白山市人工影響天氣作業能力發展沿革及效益分析

（吉林省白山市氣象局，白山 134300）

0 引言

白山市地處長白山腹地，林地面積129 km2，占全市總土地面積85.6%，是吉林省的重點林區之一，也是吉林省發生森林火災最多的地區之一[1]。近年來受全球變暖和厄爾尼諾等天氣現象影響，白山市年降雨量呈現波動劇烈特征，同時，隨著社會經濟發展、城市化和工業化進程加快，森林銳減、土地退化、環境污染、水土流失等生態問題日益突出，嚴重威脅著區域發展和生態安全[2]。如何預防和減輕氣象災害，保護生態環境已成為當前亟待解決的問題。崔金剛等[3]、蔣愛紅等[4]、趙剛等[5]均具體分析了人工影響天氣在氣象防災減災中的作用，并提出了如何促進人工影響天氣發展的建議。

本文分析了白山市降水量的時間和空間分布特征，詳細總結了森林防火、林木生長、水庫蓄水等對森林防火的需求，結合白山市人工增雨現狀，提出了白山人影工作的重要性及其經濟和社會效益，并提出相關意見和建議。

1 白山市人工影響天氣現狀

1.1 白山人工影響天氣發展歷史沿革

白山市在20世紀90年代初開始開展人影作業。近年來人影作業能力發展迅速，針對春夏連旱和森林火險等級偏高，森林火情頻繁的異常氣候，大力開展人影作業，在撲滅山火、水庫蓄水和農業抗旱中發揮了關鍵作用。近7年來，全市累計開展地面增雨作業達45次，增加降雨量約3億 m3。

目前，白山人影作業正在由春秋兩季季節作業向全年作業轉變，由單純增雨作業向增雨、增雪作業轉變，由移動增雨作業向移動作業和固定作業相結合轉變，由原始的人工作業向現代化的自動作業和人工增雨作業相結合轉變。人工影響天氣在森林防火、水庫蓄水、農業抗旱等方面正發揮著越來越重要的作用，成為白山市防災減災的重要手段之一。

1.2 作業能力現狀

2012年以來，政府持續加大人影投入力度，白山人影地面作業能力顯著提高。2012年，全市統一采購了移動增雨作業專用車輛5輛，車載式增雨作業火箭發射架和牽引式增雨作業火箭發射架共10部，我市初步具備了移動增雨作業能力。2015年，以東北人影工程建設為契機，白山市氣象局集中精力，大力推進固定增雨作業站建設和設備采購工作。白山市現有地面作業站30個，其中地面固定作業站16個，移動作業站14個。增雨火箭24部，地面增雨煙爐6部，人影彈藥箱18個，增雨專用車輛5輛，同時購置配備了作業人員專用對講機、頭盔、單兵背囊、作業服裝、野外帳篷等各類專業設備，實現了市、縣、作業站3級實時人影作業遠程指揮功能。目前全市年增雨（雪）作業能力可達1～3億 m3，作業范圍可以覆蓋全市1.7萬平方公里土地，平均每年開展大規模人影作業8次以上，實現了白山市人影作業能力和科學作業水平的跨越式發展 。

2 人工影響天氣作業需求分析

2.1 白山降水和水資源分布特征分析

白山市降水量和水資源量在時間和空間上分布極不均勻。白山地區年降水量平均為813.6 mm，空間上各地降水量相差較大（圖1），呈現由西北向東南降雨量逐漸減少趨勢。江源區年降水量最大，長白縣降水量最少，兩者相差164 mm，分布極為不均。根據2010年統計數據，全市人均水資源量0.601萬 m3/人，但各地人均水資源量同樣差別很大，尤其是江源區和渾江區，人均水資源量還沒有達到全國平均水平（圖2）。

白山市降水量在時間上呈現年際變化大，年內分配不均的特征。統計2005—2014年年降水量情況，發現降水量年際變化顯著，尤其是2008年以來，波動劇烈。最大年際降水量（2010年）和最小年際降水量（2014年）之比達到1：0.53，差距十分顯著（圖3）。

圖1 白山各縣（市、區）各地年降水量對比圖（單位：mm）Fig. 1 Comparison of average annual precipitation in counties, cities or districts (unit: mm)

圖2 白山各縣（市、區）人均水資源對比圖（單位：萬 m3/人）Fig. 2 Comparison of per capita water resources in counties, cities or districts

圖3 2005—2014年白山市年平均降水量時間序列Fig. 3 Time series of annual precipitation in Baishan city during 2005-2014

