摘要：为探索新型人工影响天气技术在复杂山区冬季作业中的适用性，本文以乌鲁木齐县乌拉斯台基地为试验区域，采用TL-120 垂直起降无人机开展冬季增雪作业实践，通过3 次作业试验（2025 年12 月10 日、11 日、18 日），系统梳理无人机作业流程、适配条件及初步效果。结果显示：在冬季低能见度、层状云背景下，无人机可实现安全起降与稳定作业，完成催化剂精准播撒任务；作业后试验区域气象要素与云系特征呈现一定变化，初步验证无人机在冬季增雪作业中的应用潜力。研究可为山区冬季人工影响天气作业手段优化提供参考，后续需通过更多试验数据进一步验证作业效果稳定性。

关键词：无人机；冬季增雪；人工影响天气；天山北坡；作业实践

1引言

天山北坡作为新疆重要的生态屏障与农牧业生产区域，冬季降雪不仅是区域水资源的重要补给来源，也对春季融雪灌溉、生态环境改善具有关键作用。传统人工增雪作业主要依赖有人机与地面作业两种方式，其中地面作业包含烟炉作业和火箭作业。在实际应用中受冬季特殊气象条件与地形限制，存在一定局限性。有人机作业虽具备催化剂携带量大、作业范围广的优势，但乌鲁木齐地区属空中交通枢纽，空域申请困难；地面烟炉作业受地形与气流条件制约明显，需依托特定山体地形形成上升气流，才能将催化剂输送至目标云层，在平坦区域或气流不稳定时段，作业效果易受影响，地面火箭作业受地形和空域影响，有时无法在合适地点和时间开展作业。此外，冬季山区气象条件复杂多变，传统作业方式的响应速度与场地适配性，也难以完全满足小范围、突发性增雪需求。

近年来，垂直起降无人机技术逐步成熟，其无需专用跑道、操作灵活、可低空作业的特点，为冬季山区人工增雪作业提供了新的可能。相较于传统方式，无人机在冬季低能见度环境下的起降适应性更强，且能通过精准航线控制，将催化剂播撒至云层核心区域，同时避免人员登机作业的安全风险。本文基于乌鲁木齐市人工影响天气办公室开展的无人机冬季增雪试验，从作业准备、实施过程、效果观测等方面展开分析，重点探讨无人机在天山北坡冬季增雪作业中的适配性与应用前景，为后续技术推广与作业优化提供实践依据。

2试验区域与作业条件

2.1试验区域概况

本次试验选择乌鲁木齐县乌拉斯台基地及周边区域，该区域位于天山北坡中段，海拔约2000m，属典型山区地形，冬季以层状云天气为主，降雪日数较多，且周边无高大建筑与复杂障碍物，既符合人工增雪作业的气象条件需求，也为无人机安全飞行提供了适宜环境。同时，该区域临近乌鲁木齐县牧业气象实验站，可便捷获取气温、湿度、风速、降雪量等实时气象数据，为作业效果分析提供数据支撑。

2.2作业平台与设备配置

本次试验选用TL-120型垂直起降固定翼无人机作为作业平台（表1），该机型采用“垂直起降+固定翼飞行”复合模式，无需专用跑道，仅需20㎡左右的平坦场地即可完成起降，适配山区作业场地条件。从技术参数看，该无人机最大续航时间可达120分钟，最大作业海拔高度6000m，能覆盖天山北坡冬季主要降雪云层高度范围；可稳定搭载4根人影专用焰条及配套播撒装置，焰条燃烧时间与播撒速率符合人工增雪作业的催化剂释放要求。地面控制端采用便携式地面站系统，支持实时飞行状态监测、航线规划与应急操作，可通过卫星定位系统精准控制无人机飞行轨迹，确保播撒区域与目标云层的匹配度。同时，配备气象数据采集设备，在作业前后对试验区域气温、相对湿度、风速、云底高度等参数进行观测，为作业时机选择与效果评估提供基础数据。

2.3作业天气背景

冬季人工增雪作业效果与天气背景密切相关，需选择云层厚度适宜、水汽条件充足且温度处于-5～-10℃的天气过程，该温度区间有利于催化剂发挥作用，促进云层中水汽向降雪转化。本次3次作业均选择在层状云或锋面过境天气背景下开展，作业前通过数值预报产品，提前24小时研判天气趋势，确保作业时段内无强降水、大风、雷暴等恶劣天气，同时避开空中管制禁飞时段，保障作业安全合规。

