人工影響天氣在氣象防災減災中的應用研究
2022-04-01 09:08:16劉茂林高革民康立寧
區域治理 2022年15期
劉茂林，高革民，康立寧
1.藁城區氣象局；2.靈壽縣氣象局
我國地域遼闊，作為農業大國糧食安全是頭等大事，對于糧食生產，天氣所帶來的影響至關重要。一旦受到氣候災害將直接對農業經濟造成不可估量的損害，同時也會嚴重影響人們的生活，甚至造成人員傷亡。為此加強應對氣候災害，提高對氣候自然災害的治理，已然成為當前我國氣象發展中重點關注的問題。
當前隨著我國氣象工程服務技術發展不斷走向成熟，人工影響天氣技術的發展水平也在不斷增強，在氣象防災減災的工作中占據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災害所造成的危害，對社會各方面的穩定發展具有積極影響。
一、人工影響天氣的概念以及發展
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境的不斷變化，為了實現人類生產、生活的需要，在避免或減輕氣象災害的過程中所使用的一種科學技術方法，主要利用現有的氣候資源在適當的條件下結合科學技術手段對局部大氣的物理、化學過程實施人工影響，以達到增雨雪、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驗中，人工降雨實驗開展的次數最多，其次是人工防雹，每一次實驗均取得了較好的實驗成果。關于人工消霧，我國最早于20世紀40年代初就展開了實驗，曾經歷使用加熱法消除機場跑道上的大霧，雖耗費巨大，但效果較為理想。根據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，投資高達數億元。2020年我國為進一步推進人工影響天氣工作，還下發了關于“推進人工影響天氣工作高質量發展的相關意見”，進一步推進了人工影響天氣工作的高質量發展，加大對農業生產、防災減災工作等方面發揮重要作用。
二、人工影響天氣在氣象防災減災中的具體應用
（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容之一。我國各個地區會出現不同程度的干旱現象，尤其是在我國北方，受季風性氣候的影響，春季更容易出現干旱少雨的現象，嚴重的地區還會出現河流斷流的現象，為了減少因干旱對農作物所帶來的影響，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。人工增雨雪是一項投資較少且高回報的人工影響天氣作業措施。目前常使用的人工增雨雪方式有三種，一是利用飛機進行人工增雨作業，其優點是防護范圍較大，實施作業后影響的區域面積較廣，一般會使用小型的飛機根據當天云的性質選擇適當的催化劑，直接飛到云層中進行催化。在實施作業的過程中還可以在飛機上裝載探測儀，主要用于對作業中和作業后云性質的宏觀變化對比，同時還起到了追蹤和監測的作用；二是利用高炮或者火箭為載體進行地面式的催化作業，該種方式適宜在較為固定目標的區域進行作業。但由于機動性較差，缺少靈活性，通常應用于強對流云對航空安全造成較大影響時使用；第三種是燃燒碘化銀，其是近年來推行的一種創新型的人工增雨作業設備，主要使用高山地面增雨煙爐對碘化銀進行焚燒，利用迎風坡上升氣流達到云層中從而實現增雨的目的。該種方式具有安全、有效、成本低且催化劑含量較高等優點，主要對清點煙條過程中存在的技術問題進行解決，使產品的穩定性得到了一定的提升。
在2019年6月，我國西藏旱情較為嚴重，為了緩解連續晴熱少雨的天氣，拉薩市氣象局組織實施增雨作業。開展增雨作業前首先對云層進行了分析，并組織相關人員針對干旱嚴重的拉薩東部和北部選擇合適的作業地點，做好人員分工和設備的調試后進行增雨作業。當地時間7月3日08時20分云體出現了頻繁劇烈的擾動，地面風速加大，約20分鐘后作業地點烏云密布，根據積雨云高度和厚度，確定好作業符合要求后實施人工增雨，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。具體增雨作業記錄如表1所示。實施增雨作業后降水效果顯著，達到了預期的降雨量和降水范圍，有效緩解了拉薩地區的旱情，增雨作業使降雨范圍內的2.73萬畝農田得到了灌溉，并且對其他地區的牧草、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記錄。
