人工增雨在祁連山抗旱減災中的作用及運用分析

馬旭潔 任玉龍

（1.甘肅省臨夏州氣象局，甘肅 臨夏 731100； 2.甘肅省氣象局，甘肅 蘭州 730030）

祁連山水資源主要來源于冰川融水以及大氣降水。但是，近六十年來，隨著祁連山區(qū)氣溫大幅上升，冰川以及積雪面積不斷減少，雪線上升，積雪消融加快。水資源供給不足使得祁連山區(qū)森林覆蓋率不斷降低，天然水域逐漸縮小，地下水位降低，對生態(tài)環(huán)境、農業(yè)生產等方面均造成不良影響。近年來，隨著氣象事業(yè)的快速發(fā)展，我國人工影響天氣作業(yè)也越來越成熟，已成為抗旱減災中的重要方式[1]。本文首先闡述了人工增雨作業(yè)原理和主要方式，其次重點探究了人工增雨在祁連山抗旱減災中的作用及運用，最后給出了幾點發(fā)展建議，為今后更高質量地提升人工增雨在祁連山抗旱減災中的效益提供參考。

1 人工增雨作業(yè)原理和主要方式

降水原理是在探究自然降水過程的基礎上，人為觸發(fā)自然降水機理。事實上，有云才有雨，但并非全部的云均具備降水潛力，只有那些具備降水潛力以及可被開發(fā)利用的（云水資源豐富、云較厚，對冷云主要有較豐富的過冷水域）云可以催化產生降水[2]。具體來說，人工增雨原理主要是結合空中云的性質、高度、厚度、濃度以及范圍等，向云體播散致冷劑、結晶劑、吸濕劑和水霧等，以增加云中冰晶濃度，彌補云中凝結核的不足，加強云中碰并活動，促使云滴增大，改變云滴的分布和性質，加速雨滴的生長過程，最終達到增加降水的目的[3]。當前，人工增雨作業(yè)通常包含三類作業(yè)方式：

一是在地面部署AgI 燃燒爐：在一定時期內，通過山區(qū)陽坡上經常出現的上升氣流將催化劑輸送到云中。該方法通常適用于地形云發(fā)育頻繁、交通不順暢的山區(qū)。

二是基于高射炮和火箭的地面作業(yè)：催化劑在適當的時間依據所需劑量輸送到云的適當部位，適用于類似于水庫增水等固定目標區(qū)域的作業(yè)。

三是飛機催化操作。飛機催化操作的面比較廣，結合云條件的不一樣以及具體需要，可選擇暖云催化劑及其播種裝置，也可以利用制冷劑及干冰、液氮等播種裝置。通常而言，在少云或晴空狀況下，就無法實施飛機人工增雨作業(yè)。

2 祁連山開展人工增雨作業(yè)的重要意義

祁連山自古便是古絲綢之路關隘要道，更是中國特別關鍵的生態(tài)功能區(qū)、西北地區(qū)重要的生態(tài)安全屏障以及河流產流區(qū)，其從東到西長達1000 多公里，終年積雪覆蓋，并有數量可觀的冰川，是甘肅、青海、內蒙古等省區(qū)生存、發(fā)展的生命線。祁連山冰川融水自東向西依次孕育出石羊河、黑河以及疏勒河三大水系56 條河流，年平均向下游輸出水量達60 多億立方米，滋潤戈壁形成連片的綠洲農業(yè)景觀。獨特的水源涵養(yǎng)林發(fā)揮著調蓄水源、保持水土、調節(jié)氣候的作用，密切牽動著河西走廊的生態(tài)狀況。但在全球氣候變暖的大背景下，加之受凍土剝離、地表植被破壞、探礦采礦、水土流失加劇、旅游項目、地表塌陷等多年累積過度開發(fā)的負面影響，導致祁連山局部生態(tài)環(huán)境破壞越來越嚴重。

近幾十年來，祁連山區(qū)升溫幅度明顯高于全國平均水平，蒸發(fā)量增加；直接導致冰川融化速度加快，冰川和積雪面積減少，雪線上升，局部地區(qū)的雪線以年均2 米至6.5 米的速度上升，幅度達100 米至140 米。這預示著“祁連山面積兩平方公里左右的小冰川，或將在2050 年左右基本消失”。祁連山的高山融雪養(yǎng)育著沿山而居的眾多群眾，對祁連山脈生態(tài)系統(tǒng)、水資源具有十分重要的現實意義[4]。

