李 喆工程師 宛 霞高級工程師

(北京市人工影響天氣辦公室，北京 100089)

0 引言

目前，全世界大約已有80多個國家和地區(qū)開展了人工影響天氣工作。其中，規(guī)模較大的國家有：美國、俄羅斯、中國、以色列、法國等。1946年，美國科學(xué)家歐文·朗繆爾根據(jù)冰晶在江水形成過程中的重要作用提出了人工產(chǎn)生冰晶影響降水的設(shè)想并實施了第一次對自然云層的人工催化實驗，推進了人工影響天氣事業(yè)的發(fā)展[1]。60年代，蘇聯(lián)科學(xué)家用冷云催化方法進行了大規(guī)模防雹實驗，并取得了顯著效果[2-3]。到了21世紀(jì)，納米技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了人工影響天氣領(lǐng)域[4]。具有與自然冰晶相近的納米材料因其尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)和表面效應(yīng)等特性提高了冰晶晶核數(shù)量。增強了人工增雨防雹的作業(yè)能力和效果。中國自50年代開始多數(shù)省、自治區(qū)開展了人工增雨和防雹業(yè)務(wù)工作。2006年，濟南針對干旱缺水的嚴(yán)峻形勢，大規(guī)模開展了人工影響天氣工作，有效增加降水量，天下第一泉——趵突泉持續(xù)噴涌10周年，創(chuàng)下近40年以來的最長紀(jì)錄。

人工影響天氣工作蓬勃發(fā)展的同時也存在著風(fēng)險，據(jù)全國人工影響天氣作業(yè)資料統(tǒng)計，2012-2014年共發(fā)生人工影響天氣作業(yè)炮彈故障1192起，炮彈故障很可能引起事故，甚至排除障礙時有可能引發(fā)二次傷害[5]。

安全風(fēng)險成為了制約人工影響天氣工作發(fā)展的主要因素，但同時也促使這方面的研究熱度增加，劉昭武等提出可視化的人工影響天氣作業(yè)指揮監(jiān)控系統(tǒng)，來降低人工影響天氣作業(yè)的風(fēng)險[6]。邵洋等對人工影響天氣的作業(yè)人員的安全風(fēng)險進行研究，試圖構(gòu)建人工影響天氣作業(yè)人員安全風(fēng)險評價模型和計算方法[7]。對于人工影響天氣的安全管理體系研究，多從管理的角度闡述降低安全風(fēng)險的有效方式[8-10]。本文從人工影響天氣的作業(yè)特點角度分析其存在的風(fēng)險，并提出如何降低風(fēng)險提升作業(yè)安全。

1 人工影響天氣的原理與方法

人工影響天氣(Weather Modification)指用人為手段使天氣現(xiàn)象朝著人們預(yù)定的方向轉(zhuǎn)化，如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消霧、人工削弱臺風(fēng)、人工抑制雷電、人工防霜凍等。具體是指在一定的有利時機和條件下，通過人工催化等技術(shù)手段，對局部區(qū)域內(nèi)大氣中的物理過程施加影響，使其發(fā)生某種變化，從而達到減輕或避免氣象災(zāi)害目的的一種科技措施[11]。

現(xiàn)代人工影響天氣主要是利用了云和降水形成的基本原理，其形成需要3個基本條件: 水汽、上升氣流和凝結(jié)核。水汽是通過地表蒸發(fā)過程(內(nèi)循環(huán))和輸送過程(外循環(huán))產(chǎn)生。有了水汽還需要有上升氣流，將水汽帶到高空，水汽在上升過程中凝聚成液態(tài)或固態(tài)，但還無法形成水滴或冰晶，要形成水滴或冰晶還需要凝結(jié)核或冰核。目前的人工影響天氣技術(shù)還無法控制水汽和上升氣流，主要是通過影響云和降水形成所需的凝結(jié)核(冰核)來實現(xiàn)對天氣的影響。

2 常用的人工影響天氣的類型及方式

2.1 常見類型

(1)人工增雨。降雨雖給人們的日常生活帶來不便，但是對于植物的生長和空氣的凈化都非常有益。形成降雨需要有2個必要條件，一個是空中的含水量，另一個是凝結(jié)核。人工增雨主要是通過播撒凝結(jié)核的方式實現(xiàn)，目前常用的凝結(jié)核是以碘化銀為主的催化劑。

