人工影响天气：“呼风唤雨”背后的科技支撑

    【科学向未来】    

    高炮、火箭、飞机……人工影响天气的装备看起来特别能“战斗”，加上“呼风唤雨”，让人感觉“神秘莫测”。其实，人工影响天气主要是为了避免或者减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理过程进行人工影响，实现增雨雪、防雹、消雨、消雾、防霜，背后的科技支撑和基础设施至关重要。我国自1958年起开展人工影响天气工作。日前，在人工影响天气60周年座谈会上，与会专家达成了共识：人工影响天气已经成为我国防灾减灾、生态文明建设的有力手段，在服务农业建设，保障水资源安全等方面，未来将会发挥越来越重要的作用。

    到2018年，我国人工影响天气事业已走过了60年发展历程，不仅装备“鸟枪换炮”，高炮、火箭、飞机等一应俱全，模拟大气和云环境的云室与风洞等云降水综合实验设施也日趋完善，在科学开发云水资源、农业抗旱防雹、森林草原灭火、生态环境保护、重大活动保障等方面作出了重要贡献，发挥了“趋利避害”的独特作用。

    党的十八大以来，我国人工影响天气加快关键技术创新，现代化建设取得了实质性进展：全国30个省（区、市）每年使用高炮6500余门、火箭架8200余台、飞机50余架开展人工影响天气作业，人工增雨雪作业区面积500余万平方公里，人工防雹作业保护面积50余万平方公里。 

 我国已建立科学高效的人工影响天气业务流程和业务系统

    近年来，依靠创新驱动，我国已经建立了科学高效的人工影响天气业务流程和综合业务系统，先后成立东北、西北等区域人工影响天气中心，建立区域协调的业务运行机制，新技术、新装备逐步得到了应用，科学试验研究工作取得一批成果，科研能力显著增强，还加强了和“一带一路”沿线国家的技术交流合作，助力了国际防灾减灾，获得了世界气象组织的肯定和奖励。

    多数情况下，人工影响天气是顺其自然的“锦上添花”，背后的技术支撑必不可少。比如，我国研发了云水资源评估技术、作业条件识别技术，总结形成了具有地域特点的多类作业指标模型，发展了多种作业效果检验技术，在弹药全程监控中应用了物联网技术。人工影响天气安全管理的现代化水平和规范化水平显著提升。

    我国自主研发的3公里精细化云降水数值预报系统已经投入业务运行。国产新型高效催化剂研发取得突破性进展，催化效率提高100倍以上。雷达指挥、自动发射、立体播撒的火箭作业系统研制成功，达到世界先进水平并广泛用于各地作业。

    依靠科技创新，我国建成了中国特色的“五段式”实时业务和综合业务系统，该体系由“五段”实时业务、四大关键技术和两类业务系统构成，其核心是实现增雨、防雹、消减云雨等不同人影目标的“三适当”（时机、部位、剂量）作业，合理预案制定、方案设计和作业实施，实现科学作业和精准服务。

    在各方面的大力支持下，我国人工影响天气专家还先后赴古巴、沙特等国家指导开展人工增雨作业。印度、斯里兰卡、印度尼西亚、阿联酋、蒙古等“一带一路”沿线国家就人工影响天气工作寻求我国技术支持与业务合作，我国向蒙古、泰国、古巴、智利、斯里兰卡等国家输出人工影响天气技术。中国科学家成为世界气象组织人工影响天气专家组成员，荣获世界气象组织颁发的人工增雨贡献奖等奖项。

加快技术研发，加强基础设施建设，“智慧人影”呼之欲出

    近年来，我国加快了人工影响天气的技术研发，开展“青藏高原云降水物理与大气水循环过程”和“云水资源评估研究和开发利用示范”等国家重点科研项目。

    云模拟预报技术和产品。研制云降水显式预报系统并投入业务运行，1天2次实时发布全国（大陆范围）8个区域4大类31种预报产品，时间分辨率1小时，水平分辨率3公里，可应用于人工影响天气作业条件潜力预报、云催化理论、可播性评估、外场试验设计、外场作业和效果评估等方面。

    监测分析技术和产品。依托风云系列气象卫星、天气雷达和探空资料，研发精细化云产品；依托飞机、云雷达、风廓线和微波辐射计等观测资料研究人工影响天气作业条件监测识别方法，为作业条件监测预报、作业实施和跟踪指挥提供技术支撑。

    云水资源评估技术。发布《云水资源评估技术指南（2016版）》，对全国范围的空中云水资源进行动态监测分析，并在全国推广应用。联合省级开展云水资源评估检验。效果分析技术和评估发布《人工增雨作业效果检验技术指南（2016版）》，全国推广应用。

    近年来，我国人工影响天气的基础设施建设也得到加强，建成了中国气象局云雾物理环境重点开放实验室、人工影响天气联合开放实验室，以及一批人工影响天气外场试验基地，促进科研成果向业务应用转化。

