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(cè)技術(shù)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(cè)技術(shù)保障中心，黑龍江哈爾濱 150030）

本文根據(jù)黑龍江省水資源短缺的現(xiàn)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(guó)內(nèi)外人工增雪的發(fā)展及現(xiàn)狀，分析了人工增雪的氣候特征以及黑龍江省開(kāi)展冬季人工增雪的現(xiàn)實(shí)意義、現(xiàn)有基礎(chǔ)及預(yù)期目標(biāo)，從而提出研究開(kāi)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(xiàn)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(fù)計(jì)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(guó)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(jù)黑龍江省的水資源現(xiàn)狀，地下水和地表水已嚴(yán)重匱乏，水庫(kù)蓄水和中小河流水位亦呈逐年下降趨勢(shì)，因此，開(kāi)發(fā)利用空中水資源、不同季節(jié)開(kāi)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(duì)云體的某些適當(dāng)部位實(shí)施有科學(xué)指導(dǎo)的人工催化影響，改變?cè)频奈⑽锢斫Y(jié)構(gòu)，以達(dá)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(duì)生態(tài)環(huán)境的改善、作物越冬和春播都有重要作用。同時(shí)，人工增雪還有利于水庫(kù)蓄水，增加河流流量，從而緩解水資源短缺的現(xiàn)狀。

1.3 開(kāi)展人工增雪作業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義

開(kāi)發(fā)利用空中云水資源，在有利天氣條件下，進(jìn)行人工降水，開(kāi)展以農(nóng)田抗旱、森林防火、水庫(kù)蓄水、城市生態(tài)等為目的的人工增雪作業(yè)，對(duì)全省農(nóng)業(yè)、林業(yè)及國(guó)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(yè)發(fā)展的最大瓶頸，據(jù)統(tǒng)計(jì)，黑龍江省初冬降雪量呈下降并有推后趨勢(shì)，給冬季冰雪旅游業(yè)帶來(lái)很大影響。2009年2月，第24屆世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)在哈爾濱市舉行，氣象部門的服務(wù)保障工作受到了組委會(huì)以及社會(huì)各界的廣泛好評(píng)。今后這種冬季大型活動(dòng)對(duì)人工增雪的需求將給人影工作提出新的課題。

2 國(guó)內(nèi)外人工增雪開(kāi)展情況

據(jù)世界氣象組織的統(tǒng)計(jì)資料，目前有30多個(gè)國(guó)家開(kāi)展人工影響天氣活動(dòng)，人工增雨（雪）已經(jīng)成為防災(zāi)減災(zāi)的重要手段。美、俄、以色列等國(guó)家對(duì)人工增雨（雪）機(jī)理做過(guò)多年的深入研究，在科研水平以及作業(yè)催化和儀器裝備水平方面處于國(guó)際前列。美國(guó)開(kāi)展人工增雪早于其他國(guó)家，已經(jīng)開(kāi)展了30 a，取得了一些顯著的成績(jī)和一批有價(jià)值的科研成果，并得出了人工增雪率為10%～25%的結(jié)果。

中國(guó)有組織的開(kāi)展人工增雨活動(dòng)始于1958年。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生產(chǎn)建設(shè)的需求，從80年代末起，中國(guó)的人工增雨工作進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。中國(guó)也是開(kāi)展人工增雪比較早的國(guó)家之一，早在20世紀(jì)80年代新疆就開(kāi)展了人工增雪作業(yè)以保障南北疆牧草的過(guò)冬和春季生長(zhǎng)。近幾年來(lái)，北方的大部分省份都陸續(xù)開(kāi)展了人工增雪作業(yè)并取得了可喜的成績(jī)，為當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，得到了各級(jí)政府和廣大群眾的認(rèn)可。1998年2月21日，為緩解“九冬會(huì)”雪上項(xiàng)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(jìn)行了一次人工增雪作業(yè)，使吉林市北大湖滑雪場(chǎng)積雪增加到70 mm，為九冬會(huì)滑雪項(xiàng)目的正常進(jìn)行做出了重要貢獻(xiàn)。

3 人工增雪的氣候特征分析

3.1 人工增雪機(jī)理

人工增雪主要是通過(guò)改變?cè)企w粒子相態(tài)或譜分布，促使云體膠性不穩(wěn)定發(fā)展，從而提高云的降水率，增加降雨量。其物理依據(jù)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(lái)說(shuō)，形成降雪必須具備兩個(gè)條件，一個(gè)是必須有凝結(jié)核，能降雪的云是0℃以下的“冷云”。在冷云內(nèi)，既有水汽凝結(jié)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(zhǎng)的條件，他們只能像煙霧塵埃一樣懸浮在空中，很難落下來(lái)。我們?cè)诙炖锝?jīng)常能看到大塊大塊的云，而未見(jiàn)雪花飄下來(lái)，就是因?yàn)榻M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(zhì)，促進(jìn)雪晶很快地增長(zhǎng)到能夠克服空氣的浮力降落下來(lái)，就是人工增雪所要達(dá)到的目的?？梢?jiàn)，人工增雪的基礎(chǔ)是要有降水云。一般來(lái)說(shuō)，人工增雨可以增加大約20%的雨量，而在高寒、高山地區(qū)由于溫度低、水汽容易達(dá)到飽和狀態(tài)，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(jié)晶核，就可促進(jìn)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(guó)東北部。北至53°34′N，縱越10°11′，西至121°E，東達(dá)135°E，橫跨14個(gè)經(jīng)度。地形復(fù)雜，受內(nèi)陸及海上高低壓及季風(fēng)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(fēng)氣候。