(2)人工防雹。雷雨、冰雹這樣的強對流天氣不僅嚴(yán)重威脅到人們的日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。還對飛行安全有嚴(yán)重的影響，若飛行的飛機出現(xiàn)在強對流天氣區(qū)域中，會損害機體。冰雹形成過程中是由小冰胚不斷的發(fā)展成為小冰粒再逐步增大成為冰雹。人工防雹就是通過人工方式影響冰雹的形成過程，使空中的水分在形成大冰雹前降落到地面。常見的人工防雹主要是通過播撒催化劑對增加人工冰核影響自然冰雹增大，或通過人工防雹彈在云中爆炸對云中的冰雹產(chǎn)生振動，減少液態(tài)冰雹來抑制冰雹的增長，實現(xiàn)人工防雹的目的。

(3)人工消霧。霧給交通帶來的損失非常巨大。尤其是飛機，有霧飛機無法起飛和降落。大霧會使飛行中的飛機無法看清目標(biāo)，而發(fā)生撞山等可怕的事故。在北方的冬季、初春和秋末等季節(jié)比較常見的由于地表輻射冷卻作用使地面氣層水汽凝結(jié)而形成的輻射霧，對于輻射霧一般用人工消霧的方式進行局部消除效果為理想。比如飛機場、高速公路的大霧易發(fā)點等，以緩解因為大霧造成交通出行的壓力[12]。

2.2 常見方式

在我國很多地區(qū)均是利用飛機、高炮、火箭等向形成的云中播撒碘化銀、干冰等催化劑達到人工增雨、防雹、消霧的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，可以保護莊稼，在一些農(nóng)田進行人工防霜。為守衛(wèi)飛行安全在機場進行的人工消霧等[13]。

以最常見的人工增雨為例，當(dāng)氣象條件出現(xiàn)積雨云、雨層云、單體對流云團可以采用人工增雨。對于大范圍的積雨云和雨層云，采用火箭增雨作業(yè)的效果是最好的；而對于單體對流云團，采用三七高炮作業(yè)的效果更明顯。在實際作業(yè)工程中常常是幾種作業(yè)方式組合使用效果會更好，例如，高炮與火箭進行結(jié)合作業(yè)的效果遠遠高于單一作業(yè)方式。

在實際操作過程中云團的運動特點也會影響作業(yè)的效果。對于快速移動的云團，需要選擇在云團的前部或中前部作業(yè)；對于移動速度較慢的云團，需要選擇云團的中部作業(yè)，這樣增雨的效果更明顯。

人工增雨所需彈量，可以根據(jù)云團的大小來確定。一般情況下，如果催化云體的面積不足50km2，可以發(fā)射1-2 枚火箭彈或三七高炮25-35發(fā)；如果催化云體的面積大于50km2，則可以發(fā)射2-4枚火箭彈或三七高炮彈35-45發(fā)[12]。

3 人工影響天氣的作業(yè)特點

(1)在設(shè)備方面使用火炮、火箭等火力設(shè)備，具有一定的危險性。當(dāng)前火炮的主要型號是ZPZ-p57-I型、ZBZ-p37-I和ZBZ-p37-II型，火箭發(fā)射架的主要型號是QF3-II和QF-III牽引發(fā)射架。

(2)在作業(yè)環(huán)節(jié)方面，使用設(shè)備多，彈藥用量大。據(jù)統(tǒng)計2016年全國30個省，使用高炮近6 700門、火箭發(fā)射架7 200多臺，目前，北京市就有作業(yè)點33個，分布在延慶、平谷、懷柔、門頭溝、昌平、房山、密云等7個區(qū)域，有火炮73門，火箭發(fā)射架106臺，每年使用炮彈約為6 000-8 000發(fā)，火箭200-300枚。

(3)作業(yè)時間長，作業(yè)次數(shù)頻繁。人工影響天氣作業(yè)一般全年進行，在北京地區(qū)冬天增雪,春、夏、秋季增雨，夏季還要進行減雹，基本上是處于時刻備戰(zhàn)狀態(tài)。在作業(yè)頻次高也是人工影響天氣作業(yè)的特點，在北京地區(qū)每年火箭作業(yè)30次左右，火炮作業(yè)在百次以上。人工影響天氣作業(yè)已在我國大部分省推廣，人員、基地、設(shè)備都已具備較大規(guī)模，現(xiàn)在人工影響天氣作業(yè)已進入常態(tài)化，每年都要進行該作業(yè)活動。

