人工影響天氣：“呼風(fēng)喚雨”背后的科技支撐

人工增雨（雪）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。光明圖片

工作人員在飛機(jī)作業(yè)前做準(zhǔn)備。光明圖片

人工影響天氣作業(yè)雷達(dá)車。光明圖片

　　【科學(xué)向未來】

　　高炮、火箭、飛機(jī)……人工影響天氣的裝備看起來特別能“戰(zhàn)斗”，加上“呼風(fēng)喚雨”，讓人感覺“神秘莫測(cè)”。其實(shí)，人工影響天氣主要是為了避免或者減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過科技手段對(duì)局部大氣的物理過程進(jìn)行人工影響，實(shí)現(xiàn)增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜，背后的科技支撐和基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。我國(guó)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(huì)上，與會(huì)專家達(dá)成了共識(shí)：人工影響天氣已經(jīng)成為我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)文明建設(shè)的有力手段，在服務(wù)農(nóng)業(yè)建設(shè)，保障水資源安全等方面，未來將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。

　　到2018年，我國(guó)人工影響天氣事業(yè)已走過了60年發(fā)展歷程，不僅裝備“鳥槍換炮”，高炮、火箭、飛機(jī)等一應(yīng)俱全，模擬大氣和云環(huán)境的云室與風(fēng)洞等云降水綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)施也日趨完善，在科學(xué)開發(fā)云水資源、農(nóng)業(yè)抗旱防雹、森林草原滅火、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、重大活動(dòng)保障等方面作出了重要貢獻(xiàn)，發(fā)揮了“趨利避害”的獨(dú)特作用。

　　黨的十八大以來，我國(guó)人工影響天氣加快關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)代化建設(shè)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展：全國(guó)30個(gè)?。▍^(qū)、市）每年使用高炮6500余門、火箭架8200余臺(tái)、飛機(jī)50余架開展人工影響天氣作業(yè)，人工增雨雪作業(yè)區(qū)面積500余萬平方公里，人工防雹作業(yè)保護(hù)面積50余萬平方公里。

　　我國(guó)已建立科學(xué)高效的人工影響天氣業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)系統(tǒng)

　　近年來，依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，我國(guó)已經(jīng)建立了科學(xué)高效的人工影響天氣業(yè)務(wù)流程和綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，先后成立東北、西北等區(qū)域人工影響天氣中心，建立區(qū)域協(xié)調(diào)的業(yè)務(wù)運(yùn)行機(jī)制，新技術(shù)、新裝備逐步得到了應(yīng)用，科學(xué)試驗(yàn)研究工作取得一批成果，科研能力顯著增強(qiáng)，還加強(qiáng)了和“一帶一路”沿線國(guó)家的技術(shù)交流合作，助力了國(guó)際防災(zāi)減災(zāi)，獲得了世界氣象組織的肯定和獎(jiǎng)勵(lì)。

　　多數(shù)情況下，人工影響天氣是順其自然的“錦上添花”，背后的技術(shù)支撐必不可少。比如，我國(guó)研發(fā)了云水資源評(píng)估技術(shù)、作業(yè)條件識(shí)別技術(shù)，總結(jié)形成了具有地域特點(diǎn)的多類作業(yè)指標(biāo)模型，發(fā)展了多種作業(yè)效果檢驗(yàn)技術(shù)，在彈藥全程監(jiān)控中應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。人工影響天氣安全管理的現(xiàn)代化水平和規(guī)范化水平顯著提升。

　　我國(guó)自主研發(fā)的3公里精細(xì)化云降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。國(guó)產(chǎn)新型高效催化劑研發(fā)取得突破性進(jìn)展，催化效率提高100倍以上。雷達(dá)指揮、自動(dòng)發(fā)射、立體播撒的火箭作業(yè)系統(tǒng)研制成功，達(dá)到世界先進(jìn)水平并廣泛用于各地作業(yè)。

　　依靠科技創(chuàng)新，我國(guó)建成了中國(guó)特色的“五段式”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，該體系由“五段”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、四大關(guān)鍵技術(shù)和兩類業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成，其核心是實(shí)現(xiàn)增雨、防雹、消減云雨等不同人影目標(biāo)的“三適當(dāng)”（時(shí)機(jī)、部位、劑量）作業(yè)，合理預(yù)案制定、方案設(shè)計(jì)和作業(yè)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)作業(yè)和精準(zhǔn)服務(wù)。

