2014年昆明市常態(tài)化人工增雨效果區(qū)域?qū)Ρ确治?/h1>
2015-08-14 09:41:42方夏馨時永祥卡蓉燕
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年25期
方夏馨，時永祥，孫 玲，卡蓉燕
(1.云南省昆明市氣象局，云南昆明 650500;2.云南省氣象局人工影響天氣中心，云南昆明 650500)
2009年以來，昆明連續(xù)多年干旱，全市庫塘蓄水嚴(yán)重不足。2010年，在昆明市委、市政府的正確領(lǐng)導(dǎo)下，市氣象局大膽創(chuàng)新工作思路，在全省率先公開提出開展以增加水庫蓄水為主要目的“常態(tài)化人工增雨”工作，實現(xiàn)時間上的連續(xù)性、空間上的全覆蓋、作業(yè)上的精準(zhǔn)化，提高昆明城市供水能力，切實解決昆明水資源短缺的矛盾，開辟新的水源以滿足水資源的供需平衡，實現(xiàn)昆明市水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開展常年資源性人工增雨作業(yè)，開發(fā)利用空中云水資源，主動應(yīng)對干旱加劇、水資源貧乏、氣候變暖、降水減少等問題，減輕水資源短缺的影響危害和損失，彌補抗旱手段的不足和緩解水資源與用水需求的矛盾，在一定程度上能夠解決地區(qū)性水資源短缺的問題。昆明市在主水源區(qū)建設(shè)人工增雨基地，開展常態(tài)化人工增雨，其經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益潛力巨大，增雨效果得到了政府部門及相關(guān)單位的高度評價［1］。筆者在此采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ?014年8次開展人工增雨作業(yè)的作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)ZQZ系列自動氣象站雨量數(shù)據(jù)以及作業(yè)用彈量等信息，對2014年云龍、松華壩、清水海、柴河、大河水庫實施常態(tài)化人工增雨的效果進行了初步分析。
1 資料與方法
1.1 作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)的選擇 在增雨作業(yè)效果分析中，常受到地形和天氣形勢等各種因素差異的影響。因此，在確定作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)時，需要考慮剔除這些因素的較大干擾。翟羽等［2］利用顯著性檢驗的聚類統(tǒng)計方法引入到浮動對比區(qū)歷史回歸方法中來選擇對比區(qū)，減少了對比區(qū)選擇的主觀性和盲目性。程月等［3］通過對歷史降水資料采用樣本分析和區(qū)域調(diào)整等方法，探討了影響區(qū)和對比區(qū)的相關(guān)性。該研究采用層次聚類法，把1960～2012年125個站20:00～次日20:00的歷年年降水量作為樣本，對變量進行分類，選用組間平均距離法來表示2個類別之間的距離，客觀劃分降水量時間變化相似的區(qū)域，再在選定的相似區(qū)域內(nèi)進行增雨作業(yè)區(qū)和對比區(qū)的增雨效果檢驗分析。
針對云南氣象站點年降水量的歷年變化，使用聚類分析劃分氣象站點的16類結(jié)果按站點的自然地理分布呈現(xiàn)在二維地圖上，得到相應(yīng)的16個分區(qū)(圖1)。昆明市云龍、松華壩、柴河、大河水庫常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)域均在第10個分區(qū)，清水海水庫常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)域在第11區(qū)。
據(jù)初步統(tǒng)計，昆明市2007～2013年5～10月期間出現(xiàn)降水天氣過程的天氣系統(tǒng)主要有川滇切變、低槽系統(tǒng)、靜止鋒、西行臺風(fēng)等(圖2)。根據(jù)實際情況，結(jié)合昆明市常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)點落區(qū)，筆者在選定作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)時，將作業(yè)影響區(qū)自動站均選擇在作業(yè)點附近10 km范圍內(nèi)，作業(yè)對比區(qū)自動站選擇在距作業(yè)點10～30 km范圍內(nèi)。
1.2 效益檢驗評估方法的選擇 國際上常用的人工增雨效果統(tǒng)計檢驗方法主要有區(qū)域歷史回歸分析法、雙比分析法、區(qū)域?qū)Ρ确治龇?、序列分析法等，每一種統(tǒng)計分析方法均有其優(yōu)缺點和適用條件［4］。為體現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和可比性，根據(jù)昆明市實際情況，在此統(tǒng)一采用ZQZ系列氣象自動站數(shù)據(jù)，選用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，計算常態(tài)化人工增雨相對增雨:令相對增雨量為R，目標(biāo)區(qū)作業(yè)期實測雨量為Y，對比區(qū)作業(yè)期雨量為X，相對增雨量=目標(biāo)區(qū)作業(yè)期實測雨量與對比區(qū)作業(yè)期實測雨量的比值減去1再乘以100%，即R(%)=(Y/X－1)×100%。
