福建省人工影响天气学科发展研究报告

福建省气象学会



福建省人工影响天气学科发展研究报告

福建省气象学会

［摘要］新形势下，福建省人工影响天气的科技支撑、业务水平还不适应防灾减灾和保障粮食、生态和水资源安全等的发展需求。面对良好的政策机遇，以及雷达和卫星等先进探测技术的应用、现代化气象业务体系的建设成果，我省人工影响天气学科发展的战略任务将聚焦在云降水机理研究、数值模式、探测资料反演融合研究、技术研发、中长期研究计划、作业实施和指挥能力建设等方面。

［关键词］人工影响天气 数值模式 战略任务 战略对策

1　概述

随着社会经济的快速发展及工农业现代化水平的提高，人类对灾害性天气的敏感性和脆弱性呈显著增加的趋势。据近65年（1949—2013年）中国气象灾害灾情统计，我国累积死亡人口超过155万人，直接经济损失累积约12万亿元（2013年价格），年均直接经济损失由20世纪50年代不足1000亿元上升至21世纪以来的超过3000亿元，呈明显上升趋势。人类改造自然使之趋利避害的强烈需求，促进了人工影响天气学科的快速发展。

福建省位于我国东南沿海， 属温、热带的过渡地带，兼受大陆性与海洋性气候相互影响，气候复杂多变，有年际间的不均性、季节间的差异性和季内降水分布的脉冲性特征，导致干旱出现频繁，其特点是频率高，活动季节长，成灾范围广，有地域多发区和高频多发季。此外，冰雹灾害也是福建省烟草种植区的主要气象灾害，常对农民增产增收造成重大经济损失，严重影响地方经济的高速发展。为了加强水资源的开发利用以及减轻由恶劣天气引起的自然灾害，福建省气象部门于1959年起开展人工影响天气作业，多年来，人工影响天气在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态以及保障重大活动等方面发挥着积极作用，取得了明显的经济效益、生态效益和社会效益。

2　国内外人工影响天气学科发展现状

人工影响天气是指在适当的天气条件下， 通过人工干预防止或减轻由恶劣天气引起的自然灾害（ 如干旱、冰雹、雷电、暴雨等）， 使天气过程向符合人类愿望的方向发展。人工影响天气分为无意识人工影响天气和有意识人工影响天气。无意识人工影响天气是指人类活动，如工业活动、城市化发展、森林砍伐、植被破坏等引起的地球辐射系统改变导致的天气、气候变化，已为大家所熟知。有意识人工影响天气就是通常所指的人工影响天气，是建立在科学认识的基础之上，有效利用自然天气过程，达到“趋利避害”的目的。从20世纪中叶开始， 国内外针对人工影响天气的原理、作业技术和方法等持续开展科学研究，取得大量有意义的成果，对推动人工影响天气学科的发展起到积极作用。

2.1国外研究进展和业务发展

2.1.1国外研究进展

美国是现代人工影响天气的发源地。1946 年，诺贝尔化学奖获得者Langmuir 研究团队在试验中发现碘化银（AgI）和干冰（固态CO2） 可以成为冰晶，由此开创了现代人工影响天气的序幕。

早期，著名的亚利桑那计划（Battan，1967）、以色列试验（Gagin，1974）以及白顶试验（Braham Jr，1964）利用静力催化概念针对对流云进行播云催化实验，通过测量降水物理量，并结合数学统计方法进行分析，为人工增雨试验奠定了坚实的科学基础。随后，大量外场试验、实验室实验和数值模拟研究表明，在积云中降水形成的初始阶段包括冰晶浓度的增加导致降水粒子快速产生，并初步得到了人工增雨作业的窗口条件。1997年，Tasmanian试验针对冬季地形云的人工增雪和增雨播云催化实验也充分显示，在地形强迫抬升地区播云催化后观测到了降水冰晶浓度、冰核浓度和降水率的变化，并充分证明了降水的增加。基于气溶胶化学性质和物理性质对冰晶形成速率和效率的重要作用，20世纪90年代，用于焰剂性设备的快速高效成冰剂新配方不断出现，并逐渐与示踪剂和核化比技术一起用于评估播云催化效率。此外，1980年以来，佛罗里达、德克萨斯州、古巴、南非、泰国先后进行了以动力催化概念为基础的成冰剂播云催化试验，并进行增雨作业和研究。动力催化概念中强调了云结构、云演变和降水产生的并和作用的重要性。

