控制论与人工影响天气II.工程控制论在人工增雨作业中的应用与建模

人工增雨已有60余年历史,虽已取得很多成绩,仍存在很多亟待解决的科学技术问题,典型问题如作业具有一定的主观性及其与效果检验有脱节.控制论研究如何对系统施加控制作用使其表现出预定行为.作者研究工程控制论在人工增雨作业中的应用与建模问题,将工程控制论引入人工增雨作业,称作“局部控制”方法.以冷云的人工催化过程为例,以单容加延迟的过程来简化单块冷云催化核化过程,建立了有反馈的冷云催化框架模型.根据效果调整催化剂的播撒率以实施控制作用,使作业后的雨云关键参数达到预期值.这种“局部控制”方法,可使现有作业更科学化和客观定量化,只在作业设备中增加一通讯单元和作为传感/变送器以及控制器的一套专业软件即可.“局部控制”方案也可嵌入以自然控制论为框架的大范围全面全程控制问题中,简化作业的方案.     

从自然控制论看黄河上游人工增雨

用自然控制论原理和方法,从理论上探讨了用人工增雨来解决黄河断流所遇到的一些问题及解决方案.结果表明,只有在黄河上游地区增加降水才可以缓解黄河断流问题,河曲地区是最佳人工增雨区.针对河曲有限区域人工调控天气问题,首次提出了解决人工增雨的正问题与反问题的概念.在此基础上,给出了河曲地区人工增雨的概念模型.     

国家级人工影响天气与人工增雨作业效果检验业务建设进展

自人工影响天气轨道“国家级人工影响天气业务建设”项目启动会召开以来，国家级人工影响天气业务建设项目工作已全面展开。     

控制论与人工影响天气 I: 人工增雨作业中的正反问题及最优调控

利用自然控制论的观点,重新审视了人工影响天气诸多方面的问题,提出了人工调控有限区域天气的正问题和反问题,并对最优调控问题,根据观测实例进行了分析讨论.结果表明,自然控制论是指导开展人工影响天气的一个好的理论框架,不仅要加强观测以了解自然降水过程,发展数值模式以更好的模拟实际降水过程,更需要开展反问题的研究;对最优调控的讨论表明,不能仅仅局限于有无催化可能,更应全面考虑降水云系的结构.     

新一代天气雷达产品在人工增雨作业中的应用

将新一代天气雷达产品和常规天气分析结合起来对 2 0 0 2年 5月 1 0日闽西武平县人工增雨作业条件和效果进行综合分析。结果表明 :(1 )将新一代天气雷达的众多产品结合常规天气分析 ,可提高人工增雨作业和效果评价的科学性、准确性 ;(2 )人工增雨作业取得明显效果 ,增雨 1 1× 1 0 8m3。     

人工增雨研究和作业的进展以及提高科学化的可行途径——“人工增雨研究专辑”前言

我国人工增雨研究有很好的成果,有大规模作业的丰富经验,近年来又有很大进步。"人工增雨研究专辑"选登其中一些具有普遍意义的成果和经验,以及未来近期内可以再进一步提高的一些思考和建议。作者试图先对这些经验和问题进行归纳概述和分析讨论。大体上说,这些成功的研究成果和作业经验有:选择有利于增雨的历史天气—气候背景条件、临近作业时对作业云的判断、机理的数值模拟、凝结核和雨滴及它们的谱分布规律和新催化剂的研制等。未来近期内应该做、而且可以有结果的使作业进一步科学化的工作,除结合经验介绍而指出的一些外,关键是:1)尽量做到观测—预报—作业—效果检验一体化;直接面对增雨作业效果本身进行检验,这样才能使作业和效果检验科学化。为此应用控制论的观点和方法(尤其是工程控制论和自然控制论)是可行的。2)要开展暖性对流云催化作业的研究。3)一定要对已有的工作经验进行系统总结,并一定要将研究工作和作业实践密切结合起来。4)一定要气象和水利部门协调起来,才能充分有效地解决四度空间的水资源利用问题。此外,还涉及其他一些人工影响天气的问题,如防雹、消雾等。     