白山市距離渤海灣不足200 km，空中水汽充沛，充足的水汽由西南風源源不斷的從渤海灣輸送到白山地區。白山市年平均降水量為859.6 mm，年均降水日數達191 d，白山市具備全季節開展人工增雨（雪）作業天氣條件。時間和空間分配不均的水資源現狀則形成了對開展人工增雨（雪）作業的現實需求。

2.2 森林防火需求分析

白山市地處長白山腹地，森林覆蓋率達83%，占長白山林木資源的60%。轄區內有6個國有林業局和6個地方林業局，境內有國家自然保護區2個，國家風景名勝區5個，國家森林公園8個。截止2015年，已經連續35年無重大森林火災，但每年防火季節局部火情不斷，據白山市林業局統計數據，1989—2010年，全市共發生火情67次，過火面積達118.56 ha。近年來白山市火情成逐年上升趨勢（圖4），防火壓力逐年增加。每年森林防火期開展針對性人工增雨作業需求較為迫切，特別是出現突發性森林火情時，人工增雨常常成為迅速撲滅山火的唯一有效方法。近年，全市平均每年開展森林防火人影作業約4～5次，成為森林防火的重要手段之一。

圖4 1989—2010年白山市森林火情次數時間序列（單位：次）Fig. 4 Annual times of forest fires in Baishan 1989-2010 during

2.3 林木生長和林下經濟需求分析

長白山區樹木生長與降水量關系密切，針葉林和闊葉林年輪寬度同生長季前期的降雨或降雪量密切相關。林下經濟主要是指以林地資源和森林生態環境為依托，發展起來的林下種植業、養殖業、采集業和森林旅游業等產業。白山市林下資源豐富，境內有1500余種經濟植物，人參產量占全國人參產量的80%。人參、中草藥等特產業與降水關系密切，尤其是冬季充足的降雪量是人參等經濟作物順利越冬的重要保障。人參適宜在潮濕環境下生長，土壤濕潤、空氣濕度大對人參生長發育有利。據分析得出，人參產量與年平均相對濕度關系密切，在一定范圍內呈線性關系[6]。

近年來，由于人影作業宣傳力度加大，人參種植大戶和山林承保大戶對全年開展人影作業的需求逐年提高。

2.4 水庫蓄水需求分析

白山市境內有鴨綠江、松花江、渾江三大水系，全市水資源總量為80億 m3。目前已新、擴建水電站53座。鴨綠江流域有中朝兩國已建云峰電站等4座大型水電站及40座小、中型水電站。松花江流域有小山電站，下游有白山電廠等大型電站。同時境內有曲家營水庫等7座大型飲用水水庫，其他中小型水庫200余座。2007年統計數字顯示，全市入境地表水資源量為27.43億 m3，出境量為110.67億 m3。

近年來，受全球變暖和厄爾尼諾等天氣現象等影響，白山市天氣氣候異常，同時伴隨經濟發展，各縣市區居民飲用水水源地需水量也逐年增加，各級水庫每年枯水季對人工增雨需求迫切，尤其是個別年份冬季降水偏少，春季水庫蓄水明顯不足，開展人工增雨（雪）作業成為緩解水庫蓄水不足的重要手段。

2.5 農業抗旱需求分析

農業抗旱主要針對備春耕期間旱情及夏秋季旱情開展人影作業。白山市糧食產量偏低，但農村特產業種植戶相對較多，因此對人影作業有一定需求，全市平均每年開展農業人影作業約1～2次。

3 人影作業實例分析

3.1 森林防火作業

2012年5月29日12時30分，吉林省白山市撫松縣境內長白山國家級自然保護區內西坡、錦江峽谷梯子河高山花園處長白山林區發生森林火災。衛星遙感監測熱點200 ha，過火面積30 ha。白山市氣象局立即啟動預案，成立氣象服務應急指揮部，下設現場應急指揮決策組、天氣信息情報組、后勤保障組和前方人影作業組，明確分工。決策組立即趕至300 km外的長白山管委會應急指揮中心，開展各項工作。同時市、縣氣象局聯合行動，應急人員及物資到位，迅速開展應急氣象服務保障。由市局及5個縣氣象局共35人組成的前方人影組攜帶5部增雨火箭發射架、57枚火箭彈向火場集結、待命。省人工影響天氣中心調配2部火箭架、201枚火箭彈及時增援，同時增派兩架人影作業飛機，實時指導人影作業。16時30分，情報組初步判斷29日23時—30日02時、30日午后至傍晚有兩個增雨作業時間窗口，最終鎖定30日01時20分、03時40分、07時13分可以開展人工增雨作業，作業人員克服夜間和山區作業的雙重困難，在現場設置了3個臨時火箭作業站點，01時20分—3時00分，03時40分—04時30分，07時13—58分，隊伍接連兩次再上長白山，共進行4輪增雨作業，作業后火區出現中雨，火場降雨11.2 mm，上游1.2 mm，下游17.3 mm，同時段非作業區無明顯降雨。增雨效果非常明顯。08時05分，省人工影響天氣中心兩架增雨作業飛機飛臨火場上空，開展第五輪增雨作業。09時，伴隨降雨森林火情基本解除。

