人工增雨在九華山抗旱與森林防火中的應用

戴修尚

摘 要：人工增雨，是采用科學的方法，在適當?shù)臅r機，將催化劑引入云的有效部位，達到人工催化云層降水或增加降水量、開發(fā)利用空中云水資源的目的。安徽省九華山風景區(qū)屬山岳型景區(qū)，森林覆蓋率達90%以上，年平均降水量2129.1mm，雖雨水充沛，但降水季節(jié)分布極為不均，常出現(xiàn)秋冬旱。2019年9—11月，九華山遭遇70a一遇的干旱災害，景區(qū)生活用水斷供，森林火險氣象等級連日維持極高火險級5級。九華山氣象管理處多次實施人工增雨，作業(yè)效果明顯，為緩解景區(qū)旱情、增加水庫蓄水、降低森林火險等級、補充地下水資源、改善生態(tài)環(huán)境等發(fā)揮了重要作用。

關鍵詞：人工增雨;森林防火;抗旱

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

1 九華山風景區(qū)森林及氣候概況

九華山風景區(qū)，位于安徽省池州市青陽縣境內，是國家5A級旅游區(qū)，世界地質公園，首批國家自然與文化雙遺產(chǎn)地，中國佛教4大名山之一。景區(qū)規(guī)劃面積120km2，保護范圍174km2，最高峰海拔1344.4m。寺宇林立，古木參天，現(xiàn)有寺院99座，其中，全國重點寺院9座，安徽省重點寺院30座。有全國重點文物保護單位4處，安徽省重點文物保護單位7處。

九華山屬北亞熱帶濕潤季風氣候，受地形地勢、海拔高度影響，又存在復雜多變的山區(qū)局地小氣候特征。森林覆蓋率達90%以上，有1460多種植物。地帶性植被為常綠闊葉林，中高海拔區(qū)天然植被保存完整。依山勢海拔的變化，植被大體分為次生針葉林、常綠落葉闊葉林、針闊葉混交林、栽培植被區(qū)和灌叢區(qū)。對照《國家重點保護野生植物名錄》，目前九華山境內有百年以上古樹名木449株，國家一級保護樹種59株[1]。

據(jù)1991—2018年歷史氣象觀測資料統(tǒng)計，九華山風景區(qū)歷年平均降水量為2129.1mm，6—8月降水相對集中，12月最少，平均77.2mm，降水季節(jié)分布極為不均（圖1）。年平均相對濕度76%，6—9月均>80%，12月最低，為69%，年平均氣溫14.3℃。據(jù)圖1顯示，2019年9月、10月降水量遠低于歷史同期。

2 九華山2019年旱情與森林防火形勢分析

2.1 2019年秋季氣象要素統(tǒng)計分析

2019年8月12日開始，九華山出現(xiàn)近3個月無有效降水時段，最長連續(xù)無降水日數(shù)突破本地有氣象記錄以來的歷史極值。因11月中下旬連續(xù)3次成功實施了人工增雨，且增雨量較大，因此，這里僅對9—10月導致干旱的相關氣象要素進行統(tǒng)計分析。

2019年9—10月降水量僅38.5mm（其中還包含人工增雨作業(yè)所產(chǎn)生的增雨量），與歷史同期相比減少219.5mm，僅為同期的15%（圖1）;平均氣溫高出0.7℃，最大氣溫日較差12.5℃（一般情況下，氣溫越高，日較差越大，蒸發(fā)作用越強）;平均相對濕度較歷史同期低3.4%，日最低相對濕度曾降到17%，空氣異常干燥;總日照時數(shù)高出歷史同期83h（表1）。

2.2 九華山風景區(qū)森林防火形勢

森林火災是世界8大自然災害之一，具有突發(fā)性強、危害性大、處置救助困難等特點[2]。火災的發(fā)生取決于3個因素：林內可燃物、合適的氣象條件、野外火源[3]。

2019年8月中旬開始出現(xiàn)的連日少雨或無雨、較小的相對濕度、較高的氣溫、較大的氣溫日較差、長時間的日照，加速了下墊面植被、森林可燃物中的水分蒸發(fā)，使得可燃物含水率降低而變得干燥，森林火險等級持續(xù)攀升。9月1日—11月17日的78d中，九華山氣象管理處發(fā)布的森林火險氣象等級預報有48d為極高火險級5級，19d為高火險級4級。

