江西省人工增雨作业指数预报研究

黎　健¹，陈建萍²，蔡定军³
（1.江西省气象局，江西南昌　330046；2.江西省环境预报中心，江西南昌 330046；
3.江西省人工影响天气领导小组办公室，江西南昌 330046）
　

    摘　要：根据人工增雨作业需求和作业工具布局，结合全省精细化天气预报定量产品和多普勒雷达回波等资料，研究确定了江西省人工增雨作业指数及其计算方法，并建立了相应的业务运行及发布系统。研究结果表明，人工增雨作业指数的发布包括定时发布和不定时发布2种，并可分为可作业区（3级）、作业准备区（2级）、作业关注区（1级）、不适合作业区（0级）4个等级；针对这4个等级，为各地人影办提供了相应的措施和对策。另外，在TS评分标准的基础上，研究制订了该指数预报效果的评定方案，并对2003年的作业情况进行了效果评估。评估结果表明，所提供的作业指数预报产品直观、指导性强，提高了人工增雨的作业效率，减少了不必要的劳动和消耗。
    关键词：人工增雨　指数　预报　研究
    中图分类号：P481　　文献标识码：A　　文章编号：1007-9033（2005）01-0041-05

    在认真分析干旱灾害形成内在因素的基础上，准确地预测有利于人工增雨作业的天气条件，大力开展人工增雨作业，能有效地减轻干旱灾害的危害程度。然而，目前国内人影工作者对人工增雨工作只停留在定性的指导分析上，还没有实现人工增雨作业工作的定量化。本文为提高捕捉作业时机的能力，更加科学、准确、高效地进行人工增雨作业，在国内率先开展了人工增雨作业指数预报方面的研究。
１　人工增雨作业指数预报制作方法的研究
    要有效地指挥人工增雨作业，不仅需要定时对外发布指数指导预报信息，还需要针对短时间内突然出现的有利于人工增雨作业的条件，提供不定时的指数指导预报信息。因此，可以把人工增雨作业指数预报，根据发布时间的不同而分为定时和不定时２种。
1.1 　定时发布人工增雨作业指数的预报方法
1.1.1　定时发布人工增雨作业指数应考虑的因素
    （1）作业工具的分布状态：我省的人工增雨作业工具是高炮和火箭。当地有无作业工具，是能否进行人工增雨作业的首要因素。
    （2）人工增雨作业需求情况：我省的人工增雨作业是一项公益性事业。人工增雨作业除主要为农业抗旱减灾服务外，还进行森林灭火、水库蓄水、城市降温、改善生态环境等专项服务。因此，进行人工增雨除需考虑当地的旱情外，还需考虑其它人工增雨决策需求情况。
    （3）短时降水量预报：通过短时定量降水量预报，可以预测未来几小时内是否会出现有利于人工增加降水的天气条件。
1.1.2 定时发布人工增雨作业指数的计算方法
    根据定时发布人工增雨作业指数应考虑的因素，以及各因素在人工增雨作业指数中的作用，可以建立以下人工增雨作业指数数学模型：
    ID= A×（B+C）
    式（1）中，A表示作业工具情况，B表示作业需求等级，C表示作业条件等级。其中A是决定性因素。因为如果当地没有作业工具，人工增雨作业是不可能进行的。B和C处于同一条件级别，两者共同决定人工增雨作业指数的大小。
1.1.3　各项参数的确定
    （1）A的取值。如当地有作业工具时A=1，否则A=0。
    （2）B值的计算。B值的确定分为2个步骤：第一步确定干旱级别 B′；第二步根据人工增雨决策需求，对B′进行修改后，最终确定B值。具体计算方法如下：
    ①自汛期结束后，根据各县（市、区）降水实况资料开始计算。如果发现前10 d的降水量Ｒ<5 mm（根据气象台每天08时提供的24 h降水量计算R值，。其中前日～昨日08时、昨天～今日08时、今日～明日08时雨量分别为R-1、R0、 R1，依次类推……），则开始记录起始干旱指数Ｇ0，并记Ｇ0＝10。如果将第一日干旱指数记为D０，第二日干旱指数记为D１……，则第n日干旱指数为Dn，而第n日干旱指数累计值Gn为：
    Ｇn＝Ｇ0＋（D0＋D1+……Dn－１＋Dn）                        （2）
    （2）式中，Di值由当日的Ri决定，其对应关系如表1所示。有一点要注意的是，当出现前6 d的降水量（R1＋R2＋R3＋R4＋R5＋R6）≥80 mm时，则干旱指数累计值归0，即G=0，之后重新开始干旱指数的计算。
    ②根据表2，可把干旱指数Ｇn划分为4种干旱等级B′：无干旱、轻度干旱、中度干旱、重度干旱。其对应的值分别为0、1、2、3。

