工影响天气效果的物理检验技术.doc

工影响天气效果的物理检验技术 ??????? 人工影响天气效果的物理检验是人工影响天气试验效果评估中很重要的一个环节。其主要目的在于为人工影响天气效果统计评估提供相应的物理学证据。物理检验就是利用直接探测和遥感探测技术，探测播云对象的演变过程，验证播云假设的各个物理过程链，证实催化的效果。随着人们对人工影响天气效果评估问题认识的不断深人，效果检验已经从以往单纯的统计检验向统计检验、物理检验和数值模拟相结合的综合评估方向发展。 　　从20世纪60年代起，一些大气科学家开始注重物理检验，如典型的美国70年代进行的Cascade计划，在试验设计和实施中，考虑了对播云效应进行直接测量，利用飞机、地面和雷达探测，对试验期间56个人工催化个例进行物理检验研究，探测的结果分析显示了较好的催化效应。80年代美国的高原试验(HIPLEX-1)设计了一种较为复杂的物理与统计紧密结合的物理效应统计检验，预先定义效应变量，通过随机试验进行探测，验证播云催化的物理效应。之后的南非大陆积云催化试验、美国北达科他州西南的浓积云催化试验、蒙大拿州西南的布里基试验和科罗拉多州大方山试验等，都进一步发展了物理检验方法，使之更加定量化，也探测到一些重要的由播云引起的催化效应证据，但要获得与假设完全一致的完整的物理过程链还很困难。 　　在国内，在人工影响天气试验中相继开展了不同条件下的物理检验观测。在1974-1986年间福建古田水库流域随机化人工影响天气试验中利用催化前后雷达回波顶高、地面雨滴谱及雨水中Ag+含量的变化来为人工播云的统计效果提供物理证据。80年代初开始进行的国家重点课题“北方层状云人工降水试验研究”，利用引进的PMS机载设备和国产的仪器，以飞机探测为主，对新疆天山山区的系统性层状云和地形云进行了综合性外场观测。对新疆过冷层积云进行了干冰催化效果的物理检验结果。利用机载PMS系统对催化区中的冰晶浓度和冰粒子进行观测，发现人工引晶后，催化区冰粒子浓度激烈增加，出现了宽度为1.6 km的高冰晶浓度带，最大浓度达550/L。 　　物理检验通常可概括为两个方面：(1)从云和降水形成的原理和人工影响天气的物理机理出发，利用直接探测和遥感探测技术，获得目标云催化前后物理效应的证据及相应的物理指标，包括微物理效应(大云滴浓度、雨滴谱宽、液态含水量、冰晶数浓度和谱宽等)和动力学效应(上升气流速度、云体厚度和宽度、云内温度分布、云生命期等)，比较人工催化前后这些指标是否显著改变，并用双比法或W-M-W法等方法检验其显著性。(2)利用直接测量、遥感探测或通过示踪技术，证实催化剂进入云区的部位和影响范围，致冷剂播撒区播撒前后冰晶数浓度以及降水中Ag+含量分析等，提供催化剂参与云雨核化、冰晶核化、水凝物增长的物理证据。 　　上述方法提供的物理检验证据和信息，一方面可以为人工影响天气提供物理基础，另一方面，也为催化效果的统计检验结论提出物理解释和佐证，对人工影响天气技术方法的改进和作业方案设计，均具有重要的指导作用。 物理检验的具体内容： ①人工催化前后云体宏观特征变化观测分析 　　通过目测、雷达连续跟踪观测、飞机观测、照相/录像等技术获得云催化前后云体外形、云体上升速度和高度、云内温度和湿度、云内垂直气流速度等参量的变化，比较催化云和非催化云之间以及云体催化前后雷达回波参量(回波云宏观结构、粒子相态、粒子取向等)。 ②人工催化前后云体微观特征变化观测分析 　　利用云滴谱取样仪、含水量取样仪、冰雪晶取样仪、颠簸仪、飞机积冰仪、盐核取样仪、冰核计数器、PMS、地基及机载微波辐射计、双极化气象雷达等设备获得云滴谱、云含水量、过冷水含水量、雨滴谱、大粒子和降水粒子浓度、冰雪晶浓度和谱分布、降水中Ag+含量等的空间分布结构和时间演变特征。 例-催化云和非催化云雷达回波宏观参量分析 　　福建古田水库人工降雨试验中，共取得比较完整的雷达回波资料(回波顶高、回波厚度、回波强度)109个试验单元，通过对这些资料的分析，检验催化引起云的宏观结构的变化。由于56个催化单元和53个非催化单元在作业前就存在差异，故曾光平等(1996)采用双比法分析不同类型云催化前后这些宏观参量变化。根据云型合并分析的结果表明，催化作业后30~40 min，云宏观参量发生明显变化，回波顶高、厚度和强度分别增加10.9%、17.2 %和11.1%(a0.05)；40~50 min回波强度仍发生明显变化，增加17.2％(a0.05)。与古田水库人工降水试验出现增雨效果的时间基本一致，为人工影响天气统计结果提供了佐证，说明人工影响天气的统计结果是有物理证据支持的。