簡介
人工影響天氣效果檢驗是一個極為重要但又是非常困難的課題,是當前國內外人工影響天氣面臨的亟待解決的重大科學技術問題之一。
人工影響天氣催化後,雲和降水是否產生了預期的明顯變化,這主要表現在:雲和降水的宏微觀物理景有無明顯變化?如雲厚、面積、上升氣流速度、雷達回波參數、雲內溫度廓線、雲持續時間以及雲中冰晶數濃度、大雲滴數濃度、含水量、譜寬等是否產生預期的變化。這反映的是人工影響天氣試驗的直接效果,又稱物理效應。地面的降水是否增加,這反映的是人工影響天氣的間接效果,又稱最終效果。人工影響天氣的最終效果是人們進行人工影響天氣活動所特別關注的問題。
統計檢驗得到的人工影響天氣試驗效果只有在獲得物理上的解釋,並為觀測到的物理效應所證實時,人工影響天氣試驗效果的檢驗才是完整的,令人信服的。
人工影響天氣效果檢驗的重要性
人工影響天氣效果檢驗的重要性主要體現在兩個方面:它不僅必須明確回答人工影響天氣作業(試驗)是否有效,而且必須明確回答人工影響天氣作業(試驗)效果有多大。當前,人工影響天氣效果檢驗所面臨的困難也主要在兩個方面自然降水的時空變化大,評估對象存在著巨大的不確定性,我們還無法對其作出明確的定量預報當前,人工影響天氣主要通過播撒催化劑,直接影響自然雲中的核化過程,人為影響的環節和強度受到一定限制,同時,對雲、降水的物理機制和發展變化的物理過程還缺乏全面、系統、深入的了解,而且,人工影響所引起的變化幅度常低於自然起伏,使客觀、定量地評價人工影響的效果顯得十分困難,尚不能把人為影響和自然變異完全區分開
因此,人工影響天氣效果檢驗問題的解決不僅將推動雲和降水以及人工影響天氣理論的發展,而且也為人工影響天氣的進一步套用提供科學依據。
人工影響天氣效果檢驗研究的現狀
人工影響天氣是建立在雲和降水物理學基礎上的一門套用技術科學,其活力取決於其效果和在減災抗災中的作用。實踐證明,人工播雲試驗的結果可出現正效應、負效應或無效應。當前,我國人工影響天氣已作為抗旱救災的一項重要手段,投入了大量的人力、物力,廣泛開展了外場作業。然而,在旱區施行人工播雲後是否會使降水增加、有利於緩解早情?在庫區開展人工播雲是否增加水庫庫容量?播雲後雲的發展是否按照人們所期望的方向變化?這些均是人們極為關注的問題。但是,由於雲和降水自然變率大,並受不同時期氣候、天氣制約,因此,進行嚴格的效果檢驗目前在國內外都是一個極為困難的問題。
近幾十年來,根據國內外所進行的大量有設計的外場試驗研究,雲物理工作者設計出兩大類試驗方案,即隨機試驗和非隨機化試驗。
隨機化試驗
作為科學上可接受的最可靠的檢驗播雲效果的方案是統計學家最為推薦的試驗。所謂隨機催化試驗,是根據以隨機原理制定的方案所實施的人工影響天氣催化試驗。為了儘可能客觀地檢驗人工影響天氣的效果,試驗方案中規定,在適合催化作業的時期里,是否催化作業,由隨機方法確定,這樣可以消除試驗工作中的某些主觀因素的影響。對這樣獲得的催化與不催化的兩組試驗資料進行分析,評定其催化效果,並對效果作統計學檢驗。這種方案根據降水自然變率和預報效果計算統計個例,在信噪比很低的情況下,約需5~10年的試驗周期(葉家東1998),如福建古田的隨機化人工影響天氣試驗長達12年。由於這種試驗周期長,需要大量的試驗樣本,並且要求放棄一半的可作業機會,因此,一般在業務作業中很少採取這種試驗方案。
非隨機化試驗
對業務作業來說是一種花費少、易獲取增雨效果的方法,它已在世界範圍廣泛套用,並為播雲有效性提供了一些證據。這將是本章後面主要介紹的內容。這些試驗通常假設自然降水在時間、空同上是平穩的,實際作業很難滿足這個假設條件,從而降低了效果評估的可靠性。
由於現階段人們對雲、降水物理過程及人工影響天氣原理還沒有完全了解,以及探測技術和儀器設備的局限性,為了客觀地、科學地、定量地評估人工影響天氣的效果,迫切需要加強以下方面工作。
(1)嚴格設計,加強監測手段,以獲取試驗和作業過程詳細完整的各物理量變化的證據。
(2)完善效果統計方法,提出能客觀、定量地評價效果的統計學方法。
因此,迫切需要建立和發展適合我國人工影響天氣實際的、客觀的、科學的和定量的人工影響天氣效果檢驗技術方法。這是人工影響天氣科學研究的重要組成部分,也是本學科領域極為重要的研究課題。