人工影響天氣：“呼風喚雨”背后的科技支撐

人工增雨（雪）作業(yè)現場。光明圖片

工作人員在飛機作業(yè)前做準備。光明圖片

人工影響天氣作業(yè)雷達車。光明圖片

　　【科學向未來】

　　高炮、火箭、飛機……人工影響天氣的裝備看起來特別能“戰(zhàn)斗”，加上“呼風喚雨”，讓人感覺“神秘莫測”。其實，人工影響天氣主要是為了避免或者減輕氣象災害，合理利用氣候資源，在適當條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進行人工影響，實現增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜，背后的科技支撐和基礎設施至關重要。我國自1958年起開展人工影響天氣工作。日前，在人工影響天氣60周年座談會上，與會專家達成了共識：人工影響天氣已經成為我國防災減災、生態(tài)文明建設的有力手段，在服務農業(yè)建設，保障水資源安全等方面，未來將會發(fā)揮越來越重要的作用。

　　到2018年，我國人工影響天氣事業(yè)已走過了60年發(fā)展歷程，不僅裝備“鳥槍換炮”，高炮、火箭、飛機等一應俱全，模擬大氣和云環(huán)境的云室與風洞等云降水綜合實驗設施也日趨完善，在科學開發(fā)云水資源、農業(yè)抗旱防雹、森林草原滅火、生態(tài)環(huán)境保護、重大活動保障等方面作出了重要貢獻，發(fā)揮了“趨利避害”的獨特作用。

　　黨的十八大以來，我國人工影響天氣加快關鍵技術創(chuàng)新，現代化建設取得了實質性進展：全國30個省（區(qū)、市）每年使用高炮6500余門、火箭架8200余臺、飛機50余架開展人工影響天氣作業(yè)，人工增雨雪作業(yè)區(qū)面積500余萬平方公里，人工防雹作業(yè)保護面積50余萬平方公里。

　　我國已建立科學高效的人工影響天氣業(yè)務流程和業(yè)務系統(tǒng)

　　近年來，依靠創(chuàng)新驅動，我國已經建立了科學高效的人工影響天氣業(yè)務流程和綜合業(yè)務系統(tǒng)，先后成立東北、西北等區(qū)域人工影響天氣中心，建立區(qū)域協(xié)調的業(yè)務運行機制，新技術、新裝備逐步得到了應用，科學試驗研究工作取得一批成果，科研能力顯著增強，還加強了和“一帶一路”沿線國家的技術交流合作，助力了國際防災減災，獲得了世界氣象組織的肯定和獎勵。

　　多數情況下，人工影響天氣是順其自然的“錦上添花”，背后的技術支撐必不可少。比如，我國研發(fā)了云水資源評估技術、作業(yè)條件識別技術，總結形成了具有地域特點的多類作業(yè)指標模型，發(fā)展了多種作業(yè)效果檢驗技術，在彈藥全程監(jiān)控中應用了物聯網技術。人工影響天氣安全管理的現代化水平和規(guī)范化水平顯著提升。

　　我國自主研發(fā)的3公里精細化云降水數值預報系統(tǒng)已經投入業(yè)務運行。國產新型高效催化劑研發(fā)取得突破性進展，催化效率提高100倍以上。雷達指揮、自動發(fā)射、立體播撒的火箭作業(yè)系統(tǒng)研制成功，達到世界先進水平并廣泛用于各地作業(yè)。

　　依靠科技創(chuàng)新，我國建成了中國特色的“五段式”實時業(yè)務和綜合業(yè)務系統(tǒng)，該體系由“五段”實時業(yè)務、四大關鍵技術和兩類業(yè)務系統(tǒng)構成，其核心是實現增雨、防雹、消減云雨等不同人影目標的“三適當”（時機、部位、劑量）作業(yè)，合理預案制定、方案設計和作業(yè)實施，實現科學作業(yè)和精準服務。

