山东主要农作物人工增雨效益评估

通过分析山东降水与主要农作物产量的关系,得到降水对作物产量的动态定量贡献,从而获得人工增雨的最佳作业时间,并定量评估增雨对农作物的直接经济效益。     

北京地区人工增雨效果和防雹经济效益评估北大核心CSCD

基于近年来北京地区开展的人工增雨、防雹作业情况,利用农业气象灾情统计资料和经典的区域历史回归统计方法,对2004 2010年北京地区人工增雨效果和防雹经济效益进行了客观定量地评估。结果表明:(1)在5 9月的评估期,随着作业样本数逐年累加,人工增雨平均相对增雨率逐渐趋于稳定,并维持在20%左右;在所选目标区,连续7年的人工增雨作业累计增加降水量约417.8 mm,增雨效果显著。(2)年平均人工防雹经济效益约2.48亿元,多年平均防雹投入产出比为1∶16。人工防雹效益最高、最低年份分别在2009年和2005年,对应投入产出比分别为1∶27和1∶6。     

北京地区人工增雨效果和防雹经济效益评估

基于近年来北京地区开展的人工增雨、防雹作业情况,利用农业气象灾情统计资料和经典的区域历史回归统计方法,对2004 2010年北京地区人工增雨效果和防雹经济效益进行了客观定量地评估。结果表明:(1)在5 9月的评估期,随着作业样本数逐年累加,人工增雨平均相对增雨率逐渐趋于稳定,并维持在20%左右;在所选目标区,连续7年的人工增雨作业累计增加降水量约417.8 mm,增雨效果显著。(2)年平均人工防雹经济效益约2.48亿元,多年平均防雹投入产出比为1∶16。人工防雹效益最高、最低年份分别在2009年和2005年,对应投入产出比分别为1∶27和1∶6。     

2004年春夏季海南火箭人工增雨效果检验

运用双比分析和降水量区域历史回归两种分析方法,对2004年春夏季海南省的火箭人工增雨作业进行了效果的统计检验,选用1962~2001年的资料建立了对比区—人工增雨作业目标区回归方程。初步计算表明,2004年春夏季人工增雨作业141 d约增加降水199.6 mm,降水总量约24.6×108m3,投入与产出比为1:37。     

一次春季人工增雨作业条件分析

利用常规气象观测资料和雷达卫星等资料对2016年春季承德市一次火箭人工增雨的物理量、云系演变、探空资料、雷达参数等作业条件进行分析,结论如下:(1)缓慢移动的西风槽天气系统、充沛的水汽辐合条件有利于较强降水的产生。(2)人工增雨的最佳作业时机应选在处于发展阶段的云系且降水回波强度普遍25dBz,回波顶高度在5km左右,增雨效果比较明显。(3)数值预报产品能够比较准确地预测云系的发展演变趋势以及垂直结构,对确定作业潜力区及作业时间起到积极作用。(4)选择两个自然降水相近的区域,建立统计关系,可由对比区降水量推算出目标区降水期望值,将推算值与目标区实测降水相比,即可得到目标区人工增雨净增加降水量和相对增雨率。     

人工增雨效果检验统计方案设计

选取陕西关中地区历史上未进行人工增雨作业的 1 0次层状云降水过程的小时雨量 ,针对陕西省人工增雨作业现状 ,把关中地区划分成 8个区域 ,采用区域回归评估方法 ,设计出一种适用于关中地区实际作业效果检验的新统计方案 ,结果得出了相关较好的区域间的回归方程 ,根据实际作业情况和高空风确定目标区或对比区 ,即可得出整个区域内作业后雨量的增加值。     

库区蓄水型人工增雨效果评估及其应用

通过对降水影响系统分型,给出了以同一影响天气系统下的降水时段为评估单元,对降水前后目标区和控制区的流域面雨量、入库流量和作业前后雷达回波参量进行评估,并对2005年夏季增雨作业个例进行了计算,结果表明,雷达回波参量在作业前后有明显的变化,平均增雨率为19.61%,投入产出比为1:37,经济效益显著。     

盐湖区小流域人工增雨方案及效果检验

为了增加盐湖地区的降水，保护自然资源，运城市气象局和南风集团合作实施了人工增雨作业，给出并详细分析了增雨作业方案。同时利用盐湖区2001年7月至9月的降水量资料，采用回归统计评估法进行了效果检验。通过计算得出2001年人工增雨作业为盐湖区增加了30%左右的有效降水。     

山东济宁地区人工增雨效果检验

利用国内外普遍应用的区域雨量对比和历史区域回归试验2种增雨效果统计检验方法,分析适用于山东济宁地区人工增雨效果检验的评估方法。运用区域雨量对比试验计算出2次稳定性降水过程增加的降水量,运用历史区域回归试验法计算了2006~2009年济宁地区人工增雨作业的平均增雨量,对2月和4月的增雨效果进行了对比分析。结果表明:效果检验方法的不同导致人工增雨的降水量增加效果差别较大,利用区域雨量对比方法对济宁地区人工增雨效果评估非常实用。     

