枣庄市农村人工增雨防雹作业指挥系统浅谈
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[摘 要]介绍了枣庄市农村人工增雨防雹作业指挥系统的结构、技术要点、 功能和应用情况。系统将作业需求分析、作业潜势预报、 作业条件判别、 作业现场指挥与反馈、 作业信息共享等功能有机地结合，为市、县农业增雨防雹作业提供了可视化、可操作性强、自动化程度高的业务技术平台和指挥平台。
[关键词]人工增雨防雹 指挥系统 业务技术平台
一、引言
随着市( 地) 级人影作业迅速发展、气象观测手段的多样化和通讯技术的进步，为有效地解决人影作业的适时、 适量、 科学性、 系统性的问题提供了有利条件。“ 枣庄市人工增雨防雹作业指挥系统”以气象信息系统为依托，与气象业务网络相连接，上可调取省人影中心、信息中心有关信息，报送有关材料，下可向作业点直接作业指令， 收集各县雨量与作业实况，融作业需求、 作业潜势预报、各种实时观测资料、作业方案设计、 实时指挥等功能为一体， 在人工影响天气综合业务技术的集成化、客观化、智能化等方面发挥了重要作用。
二、总体思路和系统结构框架
“ 枣庄市农村人工增雨防雹指挥系统”是根据枣庄市地理环境和气候特点，结合近年来人工影响天气的实践经验和枣庄市人影业务需求， 建立的一套现代化的农村人工增雨防雹作业指挥系统。它包括作业需求、作业潜势预报、实时作业指挥信息、数据库等子系统等。
系统采用VB6.0语言设计成结构化的程序，物理量的算法程序放在独立链接库中，且独立于主系统，以插件的方式与主系统相接，实现了产品处理过程组件化，且系统是模块化的编程，各模块不相互干涉，易于扩充和推广。系统为可视化业务技术平台，用户界面简单明了，主要为 wi n d o w s环境下流行的窗口、菜单、命令按钮等组成，多窗口、多层目录显示，数据文件子目录按种类、层次、时次组织。图形输出具备显示、叠加、动画和修改功能，文字显示输出以文本和表格形式为主。指挥系统通过通讯网络实现省一市一县连接，使作业信息、指令实时传递到作业点。
三、主要功能介绍
1.作业指挥系统首先进入作业需求分析模块
根据前期的气候特点、测墒土壤含水量、墒情遥感信息以及近期墒情观测后农作物的耗散量等来判定作业需求。
2.农村人影作业潜势预报
利用40年历史资料分析影响枣庄降水的大气环流形势，分为9种天气形势：阻塞高压型、平直波动型、沿海低槽型、切变型、纬向副高型、经向副高型、移动副高型、副高控制型、副热带高压偏北型，并分别建立各型24～72小时预报方程；结合气象台天气预报集成结果和卫星、雷达资料，分析作业条件，制作潜势预报。
3.实时作业指挥
首先利用卫星云图的客观化处理资料定性确定作业云系范围，根据物理量垂直剖面特征确定云体中催化剂播撒的适宜区域，利用雷达回波分析确定发射方位、仰角、作业时间、用弹里量等作业参数，作业指令。
（1）卫星资料客观化处理
该模块应用客观化处理程序，利用卫星云图资料，结合高度、温度预报场和高空观测实况资料，对云顶温度和云顶高度进行客观化定量分析。根据卫星红外图像格点的灰度值确定云顶温度，采用数值预报的温度资料，根据云顶温度所对应的层次反查出云顶高度。分析结果可与云图在MICAPS系统中叠加显示。根据客观化处理结果，云顶温度处于-10℃～-24℃播云都有效，峰值区位于-15℃～-20℃称为播云温度窗，是选择可播性的重要条件之一。根据对应的云顶高度，可定性确定作业云系部位。云顶亮温是分析增雨云层的另一重要要素。当亮温值达到-63℃，面积达到一定范围时，云团的强度比较适合火箭增雨作业。
（2）雷达回波分析