1.3 資料選取 選取了昆明市2014年8次開展人工增雨作業(yè)的降雨過程，對云龍、松華壩、清水海、柴河、大河水庫進行增雨效果分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 云龍水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.1.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。云龍水庫位于昆明市的北部祿勸縣云龍鄉(xiāng)的火期岔河村下游580 m，徑流區(qū)面積745 km2，是保障昆明市可持續(xù)發(fā)展的最重要的水源水庫，其多年平均產(chǎn)水量3.08億m3，總庫容4.84億m3，為多年調(diào)節(jié)型水庫。2014年云龍水庫共設(shè)16個常態(tài)化人工增雨作業(yè)點，其中固定作業(yè)點6個、流動作業(yè)點10個。
2.1.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程云龍水庫共發(fā)射增雨火箭彈428枚。利用作業(yè)區(qū)10個和對比區(qū)12個ZQZ系列自動氣象站(圖3)這8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ謩e計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程云龍水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為38.6%。
2.2 松華壩水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.2.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。松華壩水庫位于昆明市北郊，距市區(qū)15 km，是昆明市主要的飲用水源。壩址在松華山的鳳嶺與蓮峰之間，總庫容2.19億m3，多年平均產(chǎn)水量2.19億m3，徑流區(qū)面積為593 km2。2014年松華壩水庫共設(shè)11個常態(tài)化增雨作業(yè)點，其中固定作業(yè)點4個、流動作業(yè)點7個。
2.2.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程松華壩水庫共發(fā)射增雨火箭彈180枚。利用作業(yè)區(qū)10個和對比區(qū)7個ZQZ系列自動氣象站(圖4)這8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ謩e計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程松華壩水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為22.7%。
2.3 清水海水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.3.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。清水海水庫為調(diào)蓄水水庫，位于尋甸縣仁德鎮(zhèn)西14 km，總庫容15 417萬m3，徑流區(qū)面積314 km2，2014年清水海水庫共設(shè)常態(tài)化人工增雨作業(yè)點5個，其中有1個固定作業(yè)點、4個流動作業(yè)點。
2.3.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程清水海水庫共發(fā)射增雨火箭彈40枚，利用作業(yè)區(qū)1個和對比區(qū)4個ZQZ系列自動氣象站(圖5)2014年8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，分別計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程清水海水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為6.0%。
2.4 柴河、大河水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.4.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。柴河水庫位于晉寧縣六街鎮(zhèn)與上蒜鎮(zhèn)交界處，柴河水庫總面積11.78 hm2，柴河源頭位于六街鎮(zhèn)，是晉寧縣8條主要入湖河道之一，柴河全長14.11 km，徑流面積306.18 km2。大河水庫位于晉寧縣晉城鎮(zhèn)，淤泥河上游，水庫庫容為1 450萬m3，集雨面積為44 km2。2014年柴河、大河共設(shè)4個常態(tài)化人工增雨作業(yè)點，其中2個固定作業(yè)點、2個流動作業(yè)點。