冬季在極地大陸氣團(tuán)控制下，氣候嚴(yán)寒而少雪，多西北風(fēng)。一般地區(qū)有5個(gè)月（11-3月）的月平均氣溫在0℃以下，大興安嶺北部山地可長(zhǎng)達(dá)7個(gè)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(dá)-30℃以下。整個(gè)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(qū)偏深，11月初大地普遍封凍，次年3月、4月由南向北開(kāi)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(qū)有的超過(guò)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(xiàn)有基礎(chǔ)和條件

黑龍江省是全國(guó)開(kāi)展人工增雨作業(yè)較早的省份之一，從50年代末期就開(kāi)始這項(xiàng)工作，至今已有50多年的歷史，積累了大量豐富的經(jīng)驗(yàn)。在1987年大興安嶺特大森林火災(zāi)中，地面高炮和空中飛機(jī)形成的人工降雨立體作業(yè)網(wǎng)為林火的最終撲滅貢獻(xiàn)了決定性的力量。目前，黑龍江省已擁有252套火箭發(fā)射系統(tǒng)，813門高炮，每年租用兩架增雨飛機(jī)開(kāi)展為期半年的增雨作業(yè)。全省從事人影作業(yè)的人員3 660人。全省5部多普勒雷達(dá)的聯(lián)網(wǎng)拼圖可為人工增雪實(shí)時(shí)指揮決策提供豐富及時(shí)的探測(cè)手段和技術(shù)保障。

在近幾年的屢次重大森林火災(zāi)中，黑龍江省人影部門接到人工增雨撲火任務(wù)，應(yīng)用自主研發(fā)的“飛機(jī)增雨作業(yè)系統(tǒng)”和“焰彈催化系統(tǒng)”，有效地實(shí)施人工增雨作業(yè)，為撲滅森林火災(zāi)做出了貢獻(xiàn)，受到各級(jí)政府的表?yè)P(yáng)。飛機(jī)增雨滅火已成為我省氣象服務(wù)的品牌業(yè)務(wù)之一。

此外，我省還擁有一大批經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)水平高的中高級(jí)技術(shù)人員，為開(kāi)展這項(xiàng)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的人才、科技基礎(chǔ)。

5 預(yù)期目標(biāo)

5.1 人工增雪潛力

研究結(jié)果表明，黑龍江省云水資源比較豐富,全省大部分地區(qū)各種天氣系統(tǒng)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(jiàn)，大氣中的云水資源還是十分可觀的。據(jù)專家分析,每年通過(guò)人工影響天氣作業(yè)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(kāi)發(fā)潛力十分巨大.加強(qiáng)空中云水資源的開(kāi)發(fā)利用,對(duì)緩解黑龍江省水資源短缺困境、推動(dòng)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。

5.2 預(yù)期達(dá)到的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

（1）直接經(jīng)濟(jì)效益。人工增雨的經(jīng)濟(jì)效益取決于增雨面積、增雨量和噸水價(jià)，增雨面積是指降水范圍內(nèi)，實(shí)施人工增雨作業(yè)的區(qū)域面積，增雨量統(tǒng)計(jì)確認(rèn)后，即可由總增水資源量=增雨面積×增雨量，人工增雨的經(jīng)濟(jì)效益=總增水資源量×噸水價(jià)得出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000～2009年底，黑龍江省人工影響天氣辦公室實(shí)施人工增雨作業(yè)共飛行376架次，航行707 h，平均增雨率達(dá)19.5%，純?cè)黾铀Y源9.5×1010m3。開(kāi)展冬季人工增雪，在未來(lái)10 a將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再增加近百億立方米的水資源產(chǎn)出，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

（2）社會(huì)效益。開(kāi)展冬季人工增雪，將為全省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)做出積極的貢獻(xiàn)。

6 作業(yè)實(shí)施方案

過(guò)去幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)外大量人工影響天氣科研和外場(chǎng)試驗(yàn)成果的積累，人工影響天氣的技術(shù)已趨于業(yè)務(wù)化，其作業(yè)方法已發(fā)展成多種多樣。

（1）飛機(jī)人工增雪：針對(duì)穩(wěn)定性層狀云。飛機(jī)具有飛行高度高，作業(yè)范圍大，可以控制作業(yè)時(shí)機(jī)、部位和播撒計(jì)量的特點(diǎn)，作業(yè)人員可以通過(guò)機(jī)窗觀測(cè)云的微物理特征并指揮作業(yè)。

（2）火箭人工增雪：針對(duì)不穩(wěn)定對(duì)流云。飛機(jī)不適合對(duì)流云，并且夜間飛行作業(yè)也有其局限性，而火箭恰恰可以彌補(bǔ)這一不足?；鸺哂蟹奖沆`活、流動(dòng)性強(qiáng)、不受任何天氣條件限制等特點(diǎn)。

（3）高炮增雪：針對(duì)各種不同類別云體。分布范圍廣，作業(yè)成本低。

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

另外，對(duì)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(xué)院，本科生，工程師.