基于智慧管理平臺(tái)的人工干預(yù)天氣對(duì)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的作用研究

魯 威

（肅北蒙古族自治縣氣象局，甘肅 酒泉 736300）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象條件影響極大，尤其是在惡劣的氣象災(zāi)害下，農(nóng)作物產(chǎn)量會(huì)大幅下滑，甚至出現(xiàn)顆粒無收的情況，對(duì)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至社會(huì)秩序造成巨大影響。

1 人工影響天氣概述

人工影響天氣是指通過人工手段對(duì)天氣現(xiàn)象產(chǎn)生影響并朝著預(yù)定方向轉(zhuǎn)化，如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消霧、人工削弱臺(tái)風(fēng)、人工抑制雷電、人工防霜凍等，根本目的在于改變天氣，本質(zhì)目的是防御災(zāi)害。自古以來，氣象災(zāi)害都是影響人類生產(chǎn)、生活乃至生存的重要因素，而人工影響天氣可以起到防災(zāi)減災(zāi)效果，一般是利用云的微物理過程來實(shí)現(xiàn)，如播撒成冰催化劑能夠?qū)⒃浦写罅课磧鼋Y(jié)的水滴轉(zhuǎn)化為冰晶并釋放潛熱，成本低、效益可觀[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人工影響天氣在諸多行業(yè)都有所應(yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)方面，對(duì)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展起到了重要作用。

2 人工影響天氣智慧管理平臺(tái)

在信息技術(shù)的支持下，人工影響天氣服務(wù)系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的服務(wù)模塊逐漸完善。例如，雷達(dá)作業(yè)組網(wǎng)作業(yè)條件分析、決策、實(shí)施智慧、效果評(píng)估、信息管理模塊等，都被深度整合，能夠根據(jù)人工影響天氣業(yè)務(wù)特點(diǎn)和防災(zāi)減災(zāi)要求，充分借助雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)手段，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯，結(jié)合多元?dú)庀筚Y料進(jìn)行通化分析，構(gòu)建一個(gè)信息資源高度集約化、規(guī)模可伸縮、便捷管理的智慧管理平臺(tái)，為相應(yīng)的人工影響天氣業(yè)務(wù)開展提供高度智能化的業(yè)務(wù)管理體系。該系統(tǒng)以雷達(dá)、衛(wèi)星、自動(dòng)站、常規(guī)資料、風(fēng)廓線等提供的資料為基礎(chǔ)，以雷達(dá)組網(wǎng)分析為核心，以動(dòng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)、水汽場(chǎng)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星產(chǎn)品、雨情資料、云系模式數(shù)值產(chǎn)品等多元?dú)庀筚Y料為輔助，綜合分析得到作業(yè)條件潛力區(qū)分析產(chǎn)品，為決策服務(wù)平臺(tái)提供技術(shù)支持。決策服務(wù)平臺(tái)的組成和運(yùn)行情況如圖1所示，包括產(chǎn)品監(jiān)測(cè)、決策服務(wù)、作業(yè)通知、信息反饋等部分，是有效利用人工影響天氣的關(guān)鍵所在。落實(shí)作業(yè)指揮，做好效果評(píng)估，加強(qiáng)信息管理，能充分保障人工影響天氣作業(yè)的有序、高效開展，充分發(fā)揮其防災(zāi)減災(zāi)作用。

圖1 決策服務(wù)平臺(tái)組成及運(yùn)行情況

3 人工影響天氣在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)中的重要作用

在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)中，對(duì)氣象災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和減弱是極其重要的部分，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害一直都是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。“旱災(zāi)”“澇災(zāi)”等影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展，甚至?xí)斐蓢?yán)重的經(jīng)濟(jì)破壞和巨大災(zāi)害，其中，冷害、霜凍、干旱、洪澇、干熱風(fēng)、冰雹等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響巨大，輕則農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量下滑，重則糧食顆粒無收。人工影響天氣能夠促使天氣向預(yù)定方向轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的預(yù)防和減弱。目前，人工影響天氣在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)中的作用主要體現(xiàn)在以下方面。

