人工影響天氣的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

李 喆工程師 宛 霞高級(jí)工程師

(北京市人工影響天氣辦公室，北京 100089)

0 引言

目前，全世界大約已有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了人工影響天氣工作。其中，規(guī)模較大的國(guó)家有：美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)、以色列、法國(guó)等。1946年，美國(guó)科學(xué)家歐文·朗繆爾根據(jù)冰晶在江水形成過(guò)程中的重要作用提出了人工產(chǎn)生冰晶影響降水的設(shè)想并實(shí)施了第一次對(duì)自然云層的人工催化實(shí)驗(yàn)，推進(jìn)了人工影響天氣事業(yè)的發(fā)展[1]。60年代，蘇聯(lián)科學(xué)家用冷云催化方法進(jìn)行了大規(guī)模防雹實(shí)驗(yàn)，并取得了顯著效果[2-3]。到了21世紀(jì)，納米技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了人工影響天氣領(lǐng)域[4]。具有與自然冰晶相近的納米材料因其尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)和表面效應(yīng)等特性提高了冰晶晶核數(shù)量。增強(qiáng)了人工增雨防雹的作業(yè)能力和效果。中國(guó)自50年代開(kāi)始多數(shù)省、自治區(qū)開(kāi)展了人工增雨和防雹業(yè)務(wù)工作。2006年，濟(jì)南針對(duì)干旱缺水的嚴(yán)峻形勢(shì)，大規(guī)模開(kāi)展了人工影響天氣工作，有效增加降水量，天下第一泉——趵突泉持續(xù)噴涌10周年，創(chuàng)下近40年以來(lái)的最長(zhǎng)紀(jì)錄。

人工影響天氣工作蓬勃發(fā)展的同時(shí)也存在著風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)全國(guó)人工影響天氣作業(yè)資料統(tǒng)計(jì)，2012-2014年共發(fā)生人工影響天氣作業(yè)炮彈故障1192起，炮彈故障很可能引起事故，甚至排除障礙時(shí)有可能引發(fā)二次傷害[5]。

安全風(fēng)險(xiǎn)成為了制約人工影響天氣工作發(fā)展的主要因素，但同時(shí)也促使這方面的研究熱度增加，劉昭武等提出可視化的人工影響天氣作業(yè)指揮監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)降低人工影響天氣作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)[6]。邵洋等對(duì)人工影響天氣的作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，試圖構(gòu)建人工影響天氣作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型和計(jì)算方法[7]。對(duì)于人工影響天氣的安全管理體系研究，多從管理的角度闡述降低安全風(fēng)險(xiǎn)的有效方式[8-10]。本文從人工影響天氣的作業(yè)特點(diǎn)角度分析其存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提出如何降低風(fēng)險(xiǎn)提升作業(yè)安全。

1 人工影響天氣的原理與方法

人工影響天氣(Weather Modification)指用人為手段使天氣現(xiàn)象朝著人們預(yù)定的方向轉(zhuǎn)化，如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消霧、人工削弱臺(tái)風(fēng)、人工抑制雷電、人工防霜凍等。具體是指在一定的有利時(shí)機(jī)和條件下，通過(guò)人工催化等技術(shù)手段，對(duì)局部區(qū)域內(nèi)大氣中的物理過(guò)程施加影響，使其發(fā)生某種變化，從而達(dá)到減輕或避免氣象災(zāi)害目的的一種科技措施[11]。

現(xiàn)代人工影響天氣主要是利用了云和降水形成的基本原理，其形成需要3個(gè)基本條件: 水汽、上升氣流和凝結(jié)核。水汽是通過(guò)地表蒸發(fā)過(guò)程(內(nèi)循環(huán))和輸送過(guò)程(外循環(huán))產(chǎn)生。有了水汽還需要有上升氣流，將水汽帶到高空，水汽在上升過(guò)程中凝聚成液態(tài)或固態(tài)，但還無(wú)法形成水滴或冰晶，要形成水滴或冰晶還需要凝結(jié)核或冰核。目前的人工影響天氣技術(shù)還無(wú)法控制水汽和上升氣流，主要是通過(guò)影響云和降水形成所需的凝結(jié)核(冰核)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣的影響。

