开发空中云水资源辽宁有了自己的指标体系
——人工增雨实用催化系统集成关键技术通过鉴定
李长青 耿树江
近日，记者在辽宁省科技厅重点攻关项目—— “辽宁省人工增雨实用催化系统集成关键技术研究”鉴定会上了解到，由辽宁省人工影响天气办公室主持的该项研究，历时5年，建立了包括人工增雨天气过程监测、增雨潜力评估、作业方案设计、作业实时监控、实时指挥和效果评估功能的辽宁冷云人工增雨作业条件指标体系，结束了长期使用引进的人工增雨作业指标的历史。专家称，该项研究目的明确，技术路线先进合理，提供的资料齐全完整，数据翔实可靠，社会、经济和业务效益显著，总体上达到了国际先进水平。
辽宁淡水资源严重短缺，人均占有水资源量仅为700立方米，是全国平均的1/3。作为抗旱的主要手段，辽宁从1959年就开始了人工增雨作业。水资源短缺导致旱灾频繁发生，辽西和辽南旱灾频率超过73%。“由于季风气候影响，辽宁降水主要发生在夏季，6～9月降水量占全年的74%,由此导致汛期丰水，其他时段枯水，而且辽宁外来水资源补充极少，只有4.9%。随着气候变暖，水的供需矛盾进一步加大。” 该项目负责人、辽宁省人工影响天气办公室主任班显秀告诉记者。“多年来的实践证明，人工增雨已经成为辽宁缓解旱情的重要手段，这也是我们开展这项课题研究的基础。”
研究发现，辽宁降水量同水资源总量之间存在很好的线性相关关系，降水主要发生在夏季，全年90%以上的云水资源也集中在4—10月，77%集中在5—9月。7—8月份的云水资源量为2160亿立方米，约占全年的45%。统计各降水区域逐月有增雨潜力的频数，有两个峰值，第１个峰值是主峰，在每年5—9月份，是人工增雨的主要阶段；第２个峰值是次峰在每年4月份，虽然峰值不是很大，但正是每年的春播时期，云水资源开发潜力很大。
以这些基础数据为依托，课题组开发了数值模式预报人工增雨作业条件业务系统，该系统可利用中尺度数值天气预报模式，每日8时、20时对大气观测资料进行客观分析，预报整个东北地区未来48小时，时间间隔为3小时,空间分辨率为10千米的大气状况，提供从地面到高空的包括温度、高度、风、垂直速度、比湿、涡度、地面降水、水汽通量、K指数、抬升指数、云顶高度、云顶温度、液态水含量等20余个因子的数值预报产品。对2006—2007年08和20时12～36小时降水预报结果进行对比发现，该系统对降水具有较好的预报能力,预报结果明显优于国家级数值预报模式T213的预报结果。根据数值预报的天气形势产品，分析适合人工增雨作业的四种天气系统类型（即西风槽型、东北冷涡型、切变线型、副高后部型）的强度和空间位置，当指标达到预警位置和强度时，即可判断24小时后在辽宁省可能有适合人工增雨的条件。
课题组利用（e-Ei）、温度、液态水含量、汽态水的垂直累积量和液态水的垂直累积量等五项要素建立了辽宁冷云人工增雨作业指标，从而结束了辽宁人工增雨作业长期使用引进的人工增雨作业指标的历史。该项指标的建立，使辽宁省人工增雨工作从作业条件预报、作业区域和作业规模的确定、作业催化剂和作业工具的选择、作业时机的选择到作业实时指挥等的一整套作业流程更加顺畅、更加科学。“2008年在春播春种的关键时刻，我们首次尝试调动全省增雨力量，实施跨区域人工增雨作业，支援辽西北地区，取得了显著效果。如果没有这套指标体系的支持，我们做不到这一点。”班显秀告诉记者。“该指标在作业催化剂的选择上也有很好的指示意义，当e-Ei大于0.0005 hpa的区域温度在-8℃以上时，只能用制冷剂实施人工增雨催化作业，即实施飞机增雨作业；温度在-8℃～-15.2℃时，即可以使用制冷剂也可以使用人工冰核实施人工增雨催化作业，由此来科学确定催化剂的播撒时间和催化剂播撒种类，尽可能实现人工增雨效益的最大化。”
人工增雨是一个生产过程，原料是空中云水,产品是在自然降水的基础上增加的降水。无论是生产部门、还是投资部门都非常关心人工增雨效率,即经过人工影响增加了多少降水。同时,人工增雨的作业条件也必须在效果检验的基础上确定,也就是说,当适合人工增雨的作业条件出现后,经过人工影响能够增加多少降水。
以往的增雨效果评估实验无法回答每次人工增雨作业的效果，无法取得较准确的人工影响的区域和时间，而对于水资源严重匮乏的辽宁来说，在实验中需要保留约50%的区域作为对比区，既不作业区域，也是不可能的。“对此我们开展了4年的人工增雨实验，取得了778对人工增雨实验数据，形成了较科学的人工增雨效果评估方法：当降水天气过程的e-Ei大于0.0005hpa、温度在-2℃～-15.2℃之间、液态水含量大于0.032 克/立方米、汽态水的垂直累积量大于54毫米、液态水的垂直累积量大于0.3毫米的条件下，在某1小时内人工播撒冰核的浓度大于10个/L，在80%～90%的保证率的条件下可以取得相对于人工影响后的降水量20.0%到15.0%的人工增雨效率；相对于自然降水量的增雨效率是25.4%到17.9%。这个结论同国际上的大规模试验的结论基本一致。”班显秀说。
科研只有转化成生产力时才真正有了生命，今天的辽宁人工增雨工作，已在科学的基础上建立了一整套完整的流程，人工增雨作业预警、实时指挥、作业效果评估……环环相扣，基本可以实现科学、规范、安全、有效地开展人工增雨作业，为增加水资源总量、抗旱减灾、促进农业丰收、保护生态环境做出了积极贡献。2008年全省增雨34亿立方米，2009年增雨量达到35.3亿立方米, 连续2年通过人工增雨增加的水资源量实现新的突破。
