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人工影響天氣:“呼風喚雨”背後的科技支撐
2018-09-20 08:10:23 來源: 光明日報
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  人工影響天氣:“呼風喚雨”背後的科技支撐

人工增雨(雪)作業現場。光明圖片

工作人員在飛機作業前做準備。光明圖片

人工影響天氣作業雷達車。光明圖片

  【科學向未來】

  高炮、火箭、飛機……人工影響天氣的裝備看起來特別能“戰鬥”,加上“呼風喚雨”,讓人感覺“神秘莫測”。其實,人工影響天氣主要是為了避免或者減輕氣象災害,合理利用氣候資源,在適當條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進行人工影響,實現增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜,背後的科技支撐和基礎設施至關重要。我國自1958年起開展人工影響天氣工作。日前,在人工影響天氣60周年座談會上,與會專家達成了共識:人工影響天氣已經成為我國防災減災、生態文明建設的有力手段,在服務農業建設,保障水資源安全等方面,未來將會發揮越來越重要的作用。

  到2018年,我國人工影響天氣事業已走過了60年發展歷程,不僅裝備“鳥槍換炮”,高炮、火箭、飛機等一應俱全,模擬大氣和雲環境的雲室與風洞等雲降水綜合實驗設施也日趨完善,在科學開發雲水資源、農業抗旱防雹、森林草原滅火、生態環境保護、重大活動保障等方面作出了重要貢獻,發揮了“趨利避害”的獨特作用。

  黨的十八大以來,我國人工影響天氣加快關鍵技術創新,現代化建設取得了實質性進展:全國30個省(區、市)每年使用高炮6500余門、火箭架8200余臺、飛機50余架開展人工影響天氣作業,人工增雨雪作業區面積500余萬平方公裏,人工防雹作業保護面積50余萬平方公裏。

  我國已建立科學高效的人工影響天氣業務流程和業務係統

  近年來,依靠創新驅動,我國已經建立了科學高效的人工影響天氣業務流程和綜合業務係統,先後成立東北、西北等區域人工影響天氣中心,建立區域協調的業務運行機制,新技術、新裝備逐步得到了應用,科學試驗研究工作取得一批成果,科研能力顯著增強,還加強了和“一帶一路”沿線國家的技術交流合作,助力了國際防災減災,獲得了世界氣象組織的肯定和獎勵。

  多數情況下,人工影響天氣是順其自然的“錦上添花”,背後的技術支撐必不可少。比如,我國研發了雲水資源評估技術、作業條件識別技術,總結形成了具有地域特點的多類作業指標模型,發展了多種作業效果檢驗技術,在彈藥全程監控中應用了物聯網技術。人工影響天氣安全管理的現代化水平和規范化水平顯著提升。

  我國自主研發的3公裏精細化雲降水數值預報係統已經投入業務運行。國産新型高效催化劑研發取得突破性進展,催化效率提高100倍以上。雷達指揮、自動發射、立體播撒的火箭作業係統研制成功,達到世界先進水平並廣泛用于各地作業。

  依靠科技創新,我國建成了中國特色的“五段式”實時業務和綜合業務係統,該體係由“五段”實時業務、四大關鍵技術和兩類業務係統構成,其核心是實現增雨、防雹、消減雲雨等不同人影目標的“三適當”(時機、部位、劑量)作業,合理預案制定、方案設計和作業實施,實現科學作業和精準服務。

  在各方面的大力支持下,我國人工影響天氣專家還先後赴古巴、沙特等國家指導開展人工增雨作業。印度、斯裏蘭卡、印度尼西亞、阿聯酋、蒙古等“一帶一路”沿線國家就人工影響天氣工作尋求我國技術支持與業務合作,我國向蒙古、泰國、古巴、智利、斯裏蘭卡等國家輸出人工影響天氣技術。中國科學家成為世界氣象組織人工影響天氣專家組成員,榮獲世界氣象組織頒發的人工增雨貢獻獎等獎項。

  加快技術研發,加強基礎設施建設,“智慧人影”呼之欲出

  近年來,我國加快了人工影響天氣的技術研發,開展“青藏高原雲降水物理與大氣水循環過程”和“雲水資源評估研究和開發利用示范”等國家重點科研項目。

  雲模擬預報技術和産品。研制雲降水顯式預報係統並投入業務運行,1天2次實時發布全國(大陸范圍)8個區域4大類31種預報産品,時間分辨率1小時,水平分辨率3公裏,可應用于人工影響天氣作業條件潛力預報、雲催化理論、可播性評估、外場試驗設計、外場作業和效果評估等方面。

  監測分析技術和産品。依托風雲係列氣象衛星、天氣雷達和探空資料,研發精細化雲産品;依托飛機、雲雷達、風廓線和微波輻射計等觀測資料研究人工影響天氣作業條件監測識別方法,為作業條件監測預報、作業實施和跟蹤指揮提供技術支撐。

  雲水資源評估技術。發布《雲水資源評估技術指南(2016版)》,對全國范圍的空中雲水資源進行動態監測分析,並在全國推廣應用。聯合省級開展雲水資源評估檢驗。效果分析技術和評估發布《人工增雨作業效果檢驗技術指南(2016版)》,全國推廣應用。

