銅陵市人工增雨消霾可行性分析

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　　摘要    通過分析銅陵市降水分布特征、霧霾分布特征、人工增雨潛力和人影作業效果等相關內容，討論銅陵市開展人影作業的可行性和實際成效。結果表明，銅陵市夏季受西太平洋副高影響，秋季受西北干冷氣流控制，多夏旱和秋旱天氣。霧和霾天氣主要出現在降水量較少的11月至次年4月，每年10月至次年3月，銅陵市有61 d可進行人工增雨作業的潛力日。銅陵市近10年作業25次，人影作業后持續降水成功率為81.0%，能見度增加率為75%，增雨和消霾效果較為顯著。
　　關鍵詞    降水分布;霧霾特征;人工增雨潛力;作業效果;安徽銅陵
　　中圖分類號    P481        文獻標識碼    A        文章編號   1007-5739（2019）06-0160-02
　　從20世紀50年代開始，在美、俄、烏克蘭、以色列等國家的一些區域，科學家經過長期理論研究和科學試驗，掌握了本地云雨特征和相應的人工影響天氣技術，證明了人影工作具有增雨的效果，并作為長期工作得以開展。例如，在以色列北部先后實施了2期人工增雨試驗計劃（1961—1967年和1969—1975年），得到相對增雨15%和13%的結果。從1975年開始開展了業務性的人工增雨作業計劃，1976—1991年的檢驗結果為相對增雨6%，取得了良好的經濟效益，投入產出比在1∶10以上。這些項目大多利用云水條件好的季節作業，增加了降水，再利用水庫、水渠等水利設施調蓄輸運，較好地開發了空中云水資源[1-6]。
　　我國的人影工作起步于20世紀50年代末。全國人影工作者克服種種不利因素，自主研發出總含水量儀、三用滴譜儀等一系列云霧觀測儀器，改裝了里-2型、伊爾-13型飛機，研制出調溫調壓冷云室等設備，并將其廣泛應用于云物理觀測、人影云霧試驗研究和人工增雨催化作業，室內試驗和催化劑研發試驗等也陸續開展[7-9]。21世紀初，由于防災減災和改善生態環境的需要，氣象探測現代化不斷推進，X波段雙偏振雷達、云雷達、激光雷達、微波輻射計、風廓線等一批云降水觀測儀器投入人影業務應用，自動觀測站、天氣雷達、氣象衛星、探空儀器等綜合氣象觀測系統的人影應用能力也隨之不斷提高，我國人影技術突發猛進，人影作業裝備自動化、信息化、標準化和高安全性水平不斷提升。近年來，我國積極運用現代科技手段實施人影作業，取得了明顯成效，在服務農業生產、減緩水資源緊缺、防災減災、保護生態以及保障重大活動等方面發揮了重要作用。根據科學試驗測試，人工增水是一項投入成本低、效益高的工作，目前國際公認的人工增水成本和效益的比例是1∶20～25[10]。
　　銅陵市作為安徽省重要工業城市，是長江中下游鐵路和水上航道的重要交通樞紐，是長江經濟帶的重要組成部分。近年來，隨著銅陵社會經濟的迅猛發展，干旱、霧霾等氣象災害事件逐漸增多，社會各界對構建生態環境的需求愈發迫切，對利用人工增雨消霾技術緩解夏季旱情、改善秋冬空氣質量提出了進一步要求。為滿足社會各界的迫切需求，構建銅陵生態宜居城市，本文分析研究了銅陵市人工增雨消霾作業的可行性。
　　1    資料與方法
　　所用資料包括銅陵市2008—2017年銅陵市及下轄樅陽縣的人工影響天氣作業記錄，包括作業點、作業時間和目的、作業效果等;1968—2017年銅陵市降水資料和2008—2017年銅陵市霧霾日數、地面能見度資料。
　　本研究主要通過概率統計、算術平均、線性回歸等方法分析銅陵市降水和霧霾天氣特征，分析人工增雨潛力，并通過比較增雨前24 h與增雨后24 h的降水量來評估人工增雨效果，通過比較消霾前6 h地面能見度平均值與消霾后6 h地面能見度平均值來評估人工消霾效果。
　　2    結果與分析
　　2.1    降水分布特征
　　通過統計分析近50年的銅陵市氣候資料，總結出銅陵市降水時空分布特點如下。
　　2.1.1    春季降水情況。3—5月是銅陵市由冬轉夏的過渡季節，冷暖氣團活動頻繁，導致風向多變，天氣晴雨相間，復雜多變，對流性天氣較多，易出現連陰雨過程。春季平均降水量為417.8 mm，占全年總降水量的30%;日降水量≥0.1 mm的歷年平均日數為40 d，約占全年總雨日的30%。
　　2.1.2    夏季降水情況。6—8月為銅陵市主汛期，大陸熱低壓形成，地面增溫明顯，同時西太平洋副熱帶高壓達到鼎盛時期，銅陵市盛行來自南海和孟加拉灣的西南氣流，雨量充沛。夏季平均降水量達555.6 mm，占全年總降水量的39.9%。夏季雨量主要集中在梅雨期，平均入梅期為6月16日，出梅期為7月10日，梅雨期24 d，梅雨量307.1 mm，約占夏季總降水量的55.3%。暴雨天氣也主要集中在夏季，占全年總數的66%，平均每年4.1個暴雨日;大暴雨則有75%出現在夏季，平均每年0.8個。出梅后有一段晴熱少雨期，可能有伏旱發生。
