戴修尚
摘 要:人工增雨,是采用科學的方法,在適當的時機,將催化劑引入云的有效部位,達到人工催化云層降水或增加降水量、開發(fā)利用空中云水資源的目的。安徽省九華山風景區(qū)屬山岳型景區(qū),森林覆蓋率達90%以上,年平均降水量2129.1mm,雖雨水充沛,但降水季節(jié)分布極為不均,常出現秋冬旱。2019年9—11月,九華山遭遇70a一遇的干旱災害,景區(qū)生活用水斷供,森林火險氣象等級連日維持極高火險級5級。九華山氣象管理處多次實施人工增雨,作業(yè)效果明顯,為緩解景區(qū)旱情、增加水庫蓄水、降低森林火險等級、補充地下水資源、改善生態(tài)環(huán)境等發(fā)揮了重要作用。
關鍵詞:人工增雨;森林防火;抗旱
中圖分類號:S16
文獻標識碼:A
1 九華山風景區(qū)森林及氣候概況
九華山風景區(qū),位于安徽省池州市青陽縣境內,是國家5A級旅游區(qū),世界地質公園,首批國家自然與文化雙遺產地,中國佛教4大名山之一。景區(qū)規(guī)劃面積120km2,保護范圍174km2,最高峰海拔1344.4m。寺宇林立,古木參天,現有寺院99座,其中,全國重點寺院9座,安徽省重點寺院30座。有全國重點文物保護單位4處,安徽省重點文物保護單位7處。
九華山屬北亞熱帶濕潤季風氣候,受地形地勢、海拔高度影響,又存在復雜多變的山區(qū)局地小氣候特征。森林覆蓋率達90%以上,有1460多種植物。地帶性植被為常綠闊葉林,中高海拔區(qū)天然植被保存完整。依山勢海拔的變化,植被大體分為次生針葉林、常綠落葉闊葉林、針闊葉混交林、栽培植被區(qū)和灌叢區(qū)。對照《國家重點保護野生植物名錄》,目前九華山境內有百年以上古樹名木449株,國家一級保護樹種59株[1]。
據1991—2018年歷史氣象觀測資料統(tǒng)計,九華山風景區(qū)歷年平均降水量為2129.1mm,6—8月降水相對集中,12月最少,平均77.2mm,降水季節(jié)分布極為不均(圖1)。年平均相對濕度76%,6—9月均>80%,12月最低,為69%,年平均氣溫14.3℃。據圖1顯示,2019年9月、10月降水量遠低于歷史同期。
2 九華山2019年旱情與森林防火形勢分析
2.1 2019年秋季氣象要素統(tǒng)計分析
2019年8月12日開始,九華山出現近3個月無有效降水時段,最長連續(xù)無降水日數突破本地有氣象記錄以來的歷史極值。因11月中下旬連續(xù)3次成功實施了人工增雨,且增雨量較大,因此,這里僅對9—10月導致干旱的相關氣象要素進行統(tǒng)計分析。
2019年9—10月降水量僅38.5mm(其中還包含人工增雨作業(yè)所產生的增雨量),與歷史同期相比減少219.5mm,僅為同期的15%(圖1);平均氣溫高出0.7℃,最大氣溫日較差12.5℃(一般情況下,氣溫越高,日較差越大,蒸發(fā)作用越強);平均相對濕度較歷史同期低3.4%,日最低相對濕度曾降到17%,空氣異常干燥;總日照時數高出歷史同期83h(表1)。
2.2 九華山風景區(qū)森林防火形勢
森林火災是世界8大自然災害之一,具有突發(fā)性強、危害性大、處置救助困難等特點[2]?;馂牡陌l(fā)生取決于3個因素:林內可燃物、合適的氣象條件、野外火源[3]。
2019年8月中旬開始出現的連日少雨或無雨、較小的相對濕度、較高的氣溫、較大的氣溫日較差、長時間的日照,加速了下墊面植被、森林可燃物中的水分蒸發(fā),使得可燃物含水率降低而變得干燥,森林火險等級持續(xù)攀升。9月1日—11月17日的78d中,九華山氣象管理處發(fā)布的森林火險氣象等級預報有48d為極高火險級5級,19d為高火險級4級。
