铜陵市人工增雨消霾可行性分析

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　　摘要    通过分析铜陵市降水分布特征、雾霾分布特征、人工增雨潜力和人影作业效果等相关内容，讨论铜陵市开展人影作业的可行性和实际成效。结果表明，铜陵市夏季受西太平洋副高影响，秋季受西北干冷气流控制，多夏旱和秋旱天气。雾和霾天气主要出现在降水量较少的11月至次年4月，每年10月至次年3月，铜陵市有61 d可进行人工增雨作业的潜力日。铜陵市近10年作业25次，人影作业后持续降水成功率为81.0%，能见度增加率为75%，增雨和消霾效果较为显著。
　　关键词    降水分布;雾霾特征;人工增雨潜力;作业效果;安徽铜陵
　　中图分类号    P481        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）06-0160-02
　　从20世纪50年代开始，在美、俄、乌克兰、以色列等国家的一些区域，科学家经过长期理论研究和科学试验，掌握了本地云雨特征和相应的人工影响天气技术，证明了人影工作具有增雨的效果，并作为长期工作得以开展。例如，在以色列北部先后实施了2期人工增雨试验计划（1961—1967年和1969—1975年），得到相对增雨15%和13%的结果。从1975年开始开展了业务性的人工增雨作业计划，1976—1991年的检验结果为相对增雨6%，取得了良好的经济效益，投入产出比在1∶10以上。这些项目大多利用云水条件好的季节作业，增加了降水，再利用水库、水渠等水利设施调蓄输运，较好地开发了空中云水资源[1-6]。
　　我国的人影工作起步于20世纪50年代末。全国人影工作者克服种种不利因素，自主研发出总含水量仪、三用滴谱仪等一系列云雾观测仪器，改装了里-2型、伊尔-13型飞机，研制出调温调压冷云室等设备，并将其广泛应用于云物理观测、人影云雾试验研究和人工增雨催化作业，室内试验和催化剂研发试验等也陆续开展[7-9]。21世纪初，由于防灾减灾和改善生态环境的需要，气象探测现代化不断推进，X波段双偏振雷达、云雷达、激光雷达、微波辐射计、风廓线等一批云降水观测仪器投入人影业务应用，自动观测站、天气雷达、气象卫星、探空仪器等综合气象观测系统的人影应用能力也随之不断提高，我国人影技术突发猛进，人影作业装备自动化、信息化、标准化和高安全性水平不断提升。近年来，我国积极运用现代科技手段实施人影作业，取得了明显成效，在服务农业生产、减缓水资源紧缺、防灾减灾、保护生态以及保障重大活动等方面发挥了重要作用。根据科学试验测试，人工增水是一项投入成本低、效益高的工作，目前国际公认的人工增水成本和效益的比例是1∶20～25[10]。
　　铜陵市作为安徽省重要工业城市，是长江中下游铁路和水上航道的重要交通枢纽，是长江经济带的重要组成部分。近年来，随着铜陵社会经济的迅猛发展，干旱、雾霾等气象灾害事件逐渐增多，社会各界对构建生态环境的需求愈發迫切，对利用人工增雨消霾技术缓解夏季旱情、改善秋冬空气质量提出了进一步要求。为满足社会各界的迫切需求，构建铜陵生态宜居城市，本文分析研究了铜陵市人工增雨消霾作业的可行性。
　　1    资料与方法
　　所用资料包括铜陵市2008—2017年铜陵市及下辖枞阳县的人工影响天气作业记录，包括作业点、作业时间和目的、作业效果等;1968—2017年铜陵市降水资料和2008—2017年铜陵市雾霾日数、地面能见度资料。
　　本研究主要通过概率统计、算术平均、线性回归等方法分析铜陵市降水和雾霾天气特征，分析人工增雨潜力，并通过比较增雨前24 h与增雨后24 h的降水量来评估人工增雨效果，通过比较消霾前6 h地面能见度平均值与消霾后6 h地面能见度平均值来评估人工消霾效果。
　　2    结果与分析
　　2.1    降水分布特征
　　通过统计分析近50年的铜陵市气候资料，总结出铜陵市降水时空分布特点如下。
　　2.1.1    春季降水情况。3—5月是铜陵市由冬转夏的过渡季节，冷暖气团活动频繁，导致风向多变，天气晴雨相间，复杂多变，对流性天气较多，易出现连阴雨过程。春季平均降水量为417.8 mm，占全年总降水量的30%;日降水量≥0.1 mm的历年平均日数为40 d，约占全年总雨日的30%。
　　2.1.2    夏季降水情况。6—8月为铜陵市主汛期，大陆热低压形成，地面增温明显，同时西太平洋副热带高压达到鼎盛时期，铜陵市盛行来自南海和孟加拉湾的西南气流，雨量充沛。夏季平均降水量达555.6 mm，占全年总降水量的39.9%。夏季雨量主要集中在梅雨期，平均入梅期为6月16日，出梅期为7月10日，梅雨期24 d，梅雨量307.1 mm，约占夏季总降水量的55.3%。暴雨天气也主要集中在夏季，占全年总数的66%，平均每年4.1个暴雨日;大暴雨则有75%出现在夏季，平均每年0.8个。出梅后有一段晴热少雨期，可能有伏旱发生。