　　在各方面的大力支持下，我國(guó)人工影響天氣專家還先后赴古巴、沙特等國(guó)家指導(dǎo)開展人工增雨作業(yè)。印度、斯里蘭卡、印度尼西亞、阿聯(lián)酋、蒙古等“一帶一路”沿線國(guó)家就人工影響天氣工作尋求我國(guó)技術(shù)支持與業(yè)務(wù)合作，我國(guó)向蒙古、泰國(guó)、古巴、智利、斯里蘭卡等國(guó)家輸出人工影響天氣技術(shù)。中國(guó)科學(xué)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(fā)的人工增雨貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。

　　加快技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，“智慧人影”呼之欲出

　　近年來，我國(guó)加快了人工影響天氣的技術(shù)研發(fā)，開展“青藏高原云降水物理與大氣水循環(huán)過程”和“云水資源評(píng)估研究和開發(fā)利用示范”等國(guó)家重點(diǎn)科研項(xiàng)目。

　　云模擬預(yù)報(bào)技術(shù)和產(chǎn)品。研制云降水顯式預(yù)報(bào)系統(tǒng)并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，1天2次實(shí)時(shí)發(fā)布全國(guó)（大陸范圍）8個(gè)區(qū)域4大類31種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，時(shí)間分辨率1小時(shí)，水平分辨率3公里，可應(yīng)用于人工影響天氣作業(yè)條件潛力預(yù)報(bào)、云催化理論、可播性評(píng)估、外場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、外場(chǎng)作業(yè)和效果評(píng)估等方面。

　　監(jiān)測(cè)分析技術(shù)和產(chǎn)品。依托風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)和探空資料，研發(fā)精細(xì)化云產(chǎn)品；依托飛機(jī)、云雷達(dá)、風(fēng)廓線和微波輻射計(jì)等觀測(cè)資料研究人工影響天氣作業(yè)條件監(jiān)測(cè)識(shí)別方法，為作業(yè)條件監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、作業(yè)實(shí)施和跟蹤指揮提供技術(shù)支撐。

　　云水資源評(píng)估技術(shù)。發(fā)布《云水資源評(píng)估技術(shù)指南（2016版）》，對(duì)全國(guó)范圍的空中云水資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，并在全國(guó)推廣應(yīng)用。聯(lián)合省級(jí)開展云水資源評(píng)估檢驗(yàn)。效果分析技術(shù)和評(píng)估發(fā)布《人工增雨作業(yè)效果檢驗(yàn)技術(shù)指南（2016版）》，全國(guó)推廣應(yīng)用。

　　近年來，我國(guó)人工影響天氣的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到加強(qiáng)，建成了中國(guó)氣象局云霧物理環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室、人工影響天氣聯(lián)合開放實(shí)驗(yàn)室，以及一批人工影響天氣外場(chǎng)試驗(yàn)基地，促進(jìn)科研成果向業(yè)務(wù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

　　基地建設(shè)：在東北平原、西北祁連山、天山、六盤山和三江源地區(qū)建立人工影響天氣試驗(yàn)示范基地并布設(shè)相關(guān)探測(cè)儀器，開展人工影響天氣研究試驗(yàn)；在華北建立平谷、欒城人工影響天氣室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)了大氣和云環(huán)境模擬的云室和風(fēng)洞等設(shè)備，開展人工影響天氣基礎(chǔ)理論研究。

　　平谷云降水綜合實(shí)驗(yàn)室：包括70立方大云室、8立方小云室、氣溶膠研究室、云降水實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備標(biāo)定和維修室4類10種專用實(shí)驗(yàn)室，可開展冷暖云室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、冰雹機(jī)理研究、氣溶膠活化成云滴過程研究等。

　　外場(chǎng)試驗(yàn)：利用我國(guó)人工增雨探測(cè)飛機(jī)和先進(jìn)機(jī)載探測(cè)設(shè)備，在北京、河北、江西、廣東等?。ㄊ校╅_展不同云降水過程宏微觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)試驗(yàn)。

　　“機(jī)載云降水粒子譜儀與成像儀研制”已進(jìn)行項(xiàng)目預(yù)驗(yàn)收：項(xiàng)目成果已在吉林、山西等省人工影響天氣部門得到應(yīng)用，已初步具備工程化與產(chǎn)業(yè)化條件，主要儀器性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：通過人工影響天氣裝備彈藥物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范項(xiàng)目，建立了覆蓋人工影響天氣裝備彈藥生產(chǎn)、驗(yàn)收、轉(zhuǎn)運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)到發(fā)射全生命周期的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，為全國(guó)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(shù)系統(tǒng)，提升人工影響天氣作業(yè)安全管理的科技水平。