多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的应用

利用湖南省境内的多普勒天气雷达探测资料,结合湖南省中小尺度地面降雨量资料,对催化作业前后日标云与对比云的多普勒天气雷达参数(回波顶高、最大反射率因子、垂直积分液态水含量、回波面积等)的变化特征进行对比分析.结果表明,催化后,目标云体雷达回波参数值均增大,约20～30 min后都能达到最强,而对比云增大率比目标云要小;作...     

宁夏适宜人工增雨作业天气条件分析

利用宁夏24个测站1971～2000年常规地面观测中总云量、低云量、云状、降水量等资料，结合NCEP／NCAR（1971～2000年）逐日全球再分析资料，对宁夏30年层状云、对流云及混合云降水的时空分布及环流特征进行综合分析。结果表明：30年中，宁夏层状云降水次数明显多于对流云和混合云降水次数，是宁夏降水的主要类型；而大雨以上降水主要为混合云降水；宁夏南部地区以层状云降水为主，北部地区对流云和混合云降水次数相对较多。     

适合飞机人工增雨作业天气系统的雷达回波特征分析

应用2004～2005年沈阳辉山新一代天气雷达资料和常规气象资料,对实施飞机人工增雨作业的天气系统、增雨作业云系及其雷达回波特征进行了归纳和分析,并提出了飞机人工增雨作业条件和作业时机、作业区域等判别方法,为实施飞机人工增雨作业提供科学依据。     

对流云人工增雨作业等级预报

结合南方对流云人工影响天气作业特点，在人影作业判据各项分指标的基础上，提出一种综合性判据，为基层人影作业提供操作性较强的人影作业指标。通过2001年作业试验，将作业等级结论与积云数值模拟结果和实际降水进行分析，验征了人影作业等级预报的可行性，这对于对流云人工影响天气作业指挥具有实际的意义。     

人工影响降雨再分配初步探讨

采用统计方法和数值模拟方法探讨人工影响后降水再分配和对局地降雨影响的可能性,统计结果表明：人工降雨影响了降水的自然分砷,在作业点下风方出现了二个影响区：一个是增雨区（出现在作业点下风方１５～５０ｋｍ）另一个是减雨区（出现在作业点下风方９０～１５０ｋｍ）数值模拟结果表明,人工催化影响降水演变过程,而且改变了降水的分布,通过人为有意识的影响,有可能达到调控降水,减弱局地降雨的目的。     

甘肃省飞机人工增雨天气系统分型和天气特点

选用2000～2003年3～10月,甘肃省实施飞机人工增雨的116架次资料为样本,以增雨当日08时500hPa资料为主,根据冷空气入侵甘肃的不同路径,将有利飞机人工增雨的天气系统分为5种类型：高原低槽型、西南气流型、平直气流型、西北气流型和北方低槽型,并分析了不同系统的特征。     

我国中部区域人工增雨天气系统分型及典型天气系统特点

利用常规气象观测资料、自动站观测资料和探空资料等,对所选取的2004—2013年共78例降水过程进行分析,将中部区域春秋季降水过程分为3个类型:低槽/切变线冷锋型、低涡(西南涡/西北涡)气旋型、低槽/切变线冷高压型。统计结果表明,中部区域春秋季降水出现概率最多的类型依次为切变线冷锋型、低槽冷锋型和西南涡类型,各天气类型的雨区移动方向均以自西向东为主,低层700 h Pa和850 h Pa多存在西南或偏南急流,水汽主要来自于孟加拉湾。分析中部区域3种主要降水类型特征及其增雨潜力区位置发现:1)低槽冷锋类型降水一般出现在500 h Pa和700 h Pa低槽前部、地面冷锋后部,多为连续性降水;其增雨潜力区主要位于500 h Pa低槽前部、700h Pa槽前和西南急流出口区的左侧,以及地面冷锋后部或锋线附近区域。2)切变线冷锋类型降水多出现在地面冷锋后部、低层切变线两侧附近;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa两切变线之间且较靠近700 h Pa切变线一侧、急流出口左侧的带状区域。3)西南涡波动类型降水一般出现在低涡中心及700 h Pa暖式切变线两侧附近,降水持续时间较长;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa低涡中心附近及暖式切变线北侧区域。     

