江西省BL－1型火箭增雨作业技术方法研究

江西省BL-1型火箭增雨作业技术方法研究

蔡定军，洪　霞，陈建萍
（江西省人工影响天气领导小组办公室，江西南昌　330046）

    摘　要：在对BL-1型增雨火箭特性进行分析的基础上，结合江西全年增雨作业的特点，对BL-1型火箭的人工增雨作业技术进行了分析研究，旨在提高一线火箭作业人员的业务技术，进而提高人工增雨作业的成功率和降水效率。
    关键词：人工增雨　火箭　作业　技术
    中图分类号：P481　文献标识码：A　文章编号：1007－9033（2004）02－0035－04

　　随着相关科学技术的不断发展，人工影响天气外场作业向低成本、高效率、操作简单、使用方便、安全高效等方向发展。BL-1型增雨防雹火箭系统是近几年研制的新一代、高效、多用途人工影响天气作业工具。在2003年江西抗击百年不遇的高温干旱灾害中，BL-1型增雨火箭发挥了重要作用。
    然而，由于增雨火箭系统在我国出现较晚，有关部门尚未制定相应的业务技术规范。而增雨火箭数量在我省增长较快；且在2003年增雨作业中，个别地方出现盲目作业、成功率不高、增雨效率低等问题。因此有必要结合我省的实际情况，有针对性地研究BL-1型火箭在我省进行人工增雨的业务技术。
1　BL-1火箭系统特性
    多年来，我省一直采用“37”高炮实施人工增雨作业。一线作业指挥人员在高炮增雨作业方面积累了许多经验。但自2001年始，我省陆续配备BL—1增雨火箭系统，现火箭系统总量已超过高炮。火箭与高炮比较，许多性能有一定差异。
1.1　AgI含量和成核率的差异
    BL-1型火箭弹AgI含量为10.5 g ，而“37”高炮炮弹弹头AgI含量为1 g。
    AgI气溶胶粒子的产生方法主要有溶液燃烧法、焰剂燃烧法和爆炸法。爆炸法瞬间爆炸高温分散，单位时间输出率大，如目前我国使用的“37”高炮弹，即属于爆炸法产生AgI气溶胶粒子，但其成核率在-10 ℃时仅为2×109/g～2×1013/g。
    焰剂燃烧法成核率高于爆炸法而低于溶液燃烧法。BL-1型火箭弹采用的是酆大雄等（1995）研制的高效AgI焰剂配方BR-91-Y，在-7.5～-20 ℃范围内成核率高达1015/g量级，分别比前苏联节银剂和美国TB-1焰剂（按发表配方配制）高出4～40倍和50～200倍。另外，其90%的核完成核化的时间约为5 min，比前苏联节银剂和美国TB-1焰剂的核化速率约快3倍。
    在相同温度下，BL-1火箭弹比“37”高炮炮弹的成核率高。-10 ℃时，1枚火箭弹的成核数量是1发炮弹的103～106倍。
1.2　播撒面积的差异
    “37”高炮炮弹以“点”爆炸的方式向外播撒人工冰晶，爆炸初始所及范围有限，对云体的催化速度慢。而BL-1火箭弹在不同射角时有1.5～3 km长的撒播路径，撒播面积大，催化速度快。
1.3　射高的差异
    射角为85°时，“37”高炮8～18 s引信自炸炮弹最大射高为3 566～5 366 m；BL-1火箭撒播起点较高，为5342 m，且撒播终点高为7 095 m。
1.4　机动性的差异
    BL-1火箭系统毛重为160～250 kg，可置于皮卡车或牵引车上运输、作业。其在机动性方面明显优于高炮,可较好的寻找“战机”，“追云”作业。
1.5　准确性的差异
    我省增雨作业用“37”高炮原为军事武器，由于炮管膛线作用，弹头飞行时呈螺旋状，加之弹头体积小、密度大，不易受气流影响，故有较高的准确性。而BL-1火箭属无控火箭，弹体与发射导管之间有一定间隙，且火箭弹体积大、密度小，易受气流影响，故准确性不高。但由于射击目标为有一定尺度云体，因而此缺点对火箭增雨作业影响不是很大。
2　外场作业技术要点
    火箭外场作业，对于作业云体的雷达回波特征、作业现场云体视觉特征、产生云体的天气系统、作业时机和作业云体部位的把握等，可参阅我省制定的《人工影响天气地面作业技术规定》等资料。这里主要分析因火箭特性而需要注意的作业技术要点。
2.1　作业地点的选取
    作业指挥应根据各方面资料，特别是多普勒天气雷达回波资料，充分估测作业云体的生消和移动情况，利用火箭系统的高机动性，将作业点选取在云体移动前方路径上。从安全角度出发，作业点的选取必须注意2点：一是方向器前方7 km内最好是非人口稠密区，且无高大、重要建筑物；二是选好炮位后，应将方向器前方100 m和后方50 m内列为禁区，发射前禁区内禁止人员和牲畜流动。
2.2　可播云体的确定
    试验结果表明[1]：当云顶温度处于-10～-24 ℃时，播云都有效。峰值区位于-15～-20 ℃，称为“播云温度窗”，可作为选择可播性的重要条件之一。
    统计南昌、赣州45 a高空探测资料，可知各月-10 ℃层高度分布情况（表1）。由表1可知，从南北分布看，赣州比南昌平均高400 m左右。20时的统计结果与08时差不多，只是20时比08时略高30～40 m。表1给出的只是月平均情况，各地可通过多普勒雷达查看云体顶高是否达到表1中的高度，以便判断云体是否可播。应引起注意的一点是，参照表1时要灵活应用，不但要考虑日平均气温，还要考虑该日气温的日变化,以便对高度要求作适当修正。

