常倬林 朱浩然 李得勤 田磊 黨張利

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.中國氣象局云霧物理環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所，遼寧 沈陽 110166）

引言

地形云是由含有一定水汽的濕空氣塊在盛行氣流作用下，經(jīng)地形作用抬升達(dá)到飽和而形成的云［1］。地形云是云物理研究的天然實(shí)驗(yàn)室，平原地區(qū)的地形云難以被探測(cè)，在地形云多發(fā)地區(qū)，可依托地形抬升區(qū)布設(shè)多種探測(cè)設(shè)備，對(duì)云體進(jìn)行探測(cè)，從而直接獲取云內(nèi)氣象資料［2-3］。

民間諺語：“一山分四級(jí)，南北兩重天”，說的就是地形對(duì)大氣降水的影響。地形云作為重要的降水云系，其產(chǎn)生的降水是很多重要河流、冰川形成的主要來源，同時(shí)也是產(chǎn)生暴雨、泥石流、滑坡等災(zāi)害的重要因素，與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。針對(duì)地形云催化導(dǎo)致地面降水的增加，很多播云試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證［4］。世界氣象組織人工影響天氣聲明中指出：“就當(dāng)前的認(rèn)識(shí)水平而言，用成冰性催化劑催化氣流越過山而形成的地形云，可增加其降水量，具有最好的經(jīng)濟(jì)前景”［5］。大量播云試驗(yàn)結(jié)果也表明，地形云是人工增雨效率較高的催化作業(yè)云系，只要云的物理?xiàng)l件、催化部位和催化劑量選擇合適，增雨量可達(dá)10%—15%［6］。中國西北地區(qū)是我國缺水最嚴(yán)重的地區(qū)［7］，其降水主要集中在山區(qū)，靠山區(qū)降水轉(zhuǎn)化成山區(qū)冰雪，或與冰雪融水相匯合，形成強(qiáng)大的地表徑流，一部分匯聚盆地，一部分滲入地下，成為滋潤廣大綠洲的寶貴水源。因此開發(fā)利用山區(qū)的空中云水資源，人工催化山區(qū)地形云降水成為西北地區(qū)人工影響天氣作業(yè)的重點(diǎn)。

目前，由于觀測(cè)資料的缺乏，對(duì)于地形云降水機(jī)制的研究還存在許多不足，其中，地形云降水的微物理機(jī)制及水汽循環(huán)機(jī)制、地形云人工增雨防雹效率提升技術(shù)、地形云作業(yè)效果評(píng)估方法、山脈干擾地面風(fēng)以及改變不同氣候區(qū)降水模式的各種物理機(jī)制、山地波的傳輸?shù)纫幌盗械匦卧旗F物理與云水資源開發(fā)中的科學(xué)問題亟待進(jìn)一步解決。因此需要回顧國內(nèi)外大量地形云野外科學(xué)試驗(yàn)，總結(jié)地形云開發(fā)利用中的關(guān)鍵技術(shù)問題，開展地形云野外科學(xué)試驗(yàn)，并提出相應(yīng)對(duì)策和建議。

1 國內(nèi)外地形云催化野外科學(xué)試驗(yàn)概況

1949年，Bergeron［8］在考慮對(duì)各類云進(jìn)行有效人工影響的可能性時(shí)指出，相對(duì)固定的地形強(qiáng)迫作用，尤其是穩(wěn)定的冬季氣流特征，特別有助于簡化云和降水形成的動(dòng)力條件，而冬季風(fēng)暴中存在的活躍的云和降水微物理過程，提供了一個(gè)自然狀態(tài)下適于研究云系動(dòng)力學(xué)的微物理場(chǎng)所。1955年，Ludlam［9］提出了冬季地形云人工增雨的概念模型，其核心是自然地形云中所含的冰晶數(shù)濃度不足，為了截流由地形抬升形成的云中過冷水，需要通過人工播撒碘化銀和干冰，使人工冰核活化產(chǎn)生冰晶，影響過冷水滴向冰晶轉(zhuǎn)移水分的過程，從而影響地形云發(fā)展進(jìn)程，使地形云在通過山脊之前產(chǎn)生或增加降雨（雪）。該理論成為地形云人工增雨的科學(xué)基礎(chǔ)。

