(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110972783 A(43)申请公布日 2020.04.10
(21)申请号 201911223833.3(22)申请日 2019.12.03
(71)申请人 大连市人工影响天气办公室
地址 116001 辽宁省大连市中山区气象街2
号
申请人 中国科学院大气物理研究所(72)发明人 李红斌 邹杰 肖辉 苏正军
夏葳 刘卫华 闻家梁 濮文耀 傅瑜 王红艳 (74)专利代理机构 北京润泽恒知识产权代理有
限公司 11319
代理人 莎日娜(51)Int.Cl.
A01G 15/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书7页 附图3页
(54)发明名称
一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统(57)摘要
本申请提供了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统，采用了人工影响天气作业指挥主要工具多普勒天气雷达，通过对降水回波的发展演变进行实时监测，结合地面天气形势场、风廓线雷达以及ADMS模型对AgI烟剂扩散模
研究并建拟和垂直风场再分析资料等综合分析，
立了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，利用该方法将使人工增雨(雪)地面燃烟炉作业时机的选择更客观、科学、简单、易行，避免盲目选择作业时机造成烟剂下行二次污染以及烟弹损失浪费等问题。CN 110972783 ACN 110972783 A
权 利 要 求 书
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1.一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，其特征在于，所述方法包括：获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度；
根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；
当所述地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，所述降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3,且所述时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，在所述地面燃烟炉作业点对所述降水云系实施人工增雨雪催化作业。
2.根据权利要求1所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，其特征在于，获取雷达降水回波的移动方向和移动速度的步骤，包括：
获取所述降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法确定所述雷达降水回波的移动方向和移动速度。
3.根据权利要求1所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，其特征在于，所述地面天气形势场为冷锋过境前的西南风场或东南风场。
4.根据权利要求1所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，其特征在于，根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长的步骤，包括：
当所述地面燃烟炉作业点位于所述雷达降水回波的移动方向上时，获取所述地面燃烟炉作业点与所述雷达降水回波前沿之间的水平距离；
将所述水平距离除以所述雷达降水回波的移动速度，得到所述时长。5.一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，其特征在于，所述系统包括：获取模块，被配置为获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度；
确定模块，被配置为根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；
作业模块，被配置为当所述地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，所述降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3,且所述时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，在所述地面燃烟炉作业点对所述降水云系实施人工增雨雪催化作业。
6.根据权利要求5所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，其特征在于，所述获取模块具体被配置为：
获取所述降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法确定所述雷达降水回波的移动方向和移动速度。
7.根据权利要求5所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，其特征在于，所述地面天气形势场为冷锋过境前的西南风场或东南风场。
8.根据权利要求5所述的人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，其特征在于，所述确定模块具体被配置为：
当所述地面燃烟炉作业点位于所述雷达降水回波的移动方向上时，获取所述地面燃烟
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权 利 要 求 书
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炉作业点与所述雷达降水回波前沿之间的水平距离；
将所述水平距离除以所述雷达降水回波的移动速度，得到所述时长。