雷达回波分析模块可跟踪实时雷达回波变化，判断降水回波性质，根据回波强度、回波顶高度、回波总面积、中心位置、移动方向，结合回波的零度层高度和计算得出的云内温度，确定云系作业部位，明确火箭的发射方位和发射仰角、作业时间、用弹量。从雷达回波形态演变特征识别冰雹云—形态识别法，或雷达回波参量的演变中识别冰雹云—参数判别法，确定可能降雹的部位和降雹强度，对作业点作业指令。
①目标云的选择
采用雷达回波的强度变化、高度变化梯度及变化速度来识别云状，或者采用天气预报和目测的方法来确定降水的性质。以层状云回波为作业对象时，要在云体降水发展旺盛阶段，回波强度≥15dBz，顶高≥5km时开始催化；以对流回波为作业对象时。在积云初始降水回波出现6～20min，回波强度≥25dBz，顶高≥8km时进行催化，催化区选在上升气流区，如果落在下沉气流区，将使AgI大部分微粒随气流下降到云内暖区而浪费，这个区域一般位于对流云移向的云体右前侧，对积层混合云也尽可能将目标区落在对流云的上述部位。当250km范围内有符合以上条件的回波出现并向作业点有效射程内移近时，可判断为具有作业潜力对象，进入射程内可随时作业；回波向远离本地方向而去，解除警戒。冰雹云的识别方法很多，有目测法、气象要素变化识别法、闪电识别法、雷声识别法、卫星云图识别法。而这些方法只能作为识别冰雹云的辅助手段，不能反映冰雹云的准确位置、强度、移动路径及其发展、成熟、消亡过程，而雷达回波可以提供人工防雹消雹作业的直观信息。
②作业参数的确定
根据回波位置、炮点位置和高空气流的信息，确定发射方向，一般采用逆气流方向发射，发射仰角主要参考回波顶高度和云内温度，炮弹飞行在云顶以下-10℃～-24℃的播云温度窗区。云内温度与高度可由计算获得。对于对流云，采取通过对地面温度按一定的温度垂直递减率的方法来得到一定高度的温度，输入地面温度后，系统按指定的温度垂直递减率自动给出零度层高度；对于层状云降水，有时在雷达回波上可观测到比较清楚的零度层亮带，这样便可通过零度层亮带高度、地面温度和温度垂直递减率来计算得到某一高度的云中温度；对于积层混合云，如有零度层亮带特征时按层状云情况确定，若无零度层亮带特征则按对流云情况确定。
③用弹量的计算
用弹量是根据炮弹有效扩散体积内催化所需增加的冰晶数和催化剂的成核数来确定。用弹量=有效扩散体积内催化所需增冰晶数／每枚增雨弹的成核数。根据WR一1B型火箭催化弹在云中的扩散体积和实验室获得的催化剂有效成核率，结合雷达回波性质，计算出火箭作业时每次发射的用弹量。
4.数据库管理
数据库管理包括：雨量资料、天气资料存储、作业资料和值班日志四部分组成。每次作业时各种资料入库管理，以建立人工影响天气作业数据库。雨量资料处理具有逐时、6h、12h和24h雨量存储、绘图、统计、查询、打印等功能。天气资料存储增雨作业中使用的所有气象信息，包括高空、地面天气图，卫星云图、数值预报产品、欧洲中心数值预报产品、省台局域网资料等，具有绘制、查询历史作业资料功能。作业资料库包括：装备管理、地面作业管理、弹药管理、人员管理、事故灾情库、图片资料管理、政策法规管理。值班日志用于编写和查询值班日志，实现办公无纸化。
四、小结
“枣庄市农村人工增雨防雹作业指挥系统”的建立使人工增雨防雹工作的管理规范化、指挥科学化。系统建立了规范的作业需求和潜势预报模式，综合利用雷达信息和数值模式产品进行指挥，将高频次的卫星云图和雷达回波通过计算机网络、图像技术应用于作业指挥，对作业过程的所有信息都有详实的记录档案。严格讲，人工防雹消雹作业指挥系统与人工增雨作业指挥系统应该是相互独立的系统，目前主要由它们共同组成人影科学作业指挥系统。指挥系统使农村人工影响天气作业的科技水平有很大提高，并在一定程度上克服了作业预警的无序性和盲目性，提高了人工影响天气作业指挥的科学性。