福建创新人工增雨效果综合评估方法

福建创新人工增雨效果综合评估方法

日前,笔者从福建省气象科学研究所获悉,该所基于古田人工增雨随机化外场试验阶段性成果,建立了人工增雨综合效果检验评估方法,确认人工增雨作业后可促使降水粒子增多增大,在一定程度上延长云体生命史,从而增加地面降水;通过区域历史回归分析和非参数统计法,阶段性试验的催化平均相对增雨率较之前有较大提升,通过试验样本个例数值模拟显示,增雨正效果可维持1小时至3小时,有的甚至可以持续更长时间。

福建省率先开展常态化人工增雨效果评估工作,基于试验建立的人工增雨效果综合评估方法,现已实现业务化运行。通过人工影响天气指挥系统人工增雨效果评估模块,实现了作业合理性评价、增雨量定量化、物理响应等全流程作业效果检验业务,单次作业效果评估时间从1天左右缩短至1小时左右。

人工增雨效果评估是国内外尚未完全解决的科学难题,云和降水的自然变率大,评估对象具有很大不确定性,气象部门多年来都在探索科学、准确和定量评估作业效果的方法。

20世纪70年代至80年代,福建省在古田水库流域开展了为期12年的人工增雨效果检验随机试验,试验得出平均相对增雨率为23.8%的结果,在后来很长一段时间内被全国人工增雨效果评估工作引用。

为获得在新气候背景下基于地面作业装备技术的人工增雨效果,福建省从2014年起在古田人工增雨试验区重新开展人工增雨效果检验随机试验,先后在公益性行业专项“人工增雨随机化外场试验和效果检验技术”、国家重点研发计划项目“人工影响天气技术集成综合科学试验与示范应用”以及多个省部级项目支持下,建立了基于物理检验、统计检验与模式检验的人工增雨综合效果检验评估方法,并得出了试验阶段性研究结论。

研究人员利用新一代天气雷达和双偏振雷达,分析对比目标云系在作业前后的宏微观物理特征变化,如云顶高度、回波强度及双偏振参量反映出的云内粒子相态和云中动力过程变化;并利用地面激光雨滴谱分析地面降水的相态、雨滴尺度、数浓度等微物理特征变化,结合空—地降水粒子的微物理特征变化分析作业前后云内的物理响应。

考虑福建丘陵山区地形对降水的影响,研究人员基于地图影像数据,利用地形特征数据划分每种地物的分布区域,综合考虑目标区与浮动对比区地图要素的形状、位置以及信息内容相似程度,结合传统方法中的历史降水相似度,确定综合相似度较高的区域为最佳对比区。同时,利用机器学习方法,结合线性拟合、多项式回归和样条回归等数学统计方法,建立多种增雨效果统计检验作业目标区和对比区间雨量关系模型,通过各模型对不同降水等级的适用性评估,进一步优化增雨作业效果定量评估技术。

通过在中尺度数值模式微物理模块中引入催化方案,研究人员还开展了数值模式对人工增雨外场作业的效果检验工作。通过对古田随机化试验样本的催化模拟,实现对实际作业增雨率、增雨量的定量评估和催化机制的模式解析。上述方法为全省人工影响天气业务质量通报、决策服务等提供了技术支撑,该成果在西北区域人工影响天气能力建设项目,广西、江西、青海等地推广应用,并面向企业进行了科技成果转化。

近年来,福建省人工影响天气作业水平不断提升,目前地面作业量位列全国前三。常态化人工增雨作业保障粮食安全,实现农业、林业增产增收,全面推进乡村振兴,有效加快“绿色福建、清新福建”建设。

(作者:李冬梅 林文责任编辑:)