2.3　作业高度（射角）的确定
    增雨作业成功与否，增雨效率的高低，AgI在云体中的成核效率是重要原因之一。而实际上BR-91-Y配方在各温度的成核率差异非常大。
    由表2可见，在-3.5 ℃时，BR-91-Y焰剂成核率仅6.10×1010 /g，非常低。随着温度的降低，成核率快速增长，-7.5 ℃时即达1015量级，且此量级一直保持到-20 ℃高度。表2还反映出，随着温度的降低，核化速度有略为变慢的迹象。
    结合BR-91-Y焰剂成核性能，可以知道BL—1火箭弹催化剂撒播起点应在-7.5 ℃层高度以上。根据此要求，可以确定各月作业的最低高度（射角）及云底、云顶的最低高度要求（表3）。综合分析表3、图1以及“BL—１火箭弹弹射表”［２］，可分析得到：
    （1）从以前各地作业情况看，射角设置总体偏低，今后作业参照表3设置射角为好。
    （2）由于火箭射高所限，在夏半年，特别是6、7、8、9月，即使使用最大射角，其撒播起点仍不能达到-7.5 ℃层高度，成核率达不到1015量级，但撒播终点可达1015量级。
    （3）考虑到“冰—水转化”最佳层为-15～-20 ℃层结，各月即使采用最大射角作业，其撒播起点亦难达此高度，特别是6、7、8、9月，撒播终点刚够到-10 ℃层高度，因此作业时机要选择云体发展时期，作业部位要选择云体前部，以借助上升气流将人工冰核带入“播云温度窗”。

2.4　作业用弹量
    为了通过蒸—凝过程最有效地使冰晶消耗过冷却水而迅速形成雨滴，一般要求冰晶数浓度达到10～100 L-1。1枚火箭弹可影响云体面积的理论计算公式为：
    S=z/k/h
　　式（１）中，z为1枚火箭弹成核总数，k为单位体积增加人工冰核数，h为催化云层厚度。
    z取1.8×10.5×1015，k取50 L-1（5×1013 km-3），h取3 km（图1，约为-3.5～-24 ℃层厚度），可计算出S=126 km2。即1枚火箭弹可使长宽约为11 km、高为3 km的云体每升增加50个人工冰核。考虑到撒播层结不够高，人工冰核扩散速度不够快，部分人工冰核逃逸等因素，１次作业以发射2枚火箭弹为宜，且2枚火箭应射击云体不同部位。若云体较大，则应分时、分批、分部位作业。

图1 南昌08时各温度对应高度层

图2 火箭弹道示意图

2.5　射角修正
    火箭飞行弹道为抛物线，只是在近地面看似直线，易使火箭操作人员采用图2中φ1射角进行作业。但在高空，其飞行轨迹是明显弯曲的，故在静风状态下，云体准静止不动时，应采取φ2射角作业。
    当有风时，影响火箭飞行有3个主要因素：
    （1）“迎风飞”。火箭弹出架时速度低，其质量重心在弹体前部，而风对火箭的作用中心在弹体后部，致使火箭出架后其方向可能向来风方向偏转，即“迎风飞”。
    （2）“随风漂”。在低空，风不大，加之火箭出架惯性，此现象不明显。到高空后，火箭速度变慢，加之风大，火箭将随风“漂动”，偏离原轨道，往下风方有一定位移。
    （3）“云位移”。天气系统产生的云体，其移速最大可达100 km/h,若以火箭发射到催化剂开始撒播时间间隔15 s计算，此速度可使云体移动400 m。一般来说，局地对流云少动，天气系统云有一定移速。
    “迎风飞”可使火箭向上风方位移，“随风漂”可使火箭向下风方位移。考虑到此二者有相互抵消作用，作业时应采用图2中的φ3射角为好。由于考虑的因素较复杂，要精确计算轨迹（射角）有困难，在此只能作定性分析。
3　结语
    （１）云体是否可播，可通过雷达确定云顶高度，并参照表1给出的云顶高的最低下限来确定。
    （２）从统计资料看，只要撒播起点入云，撒播终点不出云，取大射角作业为好。具体射角可参照表3。
    （３）考虑云体移动和“迎风飞”现象，“迎云”作业时，射角应往上偏移，但不能高过85°；“背云”作业时，射角应往下偏移，但不能低于45°。
    （４）1次作业应取不同方位发射2枚左右火箭弹为宜。若云体较大，则应分时、分批、分部位作业。

参考文献

1　中国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[M].北京：气象出版社，2003.
2 国营9394厂.BL-1型防雹增雨火箭弹系统安全使用知识[Z].新余：国营9394厂,2003.

Research On Technique Method Of Artificial Rain Operation By BL-1 Rocket
CAI Ding-jun , HONG　Xia , CHEN Jian-ping
(Office of Weather Modification Leading Group in Jiangxi Privince,Nanchang 330046，China)

Abstract:Based on the analysis on the features of BL-1 artificial rain rocket and real conditions of artificial rain operation, this paper studied the technique of artificial rain by BL-1 type rocket with the purpose to im?鄄prove the practical technique of operators on spot, and further improve the success rate and rainfall efficiency of the artificial rain operation.
Key　words: Artificial rain　Ｒocket　Operation　Technique
　

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收稿日期：2004年03月29日改回日期：2004年04月14日
第一作者简介：蔡定军（1961－），男，高级工程师，主要从事人工影响天气业务与管理。