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说 明 书
一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统
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技术领域
[0001]本发明涉及人工影响天气领域，特别是涉及一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统。
背景技术
[0002]人工增雨(雪)是我国普遍利用的一种开发空中云水资源的技术手段。通过选择最佳作业时机,对降水云系进行催化剂适量播撒，以达到充分开发空中云水资源，增加地面降水的目的，从而起到农业抗旱、水库蓄水、森林防火，以及生态环境保护和生态文明修复等作用。通常对具有人工增雨(雪)潜力的自然降水云开展科学有效的人工增雨(雪)作业需满足三个必要条件，即作业时机、作业部位和催化剂量，三者缺一不可。其中，作业时机选择至关重要，决定作业效果，甚至成败。[0003]近年来，随着大气污染加重，为减轻其影响，修复生态环境等，人们越来越多采用地面燃烟炉开展秋冬春季的人工增雨(雪)作业。因此，对于自然降水云系实施地面燃烟炉增雨(雪)作业，时机选择是科学作业的关键和基本前提。由于目前地面燃烟炉增雨雪作业主要采用了经验总结方法，既简单粗糙又缺少作业点处大气上升运动观测手段，可参照的国家气象中心发布的每3小时垂直速度数值预报产品精度较低，无法在人影作业实践中应用，经常因为作业时机选择不当带来AgI催化烟剂下行无法入云并造成大气二次污染等问题，因此在地面燃烟炉人工增雨(雪)作业时机的选择决策上存在一定偏差和盲目性，这就要求我们在地面燃烟炉实施增雨(雪)作业前，寻找科学有效的作业时机选择的技术方法。发明内容
[0004]本发明提供一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统，以解决目前人工增雨(雪)地面燃烟炉作业时机选择普遍采用经验方法所带来的AgI催化烟剂下行造成大气二次污染等问题。
[0005]为了解决上述问题，本发明公开了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，所述方法包括：
[0006]获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度；
[0007]根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；
[0008]当所述地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，所述降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3,且所述时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，在所述地面燃烟炉作业点对所述降水云系实施人工增雨雪催化作业。[0009]在一种可选的实现方式中，获取雷达降水回波的移动方向和移动速度的步骤，包括：
[0010]获取所述降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；
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说 明 书
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根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法确定所述雷达降水回波的移动
方向和移动速度。
[0012]在一种可选的实现方式中，所述地面天气形势场为冷锋过境前的西南风场或东南风场。
[0013]在一种可选的实现方式中，根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长的步骤，包括：
[0014]当所述地面燃烟炉作业点位于所述雷达降水回波的移动方向上时，获取所述地面燃烟炉作业点与所述雷达降水回波前沿之间的水平距离；[0015]将所述水平距离除以所述雷达降水回波的移动速度，得到所述时长。[0016]为了解决上述问题，本发明还公开了一种种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，所述系统包括：[0017]获取模块，被配置为获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度；[0018]确定模块，被配置为根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；[0019]作业模块，被配置为当所述地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，所述降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3,且所述时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，在所述地面燃烟炉作业点对所述降水云系实施人工增雨雪催化作业。
[0020]在一种可选的实现方式中，所述获取模块具体被配置为：[0021]获取所述降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；[0022]根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法确定所述雷达降水回波的移动方向和移动速度。
[0023]在一种可选的实现方式中，所述地面天气形势场为冷锋过境前的西南风场或东南风场。
[0024]在一种可选的实现方式中，所述确定模块具体被配置为：