与成冰剂不同，吸湿剂催化是通过增加云中的大水滴数量，促发云中水滴的碰并，通过碰并使雨滴增大，从而增加降水形成过程中的效率。吸湿性播云试验已在美国和其他国家的试验中得到了广泛的应用，尤其是东南亚国家。南非和墨西哥针对混合云开展多期吸湿性焰剂试验，WMO认为这些试验结果表明云凝结核影响一块云中总的降水量，并且明显地影响云的生命期。

过去几十年里，国外人工影响天气的基本科学研究和观测技术有了长足进展，解决了人工影响天气的关键不确定因素，但目前针对人工影响天气效果的评估和验证仍是一个重点和难点。除传统数学统计和物理检验方法外，南非和墨西哥的吸湿性播云试验、泰国和德克萨斯州采用雷暴识别跟踪分析技术来评价雷达观测结果。Martner（1992）、Klimowski（1998）等利用示踪技术，把示踪物和催化剂一起撒入云中，利用雷达直接测量云中示踪物出现的实际传输和扩散情况，识别和评估播云所影响的体积及产生的效应。

2.1.2国外业务发展状况

现今世界上大约有40 多个国家每年开展100多项与人工影响天气相关的研究试验与作业项目。人工影响天气业务服务领域从人工增雨（ 雪） 、防雹、消雾、防霜以及人工消减雷暴、雷电、龙卷风、台风等，到更大范围的气候变化，包括目前国际上为应对气候变化提出的“地球工程”，在保障水安全、粮食安全、生态环境安全、交通安全、以及应对气候变化、森林灭火、重大活动保障、军事活动保障等方面发挥越来越重要的作用。

美国、俄罗斯、以色列、乌克兰、泰国等国家在进行长期深入的人工增雨科学试验研究后，确认了人工影响天气产生的实际效果，将人工增雨作业作为解决水资源的一种有效手段而长期开展。特别是美国和俄罗斯频繁与发展中国家开展人工增雨合作计划，如南非、墨西哥的吸湿性焰弹积云催化试验，泰国的暖积云吸湿性催化试验和积云动力催化试验，以及阿根廷、巴西及前苏联加盟共和国等运用俄罗斯防雹技术加速冰雹云降水链计划等。

俄罗斯的前身苏联是开展飞机人工增雨作业规模大、技术水平比较高的国家。上世纪80年代到90年代初，前苏联建成由政府和受益地区农业部门提供保障资金购置专用人工增雨作业飞机，开展增雨作业，其使用的主要机型为安-12、安-26、安-30、安-72、伊尔-18、伊尔-76等，前苏联解体后的一段时间内，俄罗斯飞机增雨改为租用上述飞机。近些年来，随着俄罗斯的经济好转，俄罗斯水文气象局又陆续恢复了前苏联原来的人工增雨专用飞机管理运行体制。

泰国政府非常重视飞机人工增雨工作。由农业合作部领导，农业合作部下设的气象局、皇家人工造雨和农业航空局共同组织实施全国飞机人工增雨作业工作，包括飞机的管理和组织实施作业。为加强全国的飞机人工增雨工作力度，2000年，泰国的两个国家级飞机人工增雨作业与研究基地分别在北方的清迈和南方的华亭建成。为适应与满足飞机作业需要，泰国政府建设了3个人工增雨业务中心，并依据其飞机人工增雨作业的实际需求，按照天气条件和飞机的布局共划分了6个大的作业区域。飞机的日常管理由农业航空局负责。最近，泰国农业和气象部门与我国西飞公司达成协议，拟购置我国20余架新舟-60（MA-60或新舟-600、700系列）飞机用于人工增雨作业。

地处阿拉伯半岛的以色列是一个水资源严重匮乏的国家，人工增雨一直受到高度重视。上世纪60年代，以色列就开始实施国家飞机人工增雨科学试验，购置多架在由国家和各个地区联合使用的高性能人工增雨作业飞机，形成业务化作业。目前，以色列已经成为人工增雨技术的输出国。

开展人工防雹作业规模较大的有俄罗斯、加拿大等国家。

2.2国内研究进展和业务发展

我国开展人工影响天气科研和业务已有50多年的历史。在强大需求的推动下，我国的人工影响天气工作已早早地从科学试验阶段发展为常态化业务，在减轻干旱、冰雹对国民经济特别是农业生产造成的损失，缓解水资源短缺，保障生态环境建设，促进人与自然和谐发展等方面发挥了积极作用，取得了显著的经济、社会和生态效益，得到党中央和国务院领导的充分肯定，受到人民群众的欢迎。经过几十年尤其是改革开放30多年来的发展，人工影响天气科技水平和业务能力得到了明显提高。

