A case analysis of operational conditions and catalytic physical response for aircraft artificial precipitation enhancement in Ningxia

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2026-02-0254

Abstract

Abstract:

To further improve the scientific basis and effectiveness of aircraft artificial precipitation enhancement operations in Ningxia and enhance regional water resource utilization efficiency, this study conducts a systematic analysis of an aircraft precipitation enhancement event that occurred in Ningxia during the spring of 2025. The analysis is based on products from the Cloud Precipitation Explicit Forecast System (CPEFS) issued by the Weather Modification Center of the China Meteorological Administration, combined with multi-source observationals including radar, satellite, automatic weather station precipitation, raindrop spectrometer and aerosol particle size spectrometer, and reanalysis datasets. The study focuses on operational conditions, operational rationality, and the physical response of the cloud-precipitation system to seeding. The results indicate that this event was a typical systematic precipitation process, with high supercooled liquid water content primarily located in southern Ningxia. During the aircraft seeding operations, the temperature of the seeding layer remained generally below -7 °C, while the relative humidity was consistently maintained above 80%, indicating favorable conditions for cloud seeding. After the implementation of seeding, precipitation in the operation area and its downwind region increased significantly. Precipitation intensity, maximum raindrop diameter, and radar reflectivity factor all exhibited increasing trends, accompanied by an overall enhancement in radar echo intensity. These changes reflect increases in both the size and concentration of hydrometeor particles, as well as enhanced development of the cloud-precipitation system. Meanwhile, surface aerosol number concentration decreased during the precipitation development stage, indicating a pronounced wet scavenging effect of precipitation on aerosol particles.

Key words: aircraft artificial precipitation enhancement, rationality analysis, catalytic physical response, Ningxia

摘要：

为进一步提升宁夏地区飞机人工增雨作业的科学性、有效性及区域水资源利用效率，基于中国气象局人工影响天气中心下发的云降水显式预报系统（Cloud Precipitation Explicit Forecast System，CPEFS）模式产品，结合雷达、卫星、自动站降水、雨滴谱仪及气溶胶粒径谱仪等多源观测与再分析资料，从作业条件、作业合理性及催化后云降水系统物理响应等方面，对2025年宁夏春季一次飞机人工增雨过程开展系统分析。结果表明，此次过程为一次典型的系统性降水天气过程，过冷水含量高值区主要位于宁夏南部；飞机人工增雨作业期间，催化层温度基本维持在-7 ℃以下，相对湿度稳定高于80%，云层催化条件较好；作业实施后，作业区及其下风向区域降水量显著增加，雨强、雨滴最大直径及雷达反射率因子均呈增大趋势，雷达回波强度整体增强，反映出云中水凝物粒子尺度与数量增加、云降水系统发展程度加强；同时，地面气溶胶数浓度在降水发展阶段呈下降趋势，表明降水过程对气溶胶粒子的湿清除作用显著。

关键词: 飞机人工增雨, 合理性分析, 催化物理响应, 宁夏

CLC Number:

P481

LUO Run, SUN Yanqiao, LI Longyan, MA Simin, DENG Peiyun, CHEN Yuxi. A case analysis of operational conditions and catalytic physical response for aircraft artificial precipitation enhancement in Ningxia[J]. Journal of Arid Meteorology, 2026, 44(2): 254-263.

罗润, 孙艳桥, 李龙燕, 马思敏, 邓佩云, 陈宇曦. 宁夏一次飞机人工增雨作业条件及催化物理响应分析[J]. 干旱气象, 2026, 44(2): 254-263.

Figures/Tables 13

Fig.1 Distributions of total vertically integrated water （a， c） and vertically accumulated supercooled water （b， d） over Ningxia at 14：00 （a， b） and 16：00 （c， d） on April 26， 2025 （Unit： mm）

Fig.2 Vertical structure of wind field （arrow vectors， Unit： m·s-1）， cloud water mixing ratio （the color shaded， Unit： g·kg-1）， ice crystal number concentration （the red contour lines， Unit： L-1）（a， c）， and snow-graupel mixing ratio （the color shaded， Unit： g·kg-1）， rain water mixing ratio （the red contour lines， Unit： g·kg-1）（b， d） from north to south over Ningxia at 14：00 （a， b） and 16：00 （c， d） on 26 April 2025 （Purple dotted lines indicate the isotherms， Unit： ℃； grey shadings denote topography）

Fig.3 The pre-determined （a） and actual （b） flight routes of the operational precipitation enhancement by aircraft on April 26 2025 （Shaded area denotes the aircraft operation impact zone）

Fig.4 Variations of altitude （a）， temperature and humidity （b） during the operational precipitation enhancement by aircraft on April 26， 2025

Tab.1 FY-4B satellite cloud products corresponding to the moments of aircraft catalytic operations

