湖南省防治输入型大气污染人工增雨技术分析

湖南省防治输入型大气污染人工增雨技术分析

梁潇,孟露,黎跃勇,罗潇,马晶昊

（湖南省气象服务中心  410118）

【摘要】湖南秋冬季节期间不利于污染物扩散，空气质量较差，除了主要的气象因素，输入型大气污染也不容忽视，本文通过分析湖南地形以及风场等因素分析其原因，结合人工增雨作业降低空气污染指数进行技术分析。

【关键字】空气质量；地形；风场

引言

统计湖南各主要城市近三年的气象资料分析发现，9月至次年2月（秋冬季节）期间不利于污染物扩散的主要气象因素有：地面风速较低、近地层出现逆温层、降水次数小且量级偏小，以及晴天多利于光化学反应易形成二次污染物。这些条件使得空气污染物不易扩散，还因秸秆燃烧、城市供暖、汽车尾气、城市建设施工和污染物远距离输送等因素共同影响下，空气污染物容易累积，导致环境监测数据居高不下，时常爆表。除此之外，输入型大气污染也是其影响因子之一。

1、污染天气背景分析

湖南省处于云贵高原向江南丘陵和南岭山地及江汉平原的过渡地带，地势变化较大，地貌形态复杂多样（图1）。雪峰山斜贯西部，北段海拔多在500～1000m，南段在1000～1500m，最高2021m ,将省内地势分为两大部分：雪峰山及其以西，属中国地势的第 2 级阶梯，是云贵高原的东部边缘。雪峰山以东地势为中国地形的第3级阶梯，地形多为丘岗地形地貌，但北部地域处于南岭山地向江汉平原过渡的斜面上，又形成了地势由南向北递降的格局，南部从海拔1500m左右的南岭山地逐渐向北至湘中一带降低为500m左右及以下的丘岗，倾没于洞庭湖滨；武陵山脉斜列于西北部，海拔大都在800～1200m，最高达2099m，是湖南境内的最高峰；幕阜山、连云山、武功山、罗霄山等斜列于东部，主峰海拔多在1000m以上，与江西毗邻；南面是呈东西走向的南岭山脉，是长江与珠江分水岭。湖南地形、地貌的总体特点，东、南、西三面环绕高耸的山地，中间为低缓起伏的丘岗，北部为低平的平原湖泊，形似一个向北开口的马蹄形盆地，有利于污染物从洞庭湖输入至湖南。

图1. 湖南省地形图

2、重污染天气过程统计分析

湖南省内空气污染存在中北部高、四周低的特点，湖南省内空气污染最严重的地区是长株潭城市群，其次是洞庭湖沿岸益阳、岳阳及常德。秋、冬季是湖南省空气污染最严重的季节，其中9月底至次年2月是省内各城市空气质量最差的时段。

3、岳阳市、益阳市、常德市风概况分析

从多年平均的秋冬季风向来看（图2、图3、图4），岳阳市秋冬季主导风向均为东北风，秋冬季多年平均偏北风频率占所有风向的67.1%。益阳市秋冬季主导风向为西北风，秋冬季多年平均偏北风频率占所有风向的60.6%。常德市秋冬季主导风向为北风，秋冬季多年平均偏北风频率占所有风向的62.7%。冷锋后偏北大风是指由于寒潮或强冷空气的侵入，导致气压梯度骤然加大而形成的偏北大风。寒潮侵入湖南有三种路径：西路、北路和东路，北路和东路冷空气入侵湖南易引起大风天气，且大风持续时间长。湖南的冷锋后偏北大风主要发生在冬春季，以洞庭湖区和四水下游以及湘江河谷地带为最多，湘中、湘东和湘南平原、丘陵地区次之，而且风力一般较湖区小1～2级，湘西和湘南山地较少出现。根据湖南1961～2000年40年气象资料统计，湖南年平均大风日数以韶山、永州、临武、江华及岳阳等地最多，可达10d以上，其次是益阳、常德及长沙中西部，大风日数可达7天以上(图5)。在我国北方及中东部秋冬季节昼夜温差较大，在相对湿度较大且静风或微风的情况下，容易使空气中水汽出现过饱和而凝结成雾，另一方面此种情况下，非常不利于大气污染物的稀释和扩散，容易使大气中颗粒污染物迅速累积而导致严重的空气污染，大量的颗粒物尤其是细粒子悬浮于空中，对可见光有较强的散射消光作用，造成了能见度下降，则形成霾。在北方雾霾天气形成之后，若遇上寒潮大风天气，则有利于当地大气污染物的扩散，但会对其下游地区带来大气污染物的输入。综上可知，秋冬季节是我国空气重污染高发季节，受偏北风影响，来自北方的大气污染物容易从我省的北/东北边界输入，造成我省秋冬季节空气质量差。常德市、益阳市和岳阳市位于我省的北/东北界，且秋冬季多年平均盛行风向均为北风，在北方污染严重，且存在大风天气时，北方的污染物容易从我省北边界输入进而影响常德市、益阳市和岳阳市的空气质量，即常德市、益阳市和岳阳市均容易受输入型大气污染的影响。

图2 岳阳市多年平均秋冬季风向玫瑰图

图3 益阳市多年平均秋冬季风向玫瑰图

图4 常德市多年平均秋冬季风向玫瑰图

     图5 湖南大风日数分布图 （单位：d／y）

4、人工增雨作业防治大气污染技术分析

湖南省秋冬季的降水主要源于层状云降水，这类云系范围较大，云内上升气流小，云层较为稳定，持续时间长，云内含水量较小，雨量分布均匀。研究表明：层状云降水机制主要是“蒸-凝过程”和“碰并过程”，即过冷云中无冰晶时，它是稳定的，一旦出现了冰水共存状态，就会出现蒸-凝过程，产生冰水转化。冰晶长大为降水粒子后，可以通过与过冷水滴碰冻结淞增长，降至暖区融化后，再经重力碰并进一步长大，最后形成较大的降水粒子。

针对这种云系特点，向云中播撒催化剂的作用就是制造冰晶，破坏云的微结构稳定。而且由于云中上升气流速度较小，云层范围较大，所以催化层高度应尽可能高些，催化范围尽可能大些，以使人工冰晶形成后能充分利用较厚云层的增长条件提高增雨效率。

湖南地区环境空气污染多发生在冬半年（9月～2月），而冬半年以层状云降水为主，加上湖南地区的风概况分析，实施人工增雨改善空气质量的作业方式，主要以空中飞机作业为主，地面火箭作业相配合的方式。

5、人工增雨作业防治大气污染效果分析

2021年，在净化城市空气质量方面，在进行飞机人工增雨作业后，通过作业当天与作业前一天或前三天空气质量组对比，空气质量均有一定程度的改善，地面人工增雨作业对净化空气也起到了积极作用。

参考文献：

[1]王恒宇.人工影响天气的发展史以及人工增雨作业的问题分析【J】.城市建设理论研究；电子版，2014，（7）

[2]马鹏飞.人工影响天气在气象防灾减灾中的作用与发展建议【J】.北京农业；2014，（30）

[3]雷恒池，赵震.近年来云降水物理和人工影响天气的研究进展【J】.大气科学；2012，（4）

作者简介：梁潇（1984.03）男，汉族，湖南省长沙市人，本科学历，高级工程师，从事研究方向或职业：人影。