　　在各方面的大力支持下，我國人工影響天氣專家還先后赴古巴、沙特等國家指導開展人工增雨作業(yè)。印度、斯里蘭卡、印度尼西亞、阿聯酋、蒙古等“一帶一路”沿線國家就人工影響天氣工作尋求我國技術支持與業(yè)務合作，我國向蒙古、泰國、古巴、智利、斯里蘭卡等國家輸出人工影響天氣技術。中國科學家成為世界氣象組織人工影響天氣專家組成員，榮獲世界氣象組織頒發(fā)的人工增雨貢獻獎等獎項。

　　加快技術研發(fā)，加強基礎設施建設，“智慧人影”呼之欲出

　　近年來，我國加快了人工影響天氣的技術研發(fā)，開展“青藏高原云降水物理與大氣水循環(huán)過程”和“云水資源評估研究和開發(fā)利用示范”等國家重點科研項目。

　　云模擬預報技術和產品。研制云降水顯式預報系統(tǒng)并投入業(yè)務運行，1天2次實時發(fā)布全國（大陸范圍）8個區(qū)域4大類31種預報產品，時間分辨率1小時，水平分辨率3公里，可應用于人工影響天氣作業(yè)條件潛力預報、云催化理論、可播性評估、外場試驗設計、外場作業(yè)和效果評估等方面。

　　監(jiān)測分析技術和產品。依托風云系列氣象衛(wèi)星、天氣雷達和探空資料，研發(fā)精細化云產品；依托飛機、云雷達、風廓線和微波輻射計等觀測資料研究人工影響天氣作業(yè)條件監(jiān)測識別方法，為作業(yè)條件監(jiān)測預報、作業(yè)實施和跟蹤指揮提供技術支撐。

　　云水資源評估技術。發(fā)布《云水資源評估技術指南（2016版）》，對全國范圍的空中云水資源進行動態(tài)監(jiān)測分析，并在全國推廣應用。聯合省級開展云水資源評估檢驗。效果分析技術和評估發(fā)布《人工增雨作業(yè)效果檢驗技術指南（2016版）》，全國推廣應用。

　　近年來，我國人工影響天氣的基礎設施建設也得到加強，建成了中國氣象局云霧物理環(huán)境重點開放實驗室、人工影響天氣聯合開放實驗室，以及一批人工影響天氣外場試驗基地，促進科研成果向業(yè)務應用轉化。

　　基地建設：在東北平原、西北祁連山、天山、六盤山和三江源地區(qū)建立人工影響天氣試驗示范基地并布設相關探測儀器，開展人工影響天氣研究試驗；在華北建立平谷、欒城人工影響天氣室內實驗室，建設了大氣和云環(huán)境模擬的云室和風洞等設備，開展人工影響天氣基礎理論研究。

　　平谷云降水綜合實驗室：包括70立方大云室、8立方小云室、氣溶膠研究室、云降水實驗室和設備標定和維修室4類10種專用實驗室，可開展冷暖云室內實驗、冰雹機理研究、氣溶膠活化成云滴過程研究等。

　　外場試驗：利用我國人工增雨探測飛機和先進機載探測設備，在北京、河北、江西、廣東等?。ㄊ校╅_展不同云降水過程宏微觀結構的觀測試驗。

　　“機載云降水粒子譜儀與成像儀研制”已進行項目預驗收：項目成果已在吉林、山西等省人工影響天氣部門得到應用，已初步具備工程化與產業(yè)化條件，主要儀器性能指標達到國際同類產品水平。

　　物聯網應用：通過人工影響天氣裝備彈藥物聯網應用示范項目，建立了覆蓋人工影響天氣裝備彈藥生產、驗收、轉運、倉儲到發(fā)射全生命周期的實時監(jiān)控系統(tǒng)，為全國人工影響天氣裝備彈藥管理提供可推廣的工作模式與技術系統(tǒng)，提升人工影響天氣作業(yè)安全管理的科技水平。

