人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用研究

劉茂林，高革民，康立寧

1.藁城區(qū)氣象局；2.靈壽縣氣象局

我國地域遼闊，作為農(nóng)業(yè)大國糧食安全是頭等大事，對于糧食生產(chǎn)，天氣所帶來的影響至關(guān)重要。一旦受到氣候?yàn)?zāi)害將直接對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損害，同時(shí)也會嚴(yán)重影響人們的生活，甚至造成人員傷亡。為此加強(qiáng)應(yīng)對氣候?yàn)?zāi)害，提高對氣候自然災(zāi)害的治理，已然成為當(dāng)前我國氣象發(fā)展中重點(diǎn)關(guān)注的問題。

當(dāng)前隨著我國氣象工程服務(wù)技術(shù)發(fā)展不斷走向成熟，人工影響天氣技術(shù)的發(fā)展水平也在不斷增強(qiáng)，在氣象防災(zāi)減災(zāi)的工作中占據(jù)了越來越重要的地位。通過人工影響天氣有效降低了因氣候?yàn)?zāi)害所造成的危害，對社會各方面的穩(wěn)定發(fā)展具有積極影響。

一、人工影響天氣的概念以及發(fā)展

人工影響天氣也被稱之為“人影”，此概念的提出主要基于全球環(huán)境的不斷變化，為了實(shí)現(xiàn)人類生產(chǎn)、生活的需要，在避免或減輕氣象災(zāi)害的過程中所使用的一種科學(xué)技術(shù)方法，主要利用現(xiàn)有的氣候資源在適當(dāng)?shù)臈l件下結(jié)合科學(xué)技術(shù)手段對局部大氣的物理、化學(xué)過程實(shí)施人工影響，以達(dá)到增雨雪、防冰雹或消雨、消霧等目的的活動。

我國最早在開展人工影響天氣的各種實(shí)驗(yàn)中，人工降雨實(shí)驗(yàn)開展的次數(shù)最多，其次是人工防雹，每一次實(shí)驗(yàn)均取得了較好的實(shí)驗(yàn)成果。關(guān)于人工消霧，我國最早于20世紀(jì)40年代初就展開了實(shí)驗(yàn)，曾經(jīng)歷使用加熱法消除機(jī)場跑道上的大霧，雖耗費(fèi)巨大，但效果較為理想。根據(jù)我國氣象局的資料顯示，我國自1999年直至2006年，通過人工影響天氣共增雨約2500億噸，平均每年贈雨都超過了300億噸，投資高達(dá)數(shù)億元。2020年我國為進(jìn)一步推進(jìn)人工影響天氣工作，還下發(fā)了關(guān)于“推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)意見”，進(jìn)一步推進(jìn)了人工影響天氣工作的高質(zhì)量發(fā)展，加大對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)工作等方面發(fā)揮重要作用。

二、人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的具體應(yīng)用

（一）人工增雨雪

人工降雨是人工影響天氣較為主要的工作內(nèi)容之一。我國各個地區(qū)會出現(xiàn)不同程度的干旱現(xiàn)象，尤其是在我國北方，受季風(fēng)性氣候的影響，春季更容易出現(xiàn)干旱少雨的現(xiàn)象，嚴(yán)重的地區(qū)還會出現(xiàn)河流斷流的現(xiàn)象，為了減少因干旱對農(nóng)作物所帶來的影響，利用人工影響天氣能夠有效緩解各地的旱情，通過人工增雨雪的方式提高土地的濕潤度，為后期糧食作物的生長提供充足的先天條件。人工增雨雪是一項(xiàng)投資較少且高回報(bào)的人工影響天氣作業(yè)措施。目前常使用的人工增雨雪方式有三種，一是利用飛機(jī)進(jìn)行人工增雨作業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)范圍較大，實(shí)施作業(yè)后影響的區(qū)域面積較廣，一般會使用小型的飛機(jī)根據(jù)當(dāng)天云的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎苯语w到云層中進(jìn)行催化。在實(shí)施作業(yè)的過程中還可以在飛機(jī)上裝載探測儀，主要用于對作業(yè)中和作業(yè)后云性質(zhì)的宏觀變化對比，同時(shí)還起到了追蹤和監(jiān)測的作用；二是利用高炮或者火箭為載體進(jìn)行地面式的催化作業(yè)，該種方式適宜在較為固定目標(biāo)的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。但由于機(jī)動性較差，缺少靈活性，通常應(yīng)用于強(qiáng)對流云對航空安全造成較大影響時(shí)使用；第三種是燃燒碘化銀，其是近年來推行的一種創(chuàng)新型的人工增雨作業(yè)設(shè)備，主要使用高山地面增雨煙爐對碘化銀進(jìn)行焚燒，利用迎風(fēng)坡上升氣流達(dá)到云層中從而實(shí)現(xiàn)增雨的目的。該種方式具有安全、有效、成本低且催化劑含量較高等優(yōu)點(diǎn)，主要對清點(diǎn)煙條過程中存在的技術(shù)問題進(jìn)行解決，使產(chǎn)品的穩(wěn)定性得到了一定的提升。