2.2.1国内研究进展

（1）云与降水及人工影响天气基础理论研究取得明显进展。通过理论分析与室内实验，深入研究了云和降水的微物理结构特性、冰晶核化繁生过程、云凝结核和凝结增长过程、冰晶聚合和淞附过程、冰雹碰冻增长过程、雨滴碰并破碎发展过程等云物理过程。通过外场观测与数值模拟，深入了解和认识了各类云的多尺度特征及其分布，多尺度发展过程与多尺度相互作用等，特别是针对不同地区、不同季节、不同云系的人工增雨、人工防雹、人工消雨等科学概念模型有了突破。对不同降水云系进行综合观测，研究了云和降水的微物理和动力学过程和人工增雨潜力，建立了符合各地特点的层状云降水、积云降水、冰雹及锋面云系与雾的人工影响天气模型。

（2）建立云和降水数值模式，并得到广泛应用。建立了层状云、积云多维数值模式。该模式比较详实考虑了云的微物理过程，并利用先进的资料同化技术，融合各种观测资料，优化云降水数值模式。云和降水模式已开始应用于人工增雨方案设计、催化机理研究和效果检验，起到避免盲目性、增强科学性的作用，科技水平有了明显提高。

（3）人工增雨探测技术得到明显提高。人工影响天气监测和观测技术从最初的单一波长的雷达、飞机探测技术发展到集装载先进探测系统的飞机、大气廓线探测、卫星、多普勒雷达、双偏振雷达、毫米波段雷达、微波辐射计、GPS系统、地面中尺度监测网为一体的综合先进探测和观测技术，大大扩展了探测范围、提高了探测质量和时空分辨，为人工增雨作业提供了更加丰富资料。利用这些探测设备和相关技术，开展了云和降水宏微观结构特征、人工增雨云水资源、作业条件选择等方面的试验研究。

（4）人工增雨作业催化技术得到新的提高。在人工增雨高效催化技术的开发、集成和应用等方面进行大量研究，试验成功了成核率较高的以碘化银为主体的新配方，研制了高炮碘化银炮弹及其应用技术和碘化银（焰剂）火箭及其应用技术，研制了新型催化工具机载碘化银燃烧焰剂和机载播撒工具。这些新型催化剂和催化工具显著提高了成冰阈温和成核率，为提高人工增雨的作业水平和成效提供了坚实基础。

2.2.2国内业务发展状况

目前，全国有30 个省（区、市）、新疆生产建设兵团和黑龙江农垦等行业的357 个市（含地级单位）、2359 个县（含县级单位）开展人工影响天气作业，从业人员4.77万人。现有人工增雨防雹高炮6761 门、火箭发射架7632台、地面燃烧炉414 台，使用飞机44 架，建成标准化作业站点5471 个。2008年以来，共开展人工影响天气作业32.8 万次，其中飞机作业5481架次，累计发射火箭71.18 万枚、炮弹535.49 万发、各类焰弹烟条20 余万发（根）。新的探测设备和作业装备投入人工影响天气工作，建成投入运行的新一代天气雷达172 部、局地天气监测和作业指挥雷达334 部，基本覆盖各地作业站点。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，年均增水约500亿吨，作业规模居世界首位。

逐渐建立依托气候、天气预测预报掌握降水天气过程，以地面常规观测网、卫星、雷达和云物理特种观测技术和设备观测云和降水的发展演变过程，利用云数值模式、雷达即卫星反演产品对作业条件、潜力区进行识别预测，以雷达实时指挥作业，以飞机播撒碘化银（AgI）、制冷剂（液氮、干冰）对层状云和积层混合云进行催化，以高炮和火箭等运载工具播撒AgI对对流云进行催化，以物理检验和统计检验方法检验作业效果的人工影响天气作业技术路线。

在国务院《人工影响天气管理条例》的指导下，30 个省（区、市）、318个市（地、盟）、1904 个县（旗）政府成立了人工影响天气领导机构，28 个省（区、市）、284个市（含市级行政单位）、1702 个县（含县级行政单位）政府设立了人工影响天气工作机构。各省（市、区）基本建立了分工明确的省—市地—县三级业务体制（见图1），以及监测预警、决策指挥、效果评估的人工影响天气业务体系（见图2），大大促进了人工影响天气工作的科学、健康发展。

图1　省-市地-县三级业务体制框架图

图2　人工影响天气业务体系

3　福建省人工影响天气学科发展现状

3.1主要研究进展及成果

福建省人工影响天气工作始于1959年，主要是紧密结合生产的需要， 开展人工降雨等试验研究。起初一直停留在小规模的试验研究，后来根据省政府领导的批示，结合大面积抗旱的需要，扩大了试验范围和领域。通过福建省人工影响天气工作者几十年的不懈努力，我省人工影响天气工作的科技水平和业务能力有了明显提高。

