黑龍江省冬季人工增雪可行性分析

周爾濱，齊貴濱，趙旭

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省大氣探測技術保障中心，黑龍江哈爾濱 150030）

黑龍江省冬季人工增雪可行性分析

周爾濱1，齊貴濱，趙旭2

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省大氣探測技術保障中心，黑龍江哈爾濱 150030）

本文根據黑龍江省水資源短缺的現狀，闡述了人工增雪是解決水資源短缺的有效途徑之一，概述了國內外人工增雪的發展及現狀，分析了人工增雪的氣候特征以及黑龍江省開展冬季人工增雪的現實意義、現有基礎及預期目標，從而提出研究開展冬季人工增雪的可行性。

空中水資源；人工影響天氣；人工增雪

1 研究意義

1.1 水資源現狀

全省多年平均地表水資源量為6.86×1011m3，多年平均地下水資源量為2.97×1011m3，扣除兩者之間重復計算量1.73×1011m3，全省多年平均水資源量為8.1×1011m3,人均水量2 160 m3，均低于全國平均水平。

1.2 人工增雪是解決水資源短缺的有效途徑之一

根據黑龍江省的水資源現狀，地下水和地表水已嚴重匱乏，水庫蓄水和中小河流水位亦呈逐年下降趨勢，因此，開發利用空中水資源、不同季節開展人工增雨（雪）就成了緩解水資源短缺的一條有效途徑。人工增雪是在一定的自然背景條件下，對云體的某些適當部位實施有科學指導的人工催化影響，改變云的微物理結構，以達到局部增加降水的目的。人工增雪可以增加土壤墑情、提高地溫，并且對生態環境的改善、作物越冬和春播都有重要作用。同時，人工增雪還有利于水庫蓄水，增加河流流量，從而緩解水資源短缺的現狀。

1.3 開展人工增雪作業的現實意義

開發利用空中云水資源，在有利天氣條件下，進行人工降水，開展以農田抗旱、森林防火、水庫蓄水、城市生態等為目的的人工增雪作業，對全省農業、林業及國民生活各方面都有著積極的影響。另外，黑龍江省是冬季冰雪旅游大省，降雪量的不足已成為旅游業發展的最大瓶頸，據統計，黑龍江省初冬降雪量呈下降并有推后趨勢，給冬季冰雪旅游業帶來很大影響。2009年2月，第24屆世界大學生運動會在哈爾濱市舉行，氣象部門的服務保障工作受到了組委會以及社會各界的廣泛好評。今后這種冬季大型活動對人工增雪的需求將給人影工作提出新的課題。

2 國內外人工增雪開展情況

據世界氣象組織的統計資料，目前有30多個國家開展人工影響天氣活動，人工增雨（雪）已經成為防災減災的重要手段。美、俄、以色列等國家對人工增雨（雪）機理做過多年的深入研究，在科研水平以及作業催化和儀器裝備水平方面處于國際前列。美國開展人工增雪早于其他國家，已經開展了30 a，取得了一些顯著的成績和一批有價值的科研成果，并得出了人工增雪率為10%～25%的結果。

中國有組織的開展人工增雨活動始于1958年。隨著科學技術的進步和經濟的發展以及生產建設的需求，從80年代末起，中國的人工增雨工作進入一個新的發展階段。中國也是開展人工增雪比較早的國家之一，早在20世紀80年代新疆就開展了人工增雪作業以保障南北疆牧草的過冬和春季生長。近幾年來，北方的大部分省份都陸續開展了人工增雪作業并取得了可喜的成績，為當地的社會和經濟發展做出了貢獻，得到了各級政府和廣大群眾的認可。1998年2月21日，為緩解“九冬會”雪上項目比賽缺雪的難題，吉林省人工降雨防雹辦公室借助有利的氣象條件，成功地進行了一次人工增雪作業，使吉林市北大湖滑雪場積雪增加到70 mm，為九冬會滑雪項目的正常進行做出了重要貢獻。

3 人工增雪的氣候特征分析

3.1 人工增雪機理

人工增雪主要是通過改變云體粒子相態或譜分布，促使云體膠性不穩定發展，從而提高云的降水率，增加降雨量。其物理依據和方法是在云中使用催化物，使云的冰晶不斷凝華，從而增加降水量。具體來說，形成降雪必須具備兩個條件，一個是必須有凝結核，能降雪的云是0℃以下的“冷云”。在冷云內，既有水汽凝結的小水滴，也有水汽凝華的小雪晶。但他們都很小很輕，倘若不存在生長的條件，他們只能像煙霧塵埃一樣懸浮在空中，很難落下來。我們在冬天里經常能看到大塊大塊的云，而未見雪花飄下來，就是因為組成這些云的雪晶太小，克服不了空氣的浮力，降水能力很差。如果在云層里播灑一些微粒物質，促進雪晶很快地增長到能夠克服空氣的浮力降落下來，就是人工增雪所要達到的目的。可見，人工增雪的基礎是要有降水云。一般來說，人工增雨可以增加大約20%的雨量，而在高寒、高山地區由于溫度低、水汽容易達到飽和狀態，雪晶比雨滴更容易形成等原因，人工降雪可增加30%到40%的降水量。只要在云中人工加入適量結晶核，就可促進降雪。