2 常用的人工影響天氣的類型及方式

2.1 常見(jiàn)類型

(1)人工增雨。降雨雖給人們的日常生活帶來(lái)不便，但是對(duì)于植物的生長(zhǎng)和空氣的凈化都非常有益。形成降雨需要有2個(gè)必要條件，一個(gè)是空中的含水量，另一個(gè)是凝結(jié)核。人工增雨主要是通過(guò)播撒凝結(jié)核的方式實(shí)現(xiàn)，目前常用的凝結(jié)核是以碘化銀為主的催化劑。

(2)人工防雹。雷雨、冰雹這樣的強(qiáng)對(duì)流天氣不僅嚴(yán)重威脅到人們的日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。還對(duì)飛行安全有嚴(yán)重的影響，若飛行的飛機(jī)出現(xiàn)在強(qiáng)對(duì)流天氣區(qū)域中，會(huì)損害機(jī)體。冰雹形成過(guò)程中是由小冰胚不斷的發(fā)展成為小冰粒再逐步增大成為冰雹。人工防雹就是通過(guò)人工方式影響冰雹的形成過(guò)程，使空中的水分在形成大冰雹前降落到地面。常見(jiàn)的人工防雹主要是通過(guò)播撒催化劑對(duì)增加人工冰核影響自然冰雹增大，或通過(guò)人工防雹彈在云中爆炸對(duì)云中的冰雹產(chǎn)生振動(dòng)，減少液態(tài)冰雹來(lái)抑制冰雹的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)人工防雹的目的。

(3)人工消霧。霧給交通帶來(lái)的損失非常巨大。尤其是飛機(jī)，有霧飛機(jī)無(wú)法起飛和降落。大霧會(huì)使飛行中的飛機(jī)無(wú)法看清目標(biāo)，而發(fā)生撞山等可怕的事故。在北方的冬季、初春和秋末等季節(jié)比較常見(jiàn)的由于地表輻射冷卻作用使地面氣層水汽凝結(jié)而形成的輻射霧，對(duì)于輻射霧一般用人工消霧的方式進(jìn)行局部消除效果為理想。比如飛機(jī)場(chǎng)、高速公路的大霧易發(fā)點(diǎn)等，以緩解因?yàn)榇箪F造成交通出行的壓力[12]。

2.2 常見(jiàn)方式

在我國(guó)很多地區(qū)均是利用飛機(jī)、高炮、火箭等向形成的云中播撒碘化銀、干冰等催化劑達(dá)到人工增雨、防雹、消霧的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，可以保護(hù)莊稼，在一些農(nóng)田進(jìn)行人工防霜。為守衛(wèi)飛行安全在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行的人工消霧等[13]。

以最常見(jiàn)的人工增雨為例，當(dāng)氣象條件出現(xiàn)積雨云、雨層云、單體對(duì)流云團(tuán)可以采用人工增雨。對(duì)于大范圍的積雨云和雨層云，采用火箭增雨作業(yè)的效果是最好的；而對(duì)于單體對(duì)流云團(tuán)，采用三七高炮作業(yè)的效果更明顯。在實(shí)際作業(yè)工程中常常是幾種作業(yè)方式組合使用效果會(huì)更好，例如，高炮與火箭進(jìn)行結(jié)合作業(yè)的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一作業(yè)方式。

在實(shí)際操作過(guò)程中云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)也會(huì)影響作業(yè)的效果。對(duì)于快速移動(dòng)的云團(tuán)，需要選擇在云團(tuán)的前部或中前部作業(yè)；對(duì)于移動(dòng)速度較慢的云團(tuán)，需要選擇云團(tuán)的中部作業(yè)，這樣增雨的效果更明顯。