1959年夏初，福建省气象局与福州烟炮厂合作，进行纸壳球形人工降雨土炮和土火箭的试制研究，并于1960年4月开始在福州鼓岭利用迫击炮、土炮弹、土火箭、气球等催化剂播撒装置和地面燃烧碘化银等进行人工降雨试验。此后几年陆续开展了数十次山区地面燃烧碘化银丙酮溶液、樟脑粉丙酮溶液等试验研究。试验取得一定的增雨效果。

1965年春夏，福建南部大旱，根据省政府指示，租用伊尔-14型飞机一架，于8～9月以连城为基地，对闽西、闽南的积状云播撒盐粉进行催化。历时一个月，飞行9架次，据飞机目测，有63%的云作业后出现降雨。作业期间，飞机穿云时还进行了作业云的宏微观物理探测，取得福建首次云物理结构资料。

1972—1979年，土炮作业组先后与南靖县农械厂、古田县炸药厂协作，研制成FJ-109型土炮弹、FJ-50型土火箭，并在古田溪水库流域上空进行催化试验。其中以复合火药为发动机燃料的FJ-50-古田I型小火箭，射程最高达4871米，并于1982年9月通过国内专家技术鉴定。期间（1974—1977年），福建省气象局与南京大学、西安化工研究所协作，对小土火箭携带TNT炸药粉碎介乙醛的催化性能进行研究。经试验表明，介乙醛在-1～-15℃范围内，成冰核数在106～109个/克以上。经1975—1978年野外人工降雨作业试验表明，使用介乙醛和碘化银两种催化剂有相同的效果。

为检验人工降雨效果，结合水库蓄水，1975—1986年，我省首次在宁德古田水库开展了有严格统计学设计的人工降水随机催化试验，试验共持续开展了12年，取得了增加降水24%的效果统计，显著度达0.99以上，其持续时间之长，在国际上少有。该研究项目1987年通过国家气象局技术鉴定，荣获国家气象局科技进步二等奖。该试验研究人员共发表论文20余篇，其中4篇发表在国外杂志上，两次参加世界气象组织的世界人工影响天气学论文交流。其研究方法和成果被国内很多省市引用或借鉴，为提高我国人工降水效果检验的客观性、科学性做出了重要贡献。

在古田水库流域人工降雨试验期间，我省开展了地面雨滴谱观测和人工降雨作业前后雨滴谱对比分析、大气冰核观测、人工降雨试验时AgI含量分析、人工降雨作业前后云体宏观变化的雷达回波特征分析和数值模拟等物理检验部分的研究；此外，还进行了介乙醛播撒方法及成冰能力探讨、高山云雾水观测分析、降水化学成分观测分析、711雷达衰减系数与降水强度关系分析、重力波的云物理效应、大气次声振动的云物理效应等观测与分析。

1988—1995年，福建省气象科学研究所与福建省人工降雨办公室联合开展中国气象局科研项目“人工降雨作业效果检验方法研究”研究，获得福建省科技进步二等奖。随后，我省陆续开展了“福建省干旱期间人工降雨物理条件及实施方案研究”“人工降雨试验方案及其成果统计分析方法研究”“人工降水作业条件客观分析”“福建省飞机人工降雨条件和效果分析”“人工降雨对降水时空分布的影响研究”“福建省气象局人工降水‘区域外效应’研究”“利用云模式研究我省旱季云的降水少人工影响机制”等多项研究，获得了多项省部级科技奖励，在综合观测、作业条件识别、云水资源评估、催化作业技术、作业效果评估等关键技术方面有了明显的进步和发展，并积极在业务工作中投入使用。

进入21世纪，我省人工影响天气科研人员针对南方地形云的特点及福建省经济建设发展对人工影响天气业务和服务的需求，陆续开展“南方夏季对流云人工增雨潜力区识技术研究”“完善扩充人工增雨指挥系统”“多普勒雷达资料在云和降水物理学中的应用研究”“南方夏季对流云人工增雨效果检验方法研究”“福建省人工防雹技术研究”“福建省闽西、闽西北地区冰雹云结构特征及人工防雹作业时机、作业部位探讨”“福建省闽西北地区人工防雹最佳作业条件的方法研究”等项目研究，为福建省人工影响天气作业指挥提供有效的技术手段，也为进一步拓展闽西北人工防雹作业服务提供科学依据。

