人工影響天氣工程效益評價指標(biāo)與方法研究

宋立雪 宋繼堂 顧青峰

摘要：針對人工影響天氣工程的具體特點，主要探討了人工影響天氣工程效益評價指標(biāo)設(shè)計的原則和特點，闡述了人工影響天氣工程效益評價指標(biāo)體系的構(gòu)成，并對評價指標(biāo)及評價方法進(jìn)行了解釋說明。該指標(biāo)體系的構(gòu)建將有利于東北區(qū)域人工影響天氣工程效益評價工作的開展，并對其他區(qū)域人工影響天氣工程效益評價工作起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：人工影響天氣工程;評價;指標(biāo);方法

中圖分類號：P48? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）07-0027-05

Abstract： In view of the specific characteristics of artificial weather engineering， the principles and characteristics of the design of the evaluation index of artificial weather engineering benefits were mainly discussed， the composition of the evaluation index system of artificial weather engineering benefits was expounded， and the evaluation index and evaluation method was explained. The establishment of the index system will be beneficial to the evaluation of the engineering benefits of weather modification in northeast China， and play a reference role in the evaluation of the engineering benefits of weather modification in other regions.

Key words： artificial weather engineering; evaluation; indicator; method

項目效益評價是項目后評價的一部分。項目后評價一般是指項目投資完成之后所進(jìn)行的評價，它通過對項目實施過程、結(jié)果及其影響進(jìn)行調(diào)查研究和全面系統(tǒng)回顧，與項目決策時確定的目標(biāo)以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會指標(biāo)進(jìn)行對比，從中找出差別和變化，并分析原因，總結(jié)經(jīng)驗，汲取教訓(xùn)，得到啟示，提出對策建議，通過信息反饋，改善新一輪投資管理和決策，從而達(dá)到提高投資效益的目的。通過對人工影響天氣工程進(jìn)行效益評價，能夠為政府向氣象部門投入和有針對性地改進(jìn)工程建設(shè)提供理論依據(jù)。

從20世紀(jì)80年代開始，氣象部門就氣象現(xiàn)代化建設(shè)包括氣象綜合探測、氣象信息網(wǎng)絡(luò)、基本氣象信息加工分析預(yù)測和氣象信息技術(shù)服務(wù)4個系統(tǒng)進(jìn)行綜合評估，提出了適合于氣象現(xiàn)代化業(yè)務(wù)效益評價的方法，即APFP評價法。截至目前，氣象現(xiàn)代化評估已分別形成一套省級氣象現(xiàn)代化評估指標(biāo)體系和國家級氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化指標(biāo)體系。其中，國家級氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化指標(biāo)體系由3項一級指標(biāo)、14項二級指標(biāo)、50項三級指標(biāo)組成，涵蓋國家級氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化的主要方面[1]。該指標(biāo)體系適用于國家級氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化工作的統(tǒng)計評價，是中國氣象局監(jiān)測評價國家級層面氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化進(jìn)行的自我評價指標(biāo)。

氣象服務(wù)效益的評估起步較早，是科學(xué)定量對氣象服務(wù)效益進(jìn)行的客觀評估，是讓社會各界、政府決策部門了解、理解和支持氣象事業(yè)發(fā)展的重要途徑。在20世紀(jì)70年代后期，不少專家學(xué)者在這方面做過有效的探索。1983年，中國氣象局成立了氣象科技經(jīng)濟(jì)效益研究課題組，初步提出了公眾氣象服務(wù)效益評估方法和行業(yè)氣象服務(wù)效益評估方法。1994年，中國氣象局設(shè)立了氣象服務(wù)效益評估研究課題，采用自愿付費(fèi)法、節(jié)省費(fèi)用法和影子價格法3種方法對公眾氣象服務(wù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了定量評估[2]。2006年，中國氣象局成立了新的氣象效益評估研究組，制定了《公共氣象服務(wù)效益評估實施方案》《高敏感行業(yè)重點單位氣象服務(wù)效益評估實施方案》，從2009年開始，中國氣象局正式建立了氣象服務(wù)效益評價業(yè)務(wù)。

