周爾濱，齊貴濱，趙旭

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心，黑龍江哈爾濱 150030）

黑龍江省冬季人工增雪可行性分析

周爾濱1，齊貴濱，趙旭2

（1.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心，黑龍江哈爾濱 150030）

本文根據(jù)黑龍江省水資源短缺的現(xiàn)狀，闡述了人工增雪是解決水資源短缺的有效途徑之一，概述了國內(nèi)外人工增雪的發(fā)展及現(xiàn)狀，分析了人工增雪的氣候特征以及黑龍江省開展冬季人工增雪的現(xiàn)實(shí)意義、現(xiàn)有基礎(chǔ)及預(yù)期目標(biāo)，從而提出研究開展冬季人工增雪的可行性。

空中水資源；人工影響天氣；人工增雪

1 研究意義

1.1 水資源現(xiàn)狀

全省多年平均地表水資源量為6.86×1011m3，多年平均地下水資源量為2.97×1011m3，扣除兩者之間重復(fù)計算量1.73×1011m3，全省多年平均水資源量為8.1×1011m3,人均水量2 160 m3，均低于全國平均水平。

1.2 人工增雪是解決水資源短缺的有效途徑之一

根據(jù)黑龍江省的水資源現(xiàn)狀，地下水和地表水已嚴(yán)重匱乏，水庫蓄水和中小河流水位亦呈逐年下降趨勢，因此，開發(fā)利用空中水資源、不同季節(jié)開展人工增雨（雪）就成了緩解水資源短缺的一條有效途徑。人工增雪是在一定的自然背景條件下，對云體的某些適當(dāng)部位實(shí)施有科學(xué)指導(dǎo)的人工催化影響，改變云的微物理結(jié)構(gòu)，以達(dá)到局部增加降水的目的。人工增雪可以增加土壤墑情、提高地溫，并且對生態(tài)環(huán)境的改善、作物越冬和春播都有重要作用。同時，人工增雪還有利于水庫蓄水，增加河流流量，從而緩解水資源短缺的現(xiàn)狀。

1.3 開展人工增雪作業(yè)的現(xiàn)實(shí)意義

開發(fā)利用空中云水資源，在有利天氣條件下，進(jìn)行人工降水，開展以農(nóng)田抗旱、森林防火、水庫蓄水、城市生態(tài)等為目的的人工增雪作業(yè)，對全省農(nóng)業(yè)、林業(yè)及國民生活各方面都有著積極的影響。另外，黑龍江省是冬季冰雪旅游大省，降雪量的不足已成為旅游業(yè)發(fā)展的最大瓶頸，據(jù)統(tǒng)計，黑龍江省初冬降雪量呈下降并有推后趨勢，給冬季冰雪旅游業(yè)帶來很大影響。2009年2月，第24屆世界大學(xué)生運(yùn)動會在哈爾濱市舉行，氣象部門的服務(wù)保障工作受到了組委會以及社會各界的廣泛好評。今后這種冬季大型活動對人工增雪的需求將給人影工作提出新的課題。

2 國內(nèi)外人工增雪開展情況

據(jù)世界氣象組織的統(tǒng)計資料，目前有30多個國家開展人工影響天氣活動，人工增雨（雪）已經(jīng)成為防災(zāi)減災(zāi)的重要手段。美、俄、以色列等國家對人工增雨（雪）機(jī)理做過多年的深入研究，在科研水平以及作業(yè)催化和儀器裝備水平方面處于國際前列。美國開展人工增雪早于其他國家，已經(jīng)開展了30 a，取得了一些顯著的成績和一批有價值的科研成果，并得出了人工增雪率為10%～25%的結(jié)果。