表1 拉薩市人工增雨作業記錄
（二）人工防冰雹
冰雹作為極端天氣事件中較為嚴重且危害性較大的氣象災害之一，冰雹災害發生時不僅僅出現單一的冰雹，同時還會伴隨著雷電、暴風驟雨等極端強對流天氣，冰雹氣象災害的發生，一方面會對我國的糧食作物產量造成極為嚴重的影響；另一方面也會對人身經濟、車輛等社會環境造成不可估量的損失。因此根據天氣適時采取人工干預預防冰雹的措施能夠有效地抵御因冰雹所造成的損害。我國實行人工播云技術來抑制冰雹的形成，目前已經得到了廣泛的運用，全球范圍內已經有超過35個國家和地區均開展了人工影響天氣中的冰雹實驗和作業。根據氣象部門有關近年來冰雹發生的地區來看，每年都會有不同地區遭受到不同程度的冰雹災害。作為雹災較多的國家，我國最常使用的就是采用爆炸法進行防雹，主要引用了人工引晶增加雹胚的技術方法。由于近年來我國探測儀的開發和利用發展較為迅速，因此對雹暴天氣相關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報的仍然會有稍許的差異性。人工防雹的作業方式仍以催化作業為主，最常使用的催化劑仍為碘化銀，我國目前在實施防雹作業過程中主要選擇兩種方式，一種是地面燃燒爐，另一種是發射炮彈或火箭。兩種不同種的方式都是將催化劑直接運送到云層中，對雹胚中的水分傳送進行破壞，從而達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南部、西二鎮的東部和四三鎮的西部均出現了極端對流天氣，強降水同時伴隨著強雷暴和少量的冰雹，為了避免使農作物受到更多的傷害和人員傷亡的出現，氣象局經過認真部署后分別在5個點次進行了消雹作業，降雹時間僅僅為3分鐘。當天下午14點通過雷達掃描觀測到彌勒縣的濫泥箐和鳳凰炮點10公里的位置方位大約為313度有強對流單體產生，并借助風力逐漸向東南方向緩慢移動，此時通過作業做好準備工作，14時35分，云團經過西一鎮與西三鎮，距離濫泥箐和鳳凰炮點距離僅為4.3公里，此時申請開始作業，共耗炮彈量為40發，出現了區域內的降水，作業5分鐘后雷達圖上顯示云團逐漸消散，防雹作業效果明顯，極大地挽回了氣候災害對糧食安全所帶來的財產損失。
三、人工影響天氣在氣象防災減災中的發展建議
當前對于人工影響天氣在氣象防災減災中的應用已經取得了較大的突破，有效地挽救了因自然災害對社會經濟與人們生活所帶來的負面影響，但人工影響天氣在實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技術人員的專業技能不足，以及素質相對較低、實施技術不夠成熟等，為了進一步的發揮好人工影響天氣在氣象防災減災中的應用，各地氣象部門應該結合地區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采取有效的應對措施，真正發揮人工影響天氣的作用，最大限度地減少自然災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，完善作業指揮管理流程