飞机人工增雨作业的决策方法

利用中尺度模式计算云中的宏观物理特征量,结合分析作物生育期内不同时段降水对产量的影响程度及其变化特征,计算了不同区域逐旬每毫米增雨对作物经济效益的影响。提出用冰面饱和、水汽垂直输送、水汽积分量等云的宏观指标和各主要农作物不同生育阶段增雨的潜在经济效益指标等共同确定播云作业区的决策方法。在山东省人工增雨业务技术系统实践中,完成作业时间、作业高度和作业区范围的决策过程。     

聚类分析在人工增雨效果检验中的应用

在前人研究工作的基础上，对非随机区域历史回归试验进行了改进，提出了一种新的试验方案——基于聚类的浮动对比区历史回归人工增雨效果统计检验方法（CA-FCM方法），并与浮动对比区历史回归统计检验方法（FCM方法）进行了比较。通过对河南省春季6次作业进行评估得出：由于CA—FCM方法采用了聚类分析，提高了对比区和影响区的相关系数，及引入了整层大气可降水量作为协变量，所以提高了作业区自然降水量估计值的准确性，比FCM方法有更高的效果评估效率。     

液态CO2人工引晶后云微物理和降水变化的观测分析

根据飞机探测仪器观测到的云中粒子微观结构，结合卫星、雷达和常规天气资料，分析了人工增雨作业前后云的宏、微观物理结构和降水变化。结果表明，作业后影响区云中的冰晶浓度、雨滴直径比对比区有明显增加，云中过冷水减少；对比区降水回波强度和强回波区面积变化不大，而影响区最大回波强度增大,强回波区的面积扩大，降水增加。这与影响区云中降水粒子增多、直径增大是一致的，这些结果说明了液态CO2催化层状云的物理响应。     

层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究

层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。     

2014年春季华北两次降水过程的人工增雨催化数值模拟研究

在WRF中尺度模式中耦合了中国气象科学研究院发展的CAMS（Chinese Academy of Meteorological Sciences）云微物理方案,并在CAMS方案中增加了直接播撒冰晶（S1方案）和播撒碘化银催化剂（S2方案）两种云催化方案。利用此模式,对2014年我国华北干旱期间开展飞机增雨作业的两次降水过程（个例1:5月9～10日;个例2:5月10～11日）进行了云催化数值模拟研究,分析了催化对降水和云物理量场影响,对比了S1和S2方案催化效果的异同。结果表明,在云层适当部位播撒催化剂,两种催化方案均会达到增雨效果,催化会引起云中各水凝物的明显变化,并导致催化区域温度、垂直速度的变化。个例1中,S2方案的催化影响范围要大于S1方案,在播撒区下游地区,S2方案催化效果要强于S1方案;而个例2中两方案催化效果没有表现出显著差异。S1和S2方案的催化效果在不同个例中表现不同,其重要原因在于两种催化方案的催化机制差异以及云系动力条件、水汽条件的不同。通过采用适当的催化剂量,在其他催化设置条件相同的情况下,S1和S2方案可以取得相似的催化效果,但需注意由于二者催化机制的差异,在一些具体云系条件下,二者的催化效果会有一定差异。当实际人工增雨作业采用碘化银催化剂时,相应的催化模拟研究使用S2方案更为适合。     

对流云人工增雨效果检验技术方法及应用

对流云降水时空变差较大,利用WoodleyRosenfeld提出的建立在雷达资料基础上的移动目标单元法对对流云增雨作业进行效果评估。利用塘沽、北京及秦皇岛3部雷达资料,对其进行插值处理,确定移动目标单元识别和跟踪方法,然后在移动目标单元中确定催化单元和对比单元,记录每个单元的物理参量,利用Z-R关系反演降水量,对物理参量和反演降水量做统计分析,定量计算增雨效果的同时提供人工增雨的物理证据。应用该方法对2011年7月24日对流云人工增雨作业效果进行评估,结果表明:催化剂进入云中后使得最大回波强度增强,回波顶高增加,从物理角度证明了催化对增加降水起到了一定作用。利用降雨率对增雨作业进行定量效果分析,结果表明该次作业相对增雨7.69%,显著度检验值0.043,增雨效果较为显著。     

三江源地区对流云吸湿性催化的数值模拟

采用二维分档对流云模式,模拟研究了不同的云凝结核(CCN)背景下三江源地区对流云及其降水的发展,以及吸湿剂的催化效果。结果表明:该地区对流云以冰相过程为主,霰粒子在降水发展过程中具有支配性的作用;初始CCN数浓度增加使降水延迟、降水量减少;催化效果在初始CCN数浓度较高的环境下更好;在云发展的早期,于云底上升气流区播撒吸湿剂,能够获得较好的降水增加效果;对催化结果起决定作用的是粗粒子,小粒子对催化起到负作用。这些结果表明,在合理的催化方案下对该地区作吸湿性催化能得到较为理想的增雨效果。     