中國有組織的開展人工增雨活動始于1958年。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生產(chǎn)建設(shè)的需求，從80年代末起，中國的人工增雨工作進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。中國也是開展人工增雪比較早的國家之一，早在20世紀(jì)80年代新疆就開展了人工增雪作業(yè)以保障南北疆牧草的過冬和春季生長。近幾年來，北方的大部分省份都陸續(xù)開展了人工增雪作業(yè)并取得了可喜的成績，為當(dāng)?shù)氐纳鐣徒?jīng)濟(jì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，得到了各級政府和廣大群眾的認(rèn)可。1998年2月21日，為緩解“九冬會”雪上項(xiàng)目比賽缺雪的難題，吉林省人工降雨防雹辦公室借助有利的氣象條件，成功地進(jìn)行了一次人工增雪作業(yè)，使吉林市北大湖滑雪場積雪增加到70 mm，為九冬會滑雪項(xiàng)目的正常進(jìn)行做出了重要貢獻(xiàn)。

3 人工增雪的氣候特征分析

3.1 人工增雪機(jī)理

人工增雪主要是通過改變云體粒子相態(tài)或譜分布，促使云體膠性不穩(wěn)定發(fā)展，從而提高云的降水率，增加降雨量。其物理依據(jù)和方法是在云中使用催化物，使云的冰晶不斷凝華，從而增加降水量。具體來說，形成降雪必須具備兩個條件，一個是必須有凝結(jié)核，能降雪的云是0℃以下的“冷云”。在冷云內(nèi)，既有水汽凝結(jié)的小水滴，也有水汽凝華的小雪晶。但他們都很小很輕，倘若不存在生長的條件，他們只能像煙霧塵埃一樣懸浮在空中，很難落下來。我們在冬天里經(jīng)常能看到大塊大塊的云，而未見雪花飄下來，就是因?yàn)榻M成這些云的雪晶太小，克服不了空氣的浮力，降水能力很差。如果在云層里播灑一些微粒物質(zhì)，促進(jìn)雪晶很快地增長到能夠克服空氣的浮力降落下來，就是人工增雪所要達(dá)到的目的?？梢?，人工增雪的基礎(chǔ)是要有降水云。一般來說，人工增雨可以增加大約20%的雨量，而在高寒、高山地區(qū)由于溫度低、水汽容易達(dá)到飽和狀態(tài)，雪晶比雨滴更容易形成等原因，人工降雪可增加30%到40%的降水量。只要在云中人工加入適量結(jié)晶核，就可促進(jìn)降雪。

3.2 氣候特征分析

黑龍江省地處中高緯度，歐亞大陸東岸，祖國東北部。北至53°34′N，縱越10°11′，西至121°E，東達(dá)135°E，橫跨14個經(jīng)度。地形復(fù)雜，受內(nèi)陸及海上高低壓及季風(fēng)交替影響，各地氣候有顯著差異，而且變化多端，屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。

冬季在極地大陸氣團(tuán)控制下，氣候嚴(yán)寒而少雪，多西北風(fēng)。一般地區(qū)有5個月（11-3月）的月平均氣溫在0℃以下，大興安嶺北部山地可長達(dá)7個月之久。最冷在1月，全省平均氣溫在-30℃～-15℃，極端最低氣溫普遍達(dá)-30℃以下。整個冬季降水很少，平均只有5～20 mm，僅占全年降水總量的4%左右，最大積雪深度一般在10～50 cm，北部、東部較其他地區(qū)偏深，11月初大地普遍封凍，次年3月、4月由南向北開化。最大凍土深度由南向北遞升，大約在1.9～2.5 m。大興安嶺部分林區(qū)有的超過2.5 m以上，有終年凍土層。全省地面積雪一般在60～150 d，北部大興安嶺在120～160 d。

4 現(xiàn)有基礎(chǔ)和條件

黑龍江省是全國開展人工增雨作業(yè)較早的省份之一，從50年代末期就開始這項(xiàng)工作，至今已有50多年的歷史，積累了大量豐富的經(jīng)驗(yàn)。在1987年大興安嶺特大森林火災(zāi)中，地面高炮和空中飛機(jī)形成的人工降雨立體作業(yè)網(wǎng)為林火的最終撲滅貢獻(xiàn)了決定性的力量。目前，黑龍江省已擁有252套火箭發(fā)射系統(tǒng)，813門高炮，每年租用兩架增雨飛機(jī)開展為期半年的增雨作業(yè)。全省從事人影作業(yè)的人員3 660人。全省5部多普勒雷達(dá)的聯(lián)網(wǎng)拼圖可為人工增雪實(shí)時指揮決策提供豐富及時的探測手段和技術(shù)保障。