祁连山中段人工增雨(雪)的气候分析及其有利天气

重点分析了祁连山下肃南的天气气候特点,探讨在祁连山区中段进行人工增雨(雪)的有利天气条件及其日数。结果表明,祁连山区中段的降水量远远大于河西盆地;降水量随海拔高度增加而增大;有利人工增雨(雪)的年平均日数有146.4 d;一年中3~10月每月有雨(雪)日在10 d以上;5~8月以对流性降雨为主。     

北京2008年奥运会开幕日云、降水特征及人工影响天气作业分析

2008年奥运会开幕日当天北京及周边地区出现了较强对流云团,尤其是西南和东北两个方向云体发展旺盛,并且向北京城区形成“合围”之势,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据天气实况,北京市有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨作业。利用自动气象站雨量监测、雷达云和降水探测以及卫星资料反演的云特征参量,通过对奥运会开幕式活动期间云、降水主要特征及人工消减雨作业的物理响应分析,结果显示：2008年8月8日傍晚至夜间北京西南和东北部郊区(县)对流发展较强,19时（北京时间,下同）至23时降水集中分布于北京房山区与怀柔区、密云县一带。北部—东北部对流云团和雨带在向东北方向缓慢移出过程中曾出现西伸、南压现象,西南部对流云团在进入房山区后其主体移动缓慢,雨区向东偏北移动并威胁到城区和国家体育场,最后云团沿东南方向逐渐移出北京市。结合地面火箭作业的时间、空间分布,通过对目标区内自动气象站雨量、雷达回波探测和卫星资料反演的云、降水宏微观特征参量变化分析均表明,大规模和高强度的火箭引晶作业对抑制云、降水的形成和发展起到了一定作用。     

不同降水天气系统自然降水特征及火箭人工增雨潜力分析

统计分析了1981~2000年20年中15种降水天气系统影响下河北地区自然降水特征,并对火箭人工增雨的潜力进行了初步分析。统计分析表明:西来槽类、高空低涡类、冷锋、切变线和副高后部等天气系统是影响河北地区的主要降水系统,其降雨量和降雨日数占到了90%以上;不同的天气系统在不同季节对降水的贡献有所不同,其中西来槽类的降雨量和降雨日数均居首位,开展人工增雨催化作业机会最多;夏季降水系统最强,云水资源最为丰富,人工增雨潜力很大,是开展火箭人工增雨催化作业的最佳季节,春秋两季增雨潜力明显比夏季小,冬季最小;倒槽、副高后部、台风低压、高空低涡类和气旋类等系统最强,日降雨量和单位面积降雨量明显比其它系统大,尤其对蓄水型火箭增雨作业十分有利。     

江西省人工影响天气工作高质量发展思考

为贯彻落实国务院、江西省委省政府关于推进人工影响天气工作高质量发展的部署,通过现场座谈、信函采访、电话咨询、问卷调查等方式,围绕人工影响天气组织体系、法规体系、业务体系、服务体系、科研体系、安全体系、经费保障机制等方面,对贵州、重庆、宁夏、甘肃、云南、福建6个省(市)人工影响天气工作现状和未来发展进行调研,总结了外省在人工影响天气工作中许多值得学习的经验,同时对比分析了江西省人工影响天气工作的的短板和优势,提出推进江西省人工影响天气工作高质量发展的对策与建议。