表1 國際主要地形云催化降雨外場(chǎng)試驗(yàn)一覽表Table 1 A list of field tests of internationalmain topographic cloud catalytic p recipitation enhancem ent

近60 a來，隨著氣象探測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，國際上開展了許多山地氣象相關(guān)的野外觀測(cè)（部分見表1），這些試驗(yàn)開展的區(qū)域包括了加利福尼亞州的內(nèi)華達(dá)山脈（Sierra Nevada）［10-13］，科羅拉多州的帕克山脈（Park Range）［14-15］，猶 他 州 的 瓦 薩 奇（Wasatch）［16-18］，愛 達(dá) 荷 州 的 帕 耶 特 山（Payette Mountains）［19］，華 盛 頓 州 的 喀 斯 喀 特 山 脈（Cascades）［20-21］，懷俄明州的梅迪辛博山脈（Medicine Bow Mountains）［22-24］，澳大利亞的大分水嶺及雪山［25］，日本的中央山脈［26-27］等。學(xué)者們?cè)谏鲜鲈囼?yàn)中研究了如何利用大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方程、數(shù)值模擬、同位觀測(cè)及遙感方法來解釋地形效應(yīng)；探索了山脈改變風(fēng)場(chǎng)以及不同氣候區(qū)降水模式的各種物理機(jī)制；討論了山地波在對(duì)流層向平流層、中間層和熱層的垂直傳播等科學(xué)問題，取得了一系列地形云研究成果。

其中，由美國科羅拉多州立大學(xué)在落基山脈開展的Climax計(jì)劃（1960—1965年，1965—1970年）通過統(tǒng)計(jì)分析，在一定的顯著性水平下討論了增加降水的可能性，并對(duì)降水效率和云頂溫度關(guān)系以及播撒日降水與云頂溫度的關(guān)系做了系統(tǒng)研究，論證了用提高降水效率的辦法增加降水的有效性，以及使用云頂溫度作為作業(yè)指標(biāo)的可行性。該試驗(yàn)是少數(shù)在統(tǒng)計(jì)上具有顯著性并在物理上獲得一定解釋的播云增雨成功試驗(yàn)之一，證實(shí)了地形云人工催化增加降水是可行的，標(biāo)志著廣泛進(jìn)行地形云作業(yè)的開始。20世紀(jì)60—70年代以Hobbs主持的喀斯喀特山冬季云和降水觀測(cè)及其人工影響試驗(yàn)為先驅(qū)，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施中對(duì)播云的效應(yīng)進(jìn)行了直接觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)地形過冷水主要出現(xiàn)在山體迎風(fēng)坡和山脊頂，離地表越近，過冷液水含量越高［20］，開啟了基于物理檢驗(yàn)的非隨機(jī)化播云試驗(yàn)新方法。緊隨其后出現(xiàn)了一系列注重物理檢驗(yàn)的人工催化地形云試驗(yàn)，如1995年亞利桑那計(jì)劃，研究了山谷重力波與氣流相互作用的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和微物理場(chǎng)特征，建立了重力波預(yù)報(bào)識(shí)別方法，提高了地形云人工播云作業(yè)決策水平。