目前，福建省气象科学研究所相关科技人员正在开展“福建试验区人工增雨随机化外场试验及其效果检验”“福建省非随机化区域历史回归试验的人工增雨效果评估方法研究”“人工增雨效果检验随机试验研究”“业务化的人工增雨效果检验综合评价研究”“福建省空中水资源特征和增雨潜力研究”“基于多种模式的人工增雨作业指标研究”等课题的研究，旨在进一步加强人工影响天气业务工作的科学基础，更好地将人工影响天气技术服务于我省气象防灾减灾和生态环境改善，进一步促进我省经济建设的高速发展。

3.2逐步建立健全规范高效的管理和业务体系

从1959年1月福建省气象局成立人工降雨工作队，到2002年成立福建省人民政府防汛抗旱指挥部人工影响天气办公室，再到目前已成立2个省级工作机构，9个市级机构，68个县级机构，从事人工影响天气的管理和科研人员91人，作业人员1210名，学科组织体系初具规模。

截至2014年底，我省拥有地面火箭发射装置141套，地面作业点569个，地面燃烧烟炉5部。针对我省山区丘陵多、气候和地形复杂的特点，形成飞机、火箭和地面燃烧炉相结合的人工影响天气作业方式（见图3）：飞机人工增雨作业影响范围广、作业位置准确，我省与江西联合开展跨区域飞机人工增雨作业；地面火箭作业灵活机动，区域联动性强；地面燃烧炉作业采用远程遥控系统，实现焰条的遥控检测、点火和烟雾的自动播撒，可在空域受限制时或交通不便的山区开展作业。

图3　“火箭-飞机-燃烧炉”相结合的作业方式

“十一五”以来，我省逐步建立起省、市和县三级人影作业体系，开发了综合信息管理系统、服务产品制作系统、军地空域申报系统、飞机作业通讯指挥系统、效果评估分析系统、全国视频会商系统等现代化业务平台，制订出规范化的人工影响天气业务流程，使人工影响天气作业快捷进行，促进人工影响天气“安全、科学、高效、有序”发展。近几年，我省开展飞机、火箭人工增雨蓄水抗旱作业和烟草人工防雹作业，年均作业近1000次，发射火箭弹近万枚，人工影响天气效益显著。人工影响天气工作逐步实现从传统的应急减灾服务向防灾减灾、空中水资源开发、应对气候变化等多领域并举的服务转变。

4　人工影响天气学科发展趋势预测

4.1经济社会发展需求为学科发展提供强大的驱动力

受全球气候变化的影响，气象灾害对经济社会发展造成的损失越来越大。粮食和经济作物生产受干旱、冰雹等灾害的影响扩大但防御能力不足，水资源短缺但空中云水资源的开发利用力度不够，生态、环境、交通等对干旱、冰雹、雾、霾等灾害的敏感性和脆弱性加大但应对防范手段不多，重大社会活动对天气保障的需求越来越强烈，但人工影响天气的应对能力有限。要解决这些复杂难题，迫切需要增强人工影响天气业务能力、科技水平和服务效益。

4.2云降水物理学基础研究的主要走向

现代人工影响天气以云降水物理为理论基础，人工影响天气是云降水物理的一个应用领域。为了提高人工影响天气的科学性，研究人工影响天气新的原理和方法，都需要进一步研究云和降水物理中有关的科学问题。

首先，我们必须全面理解自然降水的形成过程。自然降水是云中微物理过程、热力过程和动力过程相互作用的结果，在相互作用过程中，降水可以通过多种不同的途径形成。但目前人们对云中微物理过程、热力过程和动力过程相互作用的研究和了解还甚少。

其次，对云和降水系统演变过程的了解是对降水系统人工影响的基础，到目前为止，我们尽管有卫星、雷达、微波辐射计、机载粒子测量系统等设备的探测，但对云和降水系统的了解和认识还很肤浅。要开展对云和降水系统综合探测，获取能够充分反映天气系统动力、热力和微物理三维空间的时间演变资料，分析和研究天气系统及降水演变过程，提取影响降水形成的关键要素。

目前我们都是使用影响云中微物理过程的方法来达到人工增减雨和防雹的目的。因此对云中产生降水的微物理过程必须有深入的了解，对降水、降雹形成的本质过程也需有深刻的认识。这就需要进一步研究云中降水产生的微物理过程、关键环节。