在2019年6月，我國西藏旱情較為嚴(yán)重，為了緩解連續(xù)晴熱少雨的天氣，拉薩市氣象局組織實(shí)施增雨作業(yè)。開展增雨作業(yè)前首先對云層進(jìn)行了分析，并組織相關(guān)人員針對干旱嚴(yán)重的拉薩東部和北部選擇合適的作業(yè)地點(diǎn)，做好人員分工和設(shè)備的調(diào)試后進(jìn)行增雨作業(yè)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月3日08時(shí)20分云體出現(xiàn)了頻繁劇烈的擾動，地面風(fēng)速加大，約20分鐘后作業(yè)地點(diǎn)烏云密布，根據(jù)積雨云高度和厚度，確定好作業(yè)符合要求后實(shí)施人工增雨，增雨主要采用了高炮射擊的方式，確定好具體緯度進(jìn)行射擊，為了防止云層厚度與云體水平尺度之間存在偏差，加大了彈量。具體增雨作業(yè)記錄如表1所示。實(shí)施增雨作業(yè)后降水效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的降雨量和降水范圍，有效緩解了拉薩地區(qū)的旱情，增雨作業(yè)使降雨范圍內(nèi)的2.73萬畝農(nóng)田得到了灌溉，并且對其他地區(qū)的牧草、植物生長等方面也起到了較大的作用。表1是拉薩市人工增雨作業(yè)記錄。

表1 拉薩市人工增雨作業(yè)記錄

（二）人工防冰雹

冰雹作為極端天氣事件中較為嚴(yán)重且危害性較大的氣象災(zāi)害之一，冰雹災(zāi)害發(fā)生時(shí)不僅僅出現(xiàn)單一的冰雹，同時(shí)還會伴隨著雷電、暴風(fēng)驟雨等極端強(qiáng)對流天氣，冰雹氣象災(zāi)害的發(fā)生，一方面會對我國的糧食作物產(chǎn)量造成極為嚴(yán)重的影響；另一方面也會對人身經(jīng)濟(jì)、車輛等社會環(huán)境造成不可估量的損失。因此根據(jù)天氣適時(shí)采取人工干預(yù)預(yù)防冰雹的措施能夠有效地抵御因冰雹所造成的損害。我國實(shí)行人工播云技術(shù)來抑制冰雹的形成，目前已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，全球范圍內(nèi)已經(jīng)有超過35個國家和地區(qū)均開展了人工影響天氣中的冰雹實(shí)驗(yàn)和作業(yè)。根據(jù)氣象部門有關(guān)近年來冰雹發(fā)生的地區(qū)來看，每年都會有不同地區(qū)遭受到不同程度的冰雹災(zāi)害。作為雹災(zāi)較多的國家，我國最常使用的就是采用爆炸法進(jìn)行防雹，主要引用了人工引晶增加雹胚的技術(shù)方法。由于近年來我國探測儀的開發(fā)和利用發(fā)展較為迅速，因此對雹暴天氣相關(guān)方面的研究也在不斷深入，與之前相比，對冰雹的形成過程與預(yù)報(bào)的仍然會有稍許的差異性。人工防雹的作業(yè)方式仍以催化作業(yè)為主，最常使用的催化劑仍為碘化銀，我國目前在實(shí)施防雹作業(yè)過程中主要選擇兩種方式，一種是地面燃燒爐，另一種是發(fā)射炮彈或火箭。兩種不同種的方式都是將催化劑直接運(yùn)送到云層中，對雹胚中的水分傳送進(jìn)行破壞，從而達(dá)到使冰雹分解的目的，減輕或防御冰雹的掉落。