2.4.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程柴河、大河發(fā)射增雨火箭彈68枚，利用作業(yè)區(qū)5個和對比區(qū)6個ZQZ系列自動氣象站(圖6)2014年8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，分別計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程柴河、大河常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為7.7%。
2.5 8次降雨過程用彈量與各大水庫相對增雨量對比分析 經(jīng)統(tǒng)計，選取的8次降水過程各大水庫常態(tài)化增雨作業(yè)共發(fā)射火箭彈716枚，其中云龍水庫428枚，松華壩水庫180枚，清水海水庫40枚，柴河、大河水庫68枚;云龍水庫相對增雨量為38.6%，松華壩水庫相對增雨量為22.7%，清水海水庫相對增雨量為6.0%，柴河、大河水庫相對增雨量為7.7%?？梢姡鳂I(yè)用彈量與水庫相對增雨量呈正相關(guān)(圖7)。
3 小結(jié)
通過對昆明市2014年8次開展人工增雨作業(yè)的人工增雨效果的初步分析，發(fā)現(xiàn)所選8次過程人工增雨作業(yè)影響區(qū)平均降雨量明顯大于對比區(qū)平均降雨量，其中云龍水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為38.6%，松華壩水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為22.7%，清水海水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為6.0%，柴河、大河常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為7.7%，可見，全市主城主供水水庫2014年平均相對增雨量為18.75%，作業(yè)用彈量與作業(yè)影響區(qū)相對增雨量呈正相關(guān)。
［1］方夏馨，時永祥，敖俊，等.2012年昆明市一次人工增雨效果對比分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(8):110 －111.
［2］翟羽，肖輝，杜秉玉，等.聚類統(tǒng)計檢驗在人工增雨效果檢驗中的應(yīng)用［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報，2008，31(2):228 －233.
［3］程月，徐學(xué)義，苗長忠，等.人工增雨效果檢驗中影響區(qū)和對比區(qū)選擇的探討［J］.山東氣象，2012(4):21－27.
［4］王黎俊，李侖格，楊毅.人工增雨效果檢驗的統(tǒng)計分析［J］.青?？萍?，2003(2):36－38.
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方夏馨，時永祥，孫 玲，卡蓉燕
(1.云南省昆明市氣象局，云南昆明 650500;2.云南省氣象局人工影響天氣中心，云南昆明 650500)
2009年以來，昆明連續(xù)多年干旱，全市庫塘蓄水嚴(yán)重不足。2010年，在昆明市委、市政府的正確領(lǐng)導(dǎo)下，市氣象局大膽創(chuàng)新工作思路，在全省率先公開提出開展以增加水庫蓄水為主要目的“常態(tài)化人工增雨”工作，實現(xiàn)時間上的連續(xù)性、空間上的全覆蓋、作業(yè)上的精準(zhǔn)化，提高昆明城市供水能力，切實解決昆明水資源短缺的矛盾，開辟新的水源以滿足水資源的供需平衡，實現(xiàn)昆明市水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開展常年資源性人工增雨作業(yè)，開發(fā)利用空中云水資源，主動應(yīng)對干旱加劇、水資源貧乏、氣候變暖、降水減少等問題，減輕水資源短缺的影響危害和損失，彌補抗旱手段的不足和緩解水資源與用水需求的矛盾，在一定程度上能夠解決地區(qū)性水資源短缺的問題。昆明市在主水源區(qū)建設(shè)人工增雨基地，開展常態(tài)化人工增雨，其經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益潛力巨大，增雨效果得到了政府部門及相關(guān)單位的高度評價［1］。筆者在此采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ?014年8次開展人工增雨作業(yè)的作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)ZQZ系列自動氣象站雨量數(shù)據(jù)以及作業(yè)用彈量等信息，對2014年云龍、松華壩、清水海、柴河、大河水庫實施常態(tài)化人工增雨的效果進行了初步分析。