森林火災發(fā)生的關鍵因素為火源，分為人為火和自然火2大類。人為火包括各類生產(chǎn)用火和野外吸煙、燒荒燒紙等非生產(chǎn)性用火;自然火包括雷電火、可燃物自燃等。據(jù)統(tǒng)計，在所有森林大火中，有98%是由人為火源引起的。九華山風景區(qū)屬佛教圣地，2019年進山人次達到1131萬，大量的游人活動以及禮佛燃香、祭祀燒紙、游動吸煙等行為，使得景區(qū)防火壓力劇增。另外，九華山屬多雷區(qū)，雷電火也是一大火災隱患。2014年7月11日12∶00，九華山曾發(fā)生因雷電導致花臺景區(qū)2名游客身亡并引發(fā)防火棚起火事故。

由于景區(qū)面積廣闊，各種火源點多面廣，管控難度非常大，加之秋冬季少雨低濕等不利的氣象條件，大量聚集的林內可燃物，使得景區(qū)防火形勢十分嚴峻。為預防森林火災的發(fā)生，風景區(qū)管委會每年都要投入大量的人力、物力、財力。

2.3 九華山風景區(qū)干旱形勢

九華山核心景區(qū)（海拔高度600m以上區(qū)域）的旅游接待、居民生產(chǎn)生活用水全部依靠山上僅有的一座“天池水庫”蓄水供應維持，自然降水是水庫的唯一水源。九華山秋冬季節(jié)降水較少，幾乎每年都有不同程度的秋、冬旱發(fā)生（據(jù)池州市水利局水旱災害防御處統(tǒng)計，2019年出現(xiàn)的嚴重干旱災害，為本地70a一遇），進而引發(fā)水資源的臨時性缺乏。而每年的9—11月、元旦和春節(jié)期間又正是九華山的旅游旺季，旅游接待、居民生活用水量極大。近年來，隨著景區(qū)游客量劇增，多次出現(xiàn)因干旱導致天池水庫供水不足，景區(qū)生活用水限時供應的情況。

2019年，僅國慶黃金周7d，九華山景區(qū)就接待游客27.22萬人次。持續(xù)的高游客量和連日無雨少雨，使得天池水庫水位急劇下降，到10月下旬，水庫近于干涸，核心景區(qū)內只得靠消防部門從山下運水上山為居民定時送水，嚴重影響景區(qū)正常旅游接待與居民日常生活。

3 九華山人工影響天氣工作

3.1 人影作業(yè)裝備與軟件系統(tǒng)

2006年，九華山氣象管理處從外地借調“三七高炮”首次為景區(qū)抗旱實施了人工增雨作業(yè)。近年來，在安徽省氣象局和風景區(qū)管委會的全力支持下，九華山人影作業(yè)裝備不斷完善，作業(yè)能力不斷提升，2020年還將建成安徽省飛機人工增雨作業(yè)九華山基地。

3.1.1 人工增雨火箭作業(yè)系統(tǒng)

2009年，購置了首套人工影響天氣作業(yè)裝備——BL-1A型火箭作業(yè)系統(tǒng)，后經(jīng)多次更新升級，其發(fā)射系統(tǒng)已實現(xiàn)智能化。

車載式火箭作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)點是可流動作業(yè)，機動性強，適用于對小團積雨云作業(yè)。但是，隨著我國軍事與民航的發(fā)展，國內空中航線越來越密集，火箭作業(yè)申請常受空域制約而錯過最佳作業(yè)時機，因此，地面焰條播撒系統(tǒng)便成了九華山人工增雨的較好選擇。

3.1.2 人工增雨地面焰條播撒系統(tǒng)

2008年和2019年，先后建成并更新2套可遠程遙控的人工增雨地面焰條播撒系統(tǒng)，分別位于核心景區(qū)北側的百歲宮下方山坡和南側的平天崗山坡，距人工增雨最核心目標區(qū)——天池水庫兩側3～4km，海撥均在700m左右。

在焰火器（播撒裝置）的布設選址方面，依據(jù)九華山云和降水、地面風向的歷史觀測資料做了充分論證。既結合了地形云與山谷風的關系、作業(yè)效果的轉化，還考慮了地形抬升作用的發(fā)揮和作業(yè)后降水轉換為地表水的能力。

地面焰條播撒系統(tǒng)，有位置高度可選、不受空域限制、可以遠程控制、作業(yè)靈活方便等優(yōu)點，非常適宜對山區(qū)地形云開展增雨作業(yè)。