森林火災發(fā)生的關鍵因素為火源,分為人為火和自然火2大類。人為火包括各類生產用火和野外吸煙、燒荒燒紙等非生產性用火;自然火包括雷電火、可燃物自燃等。據統(tǒng)計,在所有森林大火中,有98%是由人為火源引起的。九華山風景區(qū)屬佛教圣地,2019年進山人次達到1131萬,大量的游人活動以及禮佛燃香、祭祀燒紙、游動吸煙等行為,使得景區(qū)防火壓力劇增。另外,九華山屬多雷區(qū),雷電火也是一大火災隱患。2014年7月11日12∶00,九華山曾發(fā)生因雷電導致花臺景區(qū)2名游客身亡并引發(fā)防火棚起火事故。
由于景區(qū)面積廣闊,各種火源點多面廣,管控難度非常大,加之秋冬季少雨低濕等不利的氣象條件,大量聚集的林內可燃物,使得景區(qū)防火形勢十分嚴峻。為預防森林火災的發(fā)生,風景區(qū)管委會每年都要投入大量的人力、物力、財力。
2.3 九華山風景區(qū)干旱形勢
九華山核心景區(qū)(海拔高度600m以上區(qū)域)的旅游接待、居民生產生活用水全部依靠山上僅有的一座“天池水庫”蓄水供應維持,自然降水是水庫的唯一水源。九華山秋冬季節(jié)降水較少,幾乎每年都有不同程度的秋、冬旱發(fā)生(據池州市水利局水旱災害防御處統(tǒng)計,2019年出現的嚴重干旱災害,為本地70a一遇),進而引發(fā)水資源的臨時性缺乏。而每年的9—11月、元旦和春節(jié)期間又正是九華山的旅游旺季,旅游接待、居民生活用水量極大。近年來,隨著景區(qū)游客量劇增,多次出現因干旱導致天池水庫供水不足,景區(qū)生活用水限時供應的情況。
2019年,僅國慶黃金周7d,九華山景區(qū)就接待游客27.22萬人次。持續(xù)的高游客量和連日無雨少雨,使得天池水庫水位急劇下降,到10月下旬,水庫近于干涸,核心景區(qū)內只得靠消防部門從山下運水上山為居民定時送水,嚴重影響景區(qū)正常旅游接待與居民日常生活。
3 九華山人工影響天氣工作
3.1 人影作業(yè)裝備與軟件系統(tǒng)
2006年,九華山氣象管理處從外地借調“三七高炮”首次為景區(qū)抗旱實施了人工增雨作業(yè)。近年來,在安徽省氣象局和風景區(qū)管委會的全力支持下,九華山人影作業(yè)裝備不斷完善,作業(yè)能力不斷提升,2020年還將建成安徽省飛機人工增雨作業(yè)九華山基地。
3.1.1 人工增雨火箭作業(yè)系統(tǒng)
2009年,購置了首套人工影響天氣作業(yè)裝備——BL-1A型火箭作業(yè)系統(tǒng),后經多次更新升級,其發(fā)射系統(tǒng)已實現智能化。
車載式火箭作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)點是可流動作業(yè),機動性強,適用于對小團積雨云作業(yè)。但是,隨著我國軍事與民航的發(fā)展,國內空中航線越來越密集,火箭作業(yè)申請常受空域制約而錯過最佳作業(yè)時機,因此,地面焰條播撒系統(tǒng)便成了九華山人工增雨的較好選擇。
3.1.2 人工增雨地面焰條播撒系統(tǒng)
2008年和2019年,先后建成并更新2套可遠程遙控的人工增雨地面焰條播撒系統(tǒng),分別位于核心景區(qū)北側的百歲宮下方山坡和南側的平天崗山坡,距人工增雨最核心目標區(qū)——天池水庫兩側3~4km,海撥均在700m左右。
在焰火器(播撒裝置)的布設選址方面,依據九華山云和降水、地面風向的歷史觀測資料做了充分論證。既結合了地形云與山谷風的關系、作業(yè)效果的轉化,還考慮了地形抬升作用的發(fā)揮和作業(yè)后降水轉換為地表水的能力。