1 資料與方法
1.1 作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)的選擇 在增雨作業(yè)效果分析中，常受到地形和天氣形勢等各種因素差異的影響。因此，在確定作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)時，需要考慮剔除這些因素的較大干擾。翟羽等［2］利用顯著性檢驗的聚類統(tǒng)計方法引入到浮動對比區(qū)歷史回歸方法中來選擇對比區(qū)，減少了對比區(qū)選擇的主觀性和盲目性。程月等［3］通過對歷史降水資料采用樣本分析和區(qū)域調(diào)整等方法，探討了影響區(qū)和對比區(qū)的相關(guān)性。該研究采用層次聚類法，把1960～2012年125個站20:00～次日20:00的歷年年降水量作為樣本，對變量進行分類，選用組間平均距離法來表示2個類別之間的距離，客觀劃分降水量時間變化相似的區(qū)域，再在選定的相似區(qū)域內(nèi)進行增雨作業(yè)區(qū)和對比區(qū)的增雨效果檢驗分析。
針對云南氣象站點年降水量的歷年變化，使用聚類分析劃分氣象站點的16類結(jié)果按站點的自然地理分布呈現(xiàn)在二維地圖上，得到相應(yīng)的16個分區(qū)(圖1)。昆明市云龍、松華壩、柴河、大河水庫常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)域均在第10個分區(qū)，清水海水庫常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)域在第11區(qū)。
據(jù)初步統(tǒng)計，昆明市2007～2013年5～10月期間出現(xiàn)降水天氣過程的天氣系統(tǒng)主要有川滇切變、低槽系統(tǒng)、靜止鋒、西行臺風(fēng)等(圖2)。根據(jù)實際情況，結(jié)合昆明市常態(tài)化人工增雨作業(yè)區(qū)點落區(qū)，筆者在選定作業(yè)影響區(qū)和對比區(qū)時，將作業(yè)影響區(qū)自動站均選擇在作業(yè)點附近10 km范圍內(nèi)，作業(yè)對比區(qū)自動站選擇在距作業(yè)點10～30 km范圍內(nèi)。
1.2 效益檢驗評估方法的選擇 國際上常用的人工增雨效果統(tǒng)計檢驗方法主要有區(qū)域歷史回歸分析法、雙比分析法、區(qū)域?qū)Ρ确治龇?、序列分析法等，每一種統(tǒng)計分析方法均有其優(yōu)缺點和適用條件［4］。為體現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和可比性，根據(jù)昆明市實際情況，在此統(tǒng)一采用ZQZ系列氣象自動站數(shù)據(jù)，選用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，計算常態(tài)化人工增雨相對增雨:令相對增雨量為R，目標(biāo)區(qū)作業(yè)期實測雨量為Y，對比區(qū)作業(yè)期雨量為X，相對增雨量=目標(biāo)區(qū)作業(yè)期實測雨量與對比區(qū)作業(yè)期實測雨量的比值減去1再乘以100%，即R(%)=(Y/X－1)×100%。
1.3 資料選取 選取了昆明市2014年8次開展人工增雨作業(yè)的降雨過程，對云龍、松華壩、清水海、柴河、大河水庫進行增雨效果分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 云龍水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.1.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。云龍水庫位于昆明市的北部祿勸縣云龍鄉(xiāng)的火期岔河村下游580 m，徑流區(qū)面積745 km2，是保障昆明市可持續(xù)發(fā)展的最重要的水源水庫，其多年平均產(chǎn)水量3.08億m3，總庫容4.84億m3，為多年調(diào)節(jié)型水庫。2014年云龍水庫共設(shè)16個常態(tài)化人工增雨作業(yè)點，其中固定作業(yè)點6個、流動作業(yè)點10個。
2.1.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程云龍水庫共發(fā)射增雨火箭彈428枚。利用作業(yè)區(qū)10個和對比區(qū)12個ZQZ系列自動氣象站(圖3)這8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ謩e計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程云龍水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為38.6%。