3.2 水庫蓄水作業

2017年12月—2018年2月26日，白山市區降雪量為23.7 mm，較歷年偏少43.9%，造成上游來水量大幅度減少，市區水源地曲家營水庫來水量明顯不足。曲家營水庫2018年2月26日上午08時，水庫水位574.88 m，庫容703萬m3，有效庫容213萬 m3，市區珍珠門和庫倉溝兩處地下水水源供水量減少到5000 m3/日。

為緩解供水緊張局面，按照市政府要求，市氣象局在2月28日、3月7日和3月15日連續開展了3次人工增雪作業。為確保取得實效，市局提出了合理布局、科學作業的要求。作業前組織人員到水源地實地考察，根據天氣系統來向和火箭增雪催化影響范圍，在水源地匯流區上游設立了4個增雪作業站點，間隔2～4 km，成四邊形分布，每個點設置1部火箭發射架。作業開始前多次進行天氣會商、確定作業方案。為確保作業信息真實準確，作業過程中采取統一指揮、統一調配、分工明確、分時段、多輪次作業的方式進行作業。作業過程中根據雷達回波和天氣系統演變情況，隨時調整火箭方位角和仰角，每次發射向左（右）調整5°左右方位角，形成扇形作業面，作業過程中隨時拍照、隨時上報作業量。做到適當時機、適當部位、適當劑量、科學作業。為保證作業效果，作業時間從系統影響初期一直持續到系統結束前2～3小時，根據雷達回波演變情況，間隔40 min左右請令作業一次，如不具備作業條件則暫停作業。三次過程分別作業5輪次、5輪次和8輪次。

3次增雪作業共出動4個縣市區的火箭發射架10部次，作業車輛13輛次，作業人員39人次參與作業，共開展人影作業19輪次，發射增雨火箭彈181枚。

第一次增雪作業后，作業影響區出現暴雪天氣，作業影響區新增積雪深度18 cm，降雪量達15 mm。對比市區，作業區降雪量增加約8.3 mm。第二次增雪作業后，作業影響區出現大雪天氣，降雪量達5.7 mm。對比市區，作業區降雪量增加1.4 mm，高于非作業區域32%。第三次增雨（雪）作業后，作業影響區出現雨轉雪天氣，作業區降水量達20 mm。同一時間段市區降雪量為15.3 mm，臨江降水量11.2 mm，人工增雨（雪）作業增加降水量約7 mm。

3次增雪作業后庫區匯流區累計增加降水量約410萬 m3，為增加白山市飲用水水源的蓄水量起到了重要作用。3月14日08時—16日08時，水庫入庫流量達210萬 m3，市區飲用水供水緊張局面得到了有效緩解，人影作業取得階段性勝利。

3.3 農業抗旱作業

2014年7—8月，白山市出現有記錄以來的最嚴重汛期氣象旱情，8月7日，白山市氣象局根據不同天氣系統和干旱區域，在全市范圍選取了21個移動增雨作業點。并與市農委、市水文局、渾江區政府進行會商，確定增雨方式和作業區域。12日召開全市抗旱增雨部署會，制定人工增雨作業方案，調配人員和設備，部署增雨抗旱。8月13—14日，長白、撫松、靖宇、臨江分別進行了人工增雨作業，作業效果顯著。8月15日渾江區已經連續20 d沒有降雨，當天下午渾江和江源區出現了難得的作業窗口，相關人員立即行動開展增雨作業，作業后影響區普降小雨。8月16—25日作業人員克服困難、再次連續進行8輪增雨作業，一舉解除了農業旱情，增加了水庫蓄水，再次得到市領導和群眾的肯定。

