福建省人工影響天氣學科發(fā)展研究報告

福建省氣象學會

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福建省人工影響天氣學科發(fā)展研究報告

福建省氣象學會

［摘要］新形勢下，福建省人工影響天氣的科技支撐、業(yè)務水平還不適應防災減災和保障糧食、生態(tài)和水資源安全等的發(fā)展需求。面對良好的政策機遇，以及雷達和衛(wèi)星等先進探測技術的應用、現代化氣象業(yè)務體系的建設成果，我省人工影響天氣學科發(fā)展的戰(zhàn)略任務將聚焦在云降水機理研究、數值模式、探測資料反演融合研究、技術研發(fā)、中長期研究計劃、作業(yè)實施和指揮能力建設等方面。

［關鍵詞］人工影響天氣 數值模式 戰(zhàn)略任務 戰(zhàn)略對策

1　概述

隨著社會經濟的快速發(fā)展及工農業(yè)現代化水平的提高，人類對災害性天氣的敏感性和脆弱性呈顯著增加的趨勢。據近65年（1949—2013年）中國氣象災害災情統計，我國累積死亡人口超過155萬人，直接經濟損失累積約12萬億元（2013年價格），年均直接經濟損失由20世紀50年代不足1000億元上升至21世紀以來的超過3000億元，呈明顯上升趨勢。人類改造自然使之趨利避害的強烈需求，促進了人工影響天氣學科的快速發(fā)展。

福建省位于我國東南沿海， 屬溫、熱帶的過渡地帶，兼受大陸性與海洋性氣候相互影響，氣候復雜多變，有年際間的不均性、季節(jié)間的差異性和季內降水分布的脈沖性特征，導致干旱出現頻繁，其特點是頻率高，活動季節(jié)長，成災范圍廣，有地域多發(fā)區(qū)和高頻多發(fā)季。此外，冰雹災害也是福建省煙草種植區(qū)的主要氣象災害，常對農民增產增收造成重大經濟損失，嚴重影響地方經濟的高速發(fā)展。為了加強水資源的開發(fā)利用以及減輕由惡劣天氣引起的自然災害，福建省氣象部門于1959年起開展人工影響天氣作業(yè)，多年來，人工影響天氣在服務農業(yè)生產、緩解水資源緊缺、防災減災、保護生態(tài)以及保障重大活動等方面發(fā)揮著積極作用，取得了明顯的經濟效益、生態(tài)效益和社會效益。

2　國內外人工影響天氣學科發(fā)展現狀

人工影響天氣是指在適當的天氣條件下， 通過人工干預防止或減輕由惡劣天氣引起的自然災害（ 如干旱、冰雹、雷電、暴雨等）， 使天氣過程向符合人類愿望的方向發(fā)展。人工影響天氣分為無意識人工影響天氣和有意識人工影響天氣。無意識人工影響天氣是指人類活動，如工業(yè)活動、城市化發(fā)展、森林砍伐、植被破壞等引起的地球輻射系統改變導致的天氣、氣候變化，已為大家所熟知。有意識人工影響天氣就是通常所指的人工影響天氣，是建立在科學認識的基礎之上，有效利用自然天氣過程，達到“趨利避害”的目的。從20世紀中葉開始， 國內外針對人工影響天氣的原理、作業(yè)技術和方法等持續(xù)開展科學研究，取得大量有意義的成果，對推動人工影響天氣學科的發(fā)展起到積極作用。

2.1國外研究進展和業(yè)務發(fā)展

2.1.1國外研究進展

美國是現代人工影響天氣的發(fā)源地。1946 年，諾貝爾化學獎獲得者Langmuir 研究團隊在試驗中發(fā)現碘化銀（AgI）和干冰（固態(tài)CO2） 可以成為冰晶，由此開創(chuàng)了現代人工影響天氣的序幕。

早期，著名的亞利桑那計劃（Battan，1967）、以色列試驗（Gagin，1974）以及白頂試驗（Braham Jr，1964）利用靜力催化概念針對對流云進行播云催化實驗，通過測量降水物理量，并結合數學統計方法進行分析，為人工增雨試驗奠定了堅實的科學基礎。隨后，大量外場試驗、實驗室實驗和數值模擬研究表明，在積云中降水形成的初始階段包括冰晶濃度的增加導致降水粒子快速產生，并初步得到了人工增雨作業(yè)的窗口條件。1997年，Tasmanian試驗針對冬季地形云的人工增雪和增雨播云催化實驗也充分顯示，在地形強迫抬升地區(qū)播云催化后觀測到了降水冰晶濃度、冰核濃度和降水率的變化，并充分證明了降水的增加?；跉馊苣z化學性質和物理性質對冰晶形成速率和效率的重要作用，20世紀90年代，用于焰劑性設備的快速高效成冰劑新配方不斷出現，并逐漸與示蹤劑和核化比技術一起用于評估播云催化效率。此外，1980年以來，佛羅里達、德克薩斯州、古巴、南非、泰國先后進行了以動力催化概念為基礎的成冰劑播云催化試驗，并進行增雨作業(yè)和研究。動力催化概念中強調了云結構、云演變和降水產生的并和作用的重要性。

與成冰劑不同，吸濕劑催化是通過增加云中的大水滴數量，促發(fā)云中水滴的碰并，通過碰并使雨滴增大，從而增加降水形成過程中的效率。吸濕性播云試驗已在美國和其他國家的試驗中得到了廣泛的應用，尤其是東南亞國家。南非和墨西哥針對混合云開展多期吸濕性焰劑試驗，WMO認為這些試驗結果表明云凝結核影響一塊云中總的降水量，并且明顯地影響云的生命期。

過去幾十年里，國外人工影響天氣的基本科學研究和觀測技術有了長足進展，解決了人工影響天氣的關鍵不確定因素，但目前針對人工影響天氣效果的評估和驗證仍是一個重點和難點。除傳統數學統計和物理檢驗方法外，南非和墨西哥的吸濕性播云試驗、泰國和德克薩斯州采用雷暴識別跟蹤分析技術來評價雷達觀測結果。Martner（1992）、Klimowski（1998）等利用示蹤技術，把示蹤物和催化劑一起撒入云中，利用雷達直接測量云中示蹤物出現的實際傳輸和擴散情況，識別和評估播云所影響的體積及產生的效應。