4.3数值模式将成为学科研究和发展的重要组成部分

随着微物理参数化方案的不断完善，数值模式已经成为人工影响天气理论研究及指导人影作业的重要工具。目前普遍使用的云降水模式均建立在对云微物理过程了解的基础上，对云内各种微物理过程进行详细描述，模式中有关云动力学结构是建立在流体动力学关系的基础上，并得到普遍认同。云模式的进展主要体现在中尺度可分辨云模式以及具有更详细云微物理过程的云数值模式的不断发展和模拟应用研究等方面。模式的初始场和边界条件更为接近实际，如在模式模拟中普遍采用了非均匀中尺度气象场、高分辨率的地形和陆面过程。云物理过程中已经开始包含了气溶胶核化过程，部分还考虑了气溶胶形成的化学过程。

4.4先进探测设备和技术的应用将加速学科发展

科技进步是推动人工影响天气发展的源动力。随着现代科技的迅猛发展，最初单一波长的雷达、飞机探测技术，逐步发展到集装载先进探测系统的飞机、大气廓线探测、卫星、多普勒雷达、双偏振雷达、毫米波雷达、微波辐射计、GPS 系统、地面中尺度监测网络为一体、综合先进探测和观测的技术。充分利用当今先进的大气探测技术，人类对自然天气过程的认识和影响能力将显著提高，这是发展的大趋势。

4.5建设集约化、专业化、规范化的业务体系

为满足福建省人工影响天气业务的空前需求，亟待加强集约化、专业化、规范化的业务体系建设。未来我省将以全国人工影响天气发展规划为指导，吸收各省人工影响天气业务指挥系统特色功能，依托东南区域或福建省人工影响天气能力建设工程，建立与气象信息系统、预报预测系统有机衔接的省、市、县统一集约的人工影响天气综合业务系统，实现较完善的上下互通、功能互补、规范集约的全省各级人工影响天气综合业务和通信保障系统，提高人工影响天气作业指挥的效率和科技水平。

5　人工影响天气学科面临的挑战

5.1防灾减灾和保障粮食安全的需要

福建是我国重要的粮食产区、蔬菜基地、多种经济作物产区。国民经济增长率与产值在全国占有重要地位。在全球气候变化背景下，气象灾害的突发性、反常性、不可预见性日益凸显，干旱、冰雹、森林和草原火灾等呈现多发、频发、重发态势。虽然福建省开展人工增雨工作较早，并在工农业发展、保障粮食安全、服务政府决策、应对干旱等防灾减灾方面发挥了一定作用，但其服务水平与保障福建水稻和特色农作物生产安全的需求存在较大差距。为防止和减轻干旱、冰雹等灾害造成的损失和影响，加强人工影响天气作业，缓解干旱威胁和减少雹灾损失，创造有利于农作物生长的气象条件，对防灾减灾实现粮食高产稳产、保持农业农村经济持续稳定发展具有重要作用。

5.2保障生态安全和水资源安全的需要

福建是生态大省，区域内有丰富森林资源。党的十八大提出了包括生态文明建设在内的五位一体的中国特色社会主义事业建设总体布局，对保障生态安全提出了更高的要求。近10年来，随着经济的快速发展和人类活动的加剧，以及降水时空分布不匀带来的水资源紧缺日益明显，生态环境污染、植被破坏、森林火灾增多等造成生态环境问题日趋严重。福建省空中云水资源丰富，有着巨大的开发潜力。因此，加快人工增雨能力建设，通过人工增雨作业，科学开发空中云水资源，保障水资源安全，合理调蓄确保生活、工业生产用水安全，为海峡西岸民生和经济社会发展保驾护航尤为重要与必要。

5.3保障重大活动顺利开展的需要

为保障北京奥运会、新中国成立60 周年首都庆典、广州亚运会、西安世园会、南京青奥会等重大活动顺利进行，兄弟省市成功组织开展了人工消（减）雨作业，效果显著，得到了社会各界的普遍赞誉。

随着经济社会的发展，福建的影响力不断提升，随着我省承办的重要国际性会议赛事和各类重大活动不断增多，对人工消（减）雨的需求不断增长，以及应对突发公共事件的要求不断提高，对人工影响天气的保障需求将更加频繁和迫切。

5.4科技支撑、业务水平不适应学科发展需求

随着福建省气象现代化建设步伐的加强，新的探测技术投入和对人工影响天气作业技术认识的不断提高，福建省人工增雨、人工防雹工作越来越受到当地政府和相关部门的重视。人工影响天气作业效果评估方法的不断改进，其评估的作业效果也逐渐被各级政府和相关部门所认可。但是，目前福建省人工影响天气科技和业务服务水平离满足社会需求还存在明显的差距，具体反映在下列各方面：

一是地面作业能力不强。福建省地处亚热带地区，夏秋两季易出现旱灾，4－7月份冷暖空气汇集闽西北地区，易形成冰雹灾害天气，给当地烟草种植业带来重大危害。但是福建省现有火箭数量偏少、标准化固定作业点偏少、指挥和作业队伍素质参差不齐，这些严重制约了作业能力的提高。