Cloud Seedability Study with a Dual-Model System

In this research,a novel dual-model system,one-dimensional stratiform cold cloud model(1DSC) coupled to Weather Research and Forecast(WRF) model(WRF-1DSC for short),was employed to investigate the effects of cloud seeding by silver iodide(AgI) on rain enhancement.Driven by changing environmental conditions extracted from the WRF model,WRF-1DSC could be used to assess the cloud seeding effects quantitatively.The employment of WRF-1DSC,in place of a one-dimensional two-moment cloud seeding model applied to a three-dimensional mesoscale cloud-resolving model,was found to result in massive reduction of computational resources.Numerical experiments with WRF-1DSC were conducted for a real stratiform precipitation event observed on 4-5 July 2004,in Northeast China.A good agreement between the observed and modeled cloud system ensured the ability of WRF-1DSC to simulate the observed precipitation process efficiently.Sensitivity tests were performed with different seeding times,locations,and amounts.Experimental results showed that the optimum seeding effect(defined as the percentage of rain enhancement or rain enhancement rate) could be achieved through proper seeding at locations of maximum cloud water content when the updraft was strong.The optimum seeding effect was found to increase by 5.61% when the cloud was seeded at 5.5 km above ground level around 2300 UTC 4 July 2004,with the maximum AgI mixing ratio(X s) equaling 15 ng kg 1.On the other hand,for an overseeded cloud,a significant reduction occurred in the accumulated precipitation(-12.42%) as X s reached 100 ng kg 1.This study demonstrates the potential of WRF1DSC in determining the optimal AgI seeding strategy in practical operations of precipitation enhancement.     

多普勒雷达数据在海南省人工增雨效果评估中的应用

采用地面降水资料、多普勒雷达数据、探空资料等,利用自主开发的系统软件对实测资料进行增雨效果统计检验,通过目标区作业前后雷达参量的演变或目标区与对比区的回波参量的差异,来完整的分析2010年8月11日海南西部多点作业情况的催化效果。物理统计分析结果显示,催化一般在作业后半小时内起到效果并达到最强,目标区的最大强度、强回波区面积、液态水含量、回波顶高的增大率大于对比区的值,催化作业确实延长了目标云的寿命。     

一次飞机冷云增雨作业效果检验

最近60多年,全球范围内广泛开展了人工增雨作业,但人工增雨效果检验一直是个难题。传统上,利用雨量计和目标/对比区统计数据评估人工增雨效果,结果大多不确定。对一次人工增雨作业而言,从科学上给出令人信服的效果检验更是没有好的解决方案。2017年3月19日,陕西省实施业务飞机冷云增雨作业播撒含有750 g碘化银（AgI）的催化剂,播撒线长125 km。作业后卫星、雷达观测到一条与播云线对应的清晰的云迹线,地面雨滴谱仪观测到相应的雨强、雨滴数浓度、雨滴直径增大,表明播云使云体产生了增雨响应。针对这次增雨过程,从连片雷达回波中分离增雨作用造成的回波增强带（增雨影响回波）和确定了自然降水回波强度,建立增雨影响回波强度（Z）与地面雨强（I）的拟合关系（Z-I关系）,定量研究人工增雨的时、空演变。结果表明:（1）增雨影响时间约4 h,增雨影响回波区域（增雨影响区）面积为5448 km2。该区累计降雨总量和增雨总量分别为1.518×106 m3和8.04×105 m3,增雨影响区内增雨率达53%。（2）总降雨量、增雨量、自然降雨量随时间先增后减,总降雨量与增雨量的峰值同步,两者峰值都早于自然降雨峰值;催化后146 min （04时47分,世界时,下同）,每6 min增雨量达到最大,为4.9×104 m3;催化后174 min （05时15分）,增雨雷达回波面积达到最大（1711 km2）,面积峰值滞后增雨量峰值出现。（3）增雨影响区位于播撒线下游,呈条带状;区域内总降雨量空间分布为中间大边缘小,与增雨量空间分布一致。（4）此次增雨作业改变了降雨时、空分布,促进降雨形成,增加了地面降雨量。      

1975—1986年古田水库人工降雨效果总分析

本文对福建省古田水库地区1975—1986年人工降雨试验效果进行总评价.12年共进行244次随机试验,三种不同的统计分析方法(区域回归分析法、双比分析法和多元回归分析法)均表示122次催化平均相对增雨在20％左右,显著度高于5％水平.此外,按云型、天气条件、雷达回波顶温度分类统计,为选择有利作业条件提供科学依据.云和降水物理观测(冰核、雨水中银离子含量、雷达回波和雨滴谱)及数值模拟的工作,其结果为人工增雨统计结论提供某些初步物理学解释.