　　當前，世界范圍新技術革命和科技創(chuàng)新方興未艾，星空地、立體化觀測系統(tǒng)、高精度數值模式、大數據云計算等信息技術將為人工影響天氣的高質量發(fā)展提供重要支撐；生態(tài)文明、脫貧攻堅、美麗中國等國家戰(zhàn)略將成為人工影響天氣服務的主要領域；以精準研判、空地協(xié)同、科學安全為特征的“智慧人影”將成為人工影響天氣現代化的主要目標。

　　增雨、補水、滅火……人工影響天氣的社會效益明顯

　　隨著經濟社會發(fā)展與防災減災需求的不斷提高，我國人工影響天氣服務領域已拓展到農業(yè)抗旱減災、云水資源開發(fā)、江河湖泊蓄水、生態(tài)環(huán)境建設、森林草原防火、機場公路消霧、重大活動保障、改善空氣質量、應對突發(fā)污染事件、城市降溫等多領域，并成為各級政府防災減災、趨利避害的一項重要舉措。

　　應急抗旱防雹保豐收：在旱災雹災肆虐期和關鍵農時季節(jié)，跨區(qū)域調動飛機、火箭等作業(yè)裝備，人工增雨作業(yè)覆蓋面積約500萬平方公里，人工防雹作業(yè)保護面積達50萬平方公里，有力保障糧食生產和農業(yè)設施、經濟作物安全，助力農民脫貧奔小康。

　　常態(tài)增雨作業(yè)護生態(tài)：在三江源等重點生態(tài)保護區(qū)、華北等水資源嚴重短缺區(qū)、江河湖庫上游，開展大范圍、常態(tài)化生態(tài)修復型增雨作業(yè)，補充生態(tài)用水，擴大湖泊濕地面積，增加草地生物量和覆蓋度。按照地方政府要求積極探索開展人工增雨凈化空氣作業(yè)試驗。

　　重大應急保障履職責：在重大森林火災搶險和國家重大活動天氣保障的關鍵時期，發(fā)揮全國一盤棋體制優(yōu)勢，調集人工影響天氣作業(yè)力量，勝利完成內蒙古大興安嶺林火等重大災害應急搶險和G20杭州峰會等重大活動的應急保障任務。

　　人工影響天氣的社會效益明顯：比如，青海發(fā)揮三江源人工增雨工程建設效益，在青海湖、黃河上游等地開展增雨作業(yè)，有力促進湖泊濕地面積擴大，草地生物量和覆蓋度增加，生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分功能逐步恢復。2017年三江源地區(qū)植被覆蓋度較2003年明顯提高，其中高覆蓋度、中覆蓋度草地面積分別增加了7929和7013平方公里，低覆蓋度草地相應減少1.45萬平方公里。

　　北京市聯合河北省針對密云、官廳水庫匯水區(qū)建成不同天氣形勢、覆蓋全年各時段的全天候人工影響天氣作業(yè)體系。密云、官廳、白河堡水庫入庫水量明顯增加。

　　河北省邢臺市實施百泉復涌生態(tài)修復人工增雨工程，在地下水超采綜合治理中發(fā)揮了積極作用。

　　陜西、湖北、河南等地發(fā)揮人工增雨對南水北調水源區(qū)補水作用，在調水期加大南水北調中線水源地丹江口水庫水源區(qū)飛機增雨作業(yè)力度，保障一庫清水輸送。

　　新疆連續(xù)40年實施冬季人工增雪作業(yè)，對天山、阿勒泰山和昆侖山冰川補水起到重要作用。

　　人工增雨（雪）在降低森林火險等級和森林草原防撲火工作中起著舉足輕重的作用。2017年春季內蒙古呼倫貝爾地區(qū)發(fā)生多次森林草原火災，飛機增雨（雪）作業(yè)超7小時。在地面火箭作業(yè)的配合下，火場區(qū)域降水量達59.5毫米，積雪深度約21厘米，對全面撲滅林火及后期清理起到重要作用。2017年5月和2018年6月大興安嶺等地森林大火撲救過程中，人工增雨（雪）作出了重要貢獻。

　　 (作者：李集明，系中國氣象科學研究院副院長、中國氣象局人工影響天氣中心主任，本文圖片均由中國氣象局提供)

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