人工增雨所需彈量，可以根據(jù)云團(tuán)的大小來(lái)確定。一般情況下，如果催化云體的面積不足50km2，可以發(fā)射1-2 枚火箭彈或三七高炮25-35發(fā)；如果催化云體的面積大于50km2，則可以發(fā)射2-4枚火箭彈或三七高炮彈35-45發(fā)[12]。

3 人工影響天氣的作業(yè)特點(diǎn)

(1)在設(shè)備方面使用火炮、火箭等火力設(shè)備，具有一定的危險(xiǎn)性。當(dāng)前火炮的主要型號(hào)是ZPZ-p57-I型、ZBZ-p37-I和ZBZ-p37-II型，火箭發(fā)射架的主要型號(hào)是QF3-II和QF-III牽引發(fā)射架。

(2)在作業(yè)環(huán)節(jié)方面，使用設(shè)備多，彈藥用量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)2016年全國(guó)30個(gè)省，使用高炮近6 700門、火箭發(fā)射架7 200多臺(tái)，目前，北京市就有作業(yè)點(diǎn)33個(gè)，分布在延慶、平谷、懷柔、門頭溝、昌平、房山、密云等7個(gè)區(qū)域，有火炮73門，火箭發(fā)射架106臺(tái)，每年使用炮彈約為6 000-8 000發(fā)，火箭200-300枚。

(3)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)次數(shù)頻繁。人工影響天氣作業(yè)一般全年進(jìn)行，在北京地區(qū)冬天增雪,春、夏、秋季增雨，夏季還要進(jìn)行減雹，基本上是處于時(shí)刻備戰(zhàn)狀態(tài)。在作業(yè)頻次高也是人工影響天氣作業(yè)的特點(diǎn)，在北京地區(qū)每年火箭作業(yè)30次左右，火炮作業(yè)在百次以上。人工影響天氣作業(yè)已在我國(guó)大部分省推廣，人員、基地、設(shè)備都已具備較大規(guī)模，現(xiàn)在人工影響天氣作業(yè)已進(jìn)入常態(tài)化，每年都要進(jìn)行該作業(yè)活動(dòng)。

4 當(dāng)前人工影響天氣作業(yè)安全存在的風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣象法》《人工影響天氣管理?xiàng)l例》的有關(guān)規(guī)定，建立規(guī)范化、法制化、現(xiàn)代化人工影響天氣管理體系，縣級(jí)每個(gè)人工影響天氣作業(yè)點(diǎn)必須配備專業(yè)操作技術(shù)人員，持證上崗，建立一支具有一定規(guī)模、相對(duì)穩(wěn)定、訓(xùn)練有素的專業(yè)作業(yè)隊(duì)伍。

存儲(chǔ)、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。作業(yè)過(guò)程中使用的炮彈、火箭等都屬于危險(xiǎn)品，其的存貯建筑結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)環(huán)境、存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)的消防安全設(shè)施，以及在運(yùn)輸過(guò)程中的裝卸、堆碼等出現(xiàn)違章、違規(guī)操作都會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

發(fā)射操作風(fēng)險(xiǎn)。由于發(fā)射工具故障、火箭彈(炮彈)質(zhì)量、人員操作不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，造成火箭彈(炮彈)未按照正常的彈道軌跡運(yùn)行、彈頭未爆墜落或爆炸碎片過(guò)大、導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。作業(yè)工具、彈藥丟失，造成一定的社會(huì)影響和不良后果。

墜物風(fēng)險(xiǎn)。目前在作業(yè)中使用的大多數(shù)小型火箭都不會(huì)炸掉箭體。箭體掉在地上，可能對(duì)人和動(dòng)物以及房屋和建筑物造成損害。因此，彈著點(diǎn)與作用點(diǎn)的距離必須根據(jù)炮彈的射程參數(shù)和發(fā)射角參數(shù)來(lái)計(jì)算。根據(jù)拋物線軌跡計(jì)算可以大致知道彈著點(diǎn)的位置，確定撞擊點(diǎn)附近是否安全是否有村莊，避免意外傷害。