2.1.2國外業(yè)務發(fā)展狀況

現今世界上大約有40 多個國家每年開展100多項與人工影響天氣相關的研究試驗與作業(yè)項目。人工影響天氣業(yè)務服務領域從人工增雨（ 雪） 、防雹、消霧、防霜以及人工消減雷暴、雷電、龍卷風、臺風等，到更大范圍的氣候變化，包括目前國際上為應對氣候變化提出的“地球工程”，在保障水安全、糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全、交通安全、以及應對氣候變化、森林滅火、重大活動保障、軍事活動保障等方面發(fā)揮越來越重要的作用。

美國、俄羅斯、以色列、烏克蘭、泰國等國家在進行長期深入的人工增雨科學試驗研究后，確認了人工影響天氣產生的實際效果，將人工增雨作業(yè)作為解決水資源的一種有效手段而長期開展。特別是美國和俄羅斯頻繁與發(fā)展中國家開展人工增雨合作計劃，如南非、墨西哥的吸濕性焰彈積云催化試驗，泰國的暖積云吸濕性催化試驗和積云動力催化試驗，以及阿根廷、巴西及前蘇聯加盟共和國等運用俄羅斯防雹技術加速冰雹云降水鏈計劃等。

俄羅斯的前身蘇聯是開展飛機人工增雨作業(yè)規(guī)模大、技術水平比較高的國家。上世紀80年代到90年代初，前蘇聯建成由政府和受益地區(qū)農業(yè)部門提供保障資金購置專用人工增雨作業(yè)飛機，開展增雨作業(yè)，其使用的主要機型為安-12、安-26、安-30、安-72、伊爾-18、伊爾-76等，前蘇聯解體后的一段時間內，俄羅斯飛機增雨改為租用上述飛機。近些年來，隨著俄羅斯的經濟好轉，俄羅斯水文氣象局又陸續(xù)恢復了前蘇聯原來的人工增雨專用飛機管理運行體制。

泰國政府非常重視飛機人工增雨工作。由農業(yè)合作部領導，農業(yè)合作部下設的氣象局、皇家人工造雨和農業(yè)航空局共同組織實施全國飛機人工增雨作業(yè)工作，包括飛機的管理和組織實施作業(yè)。為加強全國的飛機人工增雨工作力度，2000年，泰國的兩個國家級飛機人工增雨作業(yè)與研究基地分別在北方的清邁和南方的華亭建成。為適應與滿足飛機作業(yè)需要，泰國政府建設了3個人工增雨業(yè)務中心，并依據其飛機人工增雨作業(yè)的實際需求，按照天氣條件和飛機的布局共劃分了6個大的作業(yè)區(qū)域。飛機的日常管理由農業(yè)航空局負責。最近，泰國農業(yè)和氣象部門與我國西飛公司達成協議，擬購置我國20余架新舟-60（MA-60或新舟-600、700系列）飛機用于人工增雨作業(yè)。

地處阿拉伯半島的以色列是一個水資源嚴重匱乏的國家，人工增雨一直受到高度重視。上世紀60年代，以色列就開始實施國家飛機人工增雨科學試驗，購置多架在由國家和各個地區(qū)聯合使用的高性能人工增雨作業(yè)飛機，形成業(yè)務化作業(yè)。目前，以色列已經成為人工增雨技術的輸出國。

開展人工防雹作業(yè)規(guī)模較大的有俄羅斯、加拿大等國家。

2.2國內研究進展和業(yè)務發(fā)展

我國開展人工影響天氣科研和業(yè)務已有50多年的歷史。在強大需求的推動下，我國的人工影響天氣工作已早早地從科學試驗階段發(fā)展為常態(tài)化業(yè)務，在減輕干旱、冰雹對國民經濟特別是農業(yè)生產造成的損失，緩解水資源短缺，保障生態(tài)環(huán)境建設，促進人與自然和諧發(fā)展等方面發(fā)揮了積極作用，取得了顯著的經濟、社會和生態(tài)效益，得到黨中央和國務院領導的充分肯定，受到人民群眾的歡迎。經過幾十年尤其是改革開放30多年來的發(fā)展，人工影響天氣科技水平和業(yè)務能力得到了明顯提高。

2.2.1國內研究進展

（1）云與降水及人工影響天氣基礎理論研究取得明顯進展。通過理論分析與室內實驗，深入研究了云和降水的微物理結構特性、冰晶核化繁生過程、云凝結核和凝結增長過程、冰晶聚合和淞附過程、冰雹碰凍增長過程、雨滴碰并破碎發(fā)展過程等云物理過程。通過外場觀測與數值模擬，深入了解和認識了各類云的多尺度特征及其分布，多尺度發(fā)展過程與多尺度相互作用等，特別是針對不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同云系的人工增雨、人工防雹、人工消雨等科學概念模型有了突破。對不同降水云系進行綜合觀測，研究了云和降水的微物理和動力學過程和人工增雨潛力，建立了符合各地特點的層狀云降水、積云降水、冰雹及鋒面云系與霧的人工影響天氣模型。

（2）建立云和降水數值模式，并得到廣泛應用。建立了層狀云、積云多維數值模式。該模式比較詳實考慮了云的微物理過程，并利用先進的資料同化技術，融合各種觀測資料，優(yōu)化云降水數值模式。云和降水模式已開始應用于人工增雨方案設計、催化機理研究和效果檢驗，起到避免盲目性、增強科學性的作用，科技水平有了明顯提高。

（3）人工增雨探測技術得到明顯提高。人工影響天氣監(jiān)測和觀測技術從最初的單一波長的雷達、飛機探測技術發(fā)展到集裝載先進探測系統的飛機、大氣廓線探測、衛(wèi)星、多普勒雷達、雙偏振雷達、毫米波段雷達、微波輻射計、GPS系統、地面中尺度監(jiān)測網為一體的綜合先進探測和觀測技術，大大擴展了探測范圍、提高了探測質量和時空分辨，為人工增雨作業(yè)提供了更加豐富資料。利用這些探測設備和相關技術，開展了云和降水宏微觀結構特征、人工增雨云水資源、作業(yè)條件選擇等方面的試驗研究。