例如2020年4月23日14:50分云南省彌勒縣的西一鎮(zhèn)南部、西二鎮(zhèn)的東部和四三鎮(zhèn)的西部均出現(xiàn)了極端對流天氣，強(qiáng)降水同時(shí)伴隨著強(qiáng)雷暴和少量的冰雹，為了避免使農(nóng)作物受到更多的傷害和人員傷亡的出現(xiàn)，氣象局經(jīng)過認(rèn)真部署后分別在5個點(diǎn)次進(jìn)行了消雹作業(yè)，降雹時(shí)間僅僅為3分鐘。當(dāng)天下午14點(diǎn)通過雷達(dá)掃描觀測到彌勒縣的濫泥箐和鳳凰炮點(diǎn)10公里的位置方位大約為313度有強(qiáng)對流單體產(chǎn)生，并借助風(fēng)力逐漸向東南方向緩慢移動，此時(shí)通過作業(yè)做好準(zhǔn)備工作，14時(shí)35分，云團(tuán)經(jīng)過西一鎮(zhèn)與西三鎮(zhèn)，距離濫泥箐和鳳凰炮點(diǎn)距離僅為4.3公里，此時(shí)申請開始作業(yè)，共耗炮彈量為40發(fā)，出現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)的降水，作業(yè)5分鐘后雷達(dá)圖上顯示云團(tuán)逐漸消散，防雹作業(yè)效果明顯，極大地挽回了氣候?yàn)?zāi)害對糧食安全所帶來的財(cái)產(chǎn)損失。

三、人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的發(fā)展建議

當(dāng)前對于人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了較大的突破，有效地挽救了因自然災(zāi)害對社會經(jīng)濟(jì)與人們生活所帶來的負(fù)面影響，但人工影響天氣在實(shí)際的工作開展過程中依然會面臨著諸多的問題，如人工影響天氣相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)技能不足，以及素質(zhì)相對較低、實(shí)施技術(shù)不夠成熟等，為了進(jìn)一步的發(fā)揮好人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用，各地氣象部門應(yīng)該結(jié)合地區(qū)不同的情況積極開展人工影響天氣的科研工作，能夠在惡劣天氣到來之時(shí)采取有效的應(yīng)對措施，真正發(fā)揮人工影響天氣的作用，最大限度地減少自然災(zāi)害對社會造成的不良影響。

（一）建立好人工影響天氣管理體系，完善作業(yè)指揮管理流程

為了能夠使人工影響天氣作業(yè)順利進(jìn)行，首先各地區(qū)氣象部門應(yīng)該建立健全人工影響天氣管理體系。如可以按照省、市和縣（作業(yè)點(diǎn)）三級設(shè)置業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，橫向方面可以體現(xiàn)在五段業(yè)務(wù)流程上，按照上級下發(fā)的各項(xiàng)職責(zé)和業(yè)務(wù)需求，及時(shí)做好人工影響天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警、工作方案計(jì)劃、指令與實(shí)施以及作業(yè)后的效果評價(jià)等多種業(yè)務(wù)。具體業(yè)務(wù)內(nèi)容如表2所示。此外，還應(yīng)該對人工影響天氣實(shí)施作業(yè)的指揮管理流程進(jìn)行不斷完善。例如五個階段的業(yè)務(wù)管理流程可以分為天氣過程預(yù)報(bào)與計(jì)劃的制定，該時(shí)間段通常為作業(yè)前的72-24小時(shí)之間；作業(yè)條件潛在的預(yù)警報(bào)告和方案制定計(jì)劃，通常為作業(yè)前的24-3小時(shí)；作業(yè)方案再次確定和實(shí)施作業(yè)條件的實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警，該時(shí)間段為人工影響天氣的3-0小時(shí)；開展人工影響天氣工作并對其進(jìn)行指揮和跟蹤，時(shí)間為0-3小時(shí)；作業(yè)完成后的效果監(jiān)測和檢驗(yàn)，時(shí)間為作業(yè)完成后。通過五個階段內(nèi)設(shè)置的各項(xiàng)工作任務(wù)安排和內(nèi)容，能夠更好地確保整個人工影響天氣作業(yè)達(dá)到預(yù)期的理想效果，同時(shí)在每一個重要階段有突發(fā)情況發(fā)生時(shí)均能夠按照具體的管理流程找到相關(guān)的責(zé)任人予以負(fù)責(zé)，避免不良事件的發(fā)生，真正的完成好人工影響天氣作業(yè)。

表2 各地區(qū)省、市、縣三級作業(yè)指揮工作內(nèi)容

（二）增強(qiáng)人工影響天氣的人才隊(duì)伍建設(shè)