相比而言，中國專門針對(duì)地形云開展的大規(guī)模外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)較為稀少。20世紀(jì)50年代后期至70年代，科學(xué)家們?cè)诤馍健⑻┥?、廬山、祁連山等地開展了云霧觀測(cè)，并在1972年籌建了廬山云霧物理試驗(yàn)室，這些觀測(cè)總結(jié)了云霧中垂直速度及云微物理量的特點(diǎn)，分析了中國南方層狀云的雨滴譜和含水量的特征，發(fā)現(xiàn)中國南方層狀云中云滴譜寬呈現(xiàn)雙峰的特征［28］。在20世紀(jì)80年代中國氣象科學(xué)院開展的北方層狀云人工降水試驗(yàn)研究中，對(duì)新疆天山地區(qū)的系統(tǒng)性層狀云和地形云進(jìn)行了綜合外場(chǎng)觀測(cè)研究，分析了云水資源情況、云和降水物理過程、人工增雪及人工催化的方法和途徑，建立了云系的概念模型，提出了多項(xiàng)人工增雨作業(yè)的指標(biāo)［29］。21世紀(jì)初，隨著抗旱減災(zāi)的實(shí)際需要以及國家在人工影響天氣業(yè)務(wù)及科研上投入的增加，對(duì)于地形云和降水的探測(cè)及機(jī)理研究有了更多的進(jìn)展。近年來，氣象學(xué)者們針對(duì)祁連山地形云開展了較多的觀測(cè)研究［30］。如付雙喜等［31］發(fā)現(xiàn)祁連山區(qū)強(qiáng)降水是在有利的天氣尺度環(huán)流背景下和特殊地形疊加下形成的，這與一般的過山氣流形成的地形云不盡相同。陳添宇等［32］提出了祁連山地形云發(fā)展和演變的概念模型。鄭國光等［5］發(fā)現(xiàn)祁連山地區(qū)夏季云量豐富，平均云量在6成以上，西南氣流天氣背景下總云量多達(dá)8成，山區(qū)站出現(xiàn)積雨云的比率達(dá)50%—60%，比川區(qū)站出現(xiàn)的比率高10%—40%。從2018年開始，在西北人工影響天氣能力建設(shè)等項(xiàng)目的支持下，祁連山、天山、六盤山地區(qū)開展了一系列地形云野外科學(xué)試驗(yàn)，研究者也借此對(duì)地形云天氣氣候背景和云宏觀微觀結(jié)構(gòu)特征有了更多了解?？梢灶A(yù)見，對(duì)于地形云的研究將隨著探測(cè)技術(shù)手段的不斷發(fā)展而逐漸深入，其研究結(jié)果也愈發(fā)體現(xiàn)出定量、精細(xì)、綜合的特點(diǎn)。

2 地形云催化增雨中的主要問題

通過播云增強(qiáng)地形云系統(tǒng)降水的最為根本的假設(shè)在于：云的降水效率可以通過播云將過冷液態(tài)水轉(zhuǎn)化為冰粒子而被提高，增加地面的降水量。其中靜態(tài)播云的物理依據(jù)是：當(dāng)溫度相同且低于0℃時(shí)，冰面的飽和水汽壓要低于過冷液態(tài)水的飽和水汽壓。因此，在低于0℃時(shí)，一塊液水飽和的云將會(huì)相對(duì)于冰相變得超飽和，其結(jié)果是在一塊原本已經(jīng)飽和且存在過冷水的液態(tài)水云中，其冰相粒子迅速成長達(dá)到可以降水的尺度，而過冷水滴則逐漸蒸發(fā)，轉(zhuǎn)變?yōu)楸У脑鲩L。