作业时刻	高度/m	纬度/（°）	经度/（°）	云位置	温度/℃	湿度/%	作业条件	云顶温度/℃	过冷层厚度/m	光学厚度	云有效粒子半径/μm	液水路径/mm	黑体亮温/℃
15：43	5 455	36.34	105.97	云中	-10.8	80	较好	-45.0	6	28	38	750	-42
16：03	4 955	36.84	106.32	云中	-10.0	98	较好	-42.0	6	26	30	710	-45
16：19	4 565	37.37	106.35	云中	-7.8	99	较好	-45.0	6	36	40	900	-43

Fig.5 Distributions of composite reflectivity factors from radar at 14：00 （a）， 15：00 （b） and 16：00 （c） on April 26， 2025 （Unit： dBZ）（The black solid line represents the flight operation route， the same as below）

Fig.6 Distributions of 7-h accumulated precipitation before （a） and after （b） the operation on April 26， 2025 in southern Ningxia （Unit： mm）（Purple triangles indicate Liupanshan Station， Longde Station， and Jingyuan Station， respectively）

Fig.7 Distribution of wind speed （the color shaded， Unit： m·s-1） and wind direction （arrows） at 500 hPa from 13：00 to 16：00 on April 26， 2025

Fig.8 Distributions of accumulated precipitation during 11：00-13：00 （a）， 13：00-15：00 （b）， 15：00-17：00 （c） and 17：00-19：00 （d） on April 26， 2025 （Unit： mm）

Fig.9 Cumulative hourly precipitation at Liupanshan， Longde and Jingyuan stations from 12：00 to 20：00 on April 26， 2025

Fig.10 Time series of precipitation intensity （a） and maximum diameter of raindrops （b） at Longde Station from 12：00 to 20：00 on April 26， 2025

Fig.11 Time-height cross-sections of millimeter-wave cloud radar echo intensity （a， Unit： dBZ） and radial velocity （b， Unit： m·s-1） at Longde Station from 12：00 to 20：00 on April 26， 2025

Fig.12 Aerosol number concentration （a） and particle size distribution （b） at Liupanshan Station from 12：00 to 20：00 on April 26， 2025