（4）人工增雨作業(yè)催化技術得到新的提高。在人工增雨高效催化技術的開發(fā)、集成和應用等方面進行大量研究，試驗成功了成核率較高的以碘化銀為主體的新配方，研制了高炮碘化銀炮彈及其應用技術和碘化銀（焰劑）火箭及其應用技術，研制了新型催化工具機載碘化銀燃燒焰劑和機載播撒工具。這些新型催化劑和催化工具顯著提高了成冰閾溫和成核率，為提高人工增雨的作業(yè)水平和成效提供了堅實基礎。

2.2.2國內業(yè)務發(fā)展狀況

目前，全國有30 個省（區(qū)、市）、新疆生產建設兵團和黑龍江農墾等行業(yè)的357 個市（含地級單位）、2359 個縣（含縣級單位）開展人工影響天氣作業(yè)，從業(yè)人員4.77萬人?，F有人工增雨防雹高炮6761 門、火箭發(fā)射架7632臺、地面燃燒爐414 臺，使用飛機44 架，建成標準化作業(yè)站點5471 個。2008年以來，共開展人工影響天氣作業(yè)32.8 萬次，其中飛機作業(yè)5481架次，累計發(fā)射火箭71.18 萬枚、炮彈535.49 萬發(fā)、各類焰彈煙條20 余萬發(fā)（根）。新的探測設備和作業(yè)裝備投入人工影響天氣工作，建成投入運行的新一代天氣雷達172 部、局地天氣監(jiān)測和作業(yè)指揮雷達334 部，基本覆蓋各地作業(yè)站點。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，年均增水約500億噸，作業(yè)規(guī)模居世界首位。

逐漸建立依托氣候、天氣預測預報掌握降水天氣過程，以地面常規(guī)觀測網、衛(wèi)星、雷達和云物理特種觀測技術和設備觀測云和降水的發(fā)展演變過程，利用云數值模式、雷達即衛(wèi)星反演產品對作業(yè)條件、潛力區(qū)進行識別預測，以雷達實時指揮作業(yè)，以飛機播撒碘化銀（AgI）、制冷劑（液氮、干冰）對層狀云和積層混合云進行催化，以高炮和火箭等運載工具播撒AgI對對流云進行催化，以物理檢驗和統計檢驗方法檢驗作業(yè)效果的人工影響天氣作業(yè)技術路線。

在國務院《人工影響天氣管理條例》的指導下，30 個省（區(qū)、市）、318個市（地、盟）、1904 個縣（旗）政府成立了人工影響天氣領導機構，28 個?。▍^(qū)、市）、284個市（含市級行政單位）、1702 個縣（含縣級行政單位）政府設立了人工影響天氣工作機構。各?。ㄊ小^(qū)）基本建立了分工明確的省—市地—縣三級業(yè)務體制（見圖1），以及監(jiān)測預警、決策指揮、效果評估的人工影響天氣業(yè)務體系（見圖2），大大促進了人工影響天氣工作的科學、健康發(fā)展。

圖1　省-市地-縣三級業(yè)務體制框架圖

圖2　人工影響天氣業(yè)務體系

3　福建省人工影響天氣學科發(fā)展現狀

3.1主要研究進展及成果

福建省人工影響天氣工作始于1959年，主要是緊密結合生產的需要， 開展人工降雨等試驗研究。起初一直停留在小規(guī)模的試驗研究，后來根據省政府領導的批示，結合大面積抗旱的需要，擴大了試驗范圍和領域。通過福建省人工影響天氣工作者幾十年的不懈努力，我省人工影響天氣工作的科技水平和業(yè)務能力有了明顯提高。

1959年夏初，福建省氣象局與福州煙炮廠合作，進行紙殼球形人工降雨土炮和土火箭的試制研究，并于1960年4月開始在福州鼓嶺利用迫擊炮、土炮彈、土火箭、氣球等催化劑播撒裝置和地面燃燒碘化銀等進行人工降雨試驗。此后幾年陸續(xù)開展了數十次山區(qū)地面燃燒碘化銀丙酮溶液、樟腦粉丙酮溶液等試驗研究。試驗取得一定的增雨效果。

1965年春夏，福建南部大旱，根據省政府指示，租用伊爾-14型飛機一架，于8～9月以連城為基地，對閩西、閩南的積狀云播撒鹽粉進行催化。歷時一個月，飛行9架次，據飛機目測，有63%的云作業(yè)后出現降雨。作業(yè)期間，飛機穿云時還進行了作業(yè)云的宏微觀物理探測，取得福建首次云物理結構資料。

1972—1979年，土炮作業(yè)組先后與南靖縣農械廠、古田縣炸藥廠協作，研制成FJ-109型土炮彈、FJ-50型土火箭，并在古田溪水庫流域上空進行催化試驗。其中以復合火藥為發(fā)動機燃料的FJ-50-古田I型小火箭，射程最高達4871米，并于1982年9月通過國內專家技術鑒定。期間（1974—1977年），福建省氣象局與南京大學、西安化工研究所協作，對小土火箭攜帶TNT炸藥粉碎介乙醛的催化性能進行研究。經試驗表明，介乙醛在-1～-15℃范圍內，成冰核數在106～109個/克以上。經1975—1978年野外人工降雨作業(yè)試驗表明，使用介乙醛和碘化銀兩種催化劑有相同的效果。

為檢驗人工降雨效果，結合水庫蓄水，1975—1986年，我省首次在寧德古田水庫開展了有嚴格統計學設計的人工降水隨機催化試驗，試驗共持續(xù)開展了12年，取得了增加降水24%的效果統計，顯著度達0.99以上，其持續(xù)時間之長，在國際上少有。該研究項目1987年通過國家氣象局技術鑒定，榮獲國家氣象局科技進步二等獎。該試驗研究人員共發(fā)表論文20余篇，其中4篇發(fā)表在國外雜志上，兩次參加世界氣象組織的世界人工影響天氣學論文交流。其研究方法和成果被國內很多省市引用或借鑒，為提高我國人工降水效果檢驗的客觀性、科學性做出了重要貢獻。

