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湖南降水变率大，导致年、季尺度降水的时空差异性，旱涝灾害多发[1]，夏秋季(7~10月)主要受副热带高压天气系统控制，常常出现持续高温少雨时段，形成干旱造成人畜饮水困难、作物生长受限甚至死亡. 干旱季节适时开展人工增雨作业是防灾减灾的重要手段. 目前该省人工增雨主要有地面高炮、火箭和飞机作业等方式，其中飞机人工增雨作业因其作业影响区域广泛，作业效果良好，是该省夏秋季增雨抗旱的主要手段. 近年来随着社会需求的增大，飞机人工增雨作业也由以往的应急服务工作转化为常态化工作. 不同天气系统的云雨资源及人工增雨潜力差别很大，认识不同天气系统的特征，针对不同天气类型，有效判断其是否适合开展飞机作业及适宜作业的区域范围，将与作业效果有直接关系.
有学者针对这些问题开展了一系列研究：王琎等[2]、林长城等[3-4]、贾效忠[5]对当地天气影响系统进行了划分，廖晓荔等[6]建立了重庆市低槽云系人工增雨作业概念模型，张一平等[7]、周亦凌等[8]应用雷达资料、气象资料建立了河南、山东省的作业指标. 各地也是根据自己的地域特点，针对不同季节、云系设计作业方案，探索本省的作业技术. 游积平等[9]、林丹[10]、杜毓龙等[11]、韦增岸等[12]研究了广东、四川、陕西、广西飞机增雨作业技术，何媛等[13]、武艳等[14]研究了海南、徐州的地面增雨作业技术，白先达等[15]提出了适合桂林地区不同季节的人工增雨作业方案，孙晶等[16]对南方三类云系云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析.
之前学者的研究多集中在北方层状云系[17-18]，针对层积混合云系的研究较少，而湖南省夏秋季多受层积混合云系的影响. 层积混合云系的作业指标与层状云系的作业指标是否有差别，如何更好地应用人工影响天气模式，确定一套适合湖南的作业指标体系也是亟待解决的问题. 本文基于此开展研究，初步建立了湖南省飞机人工增雨的作业天气分型和作业指标，以期为湖南省飞机人工增雨作业提供科学性指导.
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本文所用资料主要有：中国气象局常规高空和地面观测资料，湖南省自动站逐时加密的地面降水资料，中国气象局人影中心的耦合CAMS复杂微物理方案的GRAPES_CAMS(以下简称GRAPES)和MM5_CAMS(以下简称MM5)中尺度模式[19-20].
GRAPES和MM5模式预报产品主要有云宏观场物理量(云带、垂直累积液态水、垂直累积过冷水、云顶高度、云顶温度等)、云微观场物理量(云水比含水量、雨水比含水量、冰晶数浓度等).
为定量评估模式模拟的降水结果，采用TS评分标准[21]，降水(W)划分为小雨(0.1 mm≤W＜10 mm)、中雨(10 mm≤W＜25 mm)、大雨(25 mm≤W＜50 mm)、暴雨(W≥50 mm)，将模式模拟的降水结果插值到湖南地区区域自动站，然后做TS评分检验. TS评分公式为
式中，NA为预报正确的站点数，NB为空报的站点数，NC为漏报的站点数. TS评分值反映了预报降水位于某一等级的准确率，介于0~1之间，越接近1代表预报越好.
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分析湖南省2013-2017年共计43次飞机增雨作业天气影响系统(表 1)，地面影响系统主要有冷锋、气旋、冷高压、低压区(倒槽)，高空影响系统主要是低槽、切变线、低涡. 湖南省夏秋季飞机增雨作业地面系统主要是受低压区(倒槽)和冷锋的影响，受气旋和冷高压影响的个例较少；高空则受低槽、切变线和低涡的影响，次数最多的是地面受低压区(倒槽)影响，高空受低槽影响，此类天气多是受台风影响，与夏秋季台风频发有关. 分析其主要影响系统，得到5类主观的天气分型：热带低压型、副高边缘型、高空低槽型、中低层切变型、东风带系统型.
建立适用于本地的人影作业指标，有利于提高人影作业水平和效果. 近年来，基于GRAPE，MM5和WRF不同动力框架耦合CAMS云物理方案的高时空分辨率中(小)尺度人工影响天气模式系统已投入业务应用. 通过检验工作，发现云模式模拟效果较好[22]，可以通过模式来判别作业条件. 通过分析2013-2018年湖南省82次飞机增雨作业个例，归纳总结出湖南省飞机增雨作业指标：
天气指标：当湖南省处于热带低压型、副高边缘型、高空低槽型、中低层切变型、东风带系统型5种天气分型形势下，850 hPa相对湿度在80%以上，700 hPa相对湿度在80%以上，适宜开展飞机增雨作业.
云宏观物理量主要有：云带、垂直累积液态水、垂直累积过冷水、云顶高度、云顶温度. 云宏观指标中，当云带值在0.1 mm以上，垂直累积过冷水大于等于0.01 mm，垂直累积液态水大于等于0.1 mm，云顶高度在5~10 km之间，云顶温度在-5 ℃~-40 ℃之间，有利于开展飞机人工增雨作业，其中垂直累积过冷水是判别作业条件的重要指标.
