人工增雨在2019年一次森林火災(zāi)中的應(yīng)用評估

李 鸞 汪開斌 徐蕓皎

(1.蕪湖市氣象局,安徽 蕪湖 241000；2.蕪湖市灣沚區(qū)氣象局,安徽 蕪湖 241100)

森林火災(zāi)是一種突發(fā)性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災(zāi)害，全世界平均每年大約發(fā)生森林火災(zāi)22萬次，受災(zāi)森林面積達(dá)1000×104hm2，根據(jù)國家統(tǒng)計局社會發(fā)展公報顯示，僅2021年中國就發(fā)生森林火災(zāi)616起，受害森林面積約0.4萬hm2。在具備作業(yè)條件的情況下，人工增雨是一種有效的控制火情的手段[1-2]，人工增雨是人工影響天氣最常見的作業(yè)內(nèi)容，一般利用飛機、火箭、大炮、燃燒爐、焰彈等工具將碘化銀、干冰等催化劑送入云中過冷部位，增加云中冰晶和凝結(jié)核，促使更多的水汽形成雨滴降到地面，早在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)就實施過飛機人工增雨用于護林，美國、澳大利亞等國開展人工增雨滅火實驗[3]。中國的不少林區(qū)都曾采用過人工增雨的手段來協(xié)助撲火作業(yè)[4-6]，康曉燕、李宏宇等[7-9]不少學(xué)者就不同地區(qū)開展的人工增雨的作業(yè)效果進行了評估。該文以安徽省“20191116”無為森林火災(zāi)人工增雨作業(yè)情況為實例，分析了此次人工增雨的作業(yè)效果。

1 資料與方法

選取2019年11月17—18日安徽蕪湖人工增雨作業(yè)資料、常規(guī)氣象資料、歐洲中心數(shù)值預(yù)報資料、雷達(dá)資料等分析此次無為森林火災(zāi)人工增雨作業(yè)條件。

2 過程分析

2.1 森林火災(zāi)概況

2019年11月15日12時50分許，銅陵市郊區(qū)周潭鎮(zhèn)施灣村黃栗山發(fā)生森林火災(zāi)，火勢順西南風(fēng)迅速向蕪湖市無為縣境內(nèi)蔓延，16日無為縣過火面積超過1 100畝，其中燒毀森林面積約350畝；政府及時協(xié)調(diào)整合全市及黃山市森林消防隊等市外支援隊伍6支救火隊伍、800人已全部進入救火戰(zhàn)場，全力以赴開展撲救。17日蕪湖市氣象局組織火箭和煙爐在火場上空實施了多點立體化交叉式人工增雨作業(yè)。

2.2 氣象條件分析

2019年11月17日08時500百帕安徽省上空位于環(huán)流槽前位置，850～925百帕安徽西部有弱切變，地面為低壓控制。高層濕度較低，近地面相對濕度約70%-80%。17日20時低空切變位于安徽南部，濕度有所上升，具有一定的氣象增雨作業(yè)條件。

從數(shù)值模式預(yù)報來看，17日當(dāng)天火場上空盛行西北風(fēng)，850百帕濕度在80%左右；從云體垂直結(jié)構(gòu)分析顯示，蕪湖上空有降水云系覆蓋，0 ℃層在1 km附近，過冷水主要位于0～-5 ℃層(1～2 km)，具有一定增雨潛力。

2.3 作業(yè)方案

目前人工增雨多使用冷云增加降水，所采技術(shù)方法主要為利用飛機攜帶冷云催化劑(碘化銀、干冰、液氮等)或發(fā)射人工增雨炮彈或利用地面煙爐燃燒碘化銀焰劑，在低于-3 ℃層且有過冷水的區(qū)域進行催化，使其增加降水[10-11]。