在古田水庫流域人工降雨試驗期間，我省開展了地面雨滴譜觀測和人工降雨作業(yè)前后雨滴譜對比分析、大氣冰核觀測、人工降雨試驗時AgI含量分析、人工降雨作業(yè)前后云體宏觀變化的雷達回波特征分析和數值模擬等物理檢驗部分的研究；此外，還進行了介乙醛播撒方法及成冰能力探討、高山云霧水觀測分析、降水化學成分觀測分析、711雷達衰減系數與降水強度關系分析、重力波的云物理效應、大氣次聲振動的云物理效應等觀測與分析。

1988—1995年，福建省氣象科學研究所與福建省人工降雨辦公室聯合開展中國氣象局科研項目“人工降雨作業(yè)效果檢驗方法研究”研究，獲得福建省科技進步二等獎。隨后，我省陸續(xù)開展了“福建省干旱期間人工降雨物理條件及實施方案研究”“人工降雨試驗方案及其成果統計分析方法研究”“人工降水作業(yè)條件客觀分析”“福建省飛機人工降雨條件和效果分析”“人工降雨對降水時空分布的影響研究”“福建省氣象局人工降水‘區(qū)域外效應’研究”“利用云模式研究我省旱季云的降水少人工影響機制”等多項研究，獲得了多項省部級科技獎勵，在綜合觀測、作業(yè)條件識別、云水資源評估、催化作業(yè)技術、作業(yè)效果評估等關鍵技術方面有了明顯的進步和發(fā)展，并積極在業(yè)務工作中投入使用。

進入21世紀，我省人工影響天氣科研人員針對南方地形云的特點及福建省經濟建設發(fā)展對人工影響天氣業(yè)務和服務的需求，陸續(xù)開展“南方夏季對流云人工增雨潛力區(qū)識技術研究”“完善擴充人工增雨指揮系統”“多普勒雷達資料在云和降水物理學中的應用研究”“南方夏季對流云人工增雨效果檢驗方法研究”“福建省人工防雹技術研究”“福建省閩西、閩西北地區(qū)冰雹云結構特征及人工防雹作業(yè)時機、作業(yè)部位探討”“福建省閩西北地區(qū)人工防雹最佳作業(yè)條件的方法研究”等項目研究，為福建省人工影響天氣作業(yè)指揮提供有效的技術手段，也為進一步拓展閩西北人工防雹作業(yè)服務提供科學依據。

目前，福建省氣象科學研究所相關科技人員正在開展“福建試驗區(qū)人工增雨隨機化外場試驗及其效果檢驗”“福建省非隨機化區(qū)域歷史回歸試驗的人工增雨效果評估方法研究”“人工增雨效果檢驗隨機試驗研究”“業(yè)務化的人工增雨效果檢驗綜合評價研究”“福建省空中水資源特征和增雨潛力研究”“基于多種模式的人工增雨作業(yè)指標研究”等課題的研究，旨在進一步加強人工影響天氣業(yè)務工作的科學基礎，更好地將人工影響天氣技術服務于我省氣象防災減災和生態(tài)環(huán)境改善，進一步促進我省經濟建設的高速發(fā)展。

3.2逐步建立健全規(guī)范高效的管理和業(yè)務體系

從1959年1月福建省氣象局成立人工降雨工作隊，到2002年成立福建省人民政府防汛抗旱指揮部人工影響天氣辦公室，再到目前已成立2個省級工作機構，9個市級機構，68個縣級機構，從事人工影響天氣的管理和科研人員91人，作業(yè)人員1210名，學科組織體系初具規(guī)模。

截至2014年底，我省擁有地面火箭發(fā)射裝置141套，地面作業(yè)點569個，地面燃燒煙爐5部。針對我省山區(qū)丘陵多、氣候和地形復雜的特點，形成飛機、火箭和地面燃燒爐相結合的人工影響天氣作業(yè)方式（見圖3）：飛機人工增雨作業(yè)影響范圍廣、作業(yè)位置準確，我省與江西聯合開展跨區(qū)域飛機人工增雨作業(yè)；地面火箭作業(yè)靈活機動，區(qū)域聯動性強；地面燃燒爐作業(yè)采用遠程遙控系統，實現焰條的遙控檢測、點火和煙霧的自動播撒，可在空域受限制時或交通不便的山區(qū)開展作業(yè)。

圖3　“火箭-飛機-燃燒爐”相結合的作業(yè)方式

“十一五”以來，我省逐步建立起省、市和縣三級人影作業(yè)體系，開發(fā)了綜合信息管理系統、服務產品制作系統、軍地空域申報系統、飛機作業(yè)通訊指揮系統、效果評估分析系統、全國視頻會商系統等現代化業(yè)務平臺，制訂出規(guī)范化的人工影響天氣業(yè)務流程，使人工影響天氣作業(yè)快捷進行，促進人工影響天氣“安全、科學、高效、有序”發(fā)展。近幾年，我省開展飛機、火箭人工增雨蓄水抗旱作業(yè)和煙草人工防雹作業(yè)，年均作業(yè)近1000次，發(fā)射火箭彈近萬枚，人工影響天氣效益顯著。人工影響天氣工作逐步實現從傳統的應急減災服務向防災減災、空中水資源開發(fā)、應對氣候變化等多領域并舉的服務轉變。

4　人工影響天氣學科發(fā)展趨勢預測

4.1經濟社會發(fā)展需求為學科發(fā)展提供強大的驅動力

受全球氣候變化的影響，氣象災害對經濟社會發(fā)展造成的損失越來越大。糧食和經濟作物生產受干旱、冰雹等災害的影響擴大但防御能力不足，水資源短缺但空中云水資源的開發(fā)利用力度不夠，生態(tài)、環(huán)境、交通等對干旱、冰雹、霧、霾等災害的敏感性和脆弱性加大但應對防范手段不多，重大社會活動對天氣保障的需求越來越強烈，但人工影響天氣的應對能力有限。要解決這些復雜難題，迫切需要增強人工影響天氣業(yè)務能力、科技水平和服務效益。

4.2云降水物理學基礎研究的主要走向

現代人工影響天氣以云降水物理為理論基礎，人工影響天氣是云降水物理的一個應用領域。為了提高人工影響天氣的科學性，研究人工影響天氣新的原理和方法，都需要進一步研究云和降水物理中有關的科學問題。