在近幾年的屢次重大森林火災(zāi)中，黑龍江省人影部門接到人工增雨撲火任務(wù)，應(yīng)用自主研發(fā)的“飛機(jī)增雨作業(yè)系統(tǒng)”和“焰彈催化系統(tǒng)”，有效地實(shí)施人工增雨作業(yè)，為撲滅森林火災(zāi)做出了貢獻(xiàn)，受到各級政府的表揚(yáng)。飛機(jī)增雨滅火已成為我省氣象服務(wù)的品牌業(yè)務(wù)之一。

此外，我省還擁有一大批經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)水平高的中高級技術(shù)人員，為開展這項(xiàng)工作奠定了堅實(shí)的人才、科技基礎(chǔ)。

5 預(yù)期目標(biāo)

5.1 人工增雪潛力

研究結(jié)果表明，黑龍江省云水資源比較豐富,全省大部分地區(qū)各種天氣系統(tǒng)的自然降水效率平均值在50%～75%之間，人工增雨的潛力在30%～50%左右。由此可見，大氣中的云水資源還是十分可觀的。據(jù)專家分析,每年通過人工影響天氣作業(yè)平均增水約為5×108m3左右,僅占空中可利用水資源的0.2%,空中云水資源的開發(fā)潛力十分巨大.加強(qiáng)空中云水資源的開發(fā)利用,對緩解黑龍江省水資源短缺困境、推動地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。

5.2 預(yù)期達(dá)到的社會經(jīng)濟(jì)效益

（1）直接經(jīng)濟(jì)效益。人工增雨的經(jīng)濟(jì)效益取決于增雨面積、增雨量和噸水價，增雨面積是指降水范圍內(nèi)，實(shí)施人工增雨作業(yè)的區(qū)域面積，增雨量統(tǒng)計確認(rèn)后，即可由總增水資源量=增雨面積×增雨量，人工增雨的經(jīng)濟(jì)效益=總增水資源量×噸水價得出。據(jù)統(tǒng)計，2000～2009年底，黑龍江省人工影響天氣辦公室實(shí)施人工增雨作業(yè)共飛行376架次，航行707 h，平均增雨率達(dá)19.5%，純增加水資源9.5×1010m3。開展冬季人工增雪，在未來10 a將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上再增加近百億立方米的水資源產(chǎn)出，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

（2）社會效益。開展冬季人工增雪，將為全省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長做出積極的貢獻(xiàn)。

6 作業(yè)實(shí)施方案

過去幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外大量人工影響天氣科研和外場試驗(yàn)成果的積累，人工影響天氣的技術(shù)已趨于業(yè)務(wù)化，其作業(yè)方法已發(fā)展成多種多樣。

（1）飛機(jī)人工增雪：針對穩(wěn)定性層狀云。飛機(jī)具有飛行高度高，作業(yè)范圍大，可以控制作業(yè)時機(jī)、部位和播撒計量的特點(diǎn)，作業(yè)人員可以通過機(jī)窗觀測云的微物理特征并指揮作業(yè)。

（2）火箭人工增雪：針對不穩(wěn)定對流云。飛機(jī)不適合對流云，并且夜間飛行作業(yè)也有其局限性，而火箭恰恰可以彌補(bǔ)這一不足?；鸺哂蟹奖沆`活、流動性強(qiáng)、不受任何天氣條件限制等特點(diǎn)。

（3）高炮增雪：針對各種不同類別云體。分布范圍廣，作業(yè)成本低。

（4）地面碘化銀發(fā)生器增雪：不受云的類型限制。適合在山區(qū)或交通不便的區(qū)域安置。

另外，對云的催化還可分為：冷云、暖云、混合云，可采用不同的催化劑，采用不同的催化方式。

1002－252X（2011）03－0045－02

2011－6－6

周爾濱（1962-），男，黑龍江省哈爾濱市人，鄭州防空兵指揮學(xué)院，本科生，工程師.