在地形云人工增雨試驗(yàn)中，首要的一點(diǎn)是判斷在地形云系統(tǒng)中過冷液態(tài)水存在于何時(shí)以及何處，山脈存在的地區(qū)是研究者重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)，這是因?yàn)檫^冷液態(tài)水通常存在或者富集于地形抬升處。探究過冷液態(tài)水云在云內(nèi)的分布是一系列探測(cè)試驗(yàn)的焦點(diǎn)。研究表明［33］，過冷液態(tài)水最常出現(xiàn)的云區(qū)中通常伴隨著強(qiáng)烈的上升氣流，冷凝物的供應(yīng)率大于冰的擴(kuò)散增長率。觀測(cè)表明，這樣的上升氣流存在于：①較為陡峭的地形抬升區(qū)域［14］。②在云頂產(chǎn)生的單體且云頂溫度大于-25℃時(shí)［34-36］。③在與重力波相關(guān)的上升氣流中［37-38］。④在靠近山體表面，由局地地形引發(fā)的湍渦或者是風(fēng)切變區(qū)域的上升湍流［39-41］。⑤過冷水還有可能在云頂溫度暖于-25℃的淺層對(duì)流中產(chǎn)生［11-12］。⑥在地形云的云底低于融化層且地形引起的云水抬升穿過0℃層［21，42-43］。

事實(shí)上，僅僅知道過冷液態(tài)水在云中的分布是不夠的，山地云系的微物理過程演變與中尺度動(dòng)力結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)聯(lián)，而這反過來又作用于鋒和急流相關(guān)的環(huán)流。因此，降水過程中另一個(gè)需要關(guān)注的問題是自然狀態(tài)下的降水過程以及哪部分地形云適用于用催化劑來增加降水。近幾十年來，學(xué)者們?cè)诙嗌降貐^(qū)進(jìn)行了許多的外場(chǎng)試驗(yàn)來研究自然降雨過程，并對(duì)地形云的可播性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

深厚的地形云系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)在鋒前，其主要特征為云頂?shù)谋顺珊诉^程，并伴隨有下降至地面過程中的擴(kuò)散增長以及冰粒子的聚集過程。在喀斯喀特山［20，44］，科羅拉多州北部落基山脈［45］，圣胡安山脈［46］，澳大利亞南部山脈［25］這些試驗(yàn)中，均支持這一基本的微物理演變。凇附作用是微物理過程中較為重要的一個(gè)過程，凇附作用發(fā)生時(shí)，通常局限于過冷水滴出現(xiàn)的區(qū)域，特別是在強(qiáng)上升區(qū)。云頂高度大于-15℃的淺層地形云也能產(chǎn)生冰粒子，但在濃度上不足以消耗云內(nèi)的過冷水，除非是地表的雪被吹入系統(tǒng)中來補(bǔ)充冰粒子［40，47-48］，或者是云頂存在云泡出現(xiàn)含有冰晶的煙羽［49-51］。對(duì)于淺層地形云而言，在某些時(shí)候它們可以持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，在懷俄明州的ASCII試驗(yàn)以及愛荷達(dá)州的SNOW IE試驗(yàn)中，利用空載的W波段云雷達(dá)的反射率廓線可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流發(fā)生的時(shí)候，常呈現(xiàn)弱的靜力穩(wěn)定度以及低層潛在的不穩(wěn)定［52-53］。上述事實(shí)表明，對(duì)于地形云自然降水過程的分析有助于幫助判斷上升氣流、雨滴落區(qū)的分布等降水特征，進(jìn)而對(duì)催化劑的播撒區(qū)域起到指導(dǎo)作用。