　　2.1.3    秋季降水情況。9—11月是銅陵市由夏轉冬的過渡季節，南方暖濕氣流減弱南退，北方冷空氣頻繁南下，極地大陸氣團逐漸影響銅陵市，東海洋面常有分裂小高壓盤踞，偏東風較多。秋季平均降水量為230.4 mm，約占全年總量的16.5%，降水日數27 d，約占全年總量的20.6%，秋旱天氣較多。例如1968年、1969年秋季降水總量分別僅為89、77 mm，較常年偏少7成，秋旱嚴重。2001年秋季降水量僅為89 mm。秋季最大日降水量為128.6 mm（1960年9月28日），平均暴雨日為0.5 d。 　　2.1.4    冬季降水情況。12月至次年2月，銅陵市處于蒙古高壓和阿留申低壓的控制下，常常受到北方較強冷空氣侵襲，偏北風居多，天氣寒冷，雨雪較少。冬季平均降水量僅為188.7 mm，約占全年總降水量的14%，其中12月降水量全年最少。2月立春以后，隨著南方暖濕氣流的增強，銅陵市降水逐漸增多，歷史最大日降水量為63.2 mm（1973年2月25日）。銅陵市每年都有降雪天氣，平均初雪日為12月24日;平均降雪日數為11.6 d，最多25 d（1974年）;最大暴雪量為49.7 mm（1984年1月19日）;最大積雪深度35 cm（2008年2月2日），雪災嚴重。
　　2.2    霧霾分布特征
　　分析統計銅陵市近10年霧霾天氣發現，銅陵市灰霾出現時間從2012年開始，年平均霾日為28.5 d，呈現先增加后減少的趨勢;銅陵市年平均霧日為16.9 d，呈現緩慢增加的趨勢（圖1）。
　　近10年銅陵市灰霾出現最多月份為1月和12月，分別占全年總霾日的16.1%和20.4%，出現較多月份包括2月、3月、4月、10月、11月，季節上主要出現在秋、冬季和春季;銅陵市霧出現最多月份為1月和11月，分別占全年總霧日的19.5%和21.9%，出現較多月份包括2月、3月、4月、12月，季節上主要出現在冬季和春季（圖2）。
　　2.3    人工增雨潛力
　　廣東省氣候中心杜堯東曾做過一項關于空中水資源狀況的研究，將日雨量≥0.1 mm且<50 mm的降水天數定義為可進行人工增雨作業的天數，從社會生產安全角度考慮，認為日雨量≥50 mm不宜進行增雨作業。本文參照此標準對銅陵市人工增雨作業潛力進行分析。
　　統計銅陵市近50年降水資料可知，銅陵市可進行人工增雨作業天數年平均值為129.4 d，呈現緩慢下降的趨勢，平均每10年下降2.2 d（圖3）。其月份差異也較為明顯，從表1可以看出，3月、4月、5月均在12 d以上，1月、2月、6月、7月、8月均在10 d以上，9月、10月、11月、12月均在9 d左右。每年10月至次年3月，銅陵市有61 d為可進行人工增雨作業的潛力日，如果該61 d都進行人工增雨作業，對減少銅陵市灰霾將有積極作用。
　　2.4    人影作業效果
　　統計近10年銅陵市人影作業結果可知，2008—2017年共作業25次（市區18次、樅陽7次），其中人工增雨作業21次、人工消霾作業4次。從作業月份看，1月、2月、3月、5月分別作業1次，6月作業2次，8月作業14次，11月作業2次，12月作業3次，作業時間主要集中在8月梅雨過后的晴熱高溫期。
　　分析近10年21次人工增雨作業案例，從作業前后24 h降水變化量看，人影作業后降水增加超過10 mm的次數為10次，降水增加但未超過10 mm的次數為5次，降水持續但較前24 h減少的次數為2次，未出現降水的次數為4次。人影作業后持續降水成功率為81.0%，人影作業后降水顯著增加概率為47.6%。
　　分析近10年4次人工消霾作業案例，從作業前后6 h地面能見度變化量看，人影作業后能見度增加超過500 m的次數為1次，能見度增加超過1 000 m的次數為2次，能見度降低的次數為1次，人影作業后能見度增加率為75%，人影作業后消霾成功率為50%（地面能見度達3 000 m以上）。
　　3    結論
　　銅陵市夏季受西太平洋副高影響，秋季受西北干冷氣流控制，多夏旱和秋旱天氣。霧和霾天氣主要出現在降水量較少的11月至次年4月。每年10月至次年3月，銅陵市有61 d可進行人工增雨作業的潛力日，如果對此時段分析研判，結合空氣質量變化規律開展人工增雨作業，將有助于緩解區域災情，改善空氣質量。銅陵市近10年作業25次，人影作業后持續降水成功率為81.0%，能見度增加率為75%，增雨和消霾效果較為顯著。
　　4    參考文獻
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