③根据各地的人工增雨作业决策需求，对B′值进行修改。具体的修改原则为：如果当地无人工增雨作业决策需求，无论计算出来的B′值是多少，最终B都应定义为0；如果当地有人工增雨作业决策需求，无论计算出来的B′值是多少，最终B都应定义为3。

    （3）C的取值。根据省气象台每日（6：00，11：00，16：00）定时发布的分县降水量（R）预报来确定。如果预报无降水出现，则表示当地无作业条件，作业条件等级C为0；如果预报当地有降水，则表示当地有人工增雨作业条件，此时可按表3中的对应关系来确定C值。
1.1.4　定时发布的人工增雨指数ID的确定
1.1.4.1　ID的级别划分
    我省的人工增雨作业状态一般分为4种：作业状态、准备作业状态、关注状态、不作业状态。因此，可把人工增雨作业指数分为4级：可作业区（3级）、作业准备区（2级）、作业关注区（1级）、不适合作业区（0级）。
1.1.4.2　ID的发布时间及对应的有效时段
    由于确定干旱级别Ｂ所需的24 h降水资料的发布时间为每日08时，而确定作业需求参数C所需的分县降水资料的发布时间分别为每日的6：00、11：00、16：00，所以ID的发布时间可定为每天的9时、12时、17时，其预报有效时段分别为发布后的3、5、16 h。
1.1.4.3　人工增雨作业等级的确定
    根据参数A、B、C的值，可首先计算出ID的大小，然后根据表4，确定人工增雨作业等级。
1.2　不定时发布人工增雨作业指数的预报方法
1.2.1　不定时发布人工增雨作业指数应考虑的因素
    （1）作业工具的分布状态。
    （2）人工增雨作业需求情况。
    （3）天气预报及精细化网格点预报：通过天气图、降水预报、卫星云图等先进技术，提前做出作业天气背景的分析，从而有利于做好实施作业的各项准备工作。
    （4）多普勒雷达：雷达是人工增雨作业的重要技术装备，运用雷达可以探测云高、云厚、移向、移速、云体高度、回波强度、发展过程等，从而为催化云提供依据，并可提出许多判据和指标，指导作业的实施。
    （5）探空资料：利用探空设备，可以探测到各层次的温、压、湿、风，从而为选择作业云提供判据。