5 風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因

(1)作業(yè)管理不到位。主要表現(xiàn)在：作業(yè)單位未取得資質(zhì)證，或資質(zhì)證過(guò)期；不按規(guī)定申請(qǐng)作業(yè)空域，或不在申請(qǐng)空域時(shí)限內(nèi)作業(yè)；未細(xì)化適合本地區(qū)的作業(yè)規(guī)程，或未嚴(yán)格執(zhí)行；未建立作業(yè)管理制度，或制度不完善、安全隱患逾期不整改等；管理疏漏導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境不安全，設(shè)施不合格等。

(2)設(shè)備管理有漏洞。主要表現(xiàn)在：違規(guī)存儲(chǔ)作業(yè)設(shè)備、彈藥等；管理疏漏導(dǎo)致炮彈、火箭彈丟失或被盜；過(guò)期或發(fā)生故障的炮彈、火箭彈未按規(guī)定及時(shí)報(bào)廢；未按要求開(kāi)展設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)或年檢等。

(3)作業(yè)實(shí)施不規(guī)范。主要表現(xiàn)在：違規(guī)指揮導(dǎo)致高炮或火箭架損壞、炮彈或火箭彈爆炸；在禁射方位、時(shí)間、高度、空間和禁射區(qū)違規(guī)作業(yè)；突發(fā)故障處理不當(dāng)，作業(yè)過(guò)程中遇雷擊、彈藥卡膛等突發(fā)情況處理措施不正確、不及時(shí)；使用逾期炮彈或有故障的高炮、火箭架；作業(yè)宣傳不力，在作業(yè)前未嚴(yán)格落實(shí)作業(yè)公示制度。

(4)作業(yè)隊(duì)伍技術(shù)力量不強(qiáng)。當(dāng)前，人工影響天氣作業(yè)人員幾乎都分布在農(nóng)村，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民兼職或?yàn)榕R時(shí)聘用人員，受教育程度較低，知識(shí)技能不高。作業(yè)人員普遍存在年齡偏大、學(xué)歷偏低的特點(diǎn)。另外由于作業(yè)人員待遇不高等因素導(dǎo)致作業(yè)隊(duì)伍不穩(wěn)定、流動(dòng)性較大，從而存在人員技術(shù)水平參差不齊，作業(yè)隊(duì)伍總體水平不高等問(wèn)題。

6 降低風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因

針對(duì)人工影響天氣作業(yè)存在的現(xiàn)狀和主要風(fēng)險(xiǎn)，為使該作業(yè)安全管理進(jìn)一步提高，可以從以下幾方面降低風(fēng)險(xiǎn)。

(1)進(jìn)一步完善人工影響天氣工作管理的長(zhǎng)效機(jī)制。建立機(jī)制是人工影響天氣作業(yè)安全的基本保障，必須高度重視，首先要建立責(zé)任機(jī)制，落實(shí)安全責(zé)任制，實(shí)現(xiàn)全面、全過(guò)程和全員的安全管理，要實(shí)行省、市、縣人影辦和作業(yè)點(diǎn)四級(jí)管理體制，實(shí)現(xiàn)職責(zé)明確、逐級(jí)分解、層層落實(shí)[14]。第二，要建立監(jiān)管機(jī)制，成立由氣象局、人工影響天氣辦公室等負(fù)責(zé)部門組成的作業(yè)安全監(jiān)管會(huì)，建立健全安全預(yù)警和應(yīng)急系統(tǒng)，實(shí)施作業(yè)全程監(jiān)控，實(shí)時(shí)分析作業(yè)動(dòng)態(tài)，及時(shí)消除安全隱患。第三、建立應(yīng)急救援機(jī)制，制定安全事故應(yīng)急救援預(yù)警，能夠在事故預(yù)防和應(yīng)急處理中最大限度地調(diào)動(dòng)資源，發(fā)生作業(yè)安全事故時(shí)，能快速處置。