    基地建设：在东北平原、西北祁连山、天山、六盘山和三江源地区建立人工影响天气试验示范基地并布设相关探测仪器，开展人工影响天气研究试验；在华北建立平谷、栾城人工影响天气室内实验室，建设了大气和云环境模拟的云室和风洞等设备，开展人工影响天气基础理论研究。

    平谷云降水综合实验室：包括70立方大云室、8立方小云室、气溶胶研究室、云降水实验室和设备标定和维修室4类10种专用实验室，可开展冷暖云室内实验、冰雹机理研究、气溶胶活化成云滴过程研究等。

    外场试验：利用我国人工增雨探测飞机和先进机载探测设备，在北京、河北、江西、广东等省（市）开展不同云降水过程宏微观结构的观测试验。

    “机载云降水粒子谱仪与成像仪研制”已进行项目预验收：项目成果已在吉林、山西等省人工影响天气部门得到应用，已初步具备工程化与产业化条件，主要仪器性能指标达到国际同类产品水平。

    物联网应用：通过人工影响天气装备弹药物联网应用示范项目，建立了覆盖人工影响天气装备弹药生产、验收、转运、仓储到发射全生命周期的实时监控系统，为全国人工影响天气装备弹药管理提供可推广的工作模式与技术系统，提升人工影响天气作业安全管理的科技水平。

    当前，世界范围新技术革命和科技创新方兴未艾，星空地、立体化观测系统、高精度数值模式、大数据云计算等信息技术将为人工影响天气的高质量发展提供重要支撑；生态文明、脱贫攻坚、美丽中国等国家战略将成为人工影响天气服务的主要领域；以精准研判、空地协同、科学安全为特征的“智慧人影”将成为人工影响天气现代化的主要目标。

增雨、补水、灭火……人工影响天气的社会效益明显

    随着经济社会发展与防灾减灾需求的不断提高，我国人工影响天气服务领域已拓展到农业抗旱减灾、云水资源开发、江河湖泊蓄水、生态环境建设、森林草原防火、机场公路消雾、重大活动保障、改善空气质量、应对突发污染事件、城市降温等多领域，并成为各级政府防灾减灾、趋利避害的一项重要举措。

    应急抗旱防雹保丰收：在旱灾雹灾肆虐期和关键农时季节，跨区域调动飞机、火箭等作业装备，人工增雨作业覆盖面积约500万平方公里，人工防雹作业保护面积达50万平方公里，有力保障粮食生产和农业设施、经济作物安全，助力农民脱贫奔小康。

    常态增雨作业护生态：在三江源等重点生态保护区、华北等水资源严重短缺区、江河湖库上游，开展大范围、常态化生态修复型增雨作业，补充生态用水，扩大湖泊湿地面积，增加草地生物量和覆盖度。按照地方政府要求积极探索开展人工增雨净化空气作业试验。

    重大应急保障履职责：在重大森林火灾抢险和国家重大活动天气保障的关键时期，发挥全国一盘棋体制优势，调集人工影响天气作业力量，胜利完成内蒙古大兴安岭林火等重大灾害应急抢险和G20杭州峰会等重大活动的应急保障任务。

    人工影响天气的社会效益明显：比如，青海发挥三江源人工增雨工程建设效益，在青海湖、黄河上游等地开展增雨作业，有力促进湖泊湿地面积扩大，草地生物量和覆盖度增加，生态系统涵养水分功能逐步恢复。2017年三江源地区植被覆盖度较2003年明显提高，其中高覆盖度、中覆盖度草地面积分别增加了7929和7013平方公里，低覆盖度草地相应减少1.45万平方公里。

    北京市联合河北省针对密云、官厅水库汇水区建成不同天气形势、覆盖全年各时段的全天候人工影响天气作业体系。密云、官厅、白河堡水库入库水量明显增加。

    河北省邢台市实施百泉复涌生态修复人工增雨工程，在地下水超采综合治理中发挥了积极作用。

    陕西、湖北、河南等地发挥人工增雨对南水北调水源区补水作用，在调水期加大南水北调中线水源地丹江口水库水源区飞机增雨作业力度，保障一库清水输送。

    新疆连续40年实施冬季人工增雪作业，对天山、阿勒泰山和昆仑山冰川补水起到重要作用。

    人工增雨（雪）在降低森林火险等级和森林草原防扑火工作中起着举足轻重的作用。2017年春季内蒙古呼伦贝尔地区发生多次森林草原火灾，飞机增雨（雪）作业超7小时。在地面火箭作业的配合下，火场区域降水量达59.5毫米，积雪深度约21厘米，对全面扑灭林火及后期清理起到重要作用。2017年5月和2018年6月大兴安岭等地森林大火扑救过程中，人工增雨（雪）作出了重要贡献。

    (作者：李集明，系中国气象科学研究院副院长、中国气象局人工影响天气中心主任，本文图片均由中国气象局提供)