人工影響天氣是氣象部門的一項重要業(yè)務(wù)，它是氣象服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全和提高人民生活質(zhì)量的重要科技手段之一。為使人工影響天氣業(yè)務(wù)持續(xù)健康發(fā)展，中國已開展對人工影響天氣作業(yè)完成后的效果評估，曾在福建古田水庫開展為期12年的高炮人工增雨隨機(jī)試驗，以檢測人工影響天氣作業(yè)效果[3]。對于人工影響天氣工程項目效益的評價目前尚未開展相關(guān)研究，僅在氣象現(xiàn)代化的評估方法研究中對部門能力建設(shè)考核指標(biāo)中提出了人工影響天氣作業(yè)水平這一綜合指標(biāo)。

1? 評價指標(biāo)體系的設(shè)計原則

基于人工影響天氣工程項目效益內(nèi)涵的廣泛性及其評價系統(tǒng)的復(fù)雜性，其指標(biāo)的設(shè)置應(yīng)遵循以下原則。

1.1? 針對性和全面性原則

效益評價指標(biāo)必須針對人工影響天氣工程所帶來的效果效益的特點合理選擇，抓住關(guān)鍵和主導(dǎo)的影響因子。指標(biāo)的設(shè)置應(yīng)從宏觀整體角度出發(fā)，依據(jù)各區(qū)域人工影響工程的項目特點，全面準(zhǔn)確地反映人工影響工程項目從準(zhǔn)備立項階段至正常運(yùn)行階段的效益狀況。

1.2? 可操作性原則

根據(jù)現(xiàn)實條件和評價對象的特點選擇具有可操作性的評價方法和評價指標(biāo)，并注重理論與實際相結(jié)合。指標(biāo)的可操作性包括指標(biāo)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可收集、可運(yùn)算或分析獲取，且指標(biāo)間可以在同一層次比較[4]。畢竟一個完整的指標(biāo)體系包含大量的分級指標(biāo)，無論一個指標(biāo)本身對目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度多高，但是指標(biāo)值無法獲取或極難獲取，或者獲取指標(biāo)值的工作量巨大，就該權(quán)衡它的取舍。指標(biāo)的可操作性還體現(xiàn)在指標(biāo)的真實性、可靠性和有效性，指標(biāo)體系的建立要有公眾的參與，積極聽取社會各方面意見和要求，保證指標(biāo)的有效性。指標(biāo)體系的可操作性不能只注重學(xué)術(shù)理論上的探討，再完美的理論體系如果不能與實際相結(jié)合也是空談。指標(biāo)體系中指標(biāo)選取要實用、方便、簡潔，這樣方便資料的收集整理，也可以減少工作中的失誤，提高工作效率。

1.3? 代表性和簡明性原則

選擇的指標(biāo)應(yīng)盡可能簡單明了，并具有代表性，能夠準(zhǔn)確清楚地反映問題。依據(jù)各區(qū)域人工影響工程項目特點，指標(biāo)應(yīng)盡量完整并兼顧與目標(biāo)關(guān)聯(lián)的眾多各類指標(biāo)。評價指標(biāo)雖力求完整，但并不是越多越好。指標(biāo)的設(shè)置要圍繞評價的目的加以選擇，每個指標(biāo)的含義應(yīng)科學(xué)明確，代表特征要清楚。

1.4? 定量和定性相結(jié)合的原則

對總目標(biāo)產(chǎn)生主要影響的指標(biāo)有些可以量化計算，而有些卻不能量化或難以量化，但它又是總目標(biāo)的主要影響因子，只能定性描述，所以一個完整的指標(biāo)體系需要定量指標(biāo)和定性指標(biāo)相結(jié)合[4]。定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的類別確定也不是絕對的。定性指標(biāo)和定量指標(biāo)均要考慮指標(biāo)值的獲取途徑，定量指標(biāo)的計算公式力求簡單明了，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠收集到;定性指標(biāo)采用成功度定義，以度或評價結(jié)尾，利用調(diào)查問卷和調(diào)查表的方式收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析獲取指標(biāo)值。

2? 評價指標(biāo)體系的設(shè)計思路

評價指標(biāo)是效益評價的核心，它影響到整個評價分析以及評價結(jié)果的確定。在眾多指標(biāo)中，把聯(lián)系密切的指標(biāo)歸為一類，構(gòu)成指標(biāo)群，形成不同的指標(biāo)層，有利于全面清晰地反映研究對象。因此，評價指標(biāo)體系是由表征評價對象各方面特性及其相互聯(lián)系的多個指標(biāo)所構(gòu)成的具有內(nèi)在結(jié)構(gòu)的有機(jī)整體。