3.2 氣候特征分析

黑龍江省地處中高緯度，歐亞大陸東岸，祖國東北部。北至53°34′N，縱越10°11′，西至121°E，東達135°E，橫跨14個經度。地形復雜，受內陸及海上高低壓及季風交替影響，各地氣候有顯著差異，而且變化多端，屬于寒溫帶大陸性季風氣候。

冬季在極地大陸氣團控制下，氣候嚴寒而少雪，多西北風。一般地區有5個月（11-3月）的月平均氣溫在0℃以下，大興安嶺北部山地可長達7個月之久。最冷在1月，全省平均氣溫在-30℃～-15℃，極端最低氣溫普遍達-30℃以下。整個冬季降水很少，平均只有5～20 mm，僅占全年降水總量的4%左右，最大積雪深度一般在10～50 cm，北部、東部較其他地區偏深，11月初大地普遍封凍，次年3月、4月由南向北開化。最大凍土深度由南向北遞升，大約在1.9～2.5 m。大興安嶺部分林區有的超過2.5 m以上，有終年凍土層。全省地面積雪一般在60～150 d，北部大興安嶺在120～160 d。

4 現有基礎和條件

黑龍江省是全國開展人工增雨作業較早的省份之一，從50年代末期就開始這項工作，至今已有50多年的歷史，積累了大量豐富的經驗。在1987年大興安嶺特大森林火災中，地面高炮和空中飛機形成的人工降雨立體作業網為林火的最終撲滅貢獻了決定性的力量。目前，黑龍江省已擁有252套火箭發射系統，813門高炮，每年租用兩架增雨飛機開展為期半年的增雨作業。全省從事人影作業的人員3 660人。全省5部多普勒雷達的聯網拼圖可為人工增雪實時指揮決策提供豐富及時的探測手段和技術保障。

在近幾年的屢次重大森林火災中，黑龍江省人影部門接到人工增雨撲火任務，應用自主研發的“飛機增雨作業系統”和“焰彈催化系統”，有效地實施人工增雨作業，為撲滅森林火災做出了貢獻，受到各級政府的表揚。飛機增雨滅火已成為我省氣象服務的品牌業務之一。

此外，我省還擁有一大批經驗豐富、專業水平高的中高級技術人員，為開展這項工作奠定了堅實的人才、科技基礎。

5 預期目標

5.1 人工增雪潛力

研究結果表明，黑龍江省云水資源比較豐富,全省大部分地區各種天氣系統的自然降水效率平均值在50%～75%之間，人工增雨的潛力在30%～50%左右。由此可見，大氣中的云水資源還是十分可觀的。據專家分析,每年通過人工影響天氣作業平均增水約為5×108m3左右,僅占空中可利用水資源的0.2%,空中云水資源的開發潛力十分巨大.加強空中云水資源的開發利用,對緩解黑龍江省水資源短缺困境、推動地方社會經濟發展意義重大。

5.2 預期達到的社會經濟效益

（1）直接經濟效益。人工增雨的經濟效益取決于增雨面積、增雨量和噸水價，增雨面積是指降水范圍內，實施人工增雨作業的區域面積，增雨量統計確認后，即可由總增水資源量=增雨面積×增雨量，人工增雨的經濟效益=總增水資源量×噸水價得出。據統計，2000～2009年底，黑龍江省人工影響天氣辦公室實施人工增雨作業共飛行376架次，航行707 h，平均增雨率達19.5%，純增加水資源9.5×1010m3。開展冬季人工增雪，在未來10 a將在現有基礎上再增加近百億立方米的水資源產出，經濟效益十分顯著。

（2）社會效益。開展冬季人工增雪，將為全省農業生產的持續發展、農業生態環境的保護和國民經濟的穩定增長做出積極的貢獻。

6 作業實施方案

過去幾十年來，隨著科學技術的發展和國內外大量人工影響天氣科研和外場試驗成果的積累，人工影響天氣的技術已趨于業務化，其作業方法已發展成多種多樣。

（1）飛機人工增雪：針對穩定性層狀云。飛機具有飛行高度高，作業范圍大，可以控制作業時機、部位和播撒計量的特點，作業人員可以通過機窗觀測云的微物理特征并指揮作業。

（2）火箭人工增雪：針對不穩定對流云。飛機不適合對流云，并且夜間飛行作業也有其局限性，而火箭恰恰可以彌補這一不足。火箭具有方便靈活、流動性強、不受任何天氣條件限制等特點。

（3）高炮增雪：針對各種不同類別云體。分布范圍廣，作業成本低。

（4）地面碘化銀發生器增雪：不受云的類型限制。適合在山區或交通不便的區域安置。

另外，對云的催化還可分為：冷云、暖云、混合云，可采用不同的催化劑，采用不同的催化方式。

1002－252X（2011）03－0045－02

2011－6－6

周爾濱（1962-），男，黑龍江省哈爾濱市人，鄭州防空兵指揮學院，本科生，工程師.