干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 河南省云水资源开发利用技术研究与示范

Arid

	河南省云水资源开发利用技术研究与示范
	刘金华; 李铁林; 鲍向东; 胡鹏; 牛淑贞; 黄毅梅; 雷恒池; 肖辉; 刘艳华; 张云平; 布亚林; 杨国锋; 田万顺; 张新国; 李冰; 冉令坤; 胡朝霞; 张晓庆; 陈辉; 翟羽; 赵震; 杨洁帆; 孔德芝; 武小明; 宋建予; 郑宏伟; 马鑫鑫; 邵振平; 李昊; 周菲菲; 梁钰; 崔新建; 张俊波; 范学峰; 贺哲; 徐延峰; 艾艳; 张方; 郭献林等
完成单位	河南省人工影响天气中心
登记(发布)日期	2007
中文摘要	一、任务来源本项目是2005年3月经河南省科学技术厅批准立项的省重大科技攻关计划项目(项目编号：0522030400)。二、应用领域农、林、牧、水利等行业三、技术原理本项目以研究河南省云水资源开发利用技术,提高我省人工影响天气的科技水平和总体效益为目的,利用飞机云物理探测、雷达、卫星和地基遥感等多尺度云系宏微观资料,研究河南不同类型云系降水物理特征和人工催化可播条件、增雨潜力分析评估技术和云水资源开发催化作业技术,建立了河南省飞机人工增雨作业云系可播性宏、微观综合指标,开发了集多功能为一体的河南省云水资源开发决策指挥系统,应用于全省云水资源开发催化作业。四、性能指标 (一)、合同要求研究内容 (1)利用飞机探测、雷达、卫星和地基遥感等云系综合监测信息,深入分析不同地区、不同季节空中水资源的时空分布特征,研究评价河南省空中云水资源的分布状况和变化规律; (2)实施科学设计的综合外场观测试验,获取多尺度云系宏微观结构配套观测资料,研究河南不同类型云系降水物理特征和人工催化可播条件,建立不同云系云水资源开发概念模型; (3)研究云水资源开发作业条件预测识别技术,开发河南省空中水资源信息库,建立一套云水资源开发自动化决策指挥技术系统; (4)选择林区、旱区等典型地区进行云水资源开发技术综合应用和作业效果检验,形成可推广的业务示范技术。 (二)、合同要求考核目标提出的河南云水资源开发概念模型科学性强,建立的云水资源开发决策指挥系统自动化程度高,作业决策指挥准确率提高10-20%。本项目的探测研究,将获得一批宝贵的河南云水资源及云系宏微观结构多尺度配套观测资料。不仅为空中云水资源开发提供了条件,对我和行业有重要的应用价值。项目研究成果应用于试验示范区,作业时段可增加降水量15%以上。同时,研究成果在全省推广应用后,将明显提高空中水资源利用率,产生巨大的的经济、社会和环境效益。 (三)、实际达到目标 1．利用NCEP/NCAR河南省及其临近地区35年的月平均再分析资料(1971～2005)(包括各等压层比湿、纬向风速、经向风速),对河南省从地面到高空若干等压面层空中水汽特征、水汽通量特征、水汽输送特征以及空中水汽来源等做了详细的研究分析。为科学地开发利用云水资源提供了依据。 2．采用Visual Basic编程技术,使用河南省气象局局域网络的有关气象信息,将开发的中期、短期适宜人工增雨作业的天气条件预测方法进行综合,建立了完整的人工增雨作业天气条件预测平台。除了预测中期适宜人工增雨的集中时段和降水落区外,还利用动力诊断预测模型和最优集成技术建立了可直接应用于人工增雨作业的短期预报方法。 3．利用卫星云图、新一代多普勒天气雷达、天气图、数值预报产品、加密探空等资料,结合地面加密自记降水量观测资料,对云和降水宏观特征进行了比较系统的研究,总结归纳出各种天气形势下层状云人工增雨的宏观指标判据,为人工增雨作业提供了多项物理判据和多参数指标。 4．利用机载PMS粒子测量系统、热线含水量仪和双波长地基微波辐射计,通过3年多时间的观测,采集了多个例云和降水的微物理资料。通过比较系统的研究,揭示了云和降水的一些微物理结构特征,为科学地指导人工影响天气作业提供了重要的微物理指标判据。 5．引进了美国 Oklahoma大学CAPS (Center for Analysis and Prediction of Storms )研发的高分辨率非静力平衡的区域预报模式。模式引进以后,开发、建立了业务化自动运行流程,使模式能自动从网上获取背景场资料,自动运算,自动输出产品。利用模式对多个例的降水性层状云进行了数值模拟试验,研究了降水云系空中结构分布,云中各种湿物质的分布特征以及云微结构的发展变化,与增雨潜力有关的要素特征,为科学地指导人工影响天气作业提供了重要的决策依据。 6．