4 當(dāng)前人工影響天氣作業(yè)安全存在的風(fēng)險

根據(jù)《中華人民共和國氣象法》《人工影響天氣管理條例》的有關(guān)規(guī)定，建立規(guī)范化、法制化、現(xiàn)代化人工影響天氣管理體系，縣級每個人工影響天氣作業(yè)點必須配備專業(yè)操作技術(shù)人員，持證上崗，建立一支具有一定規(guī)模、相對穩(wěn)定、訓(xùn)練有素的專業(yè)作業(yè)隊伍。

存儲、運輸風(fēng)險。作業(yè)過程中使用的炮彈、火箭等都屬于危險品，其的存貯建筑結(jié)構(gòu)、存儲環(huán)境、存儲倉庫的消防安全設(shè)施，以及在運輸過程中的裝卸、堆碼等出現(xiàn)違章、違規(guī)操作都會造成財產(chǎn)損失和人員傷亡。

發(fā)射操作風(fēng)險。由于發(fā)射工具故障、火箭彈(炮彈)質(zhì)量、人員操作不當(dāng)?shù)葐栴}，造成火箭彈(炮彈)未按照正常的彈道軌跡運行、彈頭未爆墜落或爆炸碎片過大、導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。作業(yè)工具、彈藥丟失，造成一定的社會影響和不良后果。

墜物風(fēng)險。目前在作業(yè)中使用的大多數(shù)小型火箭都不會炸掉箭體。箭體掉在地上，可能對人和動物以及房屋和建筑物造成損害。因此，彈著點與作用點的距離必須根據(jù)炮彈的射程參數(shù)和發(fā)射角參數(shù)來計算。根據(jù)拋物線軌跡計算可以大致知道彈著點的位置，確定撞擊點附近是否安全是否有村莊，避免意外傷害。

5 風(fēng)險產(chǎn)生的原因

(1)作業(yè)管理不到位。主要表現(xiàn)在：作業(yè)單位未取得資質(zhì)證，或資質(zhì)證過期；不按規(guī)定申請作業(yè)空域，或不在申請空域時限內(nèi)作業(yè)；未細(xì)化適合本地區(qū)的作業(yè)規(guī)程，或未嚴(yán)格執(zhí)行；未建立作業(yè)管理制度，或制度不完善、安全隱患逾期不整改等；管理疏漏導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境不安全，設(shè)施不合格等。

(2)設(shè)備管理有漏洞。主要表現(xiàn)在：違規(guī)存儲作業(yè)設(shè)備、彈藥等；管理疏漏導(dǎo)致炮彈、火箭彈丟失或被盜；過期或發(fā)生故障的炮彈、火箭彈未按規(guī)定及時報廢；未按要求開展設(shè)備維護、保養(yǎng)或年檢等。

(3)作業(yè)實施不規(guī)范。主要表現(xiàn)在：違規(guī)指揮導(dǎo)致高炮或火箭架損壞、炮彈或火箭彈爆炸；在禁射方位、時間、高度、空間和禁射區(qū)違規(guī)作業(yè)；突發(fā)故障處理不當(dāng)，作業(yè)過程中遇雷擊、彈藥卡膛等突發(fā)情況處理措施不正確、不及時；使用逾期炮彈或有故障的高炮、火箭架；作業(yè)宣傳不力，在作業(yè)前未嚴(yán)格落實作業(yè)公示制度。

(4)作業(yè)隊伍技術(shù)力量不強。當(dāng)前，人工影響天氣作業(yè)人員幾乎都分布在農(nóng)村，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民兼職或為臨時聘用人員，受教育程度較低，知識技能不高。作業(yè)人員普遍存在年齡偏大、學(xué)歷偏低的特點。另外由于作業(yè)人員待遇不高等因素導(dǎo)致作業(yè)隊伍不穩(wěn)定、流動性較大，從而存在人員技術(shù)水平參差不齊，作業(yè)隊伍總體水平不高等問題。