由于人工影響天氣作業(yè)從計(jì)劃到實(shí)施再到后期作業(yè)實(shí)施評估各階段均需要專業(yè)技術(shù)的支持，因此氣象部門應(yīng)該高度重視人工影響天氣的人才隊(duì)伍建設(shè)。從培養(yǎng)優(yōu)秀的技術(shù)骨干入手抓好人才隊(duì)伍建設(shè)工作，避免在使用技術(shù)指導(dǎo)、裝備性能以及射擊技術(shù)等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。根據(jù)人工影響天氣現(xiàn)有的技術(shù)性人才開展業(yè)務(wù)培訓(xùn)工作，如定期組織省級的專業(yè)技術(shù)骨干深入到市級或縣開展培訓(xùn)和技術(shù)拓展工作，開設(shè)檢修人員培訓(xùn)班或高炮操作教員培訓(xùn)班等，每個培訓(xùn)班可以按照季度或月份輪流舉辦，真正強(qiáng)化技術(shù)人員的專業(yè)技能。此外，除專業(yè)業(yè)務(wù)以外還應(yīng)該培訓(xùn)技術(shù)人員的工作能力。如熟練使用人工影響天氣中的各種業(yè)務(wù)軟件、探測儀器以及專業(yè)的作業(yè)設(shè)備等，能夠?qū)﹄S時(shí)發(fā)生的氣象災(zāi)害或在作業(yè)過程中遇見的突發(fā)狀況進(jìn)行及時(shí)處理，同時(shí)對工作人員所在地區(qū)的情況和氣象數(shù)據(jù)等有合理且科學(xué)的研判，確保工作順利完成且及時(shí)完成上報(bào)和后期的處置工作。

（三）強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，提高作業(yè)實(shí)施效果

人工影響天氣確實(shí)能夠在氣象防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮價(jià)值，為了能夠更好地凸顯實(shí)施工作效果，我國應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)人工影響天氣的技術(shù)。強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，提高防災(zāi)減災(zāi)的能力。創(chuàng)新技術(shù)過程中首先應(yīng)該加大對人工影響天氣的資金投入，各級地區(qū)可以向上級相關(guān)部門申請相關(guān)的資金作為科研投入，加大科研工作力量；然后加強(qiáng)對技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合不同地區(qū)的常年氣候?qū)ζ溥M(jìn)行改造和創(chuàng)新。比如能夠?qū)υ茖游恢眠M(jìn)行主動跟蹤，并投射準(zhǔn)確數(shù)量的催化劑以及做好能源的優(yōu)化工作；最后氣象部門還可以聯(lián)合其他部門共同進(jìn)行探究，如可以與農(nóng)業(yè)部門進(jìn)行聯(lián)系，對相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行交流和探究，各個部門充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，為人工影響天氣技術(shù)提供技術(shù)支持，進(jìn)一步提高防災(zāi)減災(zāi)的效果。

（四）建立人工影響天氣安全管理體系，確保“人影”工作的安全性

人工影響天氣因?qū)I(yè)性技術(shù)較為復(fù)雜，參與各階段工作的人員數(shù)量相對較多，因此應(yīng)該積極地做好人工影響天氣的安全管理工作。首先氣象部門應(yīng)該建立安全管理制度，嚴(yán)格落實(shí)安全責(zé)任管理。按照管理制度的相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行制度工作安排。市級以上部門應(yīng)該同下級政府簽訂安全責(zé)任書，力求對各省級的人工影響天氣作業(yè)站點(diǎn)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)；與此同時(shí)還應(yīng)該對相關(guān)設(shè)備、彈藥的購買、運(yùn)輸以及儲藏和使用做好管理工作，列入規(guī)劃保障工作中實(shí)施全方位的安全保障工作，確保符合國家法律法規(guī)。此外各地方從安全監(jiān)管的角度出發(fā)應(yīng)加強(qiáng)對人工影響天氣人員的安全監(jiān)管工作，具體到各項(xiàng)工作的流程和工作重點(diǎn)，重點(diǎn)對人工影響天氣的裝備、彈藥儲存和運(yùn)輸做好督查，通過多方協(xié)助確保工作的安全性。

我國作為農(nóng)業(yè)大國，糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全對我國未來發(fā)展至關(guān)重要，但由于全球氣候的變化，對我國所造成的自然災(zāi)害每年均有發(fā)生，為了能夠減少因自然災(zāi)害對我國糧食以及人身安全所造成的重大損害，我國氣象部門所使用的人工影響天氣服務(wù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)做出了巨大貢獻(xiàn)。為了能夠進(jìn)一步提高技術(shù)的創(chuàng)新，我國各地氣象部門與政府應(yīng)加強(qiáng)對人工影響天氣的關(guān)注，通過強(qiáng)化相關(guān)工作管理體系與人才隊(duì)伍建設(shè)等相關(guān)實(shí)施策略，使我國人工影響天氣技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，為我國氣象防災(zāi)減災(zāi)工作做出突出貢獻(xiàn)。