二是科技支撑能力不足。重业务服务、轻科研与技术开发的问题普遍存在，深入、系统的科学试验研究不够，使得人工影响天气在技术水平和服务能力等方面尚不能很好地满足农业抗旱、防灾减灾、缓解水资源紧缺和生态建设与保护等领域提出的更多、更高、更紧迫的需求。

三是基础设施建设薄弱。福建省内用于人影地基和空基观测设备十分落后甚至缺乏，缺少机载云粒子探测设备、地面遥感探测设备（如双偏振雷达、风廓线雷达、激光雨滴谱仪等），无法开展增雨防雹作业期间云和降水物理同步观测和分析，制约了人工影响天气监测识别能力、指挥能力和效果评估科学水平的提高。

四是区域统筹能力弱。目前福建省人工影响天气作业仍按行政区域实施，有限的资源得不到充分利用，省－市级统一协调的指挥机制和业务运行机制尚未形成，制约了区域性人工影响天气业务综合效益的发挥。

6　人工影响天气学科面临的机遇

6.1政策机遇

人工影响天气工作在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态以及保障重大活动等方面具有重要作用。党中央、国务院高度重视人工影响天气工作。党的十八大提出的加强生态文明建设、加强防灾减灾体系建设、确保国家粮食安全和重要农产品有效供给等发展战略，对人工影响天气工作提出了新的更高要求。2011年、2012 年和2013 年的中央一号文件连续提出“加强人工增雨（雪）作业示范区建设，科学开发利用空中云水资源”“强化人工影响天气基础设施和科技能力建设”“加快推进人工影响天气工作体系与能力建设”等要求。2012 年8 月，国务院办公厅印发《关于进一步加强人工影响天气工作的意见》（国办发〔2012〕44 号），要求加强对全国人工影响天气工作的统筹规划，加强能力建设。2013 年12 月31 日，中共中央政治局委员、国务院副总理汪洋在听取中国气象局工作汇报时指出，要继续加强人工影响天气工作，除做好人工影响天气队伍能力建设外，要大力提升人工影响天气的科研能力和水平，为保障经济社会发展以及举办重大公共活动创造有利的环境条件，特别是要搞好人工增雨，为农业抗旱夺丰收提供支撑。

为贯彻落实党中央、国务院的战略部署，实现44 号文件提出的发展目标，适应我国人工影响天气工作面临的新形势和新要求，提高人工影响天气在防灾减灾、生态文明建设、应对气候变化等方面的能力和效益，国家发展改革委、中国气象局在认真总结《人工影响天气发展规划（2008—2012年）》实施情况的基础上，组织编制了《全国人工影响天气发展规划（2014—2020 年）》，作为当前和今后一个时期全国人工影响天气发展的行动纲领。规划提出了东北、西北、华北、中部、西南和东南6个人工影响天气区域的建设布局。其中，东南区域包括江西、浙江、福建、湖南、广东、海南、上海7 省（市），面积达82万km2，以保障长江中下游粮食生产区为主，兼顾大湖区湿地生态保护区增雨保障和经济作物的防雹保障。为进一步发挥气象事业在服务福建省生态文明先行示范区建设、保障经济社会发展、改善民生、防灾减灾等方面的重要作用，2014年8月29日，福建省人民政府印发《关于实施加快推进气象现代化十二条措施的通知》，提出到2018年，建成适应需求、结构完善、功能先进、保障有力的气象现代化体系，气象现代化水平达到国内领先地位。福建省气象局以此为契机，贯彻落实国家各项政策，积极推进我省人影建设工作，并编制了《福建省气象现代化项目人工影响天气服务系统工程可行性研究报告》。

6.2数值模式的飞速发展将大力提升学科理论研究水平和业务能力

近几年，我国在数值模式研究方面发展迅速，已经初步具备适用于人工影响天气作业设计和效果验证试验的云和降水模式，特别是与人工影响天气有关的各种微物理过程，在不断检验的基础上采纳和引入，降低了人工影响天气工作的很多不确定性。数值模式在三个方面可以应用于人工影响天气作业，分别是：有关的方案设计、论证，作业过程的指导，作业后的分析，这样有利于建立优化播云方案、凝练和建立物理假设。数值模式能够在相同的云况条件下比较播撒与无播撒的异同，明确播云效果，也可以模拟播撒物质的扩散路径，提供外场试验和作业所需的实时预报，提供不同播撒方式产生的潜在效应，大力提升人工影响天气的业务能力和科技水平。