3无人机增雪作业实施过程

3.1作业准备流程

无人机冬季增雪作业准备分为前期研判、场地准备、设备检查三个阶段。前期研判阶段，除天气条件分析外，需提前24小时向民航与空军提交空域申请，明确作业时间、区域、高度范围，确保飞行活动符合空中交通管制要求；同时，结合地面观测站与空中实时传回图像数据，确定目标云层位置与高度，初步规划作业航线。场地准备阶段，提前抵达试验区域，选择地势平坦、无障碍物、远离人员活动的区域作为起降点，清理场地内积雪、石块等杂物，避免影响无人机起降安全；针对冬季低温环境，在起降点周边设置临时保温棚，对无人机电池、电子设备进行预热，防止低温导致设备性能下降。设备检查阶段，作业前1小时完成无人机机身、螺旋桨、播撒装置的外观检查，确认无部件损坏或松动；通过地面站系统测试无人机通信信号、卫星定位精度、飞行姿态控制功能，确保各项参数正常；同时检查焰条存储状态与点火装置，确认焰条无受潮、变质，点火线路连接可靠，避免作业过程中出现播撒故障。

3.2作业实施与过程控制

作业实施过程严格按照“起飞-爬升至作业高度-播撒催化剂-返航降落”的流程开展，全程通过地面站实时监控无人机状态。起飞阶段，无人机采用垂直起降模式，在地面站控制下缓慢升空，待高度达到50m、姿态稳定后，切换至固定翼飞行模式，开始向目标作业区域飞行；爬升至作业高度阶段，根据当日云系高度调整爬升速率，12月10日、11日、18日分别爬升至3700m、3500m、3800m，确保飞行高度处于云层核心区域，提升催化剂利用率。

进入作业区域后，无人机按照预设的矩形航线飞行，航线设计结合云层覆盖范围，东西向长度约8km，南北向宽度约5km，确保催化剂能够均匀覆盖目标区域；播撒催化剂阶段，通过地面站远程控制点火装置，按照“间隔1分钟点燃下一根”的节奏，依次点燃4根焰条，每根焰条燃烧时间约9分钟，全程持续37分钟左右（12月10日、11日、18日实际播撒时间分别为25分钟、32分钟、37分钟），播撒过程中实时监测无人机飞行速度与高度，确保航线偏差不超过50m，避免催化剂播撒偏移。

图1 12月18日无人机增雪作业航线示意图

作业完成后，无人机停止播撒，沿原航线返航，在距离起降点5km处降低飞行高度，切换回垂直起降模式，缓慢降落至起降点；降落过程中，地面人员做好应急准备，防止无人机因气流影响出现降落偏差。每次作业从起飞到降落，12月10日、11日、18日分别耗时40分钟、42分钟、70分钟，其中12月18日飞行时长较长，主要因作业区域云层覆盖范围广，需扩大航线覆盖面积。

3.3作业过程中的关键注意事项

冬季山区环境对无人机作业提出了特殊要求，作业过程中需重点关注三方面：一是低温防护，无人机电池在低温环境下续航能力会下降，作业前需将电池预热至10℃以上，作业过程中通过地面站监控电池电量，确保剩余电量满足返航需求，避免因电量不足导致迫降；二是通信保障，山区地形可能对无线通信信号产生遮挡，作业前需测试起降点与作业区域的通信质量，防止无人机与地面站失联；三是应急处置，提前制定无人机失控、设备故障等突发情况的应急预案，配备应急救援人员与设备，确保出现突发情况时能够及时处置，保障无人机安全。

4作业效果观测与分析

4.1卫星云图与云系变化分析

本次作业时段为2025年12月10日，选取作业前（15时）与作业后（17时）两时次FY-4B红外云图进行对比分析（图2），云顶亮温是反映云体发展高度与强度的关键指标，云顶亮温越低，表明云体发展越高、越深厚，冰相粒子越丰富，增雪作业潜力越强。