　　2.1.3    秋季降水情况。9—11月是铜陵市由夏转冬的过渡季节，南方暖湿气流减弱南退，北方冷空气频繁南下，极地大陆气团逐渐影响铜陵市，东海洋面常有分裂小高压盘踞，偏东风较多。秋季平均降水量为230.4 mm，约占全年总量的16.5%，降水日数27 d，约占全年总量的20.6%，秋旱天气较多。例如1968年、1969年秋季降水总量分别仅为89、77 mm，较常年偏少7成，秋旱严重。2001年秋季降水量仅为89 mm。秋季最大日降水量为128.6 mm（1960年9月28日），平均暴雨日为0.5 d。 　　2.1.4    冬季降水情况。12月至次年2月，铜陵市处于蒙古高压和阿留申低压的控制下，常常受到北方较强冷空气侵袭，偏北风居多，天气寒冷，雨雪较少。冬季平均降水量仅为188.7 mm，约占全年总降水量的14%，其中12月降水量全年最少。2月立春以后，随着南方暖湿气流的增强，铜陵市降水逐渐增多，历史最大日降水量为63.2 mm（1973年2月25日）。铜陵市每年都有降雪天气，平均初雪日为12月24日;平均降雪日数为11.6 d，最多25 d（1974年）;最大暴雪量为49.7 mm（1984年1月19日）;最大积雪深度35 cm（2008年2月2日），雪灾严重。
　　2.2    雾霾分布特征
　　分析统计铜陵市近10年雾霾天气发现，铜陵市灰霾出现时间从2012年开始，年平均霾日为28.5 d，呈现先增加后减少的趋势;铜陵市年平均雾日为16.9 d，呈现缓慢增加的趋势（图1）。
　　近10年铜陵市灰霾出现最多月份为1月和12月，分别占全年总霾日的16.1%和20.4%，出现较多月份包括2月、3月、4月、10月、11月，季节上主要出现在秋、冬季和春季;铜陵市雾出现最多月份为1月和11月，分别占全年总雾日的19.5%和21.9%，出现较多月份包括2月、3月、4月、12月，季节上主要出现在冬季和春季（图2）。
　　2.3    人工增雨潜力
　　广东省气候中心杜尧东曾做过一项关于空中水资源状况的研究，将日雨量≥0.1 mm且<50 mm的降水天数定义为可进行人工增雨作业的天数，从社会生产安全角度考虑，认为日雨量≥50 mm不宜进行增雨作业。本文参照此标准对铜陵市人工增雨作业潜力进行分析。
　　统计铜陵市近50年降水资料可知，铜陵市可进行人工增雨作业天数年平均值为129.4 d，呈现缓慢下降的趋势，平均每10年下降2.2 d（图3）。其月份差异也较为明显，从表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，铜陵市有61 d为可进行人工增雨作业的潜力日，如果该61 d都进行人工增雨作业，对减少铜陵市灰霾将有积极作用。
　　2.4    人影作业效果
　　统计近10年铜陵市人影作业结果可知，2008—2017年共作业25次（市区18次、枞阳7次），其中人工增雨作业21次、人工消霾作业4次。从作业月份看，1月、2月、3月、5月分别作业1次，6月作业2次，8月作业14次，11月作业2次，12月作业3次，作业时间主要集中在8月梅雨过后的晴热高温期。
　　分析近10年21次人工增雨作业案例，从作业前后24 h降水变化量看，人影作业后降水增加超过10 mm的次数为10次，降水增加但未超过10 mm的次数为5次，降水持续但较前24 h减少的次数为2次，未出现降水的次数为4次。人影作业后持续降水成功率为81.0%，人影作业后降水顯著增加概率为47.6%。
　　分析近10年4次人工消霾作业案例，从作业前后6 h地面能见度变化量看，人影作业后能见度增加超过500 m的次数为1次，能见度增加超过1 000 m的次数为2次，能见度降低的次数为1次，人影作业后能见度增加率为75%，人影作业后消霾成功率为50%（地面能见度达3 000 m以上）。
　　3    结论
　　铜陵市夏季受西太平洋副高影响，秋季受西北干冷气流控制，多夏旱和秋旱天气。雾和霾天气主要出现在降水量较少的11月至次年4月。每年10月至次年3月，铜陵市有61 d可进行人工增雨作业的潜力日，如果对此时段分析研判，结合空气质量变化规律开展人工增雨作业，将有助于缓解区域灾情，改善空气质量。铜陵市近10年作业25次，人影作业后持续降水成功率为81.0%，能见度增加率为75%，增雨和消霾效果较为显著。
　　4    参考文献
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