[0025]当所述地面燃烟炉作业点位于所述雷达降水回波的移动方向上时，获取所述地面燃烟炉作业点与所述雷达降水回波前沿之间的水平距离；[0026]将所述水平距离除以所述雷达降水回波的移动速度，得到所述时长。[0027]与现有技术相比，本发明包括以下优点：[0028]本申请技术方案，采用了人工影响天气作业指挥主要工具多普勒天气雷达，通过对降水回波的发展演变进行实时监测，结合地面天气形势场、风廓线雷达以及ADMS模型对AgI烟剂扩散模拟和垂直风场再分析资料等综合分析，研究并建立了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，利用该方法将使人工增雨(雪)地面燃烟炉作业时机的选择更客观、科学、简单、易行，避免盲目选择作业时机造成烟剂下行二次污染以及烟弹损失浪费等问题。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所
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说 明 书
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需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1示出了人工增雨(雪)地面燃烟炉催化系统；
[0031]图2示出了本申请一实施例提供的地面燃烟炉增雨雪作业时机选择的地面形势场要素特征图；
[0032]图3示出了本申请一实施例提供的一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法的步骤流程图；
[0033]图4示出了本申请一实施例提供的雷达降水回波距大连金州作业点24-36分钟距离示意图；
[0034]图5示出了本申请一实施例提供的一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统的结构框图。
具体实施方式
[0035]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实例附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0036]我国北方及全国大部地区秋冬春季多为冷云降水。对于冷云降水，通常自然云中具有充足液态水，却由于缺少自然冰核(形成水滴的质点或核)而无法产生充分降水，使空中云水部分随云流失。人工增雨(雪)就是在一定条件下，对自然降水云中播撒适量催化剂，以补充云中冰核数的不足，从而达到增加地面降水的目的。
[0037]人工增雨(雪)地面燃烟炉(如图1所示)通常布设安装在山坡上，借助地形动力抬升和天气系统风场作用，将AgI催化烟剂输送到降水云中，通过核化补充云中冰核，增加地面降水量。
[0038]发明人对大连近三年秋冬春季的13个降水天气过程地面天气图(每三小时一次)分析发现，产生降水时地面天气形势场大多为冷锋过境前(占87.6％)的西南风场或东南风场中，如图2所示，故在此地面辐合上升环流形势风场条件下，是地面燃烟炉增雨雪作业的有利时机。
[0039]同时，通过对大连冬半年13个降水个例的风廓线雷达垂直风速和NCEP/NCAR提供的降水时垂直速度风场再分析资料(分辨率1°×1°)分别进行统计和分析，获得了底层(1000米以下)在降水前和初降水时垂直上升速度值均不大(在0.1m/s-0.5m/s之间)的一致结果，故大气垂直上升速度对作业时机选择影响因子不大。[0040]另外，在相同催化剂量和垂直速度条件下，通过不同水平速度，采用ADMS数值模拟不同时间AgI催化剂扩散最大浓度值，得到表1，由此获得对作业时机确定有意义的结论：催化剂AgI水平扩散面积随时间成反比关系，且AgI在1小时水平扩散浓度更接近催化剂适量播撒标准，可达到充分开发空中云水资源的目的。[0041]表1AgI催化剂在不同时间、不同风速条件下扩散的最大浓度值
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本申请采用新一代多普勒天气雷达实时监测降水回波的移向移速和发展变化，结
合ADMS数值模拟试验结果以及地面天气形势场等综合分析，研究和建立了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法，参照图3，该方法具体可以包括：[0045]步骤301：获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度。[0046]在一种可选的实现方式中，首先获取降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；然
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后再根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法确定雷达降水回波的移动方向和移动速度。
[0047]步骤302：根据雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长。
[0048]在一种可选的实现方式中，当地面燃烟炉作业点位于雷达降水回波的移动方向上时，获取地面燃烟炉作业点与雷达降水回波前沿之间的水平距离；再将水平距离除以雷达降水回波的移动速度，得到雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长。[0049]步骤303：当地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3，且时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，地面燃烟炉作业点对降水云系实施人工增雨雪催化作业。