3 六盤山地形云催化人工增雨的實(shí)踐

六盤山區(qū)是中國國家生態(tài)主體功能區(qū)“兩屏三帶”的“黃土高原—川滇生態(tài)屏障”的重要組成部分和國家級(jí)14個(gè)集中連片扶貧區(qū)之一，是中國黃土高原西部具有代表性的溫帶山地森林生態(tài)系統(tǒng)和寧夏、甘肅中部和陜西渭北高原近千萬人口的水源涵養(yǎng)地，同時(shí)也是黃河水系涇河、清水河、葫蘆河的發(fā)源地，在涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、保持生態(tài)平衡等方面起著重要作用。位于該區(qū)域中心的六盤山氣象站，海拔高度2842 m，日均溫度1.5℃，日均風(fēng)速達(dá)5.8 m·s-1，近1/3的時(shí)段吹6級(jí)以上的大風(fēng)，年均相對(duì)濕度高達(dá)69%，常年霧日高達(dá)153 d，雨日高達(dá)127 d，雪日達(dá)65 d，雷暴日數(shù)達(dá)30 d，年均出現(xiàn)對(duì)流性云70次。六盤山獨(dú)特的區(qū)位和地形地貌，以及特殊的天氣氣候特點(diǎn)，可以便于對(duì)西風(fēng)帶與季風(fēng)交匯處的半濕潤半干旱過渡帶天氣氣候背景條件下地形云降水機(jī)理、地形云宏微觀物理結(jié)構(gòu)特征及形成機(jī)制、地形云—輻射—?dú)馊苣z—降水的相互作用、地形云人工增雨（雪）效率提高的機(jī)制等問題進(jìn)行研究。鑒于此，寧夏回族自治區(qū)氣象局在六盤山區(qū)建立了六盤山地形云野外科學(xué)試驗(yàn)基地。

3.1 試驗(yàn)基地建設(shè)目的

根據(jù)六盤山獨(dú)特的地理位置和地形地貌，以及特殊的天氣氣候特點(diǎn)，充分考慮人工影響天氣面臨的關(guān)鍵科技問題，采用野外觀測(cè)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬的技術(shù)手段，基地?cái)M解決的問題為：①開展西風(fēng)帶與季風(fēng)交匯處的半濕潤半干旱過渡帶天氣氣候背景條件下地形云降水機(jī)理的觀測(cè)試驗(yàn)，建立地形云降水概念模型，分析地形、天氣、氣候等因素對(duì)地形云形成及降水的影響機(jī)理。②開展地形云宏微觀物理結(jié)構(gòu)特征及形成機(jī)制，以及云—輻射—?dú)馊苣z—降水相互作用的觀測(cè)試驗(yàn)，探索地形云云微物理參數(shù)化方案和地形云次網(wǎng)格參數(shù)化方案，研究地形云降水效率。③開展地形云人工增雨、防雹作業(yè)及效果評(píng)估觀測(cè)試驗(yàn)，并建立相應(yīng)的作業(yè)和效果評(píng)估方案。④開展復(fù)雜地形下墊面陸面過程長期定位觀測(cè)研究，發(fā)展人工影響天氣對(duì)生態(tài)影響的觀測(cè)試驗(yàn)，研究人工增雨對(duì)生態(tài)環(huán)境和地表水資源影響。⑤開展針對(duì)新型探測(cè)設(shè)備和新型催化設(shè)備的適用性觀測(cè)試驗(yàn)，研究制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，在國內(nèi)首次提出了在六盤山區(qū)開展“西風(fēng)與季風(fēng)交匯對(duì)地形云形成及災(zāi)害性天氣形成影響試驗(yàn)計(jì)劃”、“地形云—?dú)馊苣z—降水的相互作用觀測(cè)試驗(yàn)計(jì)劃”、“地形云人工增雨防雹關(guān)鍵技術(shù)提升試驗(yàn)計(jì)劃”這三大觀測(cè)試驗(yàn)計(jì)劃。