地面焰條播撒系統(tǒng),有位置高度可選、不受空域限制、可以遠程控制、作業(yè)靈活方便等優(yōu)點,非常適宜對山區(qū)地形云開展增雨作業(yè)。
3.1.3 人影業(yè)務軟件系統(tǒng)建設
安徽省基于物聯網技術,建成了省—市—縣—作業(yè)點4級一體化的“人工影響天氣智能管理系統(tǒng)”,實現了對人影信息(人員、裝備、彈藥、氣象信息等)采集與傳輸、數據管理與服務、安全監(jiān)督與管理的自動化、智能化,建立了較為完整的業(yè)務流程,并依據業(yè)務流程開發(fā)了需求分析、作業(yè)條件預測、作業(yè)云識別、作業(yè)指揮、效果評估5大類人影業(yè)務產品,促進了人影管理、業(yè)務、服務的科學發(fā)展[4]。
建成了“物聯網彈藥裝備管理系統(tǒng)”,實現了人影裝備、彈藥從生產、查驗、儲運、使用、維護等各環(huán)節(jié)的全周期監(jiān)管和全過程追溯。智能人影作業(yè)指揮APP,實現作業(yè)申請、審核、作業(yè)條件分析、信息上報等移動端操作。地面焰條播撒裝置遠程控制系統(tǒng),實現在PC和移動客戶端進行設備檢測、遠程點火、視頻監(jiān)控、信息采集、防盜報警功能。
3.2 人影作業(yè)隊伍建設與制度保障
九華山氣象管理處(人影辦)成立了由主要領導擔任指揮長、數名精干力量為作業(yè)人員的人影作業(yè)隊伍。相關人員每年均多次參加省氣象局、人影裝備廠商、系統(tǒng)平臺建設公司等組織的相關管理、安全、理論和實戰(zhàn)培訓,形成了一支理論扎實、經驗豐富、技術精湛的人影作業(yè)隊伍。
人影辦按主管部門要求,完善了人影作業(yè)從公告發(fā)布、空域申請、組織管理、彈藥儲運、裝備保障、安全管理、信息上報等一系列制度、流程、規(guī)范。確保每次人影作業(yè)都能規(guī)范有序、安全高效實施。
3.3 九華山2019年人工增雨作業(yè)情況及效果評估
3.3.1 抗旱服務與人工增雨作業(yè)開展情況
2019年9月中旬開始,景區(qū)旱象初顯,九華山氣象管理處加強天氣監(jiān)測、預報預警服務,通過小區(qū)短信平臺、氣象預警顯示屏等多渠道向來山游客、景區(qū)居民發(fā)送氣象干旱預警和高危森林火險氣象等級預警信息,向管委會及相關部門報送《干旱天氣專報》。同時,按照風景區(qū)管委會的統(tǒng)一部署,人影作業(yè)隊伍進入24h待命臨戰(zhàn)狀態(tài),密切監(jiān)視天氣變化,搶抓有利時機,適時開展增雨作業(yè)。
九華山氣象管理處分別于2019年10月5日、10月12日、10月15日、11月13日、11月18日、11月25日組織實施了6次人工增雨作業(yè),共發(fā)射火箭彈48枚,燃燒焰條52根,其中,增雨飛機進入景區(qū)上空作業(yè)3架次。
11月17日,九華山氣象管理處結合雷達資料、GRAPES模式預報等研究分析,并與安徽省氣象臺會商,預測次日5∶00—11∶00,有天氣系統(tǒng)自東南向西北緩慢過境景區(qū),且垂直累積過冷水含量充足,作業(yè)潛力很大。人影作業(yè)人員徹夜在作業(yè)點守候,并于11月18日凌晨6∶10—7∶20實施了3輪火箭增雨作業(yè),發(fā)射火箭彈16枚,地面播撒系統(tǒng)燃燒焰條18根。同時,在安徽省人影辦的協(xié)調下,作業(yè)飛機于8∶00—8∶20進入景區(qū)上空作業(yè)。
3.3.2 人工增雨作業(yè)效果評估