為了能夠使人工影響天氣作業順利進行，首先各地區氣象部門應該建立健全人工影響天氣管理體系。如可以按照省、市和縣（作業點）三級設置業務結構，橫向方面可以體現在五段業務流程上，按照上級下發的各項職責和業務需求，及時做好人工影響天氣的預報預警、工作方案計劃、指令與實施以及作業后的效果評價等多種業務。具體業務內容如表2所示。此外，還應該對人工影響天氣實施作業的指揮管理流程進行不斷完善。例如五個階段的業務管理流程可以分為天氣過程預報與計劃的制定，該時間段通常為作業前的72-24小時之間；作業條件潛在的預警報告和方案制定計劃，通常為作業前的24-3小時；作業方案再次確定和實施作業條件的實時監測與預警，該時間段為人工影響天氣的3-0小時；開展人工影響天氣工作并對其進行指揮和跟蹤，時間為0-3小時；作業完成后的效果監測和檢驗，時間為作業完成后。通過五個階段內設置的各項工作任務安排和內容，能夠更好地確保整個人工影響天氣作業達到預期的理想效果，同時在每一個重要階段有突發情況發生時均能夠按照具體的管理流程找到相關的責任人予以負責，避免不良事件的發生，真正的完成好人工影響天氣作業。
表2 各地區省、市、縣三級作業指揮工作內容
（二）增強人工影響天氣的人才隊伍建設
由于人工影響天氣作業從計劃到實施再到后期作業實施評估各階段均需要專業技術的支持，因此氣象部門應該高度重視人工影響天氣的人才隊伍建設。從培養優秀的技術骨干入手抓好人才隊伍建設工作，避免在使用技術指導、裝備性能以及射擊技術等環節出現問題。根據人工影響天氣現有的技術性人才開展業務培訓工作，如定期組織省級的專業技術骨干深入到市級或縣開展培訓和技術拓展工作，開設檢修人員培訓班或高炮操作教員培訓班等，每個培訓班可以按照季度或月份輪流舉辦，真正強化技術人員的專業技能。此外，除專業業務以外還應該培訓技術人員的工作能力。如熟練使用人工影響天氣中的各種業務軟件、探測儀器以及專業的作業設備等，能夠對隨時發生的氣象災害或在作業過程中遇見的突發狀況進行及時處理，同時對工作人員所在地區的情況和氣象數據等有合理且科學的研判，確保工作順利完成且及時完成上報和后期的處置工作。
（三）強化技術創新，提高作業實施效果
人工影響天氣確實能夠在氣象防災減災中發揮價值，為了能夠更好地凸顯實施工作效果，我國應該繼續加強人工影響天氣的技術。強化技術創新，提高防災減災的能力。創新技術過程中首先應該加大對人工影響天氣的資金投入，各級地區可以向上級相關部門申請相關的資金作為科研投入，加大科研工作力量；然后加強對技術的創新和改進，在現有技術的基礎上結合不同地區的常年氣候對其進行改造和創新。比如能夠對云層位置進行主動跟蹤，并投射準確數量的催化劑以及做好能源的優化工作；最后氣象部門還可以聯合其他部門共同進行探究，如可以與農業部門進行聯系，對相關的技術進行交流和探究，各個部門充分發揮自身的優勢，為人工影響天氣技術提供技術支持，進一步提高防災減災的效果。
（四）建立人工影響天氣安全管理體系，確?！叭擞啊惫ぷ鞯陌踩?/h3>
人工影響天氣因專業性技術較為復雜，參與各階段工作的人員數量相對較多，因此應該積極地做好人工影響天氣的安全管理工作。首先氣象部門應該建立安全管理制度，嚴格落實安全責任管理。按照管理制度的相關規定嚴格執行制度工作安排。市級以上部門應該同下級政府簽訂安全責任書，力求對各省級的人工影響天氣作業站點實行標準化建設；與此同時還應該對相關設備、彈藥的購買、運輸以及儲藏和使用做好管理工作，列入規劃保障工作中實施全方位的安全保障工作，確保符合國家法律法規。此外各地方從安全監管的角度出發應加強對人工影響天氣人員的安全監管工作，具體到各項工作的流程和工作重點，重點對人工影響天氣的裝備、彈藥儲存和運輸做好督查，通過多方協助確保工作的安全性。
我國作為農業大國，糧食安全和生態環境安全對我國未來發展至關重要，但由于全球氣候的變化，對我國所造成的自然災害每年均有發生，為了能夠減少因自然災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對農業生產、防災減災做出了巨大貢獻。為了能夠進一步提高技術的創新，我國各地氣象部門與政府應加強對人工影響天氣的關注，通過強化相關工作管理體系與人才隊伍建設等相關實施策略，使我國人工影響天氣技術得到進一步發展，為我國氣象防災減災工作做出突出貢獻。
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