首先，我們必須全面理解自然降水的形成過程。自然降水是云中微物理過程、熱力過程和動力過程相互作用的結果，在相互作用過程中，降水可以通過多種不同的途徑形成。但目前人們對云中微物理過程、熱力過程和動力過程相互作用的研究和了解還甚少。

其次，對云和降水系統演變過程的了解是對降水系統人工影響的基礎，到目前為止，我們盡管有衛(wèi)星、雷達、微波輻射計、機載粒子測量系統等設備的探測，但對云和降水系統的了解和認識還很膚淺。要開展對云和降水系統綜合探測，獲取能夠充分反映天氣系統動力、熱力和微物理三維空間的時間演變資料，分析和研究天氣系統及降水演變過程，提取影響降水形成的關鍵要素。

目前我們都是使用影響云中微物理過程的方法來達到人工增減雨和防雹的目的。因此對云中產生降水的微物理過程必須有深入的了解，對降水、降雹形成的本質過程也需有深刻的認識。這就需要進一步研究云中降水產生的微物理過程、關鍵環(huán)節(jié)。

4.3數值模式將成為學科研究和發(fā)展的重要組成部分

隨著微物理參數化方案的不斷完善，數值模式已經成為人工影響天氣理論研究及指導人影作業(yè)的重要工具。目前普遍使用的云降水模式均建立在對云微物理過程了解的基礎上，對云內各種微物理過程進行詳細描述，模式中有關云動力學結構是建立在流體動力學關系的基礎上，并得到普遍認同。云模式的進展主要體現在中尺度可分辨云模式以及具有更詳細云微物理過程的云數值模式的不斷發(fā)展和模擬應用研究等方面。模式的初始場和邊界條件更為接近實際，如在模式模擬中普遍采用了非均勻中尺度氣象場、高分辨率的地形和陸面過程。云物理過程中已經開始包含了氣溶膠核化過程，部分還考慮了氣溶膠形成的化學過程。

4.4先進探測設備和技術的應用將加速學科發(fā)展

科技進步是推動人工影響天氣發(fā)展的源動力。隨著現代科技的迅猛發(fā)展，最初單一波長的雷達、飛機探測技術，逐步發(fā)展到集裝載先進探測系統的飛機、大氣廓線探測、衛(wèi)星、多普勒雷達、雙偏振雷達、毫米波雷達、微波輻射計、GPS 系統、地面中尺度監(jiān)測網絡為一體、綜合先進探測和觀測的技術。充分利用當今先進的大氣探測技術，人類對自然天氣過程的認識和影響能力將顯著提高，這是發(fā)展的大趨勢。

4.5建設集約化、專業(yè)化、規(guī)范化的業(yè)務體系

為滿足福建省人工影響天氣業(yè)務的空前需求，亟待加強集約化、專業(yè)化、規(guī)范化的業(yè)務體系建設。未來我省將以全國人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃為指導，吸收各省人工影響天氣業(yè)務指揮系統特色功能，依托東南區(qū)域或福建省人工影響天氣能力建設工程，建立與氣象信息系統、預報預測系統有機銜接的省、市、縣統一集約的人工影響天氣綜合業(yè)務系統，實現較完善的上下互通、功能互補、規(guī)范集約的全省各級人工影響天氣綜合業(yè)務和通信保障系統，提高人工影響天氣作業(yè)指揮的效率和科技水平。

5　人工影響天氣學科面臨的挑戰(zhàn)

5.1防災減災和保障糧食安全的需要

福建是我國重要的糧食產區(qū)、蔬菜基地、多種經濟作物產區(qū)。國民經濟增長率與產值在全國占有重要地位。在全球氣候變化背景下，氣象災害的突發(fā)性、反常性、不可預見性日益凸顯，干旱、冰雹、森林和草原火災等呈現多發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)態(tài)勢。雖然福建省開展人工增雨工作較早，并在工農業(yè)發(fā)展、保障糧食安全、服務政府決策、應對干旱等防災減災方面發(fā)揮了一定作用，但其服務水平與保障福建水稻和特色農作物生產安全的需求存在較大差距。為防止和減輕干旱、冰雹等災害造成的損失和影響，加強人工影響天氣作業(yè)，緩解干旱威脅和減少雹災損失，創(chuàng)造有利于農作物生長的氣象條件，對防災減災實現糧食高產穩(wěn)產、保持農業(yè)農村經濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要作用。

5.2保障生態(tài)安全和水資源安全的需要

福建是生態(tài)大省，區(qū)域內有豐富森林資源。黨的十八大提出了包括生態(tài)文明建設在內的五位一體的中國特色社會主義事業(yè)建設總體布局，對保障生態(tài)安全提出了更高的要求。近10年來，隨著經濟的快速發(fā)展和人類活動的加劇，以及降水時空分布不勻帶來的水資源緊缺日益明顯，生態(tài)環(huán)境污染、植被破壞、森林火災增多等造成生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重。福建省空中云水資源豐富，有著巨大的開發(fā)潛力。因此，加快人工增雨能力建設，通過人工增雨作業(yè)，科學開發(fā)空中云水資源，保障水資源安全，合理調蓄確保生活、工業(yè)生產用水安全，為海峽西岸民生和經濟社會發(fā)展保駕護航尤為重要與必要。

5.3保障重大活動順利開展的需要

為保障北京奧運會、新中國成立60 周年首都慶典、廣州亞運會、西安世園會、南京青奧會等重大活動順利進行，兄弟省市成功組織開展了人工消（減）雨作業(yè)，效果顯著，得到了社會各界的普遍贊譽。

隨著經濟社會的發(fā)展，福建的影響力不斷提升，隨著我省承辦的重要國際性會議賽事和各類重大活動不斷增多，對人工消（減）雨的需求不斷增長，以及應對突發(fā)公共事件的要求不斷提高，對人工影響天氣的保障需求將更加頻繁和迫切。

5.4科技支撐、業(yè)務水平不適應學科發(fā)展需求

隨著福建省氣象現代化建設步伐的加強，新的探測技術投入和對人工影響天氣作業(yè)技術認識的不斷提高，福建省人工增雨、人工防雹工作越來越受到當地政府和相關部門的重視。人工影響天氣作業(yè)效果評估方法的不斷改進，其評估的作業(yè)效果也逐漸被各級政府和相關部門所認可。但是，目前福建省人工影響天氣科技和業(yè)務服務水平離滿足社會需求還存在明顯的差距，具體反映在下列各方面：