6 降低風(fēng)險產(chǎn)生的原因

針對人工影響天氣作業(yè)存在的現(xiàn)狀和主要風(fēng)險，為使該作業(yè)安全管理進一步提高，可以從以下幾方面降低風(fēng)險。

(1)進一步完善人工影響天氣工作管理的長效機制。建立機制是人工影響天氣作業(yè)安全的基本保障，必須高度重視，首先要建立責(zé)任機制，落實安全責(zé)任制，實現(xiàn)全面、全過程和全員的安全管理，要實行省、市、縣人影辦和作業(yè)點四級管理體制，實現(xiàn)職責(zé)明確、逐級分解、層層落實[14]。第二，要建立監(jiān)管機制，成立由氣象局、人工影響天氣辦公室等負(fù)責(zé)部門組成的作業(yè)安全監(jiān)管會，建立健全安全預(yù)警和應(yīng)急系統(tǒng)，實施作業(yè)全程監(jiān)控，實時分析作業(yè)動態(tài)，及時消除安全隱患。第三、建立應(yīng)急救援機制，制定安全事故應(yīng)急救援預(yù)警，能夠在事故預(yù)防和應(yīng)急處理中最大限度地調(diào)動資源，發(fā)生作業(yè)安全事故時，能快速處置。

(2)多部門聯(lián)動機制需進一步加強。應(yīng)進一步建立健全由政府為主導(dǎo)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)機制，建立以氣象局、人工影響天氣辦公室、作業(yè)區(qū)政府、裝備彈藥生產(chǎn)廠家及交通、安全、人力資源和財政等部門組成的組織機構(gòu)，各有關(guān)部門做到分工負(fù)責(zé)，相互配合，定期溝通，通過建立上下之間、部門之間、軍地之間的綜合協(xié)調(diào)聯(lián)動機制形成人工影響天氣安全多方位全覆蓋管理。

(3)加大對作業(yè)培訓(xùn)的力度。針對當(dāng)前作業(yè)人員素質(zhì)較低、技術(shù)水平參差不齊的現(xiàn)狀，大力加強作業(yè)人員培訓(xùn)是當(dāng)務(wù)之急，必須高度重視，培訓(xùn)工作應(yīng)完善機制。首先要制定作業(yè)人員培訓(xùn)規(guī)劃和計劃，從培訓(xùn)人員、內(nèi)容、場地、師資等方面建立起完整體系。其次要建立作業(yè)人員培訓(xùn)考評方法，既要注重理論知識學(xué)習(xí)又要培訓(xùn)強化實際操作，要注重培訓(xùn)效果，不能圖形式走過程，同時還要加強和完善培訓(xùn)的跟蹤、反饋和總結(jié)。

(4)對出現(xiàn)的安全事故及時開展科學(xué)調(diào)查。人工影響天氣作業(yè)中各種大小事故是經(jīng)常出現(xiàn)的，及時開展事故調(diào)查有利于全面收集事故發(fā)生的信息資料，找出事故的原因，準(zhǔn)確判定事故性質(zhì)和責(zé)任，為設(shè)備廠家提供改進建議，為安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，還有利于提出事故預(yù)防方法和整改措施建議[15]。調(diào)查工作也要進一步規(guī)范，如應(yīng)遵循分級負(fù)責(zé)、實事求是、堅持公正原則；再如技術(shù)鑒定方面，針對專業(yè)性強的問題，要及時請專業(yè)人員進行技術(shù)鑒定，最后在科學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上及時、準(zhǔn)確地提交調(diào)查報告，為有關(guān)部門研究決策提供依據(jù)

7 結(jié)論

人工影響天氣作為現(xiàn)代氣象研究的重要領(lǐng)域，影響著一個地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展，也成為推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟快速發(fā)展的動力。但在影響天氣的操作過程中用到的設(shè)備火箭、高炮等存在危險性。

(1)在人工影響天氣作業(yè)的風(fēng)險存在于存儲、運輸、發(fā)射操作的整個過程中。

(2)產(chǎn)生人工影響天氣作業(yè)風(fēng)險的原因主要有作業(yè)及設(shè)備管理、作業(yè)操作及作業(yè)隊伍技術(shù)力量薄弱等幾方面的因素。

(3)可以從改善人工影響天氣作業(yè)管理機制、加強相關(guān)部門間的聯(lián)動機制、加強作業(yè)人員的培訓(xùn)及科學(xué)開展作業(yè)事故調(diào)查幾個方面提高人工影響天氣作業(yè)的安全性。