1.2.2　不定时发布人工增雨作业指数的发布原则及对应的有效时段
    具体的发布原则是指当省内大部分地区天气有所变化，之前做出的定时预报需要调整时，可随时发布。其对应的有效时段为发布后30 min内。
1.2.3　不定时发布人工增雨作业指数的预报方法
    根据省环境预报中心短时预报和实时的多普勒雷达等产品，结合最近定时发布的人工增雨作业指数预报，通过人机对话方式，对其发布结果进行如下修改后，以发布不定时人工增雨作业指数预报：
    （1）可作业区（3级）：当地的天气形势为台风外围、台风低压、副高边缘、低槽等有利于人工增雨作业条件；探空资料显示大气有不稳定能量存在；雷达回波反射率达25 dBz以上，回波顶高在6 km以上。
    （2）作业准备区（2级）：有利的天气形势即将向本地移动，探空资料显示当地即将出现对流性天气，雷达回波反射率为10～25 dBz，回波高度为3～6 km。
    （3）作业关注区（1级）：有利的天气形势有可能向本地移动，探空资料显示当地可能出现对流性天气，雷达回波<10 dBz,回波高度<3 km。
    （4）不适合作业区（0级）：无雷达回波，探空资料显示不可能出现对流性天气。
2　产品的发布
2.1　产品的发布形式
    进行人工增雨作业指数预报方面的研究，不仅可以得到人工增雨作业指数预报结果，而且还可以对外进行干旱指数预报；不仅能对我省人工增雨作业做出科学的指导，而且还可以为我省的旱情发展提供一种动态的分析方法。
2.1.1　干旱指数发布形式
    每日09时对外发布干旱指数预报，其发布形式有3种：
    （1）以图形方式反映各县（市、区）干旱情况。当干旱指数为0级时，图形中用灰色表示；当干旱指数为1级时，图形中用黄色表示；当干旱指数为2级时，图形中用棕色表示；当干旱指数为3级时，图形中用粉红色表示。
    （2）以表格方式反映各县（市、区）干旱情况。在表格中分别以0、1、2、3表示无干旱地区、轻度干旱地区、中度干旱地区、重度干旱地区。
    （3）以文字的方式描述各县（市、区）干旱情况。对全省的旱情形势进行文字描述，并列举出无干旱地区、轻度干旱地区、中度干旱地区、严重干旱地区。
2.1.2　人工增雨作业指数预报形式
    人工增雨作业指数预报形式有3种：
    （1）以图形方式表示各县（市、区）人工增雨作业指数。当作业指数为0级时，图形中用深红色表示；当作业指数为Ｉ级时，图形中用淡红色表示；当作业指数为2级时，图形中用浅蓝色表示；当作业指数为3级时，图形中用深蓝色表示。
    （2）以表格方式表示各县（市、区）人工增雨指数情况。在表格中分别以0、1、2、3表示不适合作业区、作业关注区、作业准备区、可作业区。
    （3）以文字的方式描述各县（市、区）人工增雨指数情况。对全省的人工增雨形势进行文字描述，并列举出哪些地区为可作业区、作业准备区、作业关注区、不适合作业区。
2.2　产品发布渠道
    （1）江西气象内网人影办主页。
    （2）通过省级气象信息短信发布平台，把作业指数信息直接发布到各地作业指挥员手中。
    （3）省人影办通过移动通讯网，直接将信息传至作业指挥员。
3　各级人影办应采取的措施
    自省人影办对外发布人工增雨作业指数预报起，各级人影办人工增雨作业指挥人员应及时登陆省人影办主页，了解本地最新的人工增雨作业指数，并按照各级人工增雨指数，采取相应的措施进行人工增雨活动。具体的措施如下：
    （1）可作业区：各地人影办随时与省环境预报中心、当地气象台、雷达观测站保持密切联系，严密跟踪作业云体的发生发展、移向移速；指挥人员保持通讯联络；高炮、火箭在阵地待命；一切准备工作就绪，随时进行人工增雨作业。
    （2）作业准备区：各地人影办与省环境预报中心、当地气象台、雷达观测站保持密切联系，严密关注作业云体的发生发展、移向移速；作业指挥员保持通讯联络；高炮、火箭在可能作业区游戈待命；做好作业准备，随时准备进行作业。
    （3）作业关注区：各地人影办注视天气形势和雷达回波资料；作业装备保持良好状态；选好炮点，随时进驻炮点进行人工增雨作业。
    （4）不适合作业区：各地人影办了解天气形势的变化趋势，为未来可能出现的有利于出现人工增雨作业的条件作好准备。
4　指数预报评定方案
    文中人工增雨指数预报的质量评定参照国际通用的TS评分标准，并做适当调整，以适应人工增雨作业及人工增雨作业指数的特点。
4.1　检验的区域范围
    预报区域内的所有站点。
4.2　检验方法和时段
    自人工增雨作业开始后，首先按每日每个预报时段（09～12时、12～17时、17时～第二日09时），收录人工增雨作业信息，建立人工增雨作业资料数据库；然后逐站逐次对人工增雨作业指数预报的准确度进行检验评定。每年度作业完毕后，应对本年度的人工增雨作业指数进行汇总，计算其平均值。
4.3　预报准确率的评定标准
    预报准确率R为预报正确的站（次）数除以预报正确站（次）数与预报不正确站（次）之和。R在0～1时，可反映人工增雨作业的预报准确程度。R值越高，说明预报准确率越高。根据人工增雨作业和人工增雨作业指数的特点，预报准确和不准确的判断标准如下：
    （1）如果发布的指数预报表示某地为可作业区，该地在未来一个时段（09～12时、12～17时、17时～第二日09时）进行人工增雨作业后，有降水产生，表示预报准确；反之，如该地在未来一个时段内进行了人工增雨作业，却无降水产生，表示预报错误。
    （2）如果发布的指数预报表示某地为作业准备区，该地在未来2个时段（09～17时、12时～第二日09时、17时～第二日12时）进行人工增雨作业后有降水产生，表示预报准确；反之，如该地在未来2个时段内进行了人工增雨作业，却无降水产生，表示预报错误。
    （3）如果发布的指数预报某地为作业关注区，该地在未来3个时段（09时～第二日09时、12时～第二日12时、17时～第二日17时）进行人工增雨作业后有降水产生，表示预报准确；反之，如该地在未来3个时段内进行了人工增雨作业，却无降水产生，表示预报错误。
    （4）如果发布的指数预报表示某地为不可作业区，该地在未来1个时段（09～12时、12～17时、17时～第二日09时）进行人工增雨作业后仍无降水产生，表示预报准确；反之，如该地在未来1个时段内进行了人工增雨作业，并有降水产生，表示预报错误。
5　效果评估
    文中提出的人工增雨作业指数在2003年的人工增雨作业中得到了全面应用。自2003年7月18日景德镇市打响全省人工增雨作业第一炮起，至10月12日德兴市秋季增雨作业结束，共有11个设区市92个市（县、区）开展人工增雨作业1 850次。在这些作业中，各级气象部门普遍认为省人影办所提供的作业指数预报直观、指导性强，提高了人工增雨作业的效率，减少了不必要的劳动和消耗，提高了作业效益。
6　结语
    （1）人工增雨作业指数制作过程是针对江西省人工增雨作业的特点而设计的。
    （2）提出的人工增雨作业指数在国内属于开创性研究，因此难免有不完善的地方。我们将在以后的人工增雨作业的应用中，不断总结，使之更趋完善。
    致谢：本文所用的干旱指数计算方法由江西省环境预报中心高级工程师尹洁提供，在此特表示感谢！
　