开发了高炮(火箭)作业空域自动化申报系统该系统充分利用气象基本业务通讯网络,以数据库为核心,采用客户机/服务器(Client/Server)模式,实现了用计算机处理作业空域申报和批复等实时信息, 大大提高了空域申报效率。 7．开发了河南省云水资源开发决策技术系统。采用多项先进的计算机技术,结合河南省云水资源开发技术研究及示范攻关项目的研究成果,根据河南省人工影响天气现有业务环境,开发了集旱情分析、天气预警、作业预警、作业方案决策、实时指挥和效果检验等多功能为一体的综合业务技术集成系统,系统设计体现了人影对象时间和空间的多尺度性,并具有良好的扩展性。该系统提高了人工影响天气作业的科学性、客观性和综合决策能力,使作业决策指挥准确率提高20%。 8．研究开发了人工增雨潜力评估系统,将研究获得的人工增雨潜力要素数值化,利用含有详细微物理过程的中尺度数值模式模拟出要评估的云系,根据模式输出的潜力要素的数值,综合评估出云系的潜力区。 9．研究开发了林区、旱区云水资源开发业务技术系统,系统基于气候学、天气学、气象雷达、卫星和计算机技术而建立,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、作业效果分析评估、作业信息共享等功能有机地融合在一起,涵盖了人工影响天气工作所需的基本信息,为市、县增雨作业提供了一套全面、客观、稳定,可视化、可操作性强、自动化程度高的业务技术平台和决策指挥平台。 10．研究了利用地面温度与云顶亮温差值检测云方法,提出了一种使用地面温度与云顶亮温差值来检测云的方法,在实际应用中结合使用卫星资料、地面观测资料、探空资料和地形资料进行云检测效果较好。可用于全天候云检测;不受地形地貌等因素的影响;该云检测方法应用于反演计算,不仅反演的中、高云区域与实测比较一致,而且反演的低云区域也比较一致。具有实际应用价值。 11.研究了具有显著性检验的聚类统计方法,为了克服因检验增雨效果的区域面积较大,自然条件和物力条件不一致而引起的对比区与影响区相关性差,效果评估效率低的问题,本文根据河南省境内114个气象站1971-2001年间31年4月份的24小时雨量资料,采用欧氏距离平方和最近邻法对河南省进行聚类统计检验分区。研究表明,引入具有显著性检验的聚类统计方法之后,明显提高了增雨效果检验的显著性水平。采用此方法对增雨效果的检验表明,相对增雨率为19.98%。 12.开发了多普勒雷达人工增雨条件预测系统,该系统利用新一代多普勒天气雷达产品：基本反射率、多普勒速度场特征、垂直液态含水量、组合反射率及风廓线等产品综合判断,选择有利降水出现的区域,其判据主要有基本反射率和组合反射率在25-35dBz、垂直液态含水量5kg/m、多普勒风场辐合的区域等。 13.采用多尺度探测、数值模拟和外场综合试验的方法,通过对降水性层状云宏微观物理结构特征、降水机制、增雨潜力的综合研究,研究提出了层状云云水资源开发概念模型。 14.人工影响天气业务管理系统,利用PHP+MySQL+Apach组合,开发了省、市、县(市)三级人影业务信息采集和业务管理系统,该系统利用WWW技术,使用Linux或Windows,数据库软件选用比较成熟的关系数据库MySQL ,网页设计采用Dreamweaver、PHP动态网页编辑技术、Java语言和FrontPage2000等工具。管理内容包涵全省人影管理方面的各个细节,同时它既有历史数据库和演变分析,又有最新数据和统计结果,方便及时掌握全省人工影响天气工作的动态。五、与国内外同类技术比较成果的创造性和先进性本项目研究成果在以下几个方面具有创造性和先进性： 1．利用卫星云图、新一代多普勒天气雷达、天气图、数值预报产品、加密探空和微物理等资料,对云和降水宏微观特征进行了比较系统的研究,总结归纳出各种天气形势下层状云人工增雨的宏微观指标判据,为人工增雨作业提供了多项物理判据和多参数指标。 2．开发了高炮(火箭)作业空域自动化申报系统。该系统充分利用气象基本业务通讯网络,以数据库为核心,采用客户机/服务器(Client/Server)模式,实现了用计算机处理作业空域申报和批复等实时信息, 大大提高了空域申报效率。 3．采用多项先进的计算机技术,结合河南省云水资源开发技术研究及示范攻关项目的研究成果,根据河南省人工影响天气现有业务环境,开发了集旱情分析、天气预警、作业预警、作业方案决策、实时指挥和效果检验等多功能为一体的河南省云水资源开发决策系统,对提高人工影响天气作业的科学性、客观性,增强综合决策能力起到了重要作用。 4．