会的成功举行提供了有利的天气条件，为确保甘肃省乡村旅游精准扶贫现场会的圆满成功做出了积极贡献，得到了市委、市政府领导和大会组委会的高度赞扬，赢得了社会各界的一致好评。
3.6 存在的问题
（1）要取得更准确的评估数据，控制区和目标区的选取通过月或旬、候历年平均降水量来确定，其相关性会更客观一些。
（2）由于区域气象站目前只有2014―2015年的统计资料，样本量过于小，对评估周期性影响很大，以后随着乡镇区域气象站资料的积累，样本数的增加其评估效果会得到提高。
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人工降雨方法范文第5篇
效果。
关键词 人工液态水含量；人工影响天气；应用
中图分类号P4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）145-0057-01
人工降水是一项先进的科学技术，它主要是对需要进行降水地区的云层实施降水技术。在人工影响天气作业中，云中液态水含量的相关数值很重要，它是决定是否能够进行人工降雨的重要因素。近几年，云中液态水含量在人工影响天气中的应用是气象研究者的研究热点，在研究过程中，运用有效的探测方法来研究云中液态水含量，并对该技术在人工降雨中的推广做出前景展望。下面我们就来具体分析一下。
1 云中液态水在人工影响天气中的意义
云中液态水可以保持大气中的水分收支平衡，它的分布特征与演变规律是气象研究者的研究重点。云中液态水的意义很深远，它并不是独立的个体，与其他水分子之间是相互作用的，并对全球气候的变化产生有重要的影响。在气象学与物理学研究过程中，云中液态水含量是比较重要的云物理参数，它是气象研究者研究云物理过程的主要参考，也是气象局进行人工降雨作业的重要指标。另外，云中液态水含量的高低可以直接影响人工降雨的效果，可见云中液态水在人工影响天气中的重要作用。
人工影响天气作业过程中，云中液态水含量包含过冷水含量，实际上过冷水含量在人工降雨过程中是很重要的参照指标，以我国北方进行人工降雨目标云系来说，主要将该云系分为三个层次，并且需要从上到下进行分层，主要有冰晶层、冰晶与冷水滴共存层、水滴层。其中，冰晶层主要在-25℃到-30℃之间的区域。另外，冰晶的浓度相对较高，经过凝华后增长到最高点会自由下落，自由下落的过程中会播种目标云系中间层的冰晶，从而形成冰晶与冷水滴共存层，这一层次的温度一般在零摄氏度以下，它是根据冰水的转化进而形成的，也可以说它有“饲养”冰晶的作用。在目标云系的最底层，由于过冷水滴比较繁多，相对成熟的冰晶通过对过冷水滴的获取逐渐开始变大，从而形成了雪花。目标云系中的水滴层，温度一般在零摄氏度以上，中间层的冰晶落入水滴层后由于温度的升高会融化成雨滴，雨滴在掉落过程中就会因相互摩擦而逐渐增大。通过以上的分析我们可以了解到，在目标云系中的中间层与最下层中，过冷水滴与云中液态水含量都与降水有着很密切的联系。
2 云中液态水的探测方法
为了更好的观测气候变化与灾害天气的发生，气象部门要有计划地测量云中液态水，这对更好的掌握人工降雨的指标也具有重要意义。云和雨在气象部门研究中变化指数都很大，并且具有一定的复杂性和多变性。所以，科研人员在进行云中液态水含量的探测过程中，难度也比较大。目前，我国气象部门的探究重点就是要及时、准确的探测出云中液态水含量，这将是一个巨大挑战。对于云中液态水含量的探测方法有很多种，运用比较多的探测方法为微波辐射计探测、卫星遥感探测、飞机探测与雷达探测。这四种探测方法各有利弊，在探测过程中要根据实际状况选择合适的探测方法才能够取得理想效果。
近几年，微波辐射计探测技术应用比较广泛，相对其他探测技术也比较成熟，在云中液态水含量的探测过程中，由于所需的探测时间比较长，所以需要探测技术具有很好的连续性。但是微波辐射计探测技术的缺点是获取的信息具有局限性，并不能全面、系统的探测出想要得到的相关数据。如果运用微型遥感探测技术来探测云中液态水含量，可以获取比较广泛的探测信息，而它的缺点则是会因为时间与空间影响分辨率，人工发出的作业要求不能及时回应，从而会延误工作进度。目前，只有飞机探测才可以直接探测到云中液态水含量，由于条件有限，我国的增雨飞机只有增雨一个用途，并不能做云中飞行探测工作。同时，在降雨过程中飞机并不能探测到整个降雨过程，针对云中水含量中的数据也无法进行探测，因此，如果气象局在人工降雨中有实时探测的需求，飞机探测是做不到的。
在对云中液态水含量进行探测过程中，只有雷达最能满足探测的需求，它不仅可以保证空间探测的连续性，还可以在所有空间范围内进行探测，在人工影响天气作业中雷达探测技术可以发挥出它的全部优势。近几年，雷达产品与探测技术相继被提出，在人工影响天气中被广泛应用，它可以准确的获取云中液态水含量，还可以实时的了解水含量在云中的分布状况，对人工降雨来说是一项重要的指标。根据研究表明，雷达技术可以从不同高度、不同角度探测出云中液态水含量，可以给人工降雨的区域实时的提供有效的数据，从而推动我国人工影响天气技术的不断发展。
1998年，我国新一代天气雷达网出现，它对于人工影响天气的作业有至关重要的作用。在垂直积分液态水含量被提出后，它可以直接的反映空中水资源的分布状态，因此为人工降雨工作带来重要的参考数据，从而也在人工影响天气作业中被广泛应用。经过反复的研究试验，可以了解到，虽然垂直积分液态水含量在目前被广泛的运用，但是它也有不足之处，它不能准确的分辨清楚云中降水粒子的性质，在整个云层中，垂直积分液态水含量主要是根据不同雨滴建立的雷法反射率因子和液态水含量获得的，根据云层的变化和降水粒子的不同，雷达所反射出来的因子和云中液态水含量中有不一样的关系，因此，垂直积分液态水含量在计算过程中就会存在一定误差。
3 云中液态水含量探测技术在人工影响天气中的应用前景
随着我国经济的发展，科学技术的水平也在不断进步，在气象研究中，雷达技术以及其他探测气象技术设备在不断的更新与完善，此后将利用高新技术精准的探测云中液态水含量。随着探测技术的不断完善，探测技术的准确度与连续性也相继提高，给人工影响天气的作业带来一定的参考价值。在目前来看，云中液态水含量的探测技术还存在许多问题，需要将不同的探测设备相互结合，弥补技术中的不足，这个问题也是未来气象研究员需要研究的重点。
4 结论
本文通过对云中水含量在人工影响天气中应用的分析可以了解到，气象部门要想更好的掌握人工影响天气的重要指标，就必须准确的探测出云中液态的水含量。除此之外，气象研究人员还需要利用相应的云中液态水探测技术，来准确的获取云中液态水含量。云中液态水含量的数据在人工影响天气作业中及其重要，因此要具有准确性。在未来的人工影响天气工作中，气象研究员要完善并运用云中探测高新技术，精确的探测出云中液态水含量，从而会在一定程度上提升气象部门人工降雨的效果，也可以大大满足人们对降雨的需求。
参考文献
[1]袁健，赵姝，张维全，等.云中液态水含量在人工影响天气中的应用[J].安徽农业科学，2011（1）：508.