一是地面作業(yè)能力不強。福建省地處亞熱帶地區(qū)，夏秋兩季易出現旱災，4－7月份冷暖空氣匯集閩西北地區(qū)，易形成冰雹災害天氣，給當地煙草種植業(yè)帶來重大危害。但是福建省現有火箭數量偏少、標準化固定作業(yè)點偏少、指揮和作業(yè)隊伍素質參差不齊，這些嚴重制約了作業(yè)能力的提高。

二是科技支撐能力不足。重業(yè)務服務、輕科研與技術開發(fā)的問題普遍存在，深入、系統的科學試驗研究不夠，使得人工影響天氣在技術水平和服務能力等方面尚不能很好地滿足農業(yè)抗旱、防災減災、緩解水資源緊缺和生態(tài)建設與保護等領域提出的更多、更高、更緊迫的需求。

三是基礎設施建設薄弱。福建省內用于人影地基和空基觀測設備十分落后甚至缺乏，缺少機載云粒子探測設備、地面遙感探測設備（如雙偏振雷達、風廓線雷達、激光雨滴譜儀等），無法開展增雨防雹作業(yè)期間云和降水物理同步觀測和分析，制約了人工影響天氣監(jiān)測識別能力、指揮能力和效果評估科學水平的提高。

四是區(qū)域統籌能力弱。目前福建省人工影響天氣作業(yè)仍按行政區(qū)域實施，有限的資源得不到充分利用，?。屑壗y一協調的指揮機制和業(yè)務運行機制尚未形成，制約了區(qū)域性人工影響天氣業(yè)務綜合效益的發(fā)揮。

6　人工影響天氣學科面臨的機遇

6.1政策機遇

人工影響天氣工作在服務農業(yè)生產、緩解水資源緊缺、防災減災、保護生態(tài)以及保障重大活動等方面具有重要作用。黨中央、國務院高度重視人工影響天氣工作。黨的十八大提出的加強生態(tài)文明建設、加強防災減災體系建設、確保國家糧食安全和重要農產品有效供給等發(fā)展戰(zhàn)略，對人工影響天氣工作提出了新的更高要求。2011年、2012 年和2013 年的中央一號文件連續(xù)提出“加強人工增雨（雪）作業(yè)示范區(qū)建設，科學開發(fā)利用空中云水資源”“強化人工影響天氣基礎設施和科技能力建設”“加快推進人工影響天氣工作體系與能力建設”等要求。2012 年8 月，國務院辦公廳印發(fā)《關于進一步加強人工影響天氣工作的意見》（國辦發(fā)〔2012〕44 號），要求加強對全國人工影響天氣工作的統籌規(guī)劃，加強能力建設。2013 年12 月31 日，中共中央政治局委員、國務院副總理汪洋在聽取中國氣象局工作匯報時指出，要繼續(xù)加強人工影響天氣工作，除做好人工影響天氣隊伍能力建設外，要大力提升人工影響天氣的科研能力和水平，為保障經濟社會發(fā)展以及舉辦重大公共活動創(chuàng)造有利的環(huán)境條件，特別是要搞好人工增雨，為農業(yè)抗旱奪豐收提供支撐。

為貫徹落實黨中央、國務院的戰(zhàn)略部署，實現44 號文件提出的發(fā)展目標，適應我國人工影響天氣工作面臨的新形勢和新要求，提高人工影響天氣在防災減災、生態(tài)文明建設、應對氣候變化等方面的能力和效益，國家發(fā)展改革委、中國氣象局在認真總結《人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃（2008—2012年）》實施情況的基礎上，組織編制了《全國人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃（2014—2020 年）》，作為當前和今后一個時期全國人工影響天氣發(fā)展的行動綱領。規(guī)劃提出了東北、西北、華北、中部、西南和東南6個人工影響天氣區(qū)域的建設布局。其中，東南區(qū)域包括江西、浙江、福建、湖南、廣東、海南、上海7 ?。ㄊ校娣e達82萬km2，以保障長江中下游糧食生產區(qū)為主，兼顧大湖區(qū)濕地生態(tài)保護區(qū)增雨保障和經濟作物的防雹保障。為進一步發(fā)揮氣象事業(yè)在服務福建省生態(tài)文明先行示范區(qū)建設、保障經濟社會發(fā)展、改善民生、防災減災等方面的重要作用，2014年8月29日，福建省人民政府印發(fā)《關于實施加快推進氣象現代化十二條措施的通知》，提出到2018年，建成適應需求、結構完善、功能先進、保障有力的氣象現代化體系，氣象現代化水平達到國內領先地位。福建省氣象局以此為契機，貫徹落實國家各項政策，積極推進我省人影建設工作，并編制了《福建省氣象現代化項目人工影響天氣服務系統工程可行性研究報告》。

6.2數值模式的飛速發(fā)展將大力提升學科理論研究水平和業(yè)務能力

近幾年，我國在數值模式研究方面發(fā)展迅速，已經初步具備適用于人工影響天氣作業(yè)設計和效果驗證試驗的云和降水模式，特別是與人工影響天氣有關的各種微物理過程，在不斷檢驗的基礎上采納和引入，降低了人工影響天氣工作的很多不確定性。數值模式在三個方面可以應用于人工影響天氣作業(yè)，分別是：有關的方案設計、論證，作業(yè)過程的指導，作業(yè)后的分析，這樣有利于建立優(yōu)化播云方案、凝練和建立物理假設。數值模式能夠在相同的云況條件下比較播撒與無播撒的異同，明確播云效果，也可以模擬播撒物質的擴散路徑，提供外場試驗和作業(yè)所需的實時預報，提供不同播撒方式產生的潛在效應，大力提升人工影響天氣的業(yè)務能力和科技水平。