采用層次分析法開展人工影響天氣工程項目效益評價，即利用多指標(biāo)綜合指數(shù)的理論及方法將效益評價總體指標(biāo)分為若干層次和若干指標(biāo)并賦予不同的權(quán)重，最后將所選擇的有代表性的若干個指標(biāo)綜合成一個指數(shù)，從而做出綜合評價。

2.1? 評價指標(biāo)的分解

按照層層包含的邏輯關(guān)系，將評價指標(biāo)分解為3層，最上面（第一層）是目標(biāo)層，中間一層或兩層是指標(biāo)層，底層為方案層。層次分析法對評價目標(biāo)的分解分為3個步驟：第一步，目標(biāo)層針對所評估對象的宏觀目標(biāo)，即最重要、廣度最大的幾個方面。第二步，中間的指標(biāo)層是對目標(biāo)層的細(xì)化，通過具體的、可量化的指標(biāo)來實現(xiàn)指標(biāo)層的情況。與目標(biāo)層相比，指標(biāo)層具有明顯的具體性。第三步，底層的方案層是對上面兩層的支撐，任何一個指標(biāo)都有非常詳細(xì)的對應(yīng)數(shù)據(jù)或者定性判斷。

從底層的方案到中間的指標(biāo)層再到上層的目標(biāo)層，是一個多層次的層次關(guān)系模型，下面一層為上一面一層的實現(xiàn)提供支撐手段和數(shù)據(jù)。從上層到底層存在對應(yīng)關(guān)系，每一個目標(biāo)層都有相應(yīng)的指標(biāo)層與之對應(yīng)，同樣每個指標(biāo)層也有方案層與之對應(yīng)。

2.2? 評價指標(biāo)的選取

構(gòu)建一個科學(xué)有效的綜合指標(biāo)體系成為人工影響天氣工程項目評價的重要前提。評價指標(biāo)既要能保證服從評價目標(biāo)，達(dá)到評價目的，又要有助于簡化評價程序，保證數(shù)據(jù)來源。按照評價指標(biāo)設(shè)置的原則完成設(shè)置后，綜合指標(biāo)的篩選一般需要3個步驟：第一步是海選。根據(jù)人工影響天氣工程項目的特點和設(shè)置的評價指標(biāo)，盡可能多地列舉出能夠體現(xiàn)該指標(biāo)且符合評價要求的指標(biāo)，海選指標(biāo)可通過問卷調(diào)查、資料調(diào)研等方式搜集。要注意的是，人工影響天氣工程項目可行性研究報告和初步設(shè)計中會提出項目的建設(shè)目標(biāo)，在指標(biāo)的海選過程中一定要包含或體現(xiàn)項目的建設(shè)目標(biāo)，特別是建設(shè)目標(biāo)中的定量指標(biāo)。第二步是優(yōu)選。進(jìn)行效益評價需要時間、人力和經(jīng)費(fèi)投入，指標(biāo)優(yōu)選能夠有效降低評價成本，并提高評價的客觀性。優(yōu)選的主要依據(jù)是指標(biāo)的代表性和可得性。第三步是精選。在前面的海選和優(yōu)選之后，通過征求專家意見等方式對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整與修正，完成精選。

2.3? 綜合指標(biāo)體系的建立

多指標(biāo)綜合評價作為全面認(rèn)識事物的重要方法，近年來受到社會各界的廣泛關(guān)注，構(gòu)建合理的綜合指標(biāo)體系是實現(xiàn)科學(xué)評價的前提。綜合評價人工影響天氣工程項目效益所涉及的各相關(guān)要素構(gòu)成評價要素集。各要素的重要程度可能相同，也可能不同，用以評價人工影響天氣工程效益的一系列指標(biāo)構(gòu)成評價指標(biāo)集。評價指標(biāo)集是評價要素集的一個映射，一個評價要素集存在多個映射指標(biāo)集。建立合理的評價指標(biāo)體系就是在多個映射指標(biāo)集中尋優(yōu)，評價指標(biāo)集和評價要素集之間存在4種映射關(guān)系，分別是一對一關(guān)系，即一個評價指標(biāo)只反映一個評價要素;一對多關(guān)系，即一個評價指標(biāo)反映多個評價要素;多對一關(guān)系，即多個評價指標(biāo)反映一個評價要素;多對多關(guān)系，即多個評價指標(biāo)反映多個評價要素。各級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)采用專家評估法，通過專家咨詢的方式，根據(jù)專家經(jīng)驗確定各級指標(biāo)的權(quán)重。