研究开发了林区、旱区云水资源开发业务技术系统。该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、作业效果分析评估、作业信息共享等功能有机地融合在一起,为市、县增雨作业提供了一套全面、客观、稳定,可视化、可操作性强、自动化程度高的业务技术平台和决策指挥平台。 5.开发了探空物理量插值分析软件系统,可实时分析全省18个省辖市上空的冰面过饱和水汽、温度、积冰强度、比湿等物理量的垂直分布,为开发云水资源科学选择催化作业时机和确定催化层高度提供科学依据。 6.研究了具有显著性检验的聚类统计方法,引入具有显著性检验的聚类统计方法之后,明显提高了增雨效果检验的显著性水平,提高了人工增雨效果检验的功效。 7.开发了人工增雨潜力评估系统,将研究获得的人工增雨潜力要素数值化,利用含有详细微物理过程的中尺度数值模式模拟出要评估的云系,根据模式输出的潜力要素的数值,综合评估出云系的潜力区。六、成果的业务应用效益及推广前景本项目研究工作始终坚持了与人影业务的紧密结合。按照“边研究,边投入业务应用,在应用中进一步完善”的指导思想,研究成果在近几年的人工增雨作业中发挥了重要的作用,产生了明显的减灾效益。 1．成果的业务应用效益 2006年4月3～5日过程：4月初,正值小麦生长的关键时期,我省三分之一地区出现旱情,局部地区出现重旱,对冬小麦生长十分不利,森林火险等级居高不下。据省气象台预报,4月3-5日,我省受冷空气和西南暖湿气流的共同影响,全省自西向东出现了有利于人工增雨的降水过程。省人影中心启动云水资源开发业务技术系统,科学选择催化时机和作业部位,于 4月3-4日,组织进行了飞机人工增雨作业。使用的飞机是武汉空军安-26型飞机,催化剂使用的是碘化银和液态二氧化碳。作业机组和人影中心不顾疲劳和连续飞行带来的身体不适,克服复杂天气条件等不利因素的影响,不失时机地利用一切可作业的机会,开展作业。从4月3日下午到4日共飞行作业4个架次,空中飞行作业近10小时。飞机作业惠及郑州、洛阳、焦作、新乡、许昌、南阳、驻马店、漯河、商丘、开封、三门峡、平顶山等市,累计作业影响区域15万平方公里。在飞机人工增雨作业和自然降水的共同作用下,作业影响区普遍降水量为10～25mm。经采用基于聚类的影响区和对比区区域回归方法的效果检验分析,本次作业相对增雨率为19.98%,增雨量为2830万吨,直接经济效益达560万元。本次作业有效缓解了旱情、部分地区解除了旱情,不仅取得巨大的经济效益,而且改善了生态环境,降低了森林火险等级。 2006年4月10日省委书记徐光春在省气象局报送的关于这次增雨作业情况的报告上批示：“很及时、很有效,是支援社会主义新农村建设的实际行动。”刘新民副省长批示：“这次人工增雨作业相当成功,为我省的农业生产作出了很大贡献,应当表扬。” 2006～2007年春秋季,针对全省不同地区出现的旱情,应用项目组研究的云水资源开发催化作业技术,通过科学的决策指挥,在全省实施飞机增雨作业24架次,影响区面积累计43.68万平方公里,增加降水约8.4亿吨,取得巨大的经济、社会效益和生态效益。 2．成果的推广情况林区、旱区云水资源开发技术系统研究成果推广：2007年10月8日,省人工影响天气领导小组办公室在驻马店市召开了全省云水资源开发技术系统研究成果推广会议,17个省辖市的代表听取并观看了林区、旱区云水资源开发技术系统研究成果的汇报和演示,与会人员认为该系统采用多项先进的计算机技术,将作业需求分析、作业潜势预报、地理信息、作业条件分析、作业预案制定、作业预警、作业现场指挥与反馈、作业效果分析评估、作业信息共享等功能有机地融合在一起,为市、县人影作业提供了一套全面、客观、稳定,可视化、可操作性强、自动化程度高的业务工作平台和决策指挥平台。该系统目前已在全省各省辖市推广使用,有效地提高了全省的云水资源开发科学技术水平,并产生了直接的经济、社会和生态效益。
中文关键词	云水资源 ; 河南省 ; 开发利用
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	P426.6
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001288609
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242221
推荐引用方式 GB/T 7714	刘金华,李铁林,鲍向东,等. 河南省云水资源开发利用技术研究与示范[Z]. 应用技术,2007.