3.1 人工抗旱

自古以來，旱災(zāi)是對(duì)農(nóng)業(yè)影響最明顯的自然氣象災(zāi)害之一。人工抗旱能夠通過增雨的方式預(yù)防或減輕旱災(zāi)，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正常以及農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，還能在一定程度上提高水庫灌溉能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。當(dāng)前，最常用的人工增雨方式為碘化銀降雨，即利用高炮把碘化銀炮彈發(fā)射至高空云團(tuán)的零度層以上，碘化銀炮彈在上升過程中受熱后會(huì)形成大量碘化銀粒子，并隨氣流進(jìn)入云層，在冷云中生成大量冰晶。冰晶通過零度層下降，隨后融化并形成雨滴，實(shí)現(xiàn)人工增雨。碘化銀降雨的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉且效果良好，具有普遍適用性，能夠在預(yù)防和抵抗旱災(zāi)方面起到重要作用[2]。此外，還有不少正在研發(fā)或已經(jīng)研發(fā)的人工增雨新技術(shù)，如激光降雨，利用高能量脈沖波將氮?dú)夥肿印⒀鯕夥肿与x子化，在空氣中形成天然的凝結(jié)核，讓水蒸氣凝結(jié)成水珠。不管是常規(guī)的碘化銀降雨技術(shù)，還是激光降雨等新技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)都要以合適的條件為前提，即需要一定的宏觀天氣條件以及云中的微物理?xiàng)l件，主要是0 ℃以上的暖云中要有大水滴，同時(shí)，0 ℃以下的冷云中要有冰晶。通常，只有低云族中的雨層云、層積云或中云族中的高層云才較為合適，云系厚度通常也要達(dá)到2 km，而且云里有上升氣流，過冷水含量達(dá)標(biāo)。在人工增雨時(shí)，利用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）精確定位作業(yè)點(diǎn)、編制代碼，并上報(bào)省級(jí)主管部門及空域管制部門批準(zhǔn)。

3.2 人工防雹

冰雹對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害極為嚴(yán)重，能直接砸傷、砸死農(nóng)作物，還會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備造成破壞，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)產(chǎn)量大幅降低。為了有效實(shí)現(xiàn)對(duì)冰雹的防災(zāi)減災(zāi)，一般可采用人工防雹的方式，利用高射炮、火箭發(fā)射或者爆炸的方式撒播催化劑，對(duì)可能產(chǎn)生冰雹的云層施加影響，阻止云中的冰雹胚胎形成雹粒，或者使小冰粒在變成大的冰雹之前就降落到地面[3]。冰雹生成需要云中有上下強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的氣流且蘊(yùn)含大量水分，小的冰雹胚胎才有發(fā)展成冰雹的足夠水分供應(yīng)，才有機(jī)會(huì)增大成為冰雹。人工防雹的原理則是通過催化劑產(chǎn)生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同冰雹胚胎競(jìng)爭(zhēng)水分的優(yōu)勢(shì)，抑制雹塊增長(zhǎng)。

3.3 人工消云減雨

對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，降雨是必不可少的，但并非雨水越多越好，而是要確保降雨量在合適范圍內(nèi)，同時(shí)，降雨時(shí)間要適宜，否則同樣可能對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成負(fù)面影響。人工消云減雨主要是在影響本地的降水云系上方進(jìn)行一定規(guī)模的連續(xù)催化作業(yè)，設(shè)法改變自然云的降水狀態(tài)或過程，抑制云和降水的發(fā)展，延緩、減弱降水過程，在局部區(qū)域改變降水的再分布。人工減雨采用的方法主要包括提前降水、過量播撒和云內(nèi)引發(fā)動(dòng)力下沉。通常，人工消云減雨可采取飛機(jī)播撒碘化銀或硅藻土、地面向空中發(fā)射火箭或高炮的方式進(jìn)行。

3.4 人工消霧

煙霧一般發(fā)生在冬春季節(jié)，大霧彌漫會(huì)對(duì)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，影響人工生產(chǎn)作業(yè)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定影響。在有必要的情況下，應(yīng)當(dāng)通過人工影響天氣的方式進(jìn)行人工消霧，將煙霧對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的危害降至最低。最常見的人工消霧手段是利用碘化銀、丙烷等催化劑產(chǎn)生冰晶，消耗霧滴，以降雨的形式消霧。此外，還有動(dòng)力法、加熱法等人工消霧方法正在研究，一旦推廣適用，就可能有效起到人工消霧的作用，并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)目的。

4 人工影響天氣智慧管理平臺(tái)在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)中的作用

智慧管理平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于多端互聯(lián)、動(dòng)態(tài)管理、信息共享、智慧服務(wù)等，能夠針對(duì)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供相應(yīng)的專業(yè)服務(wù)，為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)效果的改善起到巨大助推作用。首先，智慧管理平臺(tái)將農(nóng)業(yè)管理部門、氣象管理部門、省級(jí)管理部門、空域管制部門、農(nóng)民等連接起來，實(shí)現(xiàn)各方的深度合作，為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工作中的人工影響天氣作業(yè)提供了有力支持。其次，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)等，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，為相應(yīng)的人工影響天氣作業(yè)決策提供可靠支持，有助于提高作業(yè)水平，提升防災(zāi)減災(zāi)效果[4]。

5 結(jié)語

人工影響天氣在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵。氣象部門、空域管制部門等應(yīng)當(dāng)高度重視人工影響天氣作業(yè)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)完善相應(yīng)服務(wù)，通過科學(xué)、有效的作業(yè)對(duì)各種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和抵抗，保障農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)。