6.3先進的雷達、衛(wèi)星等探測技術為學科的發(fā)展提供海量基礎數據

進入21世紀以來，人工增雨技術已經充分體現了現代大氣科學探測技術的發(fā)展水平， 如多普勒雷達、雙偏振雷達、衛(wèi)星、各種主被動微波探測技術等先進技術的應用。專門的云微物理探測飛機、地面自動雨量站網以及中尺度氣象觀測網已在人工增雨中得到廣泛的應用，獲取了大量的云降水物理觀測資料。

多普勒雷達網的初步建立，在降水觀測、強天氣監(jiān)測與預警方面將發(fā)揮重要的作用；雙偏振雷達的最大作用是可分辨云中水成物的種類，獲得更精確的降水測量，使其在云播撒試驗評估中具有極大的潛在價值。

衛(wèi)星監(jiān)測可以提供較大范圍的云和降水狀況?？梢姽狻⒓t外監(jiān)測衛(wèi)星、裝載降水雷達、微波成像儀、可見光、紅外輻射計的熱帶測雨衛(wèi)星（ TRMM）、裝載毫米雷達的測云衛(wèi)星CloudSat及其他衛(wèi)星系統的應用，提供了豐富的人工影響天氣所需的水汽場、氣溶膠粒子數及其譜分布、滴譜特征、云頂溫度等云信息，可用于反演云降水結構、演變特征等各個方面。

飛機上裝載的先進粒子探測系統有利于了解云中水物質的類型、數量和演變過程，可以觀測播撒前后所發(fā)生的云中水物質的演變情況。高靈敏度的風廓線儀可以實現對對流層風廓線的連續(xù)測量，其與聲雷達的配合可以實現溫度廓線探測。GPS 的大量采用可以實現播云作業(yè)中作業(yè)目標位置的精確顯示及作業(yè)飛機的準確定位，有利于掌控和評估播云作業(yè)。GPS探空儀已經能夠提供很高分辨率的風、溫、濕垂直廓線資料。這些先進的探測工具在人工影響天氣業(yè)務中將發(fā)揮重要的作用。

6.4充分共享現代化氣象業(yè)務體系的建設成果

福建省氣象現代化項目系統工程，將圍繞加強氣象基礎設施建設、提升氣象預測預報水平、健全氣象防災減災體系三個方面，實施完善氣象雷達觀測站網、優(yōu)化氣象站網布局、氣象信息網絡建設、海峽氣象業(yè)務能力、氣象防災減災能力、人工影響天氣服務系統、氣象科技和人才支撐建設等多個方面的建設。項目實施后，氣象信息傳輸、加工處理、產品共享和海量存儲能力的建設，將使福建省的數據通信能力和數據共享水平上一個新的臺階。現代化氣象業(yè)務體系建設成果的充分共享，將使人工增雨和人工防雹作業(yè)更加科學，有效提高人工增雨、人工防雹業(yè)務和科研水平，顯著增強基礎保障和作業(yè)能力，提升協調指揮能力，使人工增雨、防雹作業(yè)流程更加順暢，提高服務經濟社會發(fā)展的效益。

7　人工影響天氣學科發(fā)展的思路和目標

7.1指導思想

認真貫徹落實黨的十八大和十八屆三中全會精神，以科學發(fā)展觀為指導，按照中國氣象局全面深化氣象改革和推進氣象現代化的要求，把人工影響天氣業(yè)務服務作為防災減災、農業(yè)公共服務體系建設和水資源安全保障的有力手段、重要舉措和有效途徑，加快融入氣象基本業(yè)務。推進集約化、專業(yè)化、規(guī)范化業(yè)務體系建設進程，完善體制機制，堅持依靠科技進步，強化科技對核心業(yè)務的支撐，全面提升人工影響天氣工作的水平和效益，為經濟社會發(fā)展和人民群眾安全福祉提供堅實保障。

7.2基本原則

一是堅持需求牽引、科技驅動。以適應農業(yè)農村發(fā)展、生態(tài)文明建設、防災減災等服務需求為出發(fā)點，大力提升空中云水資源開發(fā)利用能力和水平，著力解決人工影響天氣業(yè)務中的關鍵技術問題，加快向業(yè)務能力轉化進程，提高作業(yè)科技水平，推動人工影響天氣業(yè)務全面發(fā)展。

二是堅持統籌集約、協調發(fā)展。以人工影響天氣業(yè)務觀測、分析、指揮、作業(yè)、效果評估等關鍵環(huán)節(jié)與氣象其他基本業(yè)務進行統籌設計為出發(fā)點，將人工影響天氣業(yè)務有機融合入現代氣象業(yè)務體系，做到橫向、縱向之間密切銜接、相互結合，全面推進各地、各級人工影響天氣業(yè)務協調發(fā)展。

三是堅持突出重點、效益優(yōu)先。以保障糧食和經濟作物生產、生態(tài)環(huán)境保護、水資源開發(fā)作為人工影響天氣服務的重點，大力發(fā)展增雨、防雹等重點業(yè)務，積極推進消霧、減霾等試驗研究與技術成果業(yè)務化。加強對跨區(qū)域、跨流域人工影響天氣聯合作業(yè)的組織協調和指導，提升服務整體效益。

四是堅持開放聯合、創(chuàng)新發(fā)展。堅持業(yè)務、科研相結合，構建研究型、開放式業(yè)務，建立多層次、多領域、多學科相結合的機制，加強科技合作與交流，促進科技成果轉化。加強與軍隊、地方等多部門協作，共同做好人工影響天氣工作。

7.3發(fā)展目標

圍繞提高福建省人工影響天氣現代化水平，到2018年，基本建成適應需求、結構完善、功能先進、保障有力的人工影響天氣服務系統。提高人工影響天氣業(yè)務和科研水平，顯著增強基礎保障和作業(yè)能力，提升協調指揮和安全監(jiān)管水平，明顯改善服務經濟社會發(fā)展的效益。更好地服務福建省生態(tài)文明先行示范區(qū)建設、保障經濟社會發(fā)展、改善民生福祉，增強防災減災能力。

8　人工影響天氣學科發(fā)展的戰(zhàn)略任務

8.1開展云降水機理研究，發(fā)展人工影響天氣數值模式

通過引進國內外先進的云模式，優(yōu)化、改進云物理和人工影響天氣模式物理過程和同化方案，發(fā)展多種目標云系、不同動力框架和同化方案的集合模式預報系統，加強模擬產品與外場觀測事實和實驗室實驗結果的相互對比驗證研究，提高模式產品的解釋應用能力，提升云物理模式和科學實驗結果對人工影響天氣業(yè)務的科學技術支持能力。

