甘肃酒泉一次TX-G500A-05无人机人工增雨过程分析评估

0 引言

人工增雨是开发利用空中云水资源的一种有效途径，利用云催化技术可以增加 15%～25% 的大气降水量，对西北区域生态建设意义重大[1-3]。

近几年，国内专家学者对祁连山区地形云结构及降水机理进行了专题研究，连续多年开展野外观测试验，取得丰硕成果[4-7]。目前人工增雨雪飞机作业主要针对层状可降水云系连续作业，用多种播撒装置将催化剂直接播入云中，利用空间探测仪器对作业前后云的宏微观状态变化进行追踪监测，进行效率评估，无人机不同于载人飞机，具有经济实用、操作灵活、安全可靠、载荷多样化、性能不受人体生理条件限制等优势，成为新概念和技术的探索试验平台[5-7]。

酒泉市地处内陆，属典型的暖温带干旱性气候，年平均降水量 92mm，主要靠祁连山西段的融雪供水，水资源短缺、土地沙漠化、干旱面积增加，自然灾害频发，农牧业生产受气候变化的影响和制约愈加显著，人工增雨任务艰巨。截至目前，全市布设人影作业点 57 个（其中移动火箭作业点 50 个，固定烟炉作业点 7 个），移动式火箭架 12 部，增雨防雹燃气炮 1 座。年均作业 60 点次左右，发射火箭弹约 600 枚，地面增雨面积约 19.4 万 km2，已成为服务防灾减灾、粮食安全、生态文明、乡村振兴及气候资源开发利用等重大战略的重要科技手段。

酒泉选择 TX-G500A-05 无人机增雨是一种全新的作业模式，无人机搭载的机载播撒系统，可直接进入云层中播撒作业，可根据天气雷达测得的降水云系位置，设计飞行航线，无人机自动飞向作业位置，地面工作人员可根据天气雷达探测的降水云系实况，调整航线。相比地面发射增雨火箭弹、燃烧地面烟炉等传统方式，无人机增雨（雪）具有机动性好、作业时间长、安全风险低、执行效率高、机载数据可实时传输等特点。通过无人机携带增雨催化剂增加降水量，可提高人工增雨的效率，对维持和增加酒泉地区积水量、缓解水资源短缺、改善和修复生态环境、促进全市经济社会高质量发展具有十分重要的意义。

1 评估方法

利用区域气象站观测无人机作业区域和非作业区域的降水量，分析人工增雨作业区域与未作业区域的降水量差异来评估增雨效果。采用泰森网格法计算出该范围的面雨量值，计算总降水量评估中小型无人机人工增雨的效果。

定量计算公式： S^∗R^∗Y=M 增雨面积 R 面雨量 Υ 增雨效率 M 增雨效果总

2 天气过程研判及无人机增雨作业

2.1 天气过程研判

受新疆东移冷空气和高原暖湿气流共同影响，11 日夜间酒泉市大部将出现降水天气。根据市气象台和肃北县气象局预报，此次天气过程有利于开展人工影响天气增雨作业。酒泉市人工影响天气办公室决定在肃北蒙古族自治县开展 TX-G500A-05 无人机人工增雨作业。

2.2 无人机增雨作业

9 月 11 日 20 时 30 分—21 时 55 分在肃北蒙古族自治县党城湾镇开展 TX-G500A-05 无人机人工增雨作业，飞行面积 591.78km2、距离 168.8km、海拔高度 4200m、作业时长 85min 点燃增雨碘化银焰条 10 根。

3 增雨作业条件分析

利用风云 4 号气象卫星反演、天气雷达探测和数值天气预报（图 2）判定：我市大部地区有降水云系覆盖，云系自西向东移动，云系结构为层积云以冷云为主，过冷水主要位于海拔 3500—5500m（0℃至-20℃之间），最大云水混合比 0.3g/kg ，垂直累积过冷水含量最高达 0.5mm ，降水云系位置大部分地区处于冰面过饱和区，并且该区域为垂直上升气流区，具有较好的水汽条件和促进降水发生发展的动力条件，有一定增雨潜力。

通过对卫星云图的分析发现，在无人机作业后，作业区域的云层结构发生了明显变化。从云的垂直结构变化而言，原本云的垂直发展可能较为有限，在人工增雨作业的影响下，云的垂直厚度增加，云内的对流运动更加剧烈，水汽能够在更大的垂直空间内上升、凝结，从而增加降水的几率。再者，云的微观结构也有所改变。人工增雨作业使云中的水滴或冰晶数量增加、尺度变大，催化剂的播撒为水汽凝结提供了更多的凝结核，使得原本较小的水滴或冰晶能够更快地增长，当增长到一定程度后，便更容易从云中落下形成降水，从而改变了云的微观物理结构，提高了降水的效率和降水量。

4 增雨效果评估及检验