此次作業(yè)方案采用包圍式密集多發(fā)作業(yè)，在7個作業(yè)點開展增雨火箭和地面煙爐共同作業(yè)。增雨火箭采用BL型火箭，發(fā)射方向從作業(yè)點為火場方向(牛埠鎮(zhèn)陰山一帶)，發(fā)射角度65～70°，射程2.3 km左右，發(fā)射時間為雷達(dá)探測回波到達(dá)無為邊界時刻。地面煙爐按雷達(dá)回波移動方位依次點燃AgI煙條，利用迎風(fēng)坡的上升氣流進行催化劑擴散，順風(fēng)影響范圍可達(dá)10 km以上。

3 作業(yè)效果評估

2019年11月17日蕪湖市5支人影作業(yè)隊伍入駐作業(yè)點，在7個作業(yè)點10個時間點開展了煙爐和火箭增雨作業(yè)，共計發(fā)射火箭彈45枚，燃燒煙條7根,見表1，其中上午煙爐作業(yè)，由于上空對流云稀疏，煙爐距離作業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)，作業(yè)效果一般，作業(yè)區(qū)有毛毛雨出現(xiàn)，下午對流云系后，15～19 h進行火箭、煙爐連續(xù)作業(yè)，作業(yè)區(qū)出現(xiàn)了明顯降雨，效果良好，火箭作業(yè)效果優(yōu)于煙爐作業(yè)效果。

注：1畝≈666.7 m2

表1 2019年11月17日蕪湖市人影作業(yè)實施表

3.1 雷達(dá)回波變化

選擇火場附近區(qū)域為作業(yè)區(qū)，選擇上風(fēng)處有初生雷達(dá)單體但不受催化作業(yè)影響的區(qū)域為對比區(qū)，采用對人工增雨作業(yè)前后雷達(dá)回波參量的變化對作業(yè)效果進行評估。合肥多普勒S波段雷達(dá)可監(jiān)測到17日下午15～16 h綜合作業(yè)催化后作業(yè)區(qū)雷達(dá)回波強度CR明顯增強，面積增加，對比區(qū)雷達(dá)回波沒有加強,見圖1，此外由多普勒雷達(dá)探測資料可監(jiān)測到作業(yè)區(qū)垂直液態(tài)水含量VIL由低于1 kg/m2增加為5 kg/m2，對比區(qū)無變化，仍維持低于1 kg/m2。

(a)17日16：14時CR

(b)17日17：28時CR

3.2 地面降雨量變化

采用對人工增雨作業(yè)前后地面降雨量的變化對作業(yè)效果進行評估，實施多次人工增雨后，作業(yè)區(qū)開始出現(xiàn)細(xì)微降雨，17 h后降雨明顯增強，17日04～23 h作業(yè)區(qū)內(nèi)的常規(guī)氣象觀測站昆山初級中學(xué)站觀測到過程降雨量為8.9 mm，對比區(qū)內(nèi)嚴(yán)橋常規(guī)氣象觀測站過程降雨量為2.9 mm。作業(yè)區(qū)增雨量較為明顯,見圖2。

圖2 常規(guī)觀測站(昆山、嚴(yán)橋)11月17日04～23 h小時降雨量對比(單位：mm)

4 結(jié)語

該文首先闡述了2019年11月17日無為森林火災(zāi)的火災(zāi)概況、氣象條件及人影作業(yè)方案，并利用當(dāng)日的人影作業(yè)和氣象探測等資料，通過對人工增雨作業(yè)前后雷達(dá)反射率、垂直液態(tài)水含量等回波參數(shù)變化的分析以及作業(yè)區(qū)和對比區(qū)降雨量對比對人工增雨作業(yè)效果進行評估，人工增雨作業(yè)區(qū)降雨量較為明顯，對火災(zāi)的撲滅起到一定的作用，取得了較好的社會效益，其中火箭增雨效果優(yōu)于地面煙爐增雨效果。此實例表明火箭、飛機、煙爐等人工增雨作業(yè)等可為森林滅火提供更豐富更有效的手段。進一步提高人工增雨作業(yè)裝備性能，展開飛機、火箭等綜合作業(yè)將對森林滅火提供更豐富更有效的手段。