8.2開展探測資料反演融合研究，提高作業(yè)條件監(jiān)測分析水平

監(jiān)測分析是開展人工影響天氣作業(yè)的基礎。要積極貫徹落實《綜合氣象觀測系統發(fā)展規(guī)劃（2014—2020年）》，在基本氣象觀測網基礎上，圍繞作業(yè)指揮、效果評估等業(yè)務需求，重點推進云降水物理專業(yè)化觀測，提高云宏微觀結構、時空變化特征和云水轉化的監(jiān)測分析，包括云水資源監(jiān)測評估和作業(yè)條件的精細監(jiān)測。同時依托氣象綜合觀測系統，及時獲取各類基本氣象業(yè)務觀測資料和衛(wèi)星、飛機、雷達、探空等多種資料，開展探測資料反演融合研究。對增雨、防雹等各類作業(yè)目標云系（層狀云、對流云、地形云等）開展監(jiān)測分析，獲取云宏微觀特征及播云條件的各種參量，總結建立適用于福建省不同季節(jié)、不同云系的作業(yè)條件指標。加強對作業(yè)條件及其判別指標的驗證與應用，開展增雨和防雹作業(yè)條件實時監(jiān)測業(yè)務。

8.3加強關鍵裝備和實用作業(yè)技術研發(fā)，提升作業(yè)技術水平

加快對地面作業(yè)站點的優(yōu)化調整，推進固定作業(yè)點的標準化建設。建設內容主要包括必要的作業(yè)裝備庫房、彈藥庫房、發(fā)射平臺、值班室及相應的保障設施。在具備條件的山區(qū)，根據需求適量布設地面煙爐，用于增雨作業(yè)，彌補其他作業(yè)裝備在山區(qū)作業(yè)的不足。

加快新型作業(yè)裝備的更新替換，提高作業(yè)的催化效率、作業(yè)的自動化率和作業(yè)裝置的穩(wěn)定性，降低彈藥的故障率和作業(yè)操作的勞動強度，加強作業(yè)裝備的實用技術研發(fā)，提升作業(yè)能力和保障作業(yè)安全。

8.4開展以科學試驗為目的的人工影響天氣中長期研究計劃，完善作業(yè)效果檢驗技術

有計劃地組織科研院所、高校和業(yè)務部門聯合開展重大科研項目和科學實驗，針對人工影響天氣基礎性、關鍵性科技問題進行攻關研究。開展以科學試驗為目的的中長期人工影響天氣研究計劃，圍繞制約人工影響天氣發(fā)展的科學問題，加強作業(yè)潛力評估、作業(yè)條件識別、催化技術選擇和作業(yè)效果評估等關鍵科技問題的研究，建立針對福建省不同云系、不同作業(yè)目的的定量化指標與評價方法，及時將最新技術推廣應用在業(yè)務上，特別要在福建省古田人工增雨試驗區(qū)建立人工增雨試驗基地，繼續(xù)組織開展人工增雨隨機化試驗，利用新的探測技術手段和先進分析方法，開展作業(yè)前后云宏、微觀各種物理參數的綜合觀測對比分析研究，以檢驗當前人工增雨作業(yè)方法與作業(yè)效果等關鍵技術問題。建立科學、規(guī)范的人工影響天氣作業(yè)效果檢驗系統，開展科學、定量的增雨、防雹作業(yè)效果檢驗工作。

8.5加強作業(yè)實施能力和指揮能力建設，提高綜合業(yè)務能力

建成較為完善的省—市—縣統一集約的人工影響天氣作業(yè)指揮系統和平臺，在全省范圍內形成統一協調、統一指揮作業(yè)的人工增雨的業(yè)務能力和運行機制，實現全省各級人工影響天氣業(yè)務指揮的上下互通、功能互補、規(guī)范集約，提高人工影響天氣作業(yè)指揮的效率和科技水平。

9　人工影響天氣學科發(fā)展的戰(zhàn)略對策

（1）重視人工影響天氣學科基礎研究，為福建省人工影響天氣業(yè)務提供堅實的科學依據。

（2）開展以科學試驗為目的的中長期人工影響天氣研究計劃，建立針對我省不同云系、不同作業(yè)目的的定量化指標與評價方法；依托試驗示范基地，加強人工影響天氣學科研究和科技成果轉化。

（3）針對人工影響天氣的作業(yè)對象和目的，開展相關先進探測技術的應用研究，特別是衛(wèi)星、多普勒雙偏振雷達、微波輻射計及激光雷達探測技術等的應用研究。

（4）建立或引進先進的云模式，開展自然云降水過程和人工影響的定量化模擬研究，為優(yōu)化人工影響天氣作業(yè)方案和作業(yè)效果評估提供依據。

（5）建設省—市—縣統一集約的人工影響天氣作業(yè)指揮系統和平臺，實現全省各級人工影響天氣業(yè)務指揮的上下互通、功能互補、規(guī)范集約，提高人工影響天氣作業(yè)指揮的效率和科技水平。

（6）加強業(yè)務化的人工影響天氣作業(yè)效果評估方法的研究，推進人工影響天氣業(yè)務和服務科學發(fā)展。

（7）提高關鍵技術的創(chuàng)新發(fā)展能力，重視和加強高層次學科領軍人才隊伍建設。培養(yǎng)和造就學科帶頭人，加快業(yè)務技術骨干隊伍建設，提升人工影響天氣隊伍整體素質。

（8）健全各級人工影響天氣業(yè)務機構，統籌協調與逐級指導相結合，完善制度規(guī)范。加強人工影響天氣的統一協調管理，注重發(fā)揮整體效益。

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課題組成員：

1. 馮宏芳，福建省氣象科學研究所，高工、副所長；

2. 林長城，福建省氣象科學研究所，高工；

3. 許金洪，福建省氣象局人影辦，高工、副主任；

4. 王 宏，福建省氣象科學研究所人影室，高工、主任；

5. 余永江，福建省氣象科學研究所人影室，工程師、副主任；

6. 李 丹，福建省氣象科學研究所，助理工程師。