　　當(dāng)前，世界范圍新技術(shù)革命和科技創(chuàng)新方興未艾，星空地、立體化觀測(cè)系統(tǒng)、高精度數(shù)值模式、大數(shù)據(jù)云計(jì)算等信息技術(shù)將為人工影響天氣的高質(zhì)量發(fā)展提供重要支撐；生態(tài)文明、脫貧攻堅(jiān)、美麗中國(guó)等國(guó)家戰(zhàn)略將成為人工影響天氣服務(wù)的主要領(lǐng)域；以精準(zhǔn)研判、空地協(xié)同、科學(xué)安全為特征的“智慧人影”將成為人工影響天氣現(xiàn)代化的主要目標(biāo)。

　　增雨、補(bǔ)水、滅火……人工影響天氣的社會(huì)效益明顯

　　隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與防災(zāi)減災(zāi)需求的不斷提高，我國(guó)人工影響天氣服務(wù)領(lǐng)域已拓展到農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)、云水資源開發(fā)、江河湖泊蓄水、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、森林草原防火、機(jī)場(chǎng)公路消霧、重大活動(dòng)保障、改善空氣質(zhì)量、應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事件、城市降溫等多領(lǐng)域，并成為各級(jí)政府防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害的一項(xiàng)重要舉措。

　　應(yīng)急抗旱防雹保豐收：在旱災(zāi)雹災(zāi)肆虐期和關(guān)鍵農(nóng)時(shí)季節(jié)，跨區(qū)域調(diào)動(dòng)飛機(jī)、火箭等作業(yè)裝備，人工增雨作業(yè)覆蓋面積約500萬平方公里，人工防雹作業(yè)保護(hù)面積達(dá)50萬平方公里，有力保障糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)作物安全，助力農(nóng)民脫貧奔小康。

　　常態(tài)增雨作業(yè)護(hù)生態(tài)：在三江源等重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)、華北等水資源嚴(yán)重短缺區(qū)、江河湖庫(kù)上游，開展大范圍、常態(tài)化生態(tài)修復(fù)型增雨作業(yè)，補(bǔ)充生態(tài)用水，擴(kuò)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(yè)試驗(yàn)。

　　重大應(yīng)急保障履職責(zé)：在重大森林火災(zāi)搶險(xiǎn)和國(guó)家重大活動(dòng)天氣保障的關(guān)鍵時(shí)期，發(fā)揮全國(guó)一盤棋體制優(yōu)勢(shì)，調(diào)集人工影響天氣作業(yè)力量，勝利完成內(nèi)蒙古大興安嶺林火等重大災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)和G20杭州峰會(huì)等重大活動(dòng)的應(yīng)急保障任務(wù)。

　　人工影響天氣的社會(huì)效益明顯：比如，青海發(fā)揮三江源人工增雨工程建設(shè)效益，在青海湖、黃河上游等地開展增雨作業(yè)，有力促進(jìn)湖泊濕地面積擴(kuò)大，草地生物量和覆蓋度增加，生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分功能逐步恢復(fù)。2017年三江源地區(qū)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平方公里，低覆蓋度草地相應(yīng)減少1.45萬平方公里。

　　北京市聯(lián)合河北省針對(duì)密云、官?gòu)d水庫(kù)匯水區(qū)建成不同天氣形勢(shì)、覆蓋全年各時(shí)段的全天候人工影響天氣作業(yè)體系。密云、官?gòu)d、白河堡水庫(kù)入庫(kù)水量明顯增加。

　　河北省邢臺(tái)市實(shí)施百泉復(fù)涌生態(tài)修復(fù)人工增雨工程，在地下水超采綜合治理中發(fā)揮了積極作用。

　　陜西、湖北、河南等地發(fā)揮人工增雨對(duì)南水北調(diào)水源區(qū)補(bǔ)水作用，在調(diào)水期加大南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫(kù)水源區(qū)飛機(jī)增雨作業(yè)力度，保障一庫(kù)清水輸送。

　　新疆連續(xù)40年實(shí)施冬季人工增雪作業(yè)，對(duì)天山、阿勒泰山和昆侖山冰川補(bǔ)水起到重要作用。

　　人工增雨（雪）在降低森林火險(xiǎn)等級(jí)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(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)發(fā)生多次森林草原火災(zāi)，飛機(jī)增雨（雪）作業(yè)超7小時(shí)。在地面火箭作業(yè)的配合下，火場(chǎng)區(qū)域降水量達(dá)59.5毫米，積雪深度約21厘米，對(duì)全面撲滅林火及后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(xiàn)。

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

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