  近年來,我國人工影響天氣的基礎設施建設也得到加強,建成了中國氣象局雲霧物理環境重點開放實驗室、人工影響天氣聯合開放實驗室,以及一批人工影響天氣外場試驗基地,促進科研成果向業務應用轉化。

  基地建設:在東北平原、西北祁連山、天山、六盤山和三江源地區建立人工影響天氣試驗示范基地並布設相關探測儀器,開展人工影響天氣研究試驗;在華北建立平谷、欒城人工影響天氣室內實驗室,建設了大氣和雲環境模擬的雲室和風洞等設備,開展人工影響天氣基礎理論研究。

  平谷雲降水綜合實驗室:包括70立方大雲室、8立方小雲室、氣溶膠研究室、雲降水實驗室和設備標定和維修室4類10種專用實驗室,可開展冷暖雲室內實驗、冰雹機理研究、氣溶膠活化成雲滴過程研究等。

  外場試驗:利用我國人工增雨探測飛機和先進機載探測設備,在北京、河北、江西、廣東等省(市)開展不同雲降水過程宏微觀結構的觀測試驗。

  “機載雲降水粒子譜儀與成像儀研制”已進行項目預驗收:項目成果已在吉林、山西等省人工影響天氣部門得到應用,已初步具備工程化與産業化條件,主要儀器性能指標達到國際同類産品水平。

  物聯網應用:通過人工影響天氣裝備彈藥物聯網應用示范項目,建立了覆蓋人工影響天氣裝備彈藥生産、驗收、轉運、倉儲到發射全生命周期的實時監控係統,為全國人工影響天氣裝備彈藥管理提供可推廣的工作模式與技術係統,提升人工影響天氣作業安全管理的科技水平。

  當前,世界范圍新技術革命和科技創新方興未艾,星空地、立體化觀測係統、高精度數值模式、大數據雲計算等信息技術將為人工影響天氣的高質量發展提供重要支撐;生態文明、脫貧攻堅、美麗中國等國家戰略將成為人工影響天氣服務的主要領域;以精準研判、空地協同、科學安全為特徵的“智慧人影”將成為人工影響天氣現代化的主要目標。

  增雨、補水、滅火……人工影響天氣的社會效益明顯

  隨著經濟社會發展與防災減災需求的不斷提高,我國人工影響天氣服務領域已拓展到農業抗旱減災、雲水資源開發、江河湖泊蓄水、生態環境建設、森林草原防火、機場公路消霧、重大活動保障、改善空氣質量、應對突發污染事件、城市降溫等多領域,並成為各級政府防災減災、趨利避害的一項重要舉措。

  應急抗旱防雹保豐收:在旱災雹災肆虐期和關鍵農時季節,跨區域調動飛機、火箭等作業裝備,人工增雨作業覆蓋面積約500萬平方公裏,人工防雹作業保護面積達50萬平方公裏,有力保障糧食生産和農業設施、經濟作物安全,助力農民脫貧奔小康。

  常態增雨作業護生態:在三江源等重點生態保護區、華北等水資源嚴重短缺區、江河湖庫上遊,開展大范圍、常態化生態修復型增雨作業,補充生態用水,擴大湖泊濕地面積,增加草地生物量和覆蓋度。按照地方政府要求積極探索開展人工增雨凈化空氣作業試驗。

  重大應急保障履職責:在重大森林火災搶險和國家重大活動天氣保障的關鍵時期,發揮全國一盤棋體制優勢,調集人工影響天氣作業力量,勝利完成內蒙古大興安嶺林火等重大災害應急搶險和G20杭州峰會等重大活動的應急保障任務。

  人工影響天氣的社會效益明顯:比如,青海發揮三江源人工增雨工程建設效益,在青海湖、黃河上遊等地開展增雨作業,有力促進湖泊濕地面積擴大,草地生物量和覆蓋度增加,生態係統涵養水分功能逐步恢復。2017年三江源地區植被覆蓋度較2003年明顯提高,其中高覆蓋度、中覆蓋度草地面積分別增加了7929和7013平方公裏,低覆蓋度草地相應減少1.45萬平方公裏。

  北京市聯合河北省針對密雲、官廳水庫匯水區建成不同天氣形勢、覆蓋全年各時段的全天候人工影響天氣作業體係。密雲、官廳、白河堡水庫入庫水量明顯增加。

  河北省邢臺市實施百泉復涌生態修復人工增雨工程,在地下水超採綜合治理中發揮了積極作用。

  陜西、湖北、河南等地發揮人工增雨對南水北調水源區補水作用,在調水期加大南水北調中線水源地丹江口水庫水源區飛機增雨作業力度,保障一庫清水輸送。

  新疆連續40年實施冬季人工增雪作業,對天山、阿勒泰山和昆侖山冰川補水起到重要作用。

  人工增雨(雪)在降低森林火險等級和森林草原防撲火工作中起著舉足輕重的作用。2017年春季內蒙古呼倫貝爾地區發生多次森林草原火災,飛機增雨(雪)作業超7小時。在地面火箭作業的配合下,火場區域降水量達59.5毫米,積雪深度約21厘米,對全面撲滅林火及後期清理起到重要作用。2017年5月和2018年6月大興安嶺等地森林大火撲救過程中,人工增雨(雪)作出了重要貢獻。

   (作者:李集明,係中國氣象科學研究院副院長、中國氣象局人工影響天氣中心主任,本文圖片均由中國氣象局提供)

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