3.2 試驗(yàn)基地主要功能布局

根據(jù)開展的試驗(yàn)計(jì)劃，試驗(yàn)基地建設(shè)了“一主二翼三輔助”試驗(yàn)站，從多維度對(duì)云和降水系統(tǒng)進(jìn)行多要素、連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。其中，“一主”為六盤山氣象站，布設(shè)有多普勒天氣雷達(dá)、微雨雷達(dá)、云雷達(dá)、雨滴譜儀、三維超聲測(cè)風(fēng)儀、激光云高儀、GNSS/MET站、云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器、霧滴譜?！岸怼睘楹?xùn)|飛機(jī)增雨基地和固原長城梁觀測(cè)站。河?xùn)|飛機(jī)增雨基地位于寧夏銀川市興慶區(qū)（106.35°E、38.48°N，海拔高度為1121 m），負(fù)責(zé)保障人工增雨探測(cè)飛機(jī)。固原長城梁觀測(cè)站位于寧夏固原市長城梁生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)（106.13°E、36.02°N，海拔高度為1839 m），負(fù)責(zé)保障無人機(jī)催化探測(cè)作業(yè)等。“三輔助”為隆德縣氣象觀測(cè)站、涇源縣氣象觀測(cè)站和涇源大灣人工影響天氣標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)點(diǎn)。各站布設(shè)有微波輻射計(jì)、微雨雷達(dá)、GNSS/MET站、三維超聲測(cè)風(fēng)儀、云雷達(dá)、雨滴譜儀、激光云高儀等探測(cè)儀器。另外，在六盤山東西兩側(cè)分別按照垂直高度200 m左右的間隔共設(shè)置8套梯度觀測(cè)站。每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)、6要素自動(dòng)氣象站（帶固態(tài)降水）、雨滴譜儀，主要用于在山體不同高度上同時(shí)直接觀測(cè)降水量、近地面垂直風(fēng)和地面湍流的變化特征，結(jié)合云霧—降水觀測(cè)及氣溶膠觀測(cè)，便于更好地研究高山地區(qū)大氣邊界層和自由大氣交換過程對(duì)氣溶膠、云、霧和降水以及它們之間相互作用的影響，綜合評(píng)估六盤山對(duì)云及降水的地形效應(yīng)。以主試驗(yàn)站六盤山氣象站多普勒天氣雷達(dá)為核心，在其西北及東北兩側(cè)分別布設(shè)了X-波段雙偏振雷達(dá)，在其東南及西南兩側(cè)分別布設(shè)了3 km和6 km風(fēng)廓線雷達(dá)，共同構(gòu)成試驗(yàn)基地的雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)。