Research About Artificial Precipitation Stimutation
Task Index Prediction In Jiangxi Province

LI Jian¹ , CHEN Jian-ping² , CAI Ding-jun³
(1.Weather Bureau of Jiangxi Province , Nanchang 330046 , China;
2.Environment Forecast Center of Jiangxi Province , Nanchang 330046 , China;
3.Leading Group Office of Weather Modification of
Jiangxi Province , Nanchang 330046 , China)

Abstract: In terms of the requirement in artificial precipitation stimutation and distribution of instrument, in combination with quantitative output of fine weather forcasting and Doppler radar echo data, etc. the artificial precipitation stimutation task index of Jiangxi Province and its computation are determined, and moreover,corresponding operational work and distribution system are established. the research result shows as follows: there are two conditions for distribution of artificial precipitation stimutation task index including timing and no timing,and four levels can be partitioned as workable zone(the third level),work-preparing zone(the second level),work-attenting zone(the first level) and work impossible zone(the zeroth level);and aiming at this four levels, relevant step and countermearsure are provided for regional Weather Modification Office. in addition, on the basis of TS graded criterion,graded scheme for forcasting effect of the index is formulated, and effect evaluation of 2003 is carried out.the evaluation result indicates:the task index prediction which is intuitionistic and of good guidance, improves the efficiency of artificial precipitation stimutation, and decreases unnecessary labor and consumption.
Key words: Artificial precipitation stimutation Index Prediction Research

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收稿日期：2004年11月07日
第一作者为江西省气象局副局长、高级工程师。