(2)多部門聯(lián)動(dòng)機(jī)制需進(jìn)一步加強(qiáng)。應(yīng)進(jìn)一步建立健全由政府為主導(dǎo)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制，建立以氣象局、人工影響天氣辦公室、作業(yè)區(qū)政府、裝備彈藥生產(chǎn)廠家及交通、安全、人力資源和財(cái)政等部門組成的組織機(jī)構(gòu)，各有關(guān)部門做到分工負(fù)責(zé)，相互配合，定期溝通，通過(guò)建立上下之間、部門之間、軍地之間的綜合協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制形成人工影響天氣安全多方位全覆蓋管理。

(3)加大對(duì)作業(yè)培訓(xùn)的力度。針對(duì)當(dāng)前作業(yè)人員素質(zhì)較低、技術(shù)水平參差不齊的現(xiàn)狀，大力加強(qiáng)作業(yè)人員培訓(xùn)是當(dāng)務(wù)之急，必須高度重視，培訓(xùn)工作應(yīng)完善機(jī)制。首先要制定作業(yè)人員培訓(xùn)規(guī)劃和計(jì)劃，從培訓(xùn)人員、內(nèi)容、場(chǎng)地、師資等方面建立起完整體系。其次要建立作業(yè)人員培訓(xùn)考評(píng)方法，既要注重理論知識(shí)學(xué)習(xí)又要培訓(xùn)強(qiáng)化實(shí)際操作，要注重培訓(xùn)效果，不能圖形式走過(guò)程，同時(shí)還要加強(qiáng)和完善培訓(xùn)的跟蹤、反饋和總結(jié)。

(4)對(duì)出現(xiàn)的安全事故及時(shí)開(kāi)展科學(xué)調(diào)查。人工影響天氣作業(yè)中各種大小事故是經(jīng)常出現(xiàn)的，及時(shí)開(kāi)展事故調(diào)查有利于全面收集事故發(fā)生的信息資料，找出事故的原因，準(zhǔn)確判定事故性質(zhì)和責(zé)任，為設(shè)備廠家提供改進(jìn)建議，為安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，還有利于提出事故預(yù)防方法和整改措施建議[15]。調(diào)查工作也要進(jìn)一步規(guī)范，如應(yīng)遵循分級(jí)負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、堅(jiān)持公正原則；再如技術(shù)鑒定方面，針對(duì)專業(yè)性強(qiáng)的問(wèn)題，要及時(shí)請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)鑒定，最后在科學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上及時(shí)、準(zhǔn)確地提交調(diào)查報(bào)告，為有關(guān)部門研究決策提供依據(jù)

7 結(jié)論

人工影響天氣作為現(xiàn)代氣象研究的重要領(lǐng)域，影響著一個(gè)地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展，也成為推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速發(fā)展的動(dòng)力。但在影響天氣的操作過(guò)程中用到的設(shè)備火箭、高炮等存在危險(xiǎn)性。

(1)在人工影響天氣作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)存在于存儲(chǔ)、運(yùn)輸、發(fā)射操作的整個(gè)過(guò)程中。

(2)產(chǎn)生人工影響天氣作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的原因主要有作業(yè)及設(shè)備管理、作業(yè)操作及作業(yè)隊(duì)伍技術(shù)力量薄弱等幾方面的因素。

(3)可以從改善人工影響天氣作業(yè)管理機(jī)制、加強(qiáng)相關(guān)部門間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制、加強(qiáng)作業(yè)人員的培訓(xùn)及科學(xué)開(kāi)展作業(yè)事故調(diào)查幾個(gè)方面提高人工影響天氣作業(yè)的安全性。