3 人工增雨在祁連山抗旱減災中的作用及運用

人工增雨作業(yè)在水源涵養(yǎng)、保護生態(tài)屏障功能、防御農業(yè)災害等方面均起到重要作用。結合祁連山區(qū)空中云水資源總量以及水汽總量豐沛、云系降水效率低于10%等特點，人工增雨作業(yè)已成為開發(fā)空中云水資源以及緩解水資源短缺的重要方式。其中，西北區(qū)域人工影響天氣能力建設工程內容如下：建立飛機和地面作業(yè)、作業(yè)保障和指揮、觀測、試驗示范、技術支撐等構成的人影作業(yè)體系，為國家西北區(qū)域生態(tài)安全、山區(qū)冰川、流域來水、抗旱救災、森林防火等提供有效保障。主要建設內容包括飛機作業(yè)能力建設、飛機作業(yè)保障基地建設、人影作業(yè)指揮業(yè)務系統(tǒng)建設、地面人影作業(yè)能力建設、觀測系統(tǒng)建設、效果檢驗外場試驗區(qū)建設6 個方面。

2017 年，在國家的大力支持下，我國西北地區(qū)不斷加強人工影響的天氣作業(yè)能力建設，甘肅省以及青海省氣象部門結合祁連山生態(tài)保護的實際需求，構建了空地一體化人工增雨作業(yè)體系，積極開展祁連山地形云人工增雨觀測試驗以及作業(yè)。

2019 年，通過實施人工增雨（雪）作業(yè)在內的綜合生態(tài)保護以及治理方式，祁連山區(qū)植被覆蓋度較前期有所上升，生長季大多數植被生態(tài)質量指數要較2000 年～2017 年同期平均值高10%。祁連山區(qū)積雪總面積比歷年同期增加25.77%。

2020 年，在中央財政的支持下，中國氣象局對祁連山人工增雨（雪）作業(yè)追加2000 萬元專項投入，促使祁連山人工影響天氣作業(yè)能力不斷增強，作業(yè)規(guī)模越來越大?，F階段，祁連山區(qū)已經設置了地面人工影響天氣作業(yè)點230 個，配備了72 門作業(yè)高炮、95 部火箭發(fā)射架以及25 個地面煙爐，并且引入3 架高性能人工影響天氣作業(yè)飛機，每年都進行常態(tài)化飛機人工增雨雪作業(yè)。此外，還積極開展人工影響天氣的氣候背景條件分析、綜合觀測對比試驗等研究試驗工作，為祁連山抗旱減災、改善生態(tài)環(huán)境提供重要支撐。

近年來，甘肅省一直著力優(yōu)化祁連山生態(tài)修復型人工影響天氣監(jiān)測網絡布局，適量布設具備風向、風速和上升氣流探測能力、可遠程智能遙控的地面催化劑發(fā)生器系統(tǒng)，構建空地一體化人工增雨（雪）作業(yè)體系。建立祁連山生態(tài)保護區(qū)云場和云宏觀、微觀結構條件預報系統(tǒng)及播云過程、作業(yè)效果模擬系統(tǒng)，并針對重點季節(jié)開展常態(tài)化生態(tài)修復型人工增雨（雪）作業(yè)。

2020 年，祁連山地區(qū)人工增雨（雪）共增加降水約7.07 億立方米。2021 年4 月到6 月，甘肅省氣象局開展了三次人工影響天氣綜合觀測試驗，在祁連山地區(qū)開展人工增雨作業(yè)142 點次，有效改善了當地生態(tài)環(huán)境。此外，甘肅省還通過市縣級衛(wèi)星遙感綜合應用能力建設項目，積極進行祁連山積雪、植被以及大型水體的遙感監(jiān)測工作，并且還時常定期發(fā)布遙感監(jiān)測生態(tài)公報，為祁連山生態(tài)保護以及治理給予了可靠的數據支撐。

4 祁連山開展人工增雨作業(yè)的發(fā)展建議

4.1 密切監(jiān)測天氣，科學實施作業(yè)

青海、甘肅省氣象部門要積極組織對祁連山地區(qū)開展地面基準氣候觀測、飛機探測、遙感觀測、生態(tài)觀測、大氣成分觀測等立體化全方位生態(tài)氣候監(jiān)測業(yè)務，建立完善的監(jiān)測評估體系。通過密切監(jiān)測祁連山氣候變化，一旦找到具有降水潛力的云應及時對氣候變化情況進行科學分析，判斷人工影響作業(yè)目標是否合適。通過人工影響天氣作業(yè)指揮中心對作業(yè)條件和潛力的評估，制定人工影響天氣工作方案，包括催化時機、催化器、催化部分、作業(yè)工具等內容，同時還需要申請作業(yè)空域，科學實施人工增雨（雪）作業(yè)[5]。

4.2 完善人工影響天氣工作機制

祁連山作為我國特別重要的水源補給區(qū)之一，干旱逐步成為當前影響當地生態(tài)環(huán)境、水源涵養(yǎng)以及農業(yè)經濟發(fā)展的重要因素。因此，青海、甘肅兩省政府單位均要高度重視祁連山抗旱減災工作的開展，相關部門要充分地認識到人工增雨作業(yè)開展的重要意義，要加強組織領導，建立健全有效的工作協(xié)調機制，對工作任務以及職責要明確劃分，嚴格執(zhí)行好各項措施，保障人工增雨天氣工作的順利開展。各級氣象部門要加強對人工增雨作業(yè)實施的認識，建立人工增雨常態(tài)化工作機制不斷完善作業(yè)流程，總結人工增雨作業(yè)經驗，把人工影響天氣業(yè)務當作防御干旱災害、涵養(yǎng)祁連山水源、保護生態(tài)環(huán)境的關鍵舉措，提升祁連山區(qū)空中云水資源的開發(fā)利用效益。