作业前（15时），试验区域位于乌鲁木齐县乌拉斯台附近（图中三角标记位置），被大范围层状云系覆盖，云体整体以淡蓝色调为主，云顶亮温约230～250K，云系分布连续但密实度一般，局部存在云体缝隙，属典型的冬季稳定性降水云系，具备人工增雪作业的基本条件。作业后（17时），同一区域云体色调明显加深，局部出现红-深粉色区域，云顶亮温降至210～230K，云体密实度显著提高，覆盖范围略有扩展，云系结构更加均匀连续，无明显破碎或消散迹象。这种云顶亮温下降、云体密实度提升的变化，与人工催化作业后云内冰晶增长、云体发展的物理过程具有一致性，表明催化剂播撒可能对云系发展产生了积极影响。需要说明的是，云系演变同时受天气系统自身移动与发展的影响，上述变化仅作为人工增雪作业效果的辅助参考依据，后续需结合更多时次云图与地面观测数据进一步验证。

图2 12月10日无人机增雪作业时段FY-4B红外云图

4.2地面气象要素与降雪观测

根据乌鲁木齐牧业气象试验站地面观测数据（表2），3次无人机增雪作业前后，试验区域气温、相对湿度、风速及降雪量均呈现出较为一致的变化特征。作业后，区域气温整体呈小幅下降趋势，相对湿度明显上升，风速保持平稳，气象条件更有利于降雪的形成与维持。

从温度条件看，作业后气温普遍降低，与云中水汽凝结、冰晶增长过程相对应，为降雪发展提供了适宜的热力环境；湿度方面，作业后相对湿度均有明显提升，近地面水汽条件得到显著改善，进一步促进了固态降水的形成。3次作业期间，风速均保持在1.4～4.5m/s的稳定区间，无明显大风扰动，既保障了无人机飞行与催化剂播撒的稳定性，也利于降雪在局地累积。

在降雪变化上，3次作业后均出现可观测的降雪过程，且降雪出现时段与作业时段衔接紧密。作业前，作业区基本无降雪或仅有微量降雪，作业后降雪量均有不同程度增加，与无人机播撒催化剂后云内粒子发展、降雪增强的时间规律基本吻合。综合看，地面气象要素与降雪量的协同变化，在一定程度上反映出无人机作业对局地降雪过程具有积极作用，可为作业效果提供较为直观的观测支撑。

4.3无人机作业与传统方式的对比分析

从作业实践看，无人机在冬季增雪作业中与传统方式相比，具有三方面明显优势：一是起降与场地适配性更强，无需专用机场或特定地形，在山区平坦场地即可完成起降，解决了有人机机场依赖与地面烟炉地形限制的问题；二是低能见度环境适应性更好，在冬季能见度1-3km的条件下可正常作业，而有人机通常需能见度达到3km以上才能起飞，有效拓展了作业时机；三是安全风险更低，无需人员登机作业，彻底避免了有人机穿云结冰的安全隐患，同时垂直起降模式也降低了地面作业人员的安全风险。

在作业成本与响应速度方面，无人机单次作业所需人员较少，设备运输与保障相对简便，作业准备时间可控制在30分钟以内，较有人机2小时以上的准备时间大幅缩短，能够更快速响应突发增雪需求；成本方面，无人机单次作业成本远低于有人机，也低于地面烟炉的长期运维成本，适合在基层人影部门推广应用。

当然，无人机作业也存在一定局限性，如续航时间与载荷能力有限，单次作业覆盖范围与催化剂携带量不及大型有人机，更适合小范围、区域性的增雪作业；在强风、极端低温等恶劣天气下，飞行稳定性与设备可靠性也需进一步验证。因此，无人机并非对传统作业方式的完全替代，而是形成“无人机+有人机+地面烟炉”的互补作业体系，根据不同天气条件、作业需求与区域特点，选择适宜的作业方式，才能最大化提升冬季增雪作业的整体效果。

5结论与展望

通过本次无人机冬季增雪作业试验，初步验证了TL-120垂直起降无人机在天山北坡冬季山区开展人工增雪作业的技术可行性。试验结果表明，无人机可在冬季低能见度、层状云条件下实现安全起降与稳定作业，能够完成催化剂精准播撒任务；作业后，试验区域云系密实度略有提升，地面气温、湿度及降雪量呈现积极变化趋势，初步显示出一定的增雪效果。

同时，也应客观认识到本次试验次数有限，尚未形成系统的效果评估数据，后续仍需进完善观测方案与评估体系，通过多元观测手段，进一步验证作业效果的稳定性。未来，将以本次试验为基础，持续优化无人机作业参数与设备配置，探索“无人机+传统手段”的互补作业模式，为天山北坡人工影响天气作业能力提升提供支撑。

参考文献

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第一作者：毛鹏翔（1989-），新疆昌吉人，本科，工程师，研究方向：人影管理。