3? 評價指標(biāo)體系及評價方法

進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建，將評價指標(biāo)體系分為3級，具體見表1。

3.1? 社會效益評價

3.1.1? 保障“三農(nóng)”發(fā)展

1）土壤墑情。土壤墑情是指土壤濕度，即土壤的實際含水量。該指標(biāo)與降水量有密切聯(lián)系，能夠反映抗旱減災(zāi)的效果，從而對人工影響工程累計降水量的變化進(jìn)行考察。土壤墑情一般以土壤含水量表示，分重量含水量和容積含水量兩種，二者之間的關(guān)系由土壤容量來換算[5]。選取國家級重點產(chǎn)量縣作為典型區(qū)，對比典型區(qū)內(nèi)人工影響天氣工程建設(shè)前后土壤墑情的變化。

2）農(nóng)田凈初級生產(chǎn)力。農(nóng)田凈初級生產(chǎn)力是衡量農(nóng)田生產(chǎn)能力的和系統(tǒng)活力的重要指標(biāo)，它能夠以統(tǒng)一的尺度標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力，避免以單一作物產(chǎn)量衡量農(nóng)田生產(chǎn)力時由于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、作物品種變化等帶來的干擾。該指標(biāo)能夠轉(zhuǎn)化成糧食產(chǎn)量，農(nóng)田凈初級生產(chǎn)力的變化反映人工影響天氣工程累計降水量帶來糧食產(chǎn)量的變化。選取部分重點作業(yè)區(qū)為典型區(qū)，對比各典型區(qū)/全區(qū)實施人工影響天氣工程建設(shè)前后農(nóng)田凈初級生產(chǎn)力變化情況。

3）農(nóng)田產(chǎn)能。建立農(nóng)田產(chǎn)能估算模型能夠反映糧食生產(chǎn)能力。選取部分重點作業(yè)區(qū)為典型區(qū)，根據(jù)各樣本縣主要農(nóng)作物產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)和NPP數(shù)據(jù)，建立耕地產(chǎn)量與單位耕地面積NPP間的回歸關(guān)系，據(jù)此進(jìn)行逐年耕地產(chǎn)能計算，對項目實施前后產(chǎn)能變化進(jìn)行估計。

3.1.2? 保障重大活動/日常生活

1）森林草原防火。中國重大森林火災(zāi)時有發(fā)生，人工增雨是預(yù)防和撲滅森林草原火災(zāi)的重要手段。該指標(biāo)能夠體現(xiàn)通過項目建設(shè)對于保障國家財產(chǎn)安全的情況。通過提供實施飛機(jī)人工增雨作業(yè)開展撲救森林草原火災(zāi)的相關(guān)案例，對相關(guān)案例進(jìn)行分析來對該指標(biāo)進(jìn)行評價。

2）重大社會活動保障。人工消減雨對重大社會活動起到了重要作用。通過人工影響天氣工程建設(shè)的飛機(jī)，能夠完成各次重大活動人工消減雨作業(yè)，該指標(biāo)能夠體現(xiàn)對于社會重大活動的保障情況。通過提供重大社會活動人工消減雨作業(yè)的相關(guān)案例，對相關(guān)案例進(jìn)行分析來進(jìn)行該指標(biāo)的評價。

3）重大突發(fā)事件。通過人影工程建設(shè)的作業(yè)飛機(jī)、地面移動通信指揮平臺和移動多普勒天氣雷達(dá)的建立，保障人工影響天氣指揮和作業(yè)的同時，在重大突發(fā)事件發(fā)生的時候能夠快速到達(dá)現(xiàn)場，具備現(xiàn)場氣象要素測量、數(shù)據(jù)處理和控制、資料存儲檢索、衛(wèi)星和無線通信、遠(yuǎn)程會商、現(xiàn)場天氣預(yù)報、災(zāi)情分析統(tǒng)計和評估等功能，承擔(dān)起人工影響天氣以外的應(yīng)急救災(zāi)減災(zāi)任務(wù)。因此，對重大突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)作為保障重大活動的一項考察指標(biāo)。其評價方法為提供突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的相關(guān)案例，對相關(guān)案例進(jìn)行分析。

4）緩解水資源短缺。判斷水庫庫容和水位變化是衡量降水量變化的重要指標(biāo)。選取常年在水庫上游作業(yè)或者水庫集水區(qū)域作業(yè)的水庫作為典型區(qū)域，其飲用水水源水庫庫容變化計算公式：

