人工影响天气效果检验方法及研究进展

人工影响天气效果检验方法及研究进展

王宗仁

山西省长治市气象局山西长治046000

摘要：人工影响天气效果检验是一个极为重要但又是非常困难的课题，是当前国内外人工影响天气面临的亟待解决的重大科学技术问题之一。基于此，本文简要探讨了人工影响天气效果检验的重要性，重点分析了人工影响挑起效果检验方法及研究进展。

关键词：人工影响天气；重要性；效果检验；研究进展

1、人工影响天气效果检验的重要性

开展人工影响天气效果检验，不仅可以明确回答人工影响天气作业是否有效，同时还能给出人影作业效果。当前，人工影响天气效果检验面临着较大的困难，自然降水时空变化大，评估对象存在着极大的不确定性，还不能对其进行明确的定量预报。人工影响天气主要是向空中播撒催化剂，对自然云中的核化过程进行干预，会限制人为影响的环节和强度。人们对云、降水的物理机制和发展变化物理过程缺乏系统、全面的了解，再加上人工影响引起的变化低于自然起伏情况，在对人工影响天气效果进行定量、客观评价的过程中存在较大难度，还不能完全区分开人为影响和自然变异。因此，开展人工影响天气效果检验不仅可以推动云和降水以及人工影响天气理论的发展，还能为人工影响天气工作提供科学参考依据。

2、人工影响天气效果检验方法

2.1统计检验

统计检验的核心问题是针对某类型的人工影响天气作业效果进行检验的方法，借助于统计平均方法计算获取催化对象的非催化估计的结果值。统计分析方法是人工增雨效果检验中使用最为频繁的方法，是以地面降水量作为统计变量。早期检验方法主要是对比降雨量，之后逐渐发展为雨量的统计检验。也就是对实测催化雨量和统计推断雨量之间的差值进行统计检验，找出因降水自然变差和估计值随机误差引起的差异。若可能性较大，就说明人工催化未改变实际雨量，效果不显著，反之，则说明效果显著。人们习惯将可能性大小称之为显著性水平或显著度。不管是随机还是非随机性试验，所有的统计分析方法都是在降水背景下客观定量的估算作业区或作业云的自然降水。随机试验就是将事先符合规定的催化条件机会划分为两组，分别称之为催化组和不催化组，两者之间互相比对。若两组样本统计出现差异，可以将其归功为催化的作用。统计学家认为随机试验比较适合科学客观要求。20世纪60年代以来，各个国家开始进行随机化人工降水试验，除了一部分因自然变化大、试验周期短、样本不足，没有得出统计显著的结果外，获取到了人工增雨雨量10%~30%的统计证据。随机试验的最大缺点就是放弃适合作业的机会，且试验周期长，在抗旱、蓄水等的人工影响天气作业中并不适用。当前，非随机性试验比较适用于生产性的人工增雨作业效果检验。因此，尽管统计检验在数学上十分简明清晰，但是它的实施却是十分艰辛和繁杂的。

2.2物理检验

物理检验是人工影响天气效果检验最早的检验方法，也是最终的科学方法之一。在利用物理检验的过程中，需要工作人员明确检验对象的生命史、周期内各种宏微观过程中复杂而细致的作用机理、定量和约束关系。最早使用物理检验时，人们成功测量了催化剂或动力对云滴谱的影响或云体高度的变化，并充分验证了人类可以改变云和降水过程中的某些环节，进一步推动了人工影响天气工作的发展。

随着科学技术水平的快速发展，人们开始加大对云和降水过程的研究，认识到降水是复杂的物理过程，包含较多环节，若针对某环节进行改变，很有可能在后续的步骤中成为忽略的因素，简单的物理检验很难说明对整体的影响。单纯的雨量统计检验“黑箱”性质较为明显，虽然可以反映催化和降水量变化之间的因果关系，但是最终的统计结果缺乏客观性水平。20世纪80年代以来，科学界对人工影响天气效果检验的认识，开始发展到获取催化作用的物理证据，需要检验催化过程中的物理变化情况，例如冰晶和降水粒子量；云中温度和上升速度是否增大等情况。因物理量自身也有较大的变化，催化效果应选用统计分析方法，故被称之为物理统计检验。随着监测通信技术的快速发展，机载、地基等的降水探测设备不断完善，物理统计检验得到了广泛应用。人们可以对具体云条件下和催化技术的物理效果进行准确预测，即使精确度水平不高，但却能说明催化改变的物理量、时间、空间等的大致范围，对于效果检验的设计和运行十分有利。物理检验方法可以为统计检验方法提供物理依据，但却不能提供定量效果。

2.3数值模式检验

随着气象学家对云、降水和人工影响天气的认识度逐渐增加，再加上计算机技术的快速发展，数值模式检验方法应运而生。该方法主要是建立在云和降水宏观动力过程、微物理学过程和人工影响天气原理的基础上，对于不同问题建立起的描述云和降水过程的方程组，通过差分方案，并借助于计算机求解。可以将数值模式检验看作是客观分析方法，是效果检验的基本途径。由于人们对云和降水的自然规律及人工影响天气机理的认识还存在一定的短板，在计算过程中需要对模式本身进行简化，再加上模式差分设计还有缺陷，在直接定量预报降水量和云体变化过程中存在较大难度。这种方法在人工增雨效果检验中的准确度不足，还需要进一步完善。

3、人工影响天气效果检验研究进展

人工增雨作业在抗旱和缓解水资源短缺方面发挥着十分重要的作用，世界各国相继制定了一些大规模的人工增雨计划，并获得了显著的社会效益和经济效益。例如，美国开展的大型增雨计划，包括ClimaxⅠ–Ⅱ冬季地形云地面播撒AgI烟剂试验、FACEⅠ–Ⅱ积云动力催化计划、HIPLEX–Ⅰ积云催化试验等。通过对美国西部山区多个地区长期实验，得到了平均增雪率在10%~15%之间；其他国家如以色列、叙利亚、澳大利亚等均展开了人工影响天气计划和人工增雨计划。

1958年，为了缓解干旱影响，吉林省首次开展了飞机人工增雨实验，随后在全国范围内得到了大力推广应用。1974~1986年4~6月份，按照区域控制随机设计方案，在福建古田水库流域内进行了高炮和火箭人工增雨实验，平均降水量增加了23.8%，通过了0.01的显著性水平，并得出了回波顶高温度与增雨效果之间的关系。

结论：

综上所述，人工影响天气效果检验是一项重要的研究性和业务性工作。提升效果检验的科学性水平是发展人工增雨学科的基础，也是必不可少的技术环节。统计检验和物理检验是当前国内人工影响天气效果检验中最为常见的方法。但由于云和降水时空分布自然变率大，并受到不同时期气候变化、作业工具、作业方式和作业时机等因素的影响，科学客观的对待每次增雨作业效果检验仍旧是世界上的技术难题。随着科学技术水平的快速发展和气象探测设备的更新换代，人工影响天气效果检验方法将会得到进一步增强。

参考文献：

[1]徐冬英,张中波,唐林,等.几种人工增雨效果检验方法分析[J].气象研究与应用,2015,36(1).

[2]郭红艳,李春光,刘强,等.山东济宁地区人工增雨效果检验[J].干旱气象,2014,32(3).

作者简介：王宗仁（1965-），男，汉族，山西省万荣县人，本科学历，高级工程师，从事人工影响天气管理工作。