References 37

[1]	白婷, 黄毅梅, 樊奇, 2020. 河南一次降水天气过程人工增雨作业条件综合分析[J]. 气象, 46(12):1633-1 640.
[2]	白婷, 黄毅梅, 杨敏, 等, 2022. 利用微波辐射计资料分析人工增雨作业条件个例研究[J]. 气象与环境科学, 45(6):51-58.
[3]	常倬林, 崔洋, 张武, 等, 2015. 基于CERES的宁夏空中云水资源特征及其增雨潜力研究[J]. 干旱区地理, 38(6):1112-1 120.
[4]	党张利, 桑建人, 周旭, 等, 2023. 六盘山区雾时空分布及微观特征[J]. 气象与环境学报, 39(1):37-43.
[5]	邓佩云, 常倬林, 何佳, 等, 2024. 六盘山地区大气水汽的时空差异与驱动因子分析[J]. 干旱气象, 42(3):376-384. DOI
[6]	刁鹏, 李刚, 仇会民, 等, 2024. 巴音布鲁克山区暖季人工增水作业区域的合理性分析[J]. 沙漠与绿洲气象, 18(5):166-173.
[7]	高建秋, 肖辉, 姚展予, 等, 2024. 广东省一次飞机暖云催化响应的双偏振雷达观测分析[J]. 气象与环境科学, 47(3):82-92.
[8]	谷笑楠, 李薇, 邢凤娟, 2024. 一次冷涡云系CMA-CPEFS v2.0模式模拟效果检验[J]. 农业灾害研究, 14(10):198-200.
[9]	郭学良, 付丹红, 胡朝霞, 2013. 云降水物理与人工影响天气研究进展:2008—2012年[J]. 大气科学, 37(2):351-363.
[10]	康增妹, 孙玉稳, 董晓波, 等, 2020. 一次冬季层状云的人工催化效果响应分析[J]. 高原气象, 39(3):620-627. DOI
[11]	李宝东, 孙玉稳, 孙霞, 等, 2014. 河北春季一次飞机人工增雪的综合分析[J]. 干旱气象, 32(5):819-829. DOI
[12]	李琼, 高沁, 唐林, 等, 2020. 湖南省夏秋季一次典型积层混合云系飞机人工增雨作业分析[J]. 湖北农业科学, 59(22):59-65.
[13]	李宗义, 庞朝云, 2004. 甘肃省飞机人工增雨天气系统分型和天气特点[J]. 干旱气象, 22(1):26-29.
[14]	庞朝云, 黄山, 张丰伟, 2016. 甘肃中部降水性层状云微物理结构特征个例分析[J]. 气象科技, 44(5):805-810.
[15]	秦彦硕, 蔡淼, 刘世玺, 等, 2017. 华北秋季一次低槽冷锋积层混合云宏微物理特征与催化响应分析[J]. 气象学报, 75(5):835-849.
[16]	孙海燕, 姚展予, 应爽, 等, 2023. 一次对流云的人工增雨作业条件及雷达物理量变化分析[J]. 气象与环境科学, 46(4):7-17.
[17]	孙艳桥, 舒志亮, 李化泉, 等, 2023. 宁夏中部夏季层状云特征参数与降水相关性研究[J]. 宁夏大学学报:自然科学版, 44(4):420-428.
[18]	孙玉稳, 银燕, 孙霞, 等, 2017. 冷云催化宏微观物理响应的探测与研究[J]. 高原气象, 36(5):1290-1 303.
[19]	陶涛, 舒志亮, 邓佩云, 等, 2025. 六盘山一次积层混合地形云宏微观特征观测分析[J]. 干旱气象, 43(2):277-288. DOI
[20]	田磊, 李化泉, 翟涛, 等, 2018. 卫星反演产品在一次飞机增雨效果检验中的应用[J]. 宁夏工程技术, 17(2):109-112.
[21]	汪俊, 刘雅琳, 2022. X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用[J]. 高原山地气象研究, 42(增刊1):125-130.
[22]	王岱, 崔洋, 王素艳, 等, 2024. 1961—2020年宁夏干旱事件年代际变化及风险评估[J]. 干旱区地理, 47(5):785-797. DOI
[23]	王峰, 陈茜茜, 吕娟, 等, 2023. 宁夏回族自治区干旱灾害风险评估与区划研究[J]. 中国防汛抗旱, 33(11):38-45.
[24]	王劲松, 王琎, 李宝梓, 2003. 甘肃春末夏初飞机人工增雨天气系统分型[J]. 干旱气象, 21(4):41-44.
[25]	王丽霞, 周万福, 张莉燕, 等, 2023. 青海省春季一次积层混合云飞机人工增雨作业个例分析[J]. 气象科技进展, 13(4):50-56.
[26]	王晓青, 董晓波, 杨洁帆, 等, 2024. 基于多源观测数据的华北冬季冷云催化物理响应分析[J]. 大气科学, 48(3):1247-1 260.
[27]	邢峰华, 黄菲婷, 李光伟, 等, 2023. 海南岛中部山区暖云人工增雨催化试验物理效果分析[J]. 干旱气象, 41(1):114-122. DOI
[28]	许志丽, 徐亮亮, 毕力格, 等, 2025. 内蒙古中部地区层状云微物理特征及可播度分析[J]. 干旱气象, 43(1):126-132. DOI
[29]	岳治国, 余兴, 刘贵华, 等, 2021. 一次飞机冷云增雨作业效果检验[J]. 气象学报, 79(5):853-863.
[30]	张景红, 孟辉, 于翠红, 等, 2020. 人工增雨催化响应试验分析[J]. 干旱气象, 38(6):1043-1 051.
[31]	张腾飞, 张杰, 金文杰, 等, 2018. 云南飞机增雨作业气象条件分析[J]. 云南大学学报:自然科学, 40(6):1181-1 191.
[32]	DEFELICE T P, AXISA D, BIRD J J, et al, 2023. Modern and prospective technologies for weather modification activities: A first demonstration of integrating autonomous uncrewed aircraft systems[J]. Atmospheric Research, 290: 106788. DOI:10.1016/j.atmosres.2023.106788.
[33]	DONG X B, ZHAO C F, YANG Y, et al, 2020. Distinct change of supercooled liquid cloud properties by aerosols from an aircraft-based seeding experiment[J]. Earth and Space Science, 7(8): e2020EA001196. DOI: 10.1029/2020ea001196.
[34]	FRIEDRICH K, IKEDA K, TESSENDORF S A, et al, 2020. Quantifying snowfall from orographic cloud seeding[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117(10): 5 190-5 195.
[35]	LIN T, SHU Z L, WU H, et al, 2022. Variation characteristics and source analysis of cloud condensation nuclei at the ridge of Liupan Mountain located in western China[J]. Atmosphere, 13(9): 1483. DOI: 10.3390/atmos13091483.
[36]	YAN L R, ZHOU Y Q, WU Y X, et al, 2024. FY-4A measurement of cloud-seeding effect and validation of a catalyst T&D algorithm[J]. Atmosphere, 15(5): 556. DOI:10.3390/atmos15050556.
[37]	YANG Y, ZHAO C F, FU J, et al, 2022. Response of mixed-phase cloud microphysical properties to cloud-seeding near cloud top over Hebei, China[J]. Frontiers in Environmental Science,10:865966. DOI:10.3389/fenvs.2022.865966.