4 人影效益分析

白山市地處長白山主峰的西部和南部，平均海拔較高，是松花江、鴨綠江、渾江三江的源頭，撫松縣、靖宇縣為松花江上游地區，長白縣、臨江市為鴨綠江上游地區，江源區、渾江區（白山市區）為渾江上游地區。根據撫松小山電站水庫入庫流量統計數據，5—10月出現10 mm以上量級降雨時，50%以上的降水量通過三條河流流向下游地區；冬季降雪在3—4月會形成桃花水，其中大部分桃花水匯流進入各級河流，并最終流向下游地區。目前已經有新、擴建水電站53座。鴨綠江流域有中朝兩國已建云峰電站等4座大型水電站及40座小、中型水電站。松花江流域有小山電站，下游有白山電廠等大型電站。同時境內有曲家營水庫等7座大型飲用水水庫，其它中小型水庫200余座。全市水資源總量為79.1億 m3[7]。水系水量主要來源于空中水，降雨和降雪直接影響各大水庫蓄水量。因此在白山市開展人工增雨作業，對增加下游地區江河流量作用明顯。

4.1 森林防火人影作業效益分析

森林可燃物含水率與無降雨日數和降雨量有顯著正相關（圖5），而森林火險等級與森林可燃物含水率直接相關。為降低森林火險，市氣象局每年森林防火期，均開展全市人工增雨作業。2012—2014年全市共作業50次，增加降水約3億 m3，每次增雨（雪）作業前后森林可燃物含水率平均下降約40%～60%，森林火險等級下降2～4級。人工增雨（雪）對撲滅山火同樣效果顯著，2012年5月28日，長白山核心景區發生森林火災，市氣象局組織人影作業人員現場開展增雨作業，發射增雨火箭150余枚，增雨后火區普降小到中雨，迅速撲滅了余火，效果十分顯著。

圖5 森林可燃物含水率與連續無降水日數關系圖Fig. 5 Relationship between water content of the forest combustible and the continuous days without precipitation

4.2 林木生長和林下經濟人影效益分析

白山市森林覆蓋率達80%以上，在林區開展大規模增雨（雪）作業，增加全年和少雨（雪）時段降水量，可有效加快林木生長速度，提高林木成活率，并利于改善環境、促進水土保持和水源涵養，形成良性循環。在人參等特產業種植區開展有針對性的增雨（雪）作業有利于人參等林下經濟作物順利越冬，保持土壤濕潤和空氣濕度，促進經濟作物生長，進而提高人參、中草藥等的產量，為特產業種養殖戶帶來顯著經濟效益。

4.3 水庫蓄水人影效益分析

空中降水是流域內面雨量的主要水源，實踐證明夏季開展人工增雨作業可以有效增加徑流，冬季增雪作業可以增加春季桃花水徑流量，進而增加水庫蓄水量。2007—2009年，為增加白山電廠水庫蓄水量，白山市在松花江上游開展了為期3年的人工增雨（雪）作業，根據吉林省人工影響天氣中心與白山電廠聯合開展人工增雨水庫蓄水發電試驗研究項目的要求，白山市氣象局于2007年9月18—20日在白山水庫流域上游的靖宇境內開展了人工增雨作業。根據作業區域內布設的中尺度加密雨量站監測到的降水量，作業區域內的平均降水量為69.5 mm，分析作業區域由于進行人工增雨而增加34 mm左右的降水量[8]。2018年2月28—3月15日，為緩解白山市曲家營水庫蓄水不足，市區飲用水告急壓力，白山市氣象局連續開展了3次人工增雪作業，增雪作業后雷達回波強度明顯增加，分析認為水庫流域累計增加降雪量約410萬 m3。

4.4 資金分配和效益分析

根據白山人影作業需求和作業效果綜合分析，按每年作業次數20次，發射增雨（雪）火箭彈1000枚，預計增加降水約4億 m3計算，每年需投入約300萬元。按國際通用投入產出比1:30計算[9]，預計產生經濟效益9000萬元。此外人影作業間接的生態效益、環境效益、社會效益同樣十分顯著。

4.5 開展全年人影作業條件分析

白山市已經具備覆蓋全市的人影作業能力，但相較于全季節人影作業需求，作業能力仍顯不足。增加全市人影作業裝備和人影作業量，可有效提高白山人影作業能力。重點是增加人影作業彈藥資金投入，同時大幅度提高人影作業量，由春秋兩季作業轉為春夏秋冬四季開展人影作業。開展人影作業科學研究，按五個階段人影作業要求，在適當時機、適當部位、適當劑量開展人影作業，提高人影作業科技含量，實現科學作業。

5 結語

白山市人工影響天氣工作取得了長足的發展，具有較明顯的經濟和社會效益。白山市地處三江源頭，空中云水資源豐富，具備全年開展人工影響天氣作業條件。白山人影作業需求主要在森林防火、林木生長、水庫蓄水、農業抗旱等方面，開展全年人工影響天氣作業有較高的投入產出比，是森林防火、水庫蓄水、農業抗旱等的有效手段。