4.3 加強人工影響天氣作業(yè)安全管理

要加強祁連山地區(qū)人工增雨（雪）天氣作業(yè)安全管理，要配合相關部門將人工影響天氣作業(yè)單位信息錄入民爆信息系統(tǒng)，加強人工影響天氣作業(yè)裝備安全管理，依法審批許可彈藥購買、運輸，實行民爆專庫存儲，嚴格流向信息登記制度，要實施空域申請、作業(yè)安全保衛(wèi)以及作業(yè)站點巡查等工作制度，最大程度地消除安全隱患。在作業(yè)中必須要遵照安全以及規(guī)范的原則，把安全作業(yè)擺在第一位。對于人工影響天氣作業(yè)中可能出現的突發(fā)狀況要提前準備好應急預案，確保祁連山區(qū)人工影響天氣作業(yè)的安全、有序開展。

4.4 加大人工影響天氣作業(yè)經費投入力度

對于祁連山區(qū)近年來氣溫大幅上升、干旱發(fā)生頻率高，冰川以及積雪面積不斷減少，積雪消融加快、水資源比較短缺的現狀，應不斷加大對這項工作的投入力度，要將人工影響天氣作業(yè)所需經費積極納入財政預算中來，構建穩(wěn)定的、長效的投入機制。利用?？钯Y金，繼續(xù)增加基礎設施建設、人員隊伍建設以及科技力量支撐等方面的經費投入，更高效、高質量地開展祁連山區(qū)人工影響天氣工作。

4.5 提高人工增雨作業(yè)的技術含量

氣象部門要不斷優(yōu)化祁連山地區(qū)高炮、煙爐、火箭、飛機等作業(yè)場地布局，依托各級各類規(guī)劃項目，大力推進祁連山地區(qū)人工增雨作業(yè)點規(guī)范化、標準化建設。此外，在現有人工增雨作業(yè)技術及相關作業(yè)設備設施的基礎上，逐步加強祁連山人工增雨作業(yè)潛力的研究。積極探索無人機實施人工增雨作業(yè)的新方式、新手段，在提升人工天氣作業(yè)安全性的同時，不斷提升飛機探測人工增雨作業(yè)水平。

此外，要加大開放合作力度，組建多部門、多層次參與的人工影響天氣創(chuàng)新團隊，建立完善的人工影響天氣技術創(chuàng)新體系，支持人工影響天氣業(yè)務應用研究。要不斷完善祁連山云水資源評價、人工增雨作業(yè)條件監(jiān)測預報、作業(yè)效果檢查和評價，盡可能地提升祁連山云人工增雨作業(yè)技術含量。

4.6 加強人工增雨作業(yè)隊伍培訓

為提高人工影響天氣工作水平，各級氣象部門還應加強人工影響天氣操作人員的培訓。在培訓實踐過程中，可以通過理論講解和實際操作的方式來培訓，培訓內容不但涵蓋人工增雨作業(yè)條件分析、作業(yè)原理、性能、安全作業(yè)規(guī)程、人影法規(guī)等理論知識，還需要進行安全作業(yè)技術、作業(yè)系統(tǒng)故障的應急處理方法、作業(yè)設備的維護和保障措施等實操演練。通過人工增雨作業(yè)的培訓，使人工天氣作業(yè)隊伍能夠全面掌握人工天氣作業(yè)技能，提高人工天氣作業(yè)隊伍的安全意識以及作業(yè)技術能力，促進人工增雨作業(yè)的高效、安全開展。

5 結語

總之，全球氣候變暖，祁連山區(qū)氣溫大幅攀升，冰川面積逐步縮小，保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱性越來越顯著，水資源短缺問題也逐漸顯現。所以，科學開發(fā)祁連山空中云水資源，在適宜的氣象條件下促進云雨轉化，增加區(qū)域降水量，彌補地表水不足，對祁連山脈生態(tài)系統(tǒng)、水資源具有十分重要的現實意義。近年來人工增雨作業(yè)在祁連山抗旱減災、生態(tài)修復的應用效果十分顯著。為了可以更好地發(fā)揮人工增雨的作用，青海、甘肅相關氣象部門今后還需結合祁連山天氣實際情況以及當地經濟發(fā)展需求，不斷加強祁連山人工作業(yè)試驗工作，加大資金、技術、人力等資源的投入力度，為提升人工增雨作業(yè)應用效果、保護祁連山生態(tài)環(huán)境提供強有力的技術支撐。