云微观物理量主要有：云水比含水量、雨水比含水量、冰晶比含水量、雪比含水量、霰比含水量、冰晶数浓度、雨滴数浓度、雪数浓度、霰数浓度. 当云水比含水量和雨水比含水量大于等于0.01 g/kg、冰晶数浓度小于等于10个/L以及自然冰晶缺乏的情况下，有利于开展飞机人工增雨作业. 表 2列出了其中10次飞机增雨作业个例的具体数据.
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2016年8月湖南降水空间分布不均，湘西北降水偏多，湘东北至湘南一带大部降水偏少2成左右，其中岳阳、株洲北部、衡阳南部、郴州西北部、永州中部降水偏少2~5成，全省有18县市达到气象干旱标准，气象干旱区主要维持在衡阳、永州、郴州地区，针对旱情湖南开展了飞机增雨作业.
以2016年9月1日的一次飞机增雨作业为例，应用研究的天气分型和作业指标，分析此次作业的天气条件，确定作业方案，作业后对作业效果进行评估，并检验模式的预报性能.
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此次作业是一次高空低槽型天气过程，高空槽配合中低层切变，700 hPa和850 hPa湘中以南地区相对湿度超过90%(图 1)，符合开展飞机增雨的天气分型和指标.
综合GRAPES_CAMS模式预报结果：长沙、衡阳、邵阳、娄底一带云带在0.2~1.5 mm之间，垂直累积过冷水为0.01~0.30 mm，垂直累积液态水为0.1~1.0 mm. 进一步对27.5°N做剖面，湘中一带为冷暖混合云降水，云水丰富在0.1~0.7 g/kg之间，0 ℃高度位于5 000 m左右，冰晶数浓度不足10个/L；雪和霰主要分布在700 hPa以上，在0 ℃高度以下的暖区存在尚未融化的雪和霰，分布大量的雨水. 有一定的增雨潜力，符合云宏、微观指标，典型时刻云系分布特征见图 2和图 3.
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根据指标判别结果并结合实际作业需求，选择增雨条件较好的区域进行飞行航线设计(图 4). 计划于2016年9月1日09：30在长沙、衡阳、邵阳、娄底、湘潭一带开展飞机增雨作业，作业高度为5 500 m，催化剂使用10根AgI烟条，实际飞行作业概况见表 3.
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作业期间邵阳、衡阳、娄底一带产生了明显降水，根据催化剂扩散选定作业影响区，并在作业影响区的上风向选取对比区，利用多参数区域动态对比分析法(K值法)，计算作业前、作业时的K值
式中R1为影响区平均雨量，R2为对比区平均雨量. 作业前1 h的K值为1.16，作业时的K值为1.46. 若没有催化作业则假设作业时的K值与作业前的K值一致，估算出无催化作业情况下影响区的降水量，实际影响区降水量较估算的无催化作业情况下影响区的降水量增加了0.9 mm，整个过程影响区增雨约22%.
通过直观物理对比检验，对比作业前后影响区和对比区雷达参数变化，可以发现作业时影响区雷达回波有明显增强(图 5)，而对比区雷达回波没有增强，作业后影响区雷达回波逐渐减小.
根据作业设计的外场飞机作业方案，增雨效果较好，指标可行，实用性强，能够为外场作业设计提供依据.
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首先对湖南省应用的两个人影模式GRAPES模式和MM5模式做2016年9月1日24 h降水TS评分检验(表 4)，可以看到GRAPES模式模拟的小雨和晴雨预报明显优于MM5，GRAPES模式的晴雨预报TS评分达到了0.794，小雨量级TS评分达到0.667，模式降水预报准确率较高，对预报较好的GRAPES模式的云宏、微观物理量做定性对比检验结果见表 5.
对比雷达回波垂直剖面和对应位置的模式云垂直结构剖面(图 6)，实况层积云系深厚，具有冷暖混合云结构，云顶高度约为10 km，回波大值区位于4~7 km，模式预报的层积云云顶高度和水凝物质量分数大值区位置与实况回波高度位置基本一致，但预报水平位置整体偏东，西边出现空报.
3.1. 作业指标判别及作业方案制定
3.2. 作业方案制定及实际作业情况
3.3. 作业效果分析
3.4. 模式检验
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湖南省有利于人工增雨的天气形势主要有5种类型：热带低压型、副高边缘型、东风带系统型、高空低槽型和中低层切变型. 建立了有利于飞机人工增雨作业指标：850 hPa相对湿度在80%以上，700 hPa相对湿度在80%以上；云宏、微观指标参考意义较大的参量主要是云带、垂直累积过冷水和冰晶数浓度. 通过2016年9月1日飞机人工增雨作业个例检验，作业区降水明显，效果较好.
由于受到探测装备的限制，利用模拟结果分析的作业条件判别指标与实际条件存在差异以及在应用中存在不确定性，在后期应注意模式结果的修订.
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