鄧點滿等[5]對人工增雨效果評估方法進行了研究,提出物理評價法和統(tǒng)計檢驗法(包括區(qū)域回歸法、歷史資料估算法、數值模擬評估法等)。本文根據作業(yè)目標區(qū)與對比區(qū)的自動站監(jiān)測數據,采用區(qū)域回歸法對2019年10—11月開展的6次作業(yè)過程進行效果評估。其中,有4次過程因天氣系統(tǒng)強度不大、增雨潛力不足或系統(tǒng)發(fā)展走向偏移等原因導致作業(yè)未見明顯效果,但11月18日、25日的2次增雨作業(yè)效果卻異常明顯。
11月18日作業(yè)后自動雨量站監(jiān)測數據顯示,作業(yè)目標區(qū)內各站點降水量普遍超過15mm,平均達到21.1mm,其中增雨核心目標區(qū)——天池水庫附近的九華山氣象國家觀測站降水量達28.5mm(圖2左),而作業(yè)對比區(qū)(作業(yè)區(qū)上風方,南片區(qū)域,未實施增雨作業(yè))100km范圍內10個國家氣象觀測站平均降水量為5.0mm,50km范圍內78個雨量站點的平均降水量為5.9mm。
丁仁海[6]對九華山與周邊區(qū)域的降水分布差異分析得出,(皖南)山區(qū)的高度(指>200m的山體)、地形對降水系統(tǒng)的增雨作用較為明顯,山區(qū)降水量分布與海拔高度有關,海拔越高,降水量越大;山區(qū)地形對降水的平均貢獻率為37.6%。據此結論,作業(yè)目標區(qū)平均自然降水量R1與對比區(qū)平均自然降水量R2存在線性關系R1=(1+37.6%)·R2。通過線性回歸得出,11月18日的作業(yè)過程中,作業(yè)目標區(qū)的平均自然降水量R1=(1+37.6%)×5.9mm=8.1mm;作業(yè)平均增雨量△R=作業(yè)后目標區(qū)實測平均降水量R0-平均自然降水量R1=21.1mm-8.1mm=13.0mm。不考慮九華山景區(qū)以外的增雨量,僅以九華山區(qū)域范圍174km2目標區(qū)進行保守測算,本次人工增雨作業(yè)的總增雨量約為:13.0mm×174km2=226.2萬m3。
11月25日作業(yè)后,作業(yè)目標區(qū)內19個雨量站點平均降水量(R0)為15.2mm,九華山國家氣象觀測站雨量達18.7mm(圖2右),作業(yè)對比區(qū)78個站點平均降水量(R2)僅為6.7mm,此次作業(yè)平均增雨量△R=R0-R1=R0-(1+37.6%)·R2=6.0mm,九華山區(qū)域范圍內總增雨量約為6.0mm×174km2=105萬m3。
經過幾次成功開展人工增雨作業(yè)后,到11月30日,在自然降水和人工增雨的共同影響下,天池水庫蓄水量大幅增加,森林火險氣象等級降至低火險級,地下水得以充分補給,持續(xù)2個多月的嚴重旱情全面解除,旅游接待和居民生活恢復正常。
4 結語
2019年,九華山風景區(qū)遭遇70a一遇的嚴重干旱,九華山氣象管理處抓住有利天氣條件,多次開展人工增雨作業(yè)。利用作業(yè)目標區(qū)和對比區(qū)的雨量監(jiān)測資料,采用區(qū)域回歸方法進行作業(yè)效果評估,按最保守的作業(yè)目標區(qū)面積測算,僅11月18日、25日2次人工增雨作業(yè)中,九華山風景區(qū)范圍內的作業(yè)增雨量超過330萬m3,增雨效果明顯,為景區(qū)抗旱減災、水庫蓄水、降低森林火險等級、保護森林資源安全、補充地下水資源、改善生態(tài)環(huán)境等發(fā)揮了積極作用,取得了良好的經濟和社會效益。
參考文獻
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[6]丁仁海,丁鑫.九華山與周邊區(qū)域的降水分布差異分析[J].氣象,2014,40(4):458-465.
(責任編輯 賈燦)