3.3 試驗(yàn)開展情況及研究進(jìn)展

基于六盤山地形云野外科學(xué)試驗(yàn)基地，寧夏氣象工作者也開展了地形云催化增雨的系列研究工作。初步成果體現(xiàn)在：①對(duì)特種觀測(cè)資料的質(zhì)量控制［54-55］，針對(duì)微波輻射計(jì)資料，設(shè)計(jì)垂直變化強(qiáng)度極值檢查、標(biāo)準(zhǔn)差檢查、極值檢查、奇異值檢查和僵值檢查等5種檢查方法，選用不同閾值進(jìn)行質(zhì)量控制；綜合利用寧夏六盤山區(qū)微雨雷達(dá)、云雷達(dá)和微波輻射計(jì)資料，建立了最優(yōu)融化層亮帶識(shí)別方法；對(duì)不同類型云雷達(dá)的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析，明確其性能的差異性及其在六盤山區(qū)的探測(cè)能力，針對(duì)不同信號(hào)處理方法及數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)制下的云雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析；對(duì)不同型號(hào)激光雨滴譜儀反演降水與雨量計(jì)測(cè)得的降水進(jìn)行對(duì)比訂正；對(duì)不同降水情況下GNSS/MET反演大氣水汽含量與探空資料反演大氣水汽含量進(jìn)行對(duì)比分析，訂正GNSS/MET反演結(jié)果精度。②地形云水資源評(píng)估問題。引入水汽標(biāo)高概念，在國內(nèi)首次利用GNSS/MET站資料和自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)計(jì)算大氣水汽標(biāo)高，填補(bǔ)了寧夏地區(qū)高時(shí)空分辨率水汽垂直分布特征研究的不足；基于微波輻射計(jì)、GNSS/MET、ERA-Interim等資料多角度分析研究六盤山區(qū)空中水汽條件、降水效率及增雨潛力，將ERA Interim再分析資料插值到了六盤山區(qū)的各站點(diǎn)中，明確近30 a平均態(tài)下六盤山區(qū)各站點(diǎn)的空中水汽條件特征，為該地云水資源開發(fā)提供參考。③地形云宏微觀結(jié)構(gòu)特征問題［56-59］。使用最優(yōu)融化層亮帶識(shí)別及概率分布統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)比分析了六盤山區(qū)夏秋季山脊和山谷典型對(duì)流云、層狀云和淺積云降水過程中的云宏觀特征及層狀云降水融化層亮帶特征，并針對(duì)六盤山區(qū)夏秋季典型層狀云降水對(duì)比分析了山脊站和山谷站的融化層亮帶特征和各層的滴譜分布特征；對(duì)長時(shí)間序列、多降水個(gè)例的不同高度雨滴譜特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于對(duì)流云降水樣本不同高度雨滴譜未呈現(xiàn)規(guī)律特征，而對(duì)于層狀云穩(wěn)定性降水樣本分析發(fā)現(xiàn)不同高度雨滴譜參量及分布特征較為明顯。綜合FM-120霧滴譜儀和散射式能見度儀觀測(cè)資料分析，發(fā)現(xiàn)六盤山站霧發(fā)展、消散階段持續(xù)時(shí)間短，成熟階段持續(xù)時(shí)間長，具有譜寬拓寬現(xiàn)象；過冷霧的滴譜呈單峰分布，暖霧的滴譜呈雙峰分布。④地形對(duì)區(qū)域降水分布影響及地形降水概念模型建立。根據(jù)降水量山體海拔高度、與主體山峰距離的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，結(jié)合中低層氣流場(chǎng)與山地地形的相互作用分析和中尺度模式，模擬得出六盤山地形對(duì)區(qū)域降水分布的影響機(jī)理。⑤地形云催化人工增雨作業(yè)指標(biāo)研究［59］。利用RPG-HATPRO-G4微波輻射計(jì)，研究六盤山地區(qū)94個(gè)不同類型降水個(gè)例降水前云液態(tài)水含量的躍變時(shí)間，陣性降水開始前15 min發(fā)生躍增；連續(xù)性小雨無明顯躍增；連續(xù)性中雨40 min內(nèi)有2個(gè)先增后減的過程；連續(xù)性大雨降水前10 min和3 min各有一次劇烈躍增；間歇性降水前12 min出現(xiàn)躍增?；谛乱淮鞖饫走_(dá)資料，研究制定了人工防雹預(yù)警及作業(yè)指標(biāo)。上述研究為區(qū)域地形云云水資源的高效開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

4 對(duì)策與建議

借鑒國內(nèi)外開展地形云野外科學(xué)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，地形云催化試驗(yàn)中的關(guān)鍵科學(xué)問題，針對(duì)六盤山地形云催化野外科學(xué)試驗(yàn)中得出結(jié)論及存在的問題，提出如下對(duì)策與建議。

4.1 增強(qiáng)地形云野外科學(xué)試驗(yàn)針對(duì)性

近代大氣科學(xué)之所以取得迅速發(fā)展，一個(gè)重要原因是新觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。對(duì)地形云開展系統(tǒng)性的觀測(cè)試驗(yàn)可以為人工影響天氣理論發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。通過建立適宜開展地形云野外科學(xué)試驗(yàn)的基地，如六盤山地形云野外科學(xué)試驗(yàn)基地，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形云相關(guān)若干要素和自然過程長期、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，為地形云研究中關(guān)鍵技術(shù)問題，如地形云與災(zāi)害性天氣形成機(jī)理、地形云—?dú)馊苣z—降水的相互作用、地形云人工增雨觀測(cè)指標(biāo)的建立等提供觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐。在六盤山地形云野外科學(xué)試驗(yàn)中，雖然建設(shè)了大量新型觀測(cè)設(shè)備，但是試驗(yàn)的目的性、針對(duì)性不夠，導(dǎo)致試驗(yàn)中只給出了一般性對(duì)云宏微觀特征等的認(rèn)識(shí)結(jié)論。在后期的試驗(yàn)中，一方面要加強(qiáng)對(duì)野外科學(xué)試驗(yàn)的針對(duì)性設(shè)計(jì)，如Climax試驗(yàn)針對(duì)冬季積雪開展試驗(yàn)，亞利桑那試驗(yàn)針對(duì)重力波開展試驗(yàn)［60］；另一方面要增加空地立體試驗(yàn)，租用高性能飛機(jī)配合六盤山區(qū)地面探測(cè)設(shè)備開展地形云野外科學(xué)試驗(yàn)。