3.1.3 人影業(yè)務軟件系統(tǒng)建設

安徽省基于物聯(lián)網(wǎng)技術，建成了省—市—縣—作業(yè)點4級一體化的“人工影響天氣智能管理系統(tǒng)”，實現(xiàn)了對人影信息（人員、裝備、彈藥、氣象信息等）采集與傳輸、數(shù)據(jù)管理與服務、安全監(jiān)督與管理的自動化、智能化，建立了較為完整的業(yè)務流程，并依據(jù)業(yè)務流程開發(fā)了需求分析、作業(yè)條件預測、作業(yè)云識別、作業(yè)指揮、效果評估5大類人影業(yè)務產(chǎn)品，促進了人影管理、業(yè)務、服務的科學發(fā)展[4]。

建成了“物聯(lián)網(wǎng)彈藥裝備管理系統(tǒng)”，實現(xiàn)了人影裝備、彈藥從生產(chǎn)、查驗、儲運、使用、維護等各環(huán)節(jié)的全周期監(jiān)管和全過程追溯。智能人影作業(yè)指揮APP，實現(xiàn)作業(yè)申請、審核、作業(yè)條件分析、信息上報等移動端操作。地面焰條播撒裝置遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在PC和移動客戶端進行設備檢測、遠程點火、視頻監(jiān)控、信息采集、防盜報警功能。

3.2 人影作業(yè)隊伍建設與制度保障

九華山氣象管理處（人影辦）成立了由主要領導擔任指揮長、數(shù)名精干力量為作業(yè)人員的人影作業(yè)隊伍。相關人員每年均多次參加省氣象局、人影裝備廠商、系統(tǒng)平臺建設公司等組織的相關管理、安全、理論和實戰(zhàn)培訓，形成了一支理論扎實、經(jīng)驗豐富、技術精湛的人影作業(yè)隊伍。

人影辦按主管部門要求，完善了人影作業(yè)從公告發(fā)布、空域申請、組織管理、彈藥儲運、裝備保障、安全管理、信息上報等一系列制度、流程、規(guī)范。確保每次人影作業(yè)都能規(guī)范有序、安全高效實施。

3.3 九華山2019年人工增雨作業(yè)情況及效果評估

3.3.1 抗旱服務與人工增雨作業(yè)開展情況

2019年9月中旬開始，景區(qū)旱象初顯，九華山氣象管理處加強天氣監(jiān)測、預報預警服務，通過小區(qū)短信平臺、氣象預警顯示屏等多渠道向來山游客、景區(qū)居民發(fā)送氣象干旱預警和高危森林火險氣象等級預警信息，向管委會及相關部門報送《干旱天氣專報》。同時，按照風景區(qū)管委會的統(tǒng)一部署，人影作業(yè)隊伍進入24h待命臨戰(zhàn)狀態(tài)，密切監(jiān)視天氣變化，搶抓有利時機，適時開展增雨作業(yè)。

九華山氣象管理處分別于2019年10月5日、10月12日、10月15日、11月13日、11月18日、11月25日組織實施了6次人工增雨作業(yè)，共發(fā)射火箭彈48枚，燃燒焰條52根，其中，增雨飛機進入景區(qū)上空作業(yè)3架次。

11月17日，九華山氣象管理處結合雷達資料、GRAPES模式預報等研究分析，并與安徽省氣象臺會商，預測次日5∶00—11∶00，有天氣系統(tǒng)自東南向西北緩慢過境景區(qū)，且垂直累積過冷水含量充足，作業(yè)潛力很大。人影作業(yè)人員徹夜在作業(yè)點守候，并于11月18日凌晨6∶10—7∶20實施了3輪火箭增雨作業(yè)，發(fā)射火箭彈16枚，地面播撒系統(tǒng)燃燒焰條18根。同時，在安徽省人影辦的協(xié)調下，作業(yè)飛機于8∶00—8∶20進入景區(qū)上空作業(yè)。

3.3.2 人工增雨作業(yè)效果評估

鄧點滿等[5]對人工增雨效果評估方法進行了研究，提出物理評價法和統(tǒng)計檢驗法（包括區(qū)域回歸法、歷史資料估算法、數(shù)值模擬評估法等）。本文根據(jù)作業(yè)目標區(qū)與對比區(qū)的自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用區(qū)域回歸法對2019年10—11月開展的6次作業(yè)過程進行效果評估。其中，有4次過程因天氣系統(tǒng)強度不大、增雨潛力不足或系統(tǒng)發(fā)展走向偏移等原因導致作業(yè)未見明顯效果，但11月18日、25日的2次增雨作業(yè)效果卻異常明顯。