3.2? 生態(tài)效益評價

生態(tài)系統(tǒng)變化可能受多種因素影響，如湖泊面積變化受水庫放水等人為因素影響，該因素能夠計算出湖泊水量變化，從而計算出對湖泊面積變化的影響;但氣候變化等自然因素對湖泊的影響無法準(zhǔn)確計算，在這種情況下，考慮應(yīng)用模型模擬控制變量法?？刂谱兞糠ㄊ窃诿商乜宸椒ㄖ杏糜跍p少方差的一種技術(shù)方法，該方法通過對已知量的了解來減少對未知量估計的誤差。

以湖泊面積為例，通過輸入工程建設(shè)前多年平均氣候要素，估算平均氣候狀況下工程建設(shè)后的湖泊面積，在不考慮其他決定性因素的情況下，認(rèn)為其主要反映工程建設(shè)的影響。因此，對比平均氣候狀況和真實氣候狀況下工程實施前后的湖泊面積變化，可以分離出人工影響天氣工程和氣候變化因子對湖泊面積的貢獻(xiàn)率[6]，具體計算公式：

3.2.1? 湖泊? 湖泊面積的變化情況能夠反映水資源的情況，進(jìn)而反映人工影響天氣工程對于人工增雨的效果。其評價方法為在區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取6～8個湖泊，對比人工影響天氣工程實施前后的湖泊面積變化。

3.2.2? 河流? 同湖泊面積，地表徑流流量變化反映了水資源的情況，進(jìn)而反映人工影響天氣工程對人工增雨的效果。其評價方法為在區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取6～8條河流，對比分析人工影響天氣工程實施前后地表徑流流量的變化。

3.2.3? 草原

1）草場植被覆蓋度。草場植被覆蓋度指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比。該指標(biāo)是衡量地表植被狀況的重要指標(biāo)，是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的重要手段。其評價方法為選取區(qū)域內(nèi)的典型草地植被覆蓋情況進(jìn)行遙感監(jiān)測，對比分析人工影響天氣工程實施前后草場植被蓋度的變化。

2）草場凈初級生產(chǎn)力。凈初級生產(chǎn)力是指植物在單位時間單位面積上由光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物總量扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余量。凈初級生產(chǎn)力可表示為每公頃每年初級生產(chǎn)者的重量、體積或能量[7]。

草場凈初級生產(chǎn)力用于測定植物群落在該立地上的生長狀況和對干擾的反映，該指標(biāo)能夠深刻反映環(huán)境的變化，對生物和非生物環(huán)境具有較強(qiáng)的敏感性。其評價方法為對人工影響天氣工程實施前后草場凈初級生產(chǎn)力變化進(jìn)行評估。

3.2.4? 森林? 用森林凈初級生產(chǎn)力反映森林的情況，進(jìn)而反映人工影響天氣工程對人工增雨的效果。其評價方法為對人工影響天氣工程實施前后凈初級生產(chǎn)力變化進(jìn)行評估。

3.3? 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

工程年投入產(chǎn)出比用貨幣來衡量人工影響天氣工程實施帶來的經(jīng)濟(jì)效果，采用統(tǒng)一的價值量作為度量經(jīng)濟(jì)與生態(tài)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等資源因素的共同尺度，將以上因素納入經(jīng)濟(jì)活動的范疇，直接反映該項目的經(jīng)濟(jì)效果。其評價方法為分別計算項目實施后工程投入資金和工程產(chǎn)出資金，并以此計算工程年投入產(chǎn)出比。

4? 小結(jié)與討論

人工影響天氣作業(yè)能夠產(chǎn)生巨大而潛在的社會效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本研究綜合應(yīng)用了氣象學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會學(xué)等多學(xué)科專業(yè)知識，注重模型化、簡單化、定量化、系統(tǒng)化，從多個角度對人工影響天氣工程效益的評價指標(biāo)體系的設(shè)置原則、構(gòu)建思路以及具體指標(biāo)進(jìn)行研究。

通過對人工影響天氣工程進(jìn)行效益評價，能夠為政府向氣象部門投入提供重要的參考依據(jù)，并對有針對性地改進(jìn)工程建設(shè)提供借鑒意義。今后，將積極推廣該評價指標(biāo)體系應(yīng)用于人工影響天氣工程效益評價，通過實踐的驗證分析，進(jìn)一步改進(jìn)和完善指標(biāo)體系中的指標(biāo)和評價方法。

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