[0050]由于大气在上升运动条件下才能将催化烟剂带到云中，因此，上升运动是地面烟炉科学作业的关键和前提。在地面天气形势场有利于降水辐合上升的环流形势风场条件下，针对具有人工增雨(雪)作业潜力的降水云系，如降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3，可以首先根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法，确定雷达降水回波(即雷达强度回波图上的落地回波)的移向移速，进而计算雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；当该时长在24-36分钟之间时，地面燃烟炉作业点可以开始作业，也即为该地面燃烟炉作业点实施人工增雨(雪)的最佳作业时机。[0051]具体地，地面天气形势场可以为冷锋过境前的西南风场或东南风场。[0052]参照图4，箭头一端黑线所围区域是雷达降水回波区域；降水回波的移动方向为东北方向，如箭头所示，金州1作业点位于该移动方向上，且位于较强降水回波下游26km距离处，降水回波的移动速度约14m/s，计算得到降水回波移至该作业点的时长约30.95分钟，当地面天气形势场以及雷达垂直积分液态水含量也都满足条件时，地面燃烟炉金州1作业点可对降水云系实施人工增雨雪催化作业。[0053]利用地面燃烟炉有效实施作业的条件不但需要有利的作业时机，同时还需要科学确定催化剂量。催化剂量确定方法可以采用现有的技术方法得到，例如在一种可选的实现方式中，可以根据地面燃烟炉作业点附近的PM2.5实时观测浓度值以及距离地面10m高处的水平风速等综合确定催化剂量；然后通过地面燃烟炉燃烧的烟剂，适量播撒AgI催化剂，对降水云系实施人工增雨雪催化作业。[0054]例如，当PM2.5小于75μg/m3，水平风速大于或等于2m/s且小于或等于5m/s时，可以确定地面燃烟炉人工增雨雪催化剂量为90g或120g；[0055]当PM2.5小于75μg/m3，水平风速大于或等于6m/s且小于或等于10m/s时，可以确定地面燃烟炉人工增雨雪催化剂量为110g或160g；[0056]当PM2.5大于或等于75μg/m3且小于或等于93μg/m3，水平风速大于或等于2m/s且小于或等于5m/s时，可以确定地面燃烟炉人工增雨雪催化剂量为40g或80g。[0057]当大气近地面细颗粒物浓度PM2.5≥94μg/m3时，这种情况下降水云中的冰核数可能已达到充分降水的冰核数，冰核数甚至可能过量产生消减雨，故应慎重作业。[0058]在实际应用中，在秋冬春季，当市气象台预报短时24小时有降水天气过程(≥5㎜)时，市人影指挥中心首先根据国家人影中心发布的云中液态水含量、冰核数等预报产品，初步判断该天气过程的降水云系是否具有人工增雨(雪)潜力。
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然后，通过市人影指挥中心业务指挥平台，实时跟踪监测雷达回波的发展变化。当
雷达回波移入作业点时，结合分析最新地面天气形势场、风廓线雷达垂直风场，并根据雷达降水回波移向移速，判断处于发展阶段的降水回波前沿到达地面燃烟炉作业点的时间，如二者相距半小时左右水平距离时，为该地面燃烟炉作业点实施增雨雪作业的最佳时机。[0060]市人影指挥中心可根据地面燃烟炉作业点附近的PM2.5实时观测值和附近测站10米高处的水平风速，结合雷达降水回波以及雷达垂直积分液态水含量(≥1㎏/m3)等综合分析，确定该作业点人工增雨(雪)作业的具体实施方案，并实时指挥作业。[0061]采用地面燃烟炉实施增雨(雪)作业，通常只在过程降水前实施一次方案作业，因为降水出现后，在湿沉降作用下，不宜降催化剂送入云中。
[0062]本申请另一实施例还提供了一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，参照图5，该系统可以包括：[0063]获取模块501，被配置为获取地面天气形势场、降水云系的雷达垂直积分液态水含量，以及雷达降水回波的移动方向和移动速度；[0064]确定模块502，被配置为根据所述雷达降水回波的移动方向和移动速度，确定所述雷达降水回波移至地面燃烟炉作业点的时长；[0065]作业模块503，被配置为当所述地面天气形势场为地面辐合上升环流形势风场，所述降水云系的雷达垂直积分液态水含量大于或等于1kg/m3,且所述时长大于或等于24分钟且小于或等于36分钟时，所述地面燃烟炉作业点对所述降水云系可实施人工增雨雪催化作业。
[0066]在一种可选的实现方式中，所述获取模块501具体被配置为：[0067]获取所述降水云系每6分钟一次的雷达回波强度图；[0068]根据每6分钟一次的雷达回波强度图，采用外推法，确定所述雷达降水回波的移动方向和移动速度。
[0069]在一种可选的实现方式中，所述地面天气形势场为冷锋过境前的西南风场或东南风场。
[0070]在一种可选的实现方式中，所述确定模块502具体被配置为：
[0071]当所述地面燃烟炉作业点位于所述雷达降水回波的移动方向上时，获取所述地面燃烟炉作业点与所述雷达降水回波前沿之间的水平距离；[0072]将所述水平距离除以所述雷达降水回波的移动速度，得到所述时长。[0073]在一种可选的实现方式中，所述作业模块503具体被配置为：[0074]获取所述地面燃烟炉作业点附近的PM2.5浓度值，以及距离地面10m高处的水平风速；
[0075]根据所述PM2.5浓度值，以及所述水平风速等，确定实施催化剂量；[0076]在所述地面燃烟炉作业点，采用所述催化剂量对所述降水云系实施人工增雨雪催化作业。
[0077]本实施例提供的一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策系统，能够实现图3所示方法实施例中的各个过程和效果，为避免重复，这里不再赘述。[0078]本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
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最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将
一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0080]以上对本发明所提供的一种人工增雨(雪)地面燃烟炉作业决策方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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