11月18日作業(yè)后自動雨量站監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，作業(yè)目標區(qū)內各站點降水量普遍超過15mm，平均達到21.1mm，其中增雨核心目標區(qū)——天池水庫附近的九華山氣象國家觀測站降水量達28.5mm（圖2左），而作業(yè)對比區(qū)（作業(yè)區(qū)上風方，南片區(qū)域，未實施增雨作業(yè)）100km范圍內10個國家氣象觀測站平均降水量為5.0mm，50km范圍內78個雨量站點的平均降水量為5.9mm。

丁仁海[6]對九華山與周邊區(qū)域的降水分布差異分析得出，（皖南）山區(qū)的高度（指>200m的山體）、地形對降水系統(tǒng)的增雨作用較為明顯，山區(qū)降水量分布與海拔高度有關，海拔越高，降水量越大;山區(qū)地形對降水的平均貢獻率為37.6%。據(jù)此結論，作業(yè)目標區(qū)平均自然降水量R1與對比區(qū)平均自然降水量R2存在線性關系R1=（1+37.6%）·R2。通過線性回歸得出，11月18日的作業(yè)過程中，作業(yè)目標區(qū)的平均自然降水量R1=（1+37.6%）×5.9mm=8.1mm;作業(yè)平均增雨量△R=作業(yè)后目標區(qū)實測平均降水量R0-平均自然降水量R1=21.1mm-8.1mm=13.0mm。不考慮九華山景區(qū)以外的增雨量，僅以九華山區(qū)域范圍174km2目標區(qū)進行保守測算，本次人工增雨作業(yè)的總增雨量約為：13.0mm×174km2=226.2萬m3。

11月25日作業(yè)后，作業(yè)目標區(qū)內19個雨量站點平均降水量（R0）為15.2mm，九華山國家氣象觀測站雨量達18.7mm（圖2右），作業(yè)對比區(qū)78個站點平均降水量（R2）僅為6.7mm，此次作業(yè)平均增雨量△R=R0-R1=R0-（1+37.6%）·R2=6.0mm，九華山區(qū)域范圍內總增雨量約為6.0mm×174km2=105萬m3。

經(jīng)過幾次成功開展人工增雨作業(yè)后，到11月30日，在自然降水和人工增雨的共同影響下，天池水庫蓄水量大幅增加，森林火險氣象等級降至低火險級，地下水得以充分補給，持續(xù)2個多月的嚴重旱情全面解除，旅游接待和居民生活恢復正常。

4 結語

2019年，九華山風景區(qū)遭遇70a一遇的嚴重干旱，九華山氣象管理處抓住有利天氣條件，多次開展人工增雨作業(yè)。利用作業(yè)目標區(qū)和對比區(qū)的雨量監(jiān)測資料，采用區(qū)域回歸方法進行作業(yè)效果評估，按最保守的作業(yè)目標區(qū)面積測算，僅11月18日、25日2次人工增雨作業(yè)中，九華山風景區(qū)范圍內的作業(yè)增雨量超過330萬m3，增雨效果明顯，為景區(qū)抗旱減災、水庫蓄水、降低森林火險等級、保護森林資源安全、補充地下水資源、改善生態(tài)環(huán)境等發(fā)揮了積極作用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

[1]九華山風景區(qū)地方志編纂委員會.九華山志[M].黃山：黃山書社，2013：001-089.

[2]王海忠.夯實基礎做好森林防火這篇大文章[J].森林防火，2016（3）：1-4.

[3]周政，李洪雙，朱那.人為火源——森林火災發(fā)生的決定性因素[J].城市建設，2010（22）：60-61.

[4]李建邦，周述學，李愛華，等.物聯(lián)網(wǎng)在安徽省人工影響天氣業(yè)務中的應用[J].氣象科技，2014，42（6）：1143-1146.

[5]鄧占滿，張中波.幾種人工增雨效果評估方法的應用與研究[J].安徽農業(yè)科學，2014，42（9）：2675-2676.

[6]丁仁海，丁鑫.九華山與周邊區(qū)域的降水分布差異分析[J].氣象，2014，40（4）：458-465.

（責任編輯 賈燦）