2.2 松華壩水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.2.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。松華壩水庫位于昆明市北郊，距市區(qū)15 km，是昆明市主要的飲用水源。壩址在松華山的鳳嶺與蓮峰之間，總庫容2.19億m3，多年平均產(chǎn)水量2.19億m3，徑流區(qū)面積為593 km2。2014年松華壩水庫共設(shè)11個常態(tài)化增雨作業(yè)點，其中固定作業(yè)點4個、流動作業(yè)點7個。
2.2.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程松華壩水庫共發(fā)射增雨火箭彈180枚。利用作業(yè)區(qū)10個和對比區(qū)7個ZQZ系列自動氣象站(圖4)這8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇ǎ謩e計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程松華壩水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為22.7%。
2.3 清水海水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.3.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。清水海水庫為調(diào)蓄水水庫，位于尋甸縣仁德鎮(zhèn)西14 km，總庫容15 417萬m3，徑流區(qū)面積314 km2，2014年清水海水庫共設(shè)常態(tài)化人工增雨作業(yè)點5個，其中有1個固定作業(yè)點、4個流動作業(yè)點。
2.3.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程清水海水庫共發(fā)射增雨火箭彈40枚，利用作業(yè)區(qū)1個和對比區(qū)4個ZQZ系列自動氣象站(圖5)2014年8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，分別計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程清水海水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為6.0%。
2.4 柴河、大河水庫常態(tài)化人工增雨效果分析
2.4.1 人工增雨作業(yè)點分布情況。柴河水庫位于晉寧縣六街鎮(zhèn)與上蒜鎮(zhèn)交界處，柴河水庫總面積11.78 hm2，柴河源頭位于六街鎮(zhèn)，是晉寧縣8條主要入湖河道之一，柴河全長14.11 km，徑流面積306.18 km2。大河水庫位于晉寧縣晉城鎮(zhèn)，淤泥河上游，水庫庫容為1 450萬m3，集雨面積為44 km2。2014年柴河、大河共設(shè)4個常態(tài)化人工增雨作業(yè)點，其中2個固定作業(yè)點、2個流動作業(yè)點。
2.4.2 作業(yè)區(qū)與對比區(qū)降雨情況。據(jù)統(tǒng)計，選取的8次降雨過程柴河、大河發(fā)射增雨火箭彈68枚，利用作業(yè)區(qū)5個和對比區(qū)6個ZQZ系列自動氣象站(圖6)2014年8次過程降雨量數(shù)據(jù)，采用區(qū)域?qū)Ρ确治龇?，分別計算出各次過程相對增雨量，得出這8次降雨過程柴河、大河常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為7.7%。
2.5 8次降雨過程用彈量與各大水庫相對增雨量對比分析 經(jīng)統(tǒng)計，選取的8次降水過程各大水庫常態(tài)化增雨作業(yè)共發(fā)射火箭彈716枚，其中云龍水庫428枚，松華壩水庫180枚，清水海水庫40枚，柴河、大河水庫68枚;云龍水庫相對增雨量為38.6%，松華壩水庫相對增雨量為22.7%，清水海水庫相對增雨量為6.0%，柴河、大河水庫相對增雨量為7.7%?？梢姡鳂I(yè)用彈量與水庫相對增雨量呈正相關(guān)(圖7)。
3 小結(jié)
通過對昆明市2014年8次開展人工增雨作業(yè)的人工增雨效果的初步分析，發(fā)現(xiàn)所選8次過程人工增雨作業(yè)影響區(qū)平均降雨量明顯大于對比區(qū)平均降雨量，其中云龍水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為38.6%，松華壩水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為22.7%，清水海水庫常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為6.0%，柴河、大河常態(tài)化人工增雨平均相對增雨量為7.7%，可見，全市主城主供水水庫2014年平均相對增雨量為18.75%，作業(yè)用彈量與作業(yè)影響區(qū)相對增雨量呈正相關(guān)。
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