4.2 強(qiáng)化地形云內(nèi)物理過程及地形云降水的定量化研究

對(duì)于地形云的研究，目前的認(rèn)識(shí)仍然處在半定量化階段，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式中對(duì)地形云和降水微物理過程的描述和定量化預(yù)報(bào)仍存在很多不確定性，人工增雨的機(jī)理和效果檢驗(yàn)等問題也亟待建立定量化的指標(biāo)。地形云的定量化研究可以從云宏觀結(jié)構(gòu)、云微物理過程、降水過程、人工增雨作業(yè)和效果檢驗(yàn)指標(biāo)［61］4個(gè)方面開展，從而更精細(xì)地評(píng)估地形引起的降水增強(qiáng)或再分配效應(yīng)同地形降水和環(huán)境要素的關(guān)系，建立具有較高準(zhǔn)確度和實(shí)用性的地形云人工增雨作業(yè)及效果檢驗(yàn)指標(biāo)。

4.3 重視地形云催化數(shù)值模式的發(fā)展和改進(jìn)

地形對(duì)大氣降水的影響、地形云云水資源的高效開發(fā)利用等是人工影響天氣研究中的重要問題。與此同時(shí)，國內(nèi)外在天氣和氣候模式、云物理模式和人工催化增雨模式的物理過程和資料同化技術(shù)方面也取得了顯著進(jìn)展。隨著計(jì)算能力的不斷進(jìn)步，更高分辨率的數(shù)值模式被廣泛用于云和降水的機(jī)理研究，也為研究地形云的結(jié)構(gòu)及降水機(jī)理、人工催化增雨技術(shù)提供了良好的條件。因此，在加強(qiáng)地形云人工影響天氣外場(chǎng)試驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)云—降水模式改進(jìn)和模擬的精細(xì)化程度，改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)模式中云微物理過程參數(shù)化方案，增強(qiáng)對(duì)氣溶膠—地形云—降水關(guān)鍵物理過程模擬水平，進(jìn)而提高天氣預(yù)報(bào)模式對(duì)復(fù)雜地形影響下降水過程的模擬能力。

4.4 加強(qiáng)各部門協(xié)作創(chuàng)新，推動(dòng)地形云成果轉(zhuǎn)化與共享

地形云增雨研究涉及到理論研究、觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、政府決策等諸多方面的協(xié)同合作。因此，探索推動(dòng)跨領(lǐng)域、跨部門、跨區(qū)域的協(xié)同創(chuàng)新合作機(jī)制，推進(jìn)科技資源的開放共享，打破部門所有，實(shí)行“一基地服務(wù)多部門”，有助于研究的順利進(jìn)行。此外，還可以組織國內(nèi)外地形云研究的相關(guān)專家組成地形云野外科學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)委員會(huì)，指導(dǎo)全國地形云野外科學(xué)試驗(yàn)的開展，提出科技發(fā)展咨詢建議，吸引和集聚地形云及相關(guān)領(lǐng)域的科技人才集中攻關(guān)。跟蹤國際學(xué)科動(dòng)態(tài)，營造創(chuàng)新氛圍，推動(dòng)地形云成果轉(zhuǎn)化與共享。