6.3先进的雷达、卫星等探测技术为学科的发展提供海量基础数据

进入21世纪以来，人工增雨技术已经充分体现了现代大气科学探测技术的发展水平， 如多普勒雷达、双偏振雷达、卫星、各种主被动微波探测技术等先进技术的应用。专门的云微物理探测飞机、地面自动雨量站网以及中尺度气象观测网已在人工增雨中得到广泛的应用，获取了大量的云降水物理观测资料。

多普勒雷达网的初步建立，在降水观测、强天气监测与预警方面将发挥重要的作用；双偏振雷达的最大作用是可分辨云中水成物的种类，获得更精确的降水测量，使其在云播撒试验评估中具有极大的潜在价值。

卫星监测可以提供较大范围的云和降水状况。可见光、红外监测卫星、装载降水雷达、微波成像仪、可见光、红外辐射计的热带测雨卫星（ TRMM）、装载毫米雷达的测云卫星CloudSat及其他卫星系统的应用，提供了丰富的人工影响天气所需的水汽场、气溶胶粒子数及其谱分布、滴谱特征、云顶温度等云信息，可用于反演云降水结构、演变特征等各个方面。

飞机上装载的先进粒子探测系统有利于了解云中水物质的类型、数量和演变过程，可以观测播撒前后所发生的云中水物质的演变情况。高灵敏度的风廓线仪可以实现对对流层风廓线的连续测量，其与声雷达的配合可以实现温度廓线探测。GPS 的大量采用可以实现播云作业中作业目标位置的精确显示及作业飞机的准确定位，有利于掌控和评估播云作业。GPS探空仪已经能够提供很高分辨率的风、温、湿垂直廓线资料。这些先进的探测工具在人工影响天气业务中将发挥重要的作用。

6.4充分共享现代化气象业务体系的建设成果

福建省气象现代化项目系统工程，将围绕加强气象基础设施建设、提升气象预测预报水平、健全气象防灾减灾体系三个方面，实施完善气象雷达观测站网、优化气象站网布局、气象信息网络建设、海峡气象业务能力、气象防灾减灾能力、人工影响天气服务系统、气象科技和人才支撑建设等多个方面的建设。项目实施后，气象信息传输、加工处理、产品共享和海量存储能力的建设，将使福建省的数据通信能力和数据共享水平上一个新的台阶。现代化气象业务体系建设成果的充分共享，将使人工增雨和人工防雹作业更加科学，有效提高人工增雨、人工防雹业务和科研水平，显著增强基础保障和作业能力，提升协调指挥能力，使人工增雨、防雹作业流程更加顺畅，提高服务经济社会发展的效益。

7　人工影响天气学科发展的思路和目标

7.1指导思想

认真贯彻落实党的十八大和十八届三中全会精神，以科学发展观为指导，按照中国气象局全面深化气象改革和推进气象现代化的要求，把人工影响天气业务服务作为防灾减灾、农业公共服务体系建设和水资源安全保障的有力手段、重要举措和有效途径，加快融入气象基本业务。推进集约化、专业化、规范化业务体系建设进程，完善体制机制，坚持依靠科技进步，强化科技对核心业务的支撑，全面提升人工影响天气工作的水平和效益，为经济社会发展和人民群众安全福祉提供坚实保障。

7.2基本原则

一是坚持需求牵引、科技驱动。以适应农业农村发展、生态文明建设、防灾减灾等服务需求为出发点，大力提升空中云水资源开发利用能力和水平，着力解决人工影响天气业务中的关键技术问题，加快向业务能力转化进程，提高作业科技水平，推动人工影响天气业务全面发展。

二是坚持统筹集约、协调发展。以人工影响天气业务观测、分析、指挥、作业、效果评估等关键环节与气象其他基本业务进行统筹设计为出发点，将人工影响天气业务有机融合入现代气象业务体系，做到横向、纵向之间密切衔接、相互结合，全面推进各地、各级人工影响天气业务协调发展。

三是坚持突出重点、效益优先。以保障粮食和经济作物生产、生态环境保护、水资源开发作为人工影响天气服务的重点，大力发展增雨、防雹等重点业务，积极推进消雾、减霾等试验研究与技术成果业务化。加强对跨区域、跨流域人工影响天气联合作业的组织协调和指导，提升服务整体效益。

四是坚持开放联合、创新发展。坚持业务、科研相结合，构建研究型、开放式业务，建立多层次、多领域、多学科相结合的机制，加强科技合作与交流，促进科技成果转化。加强与军队、地方等多部门协作，共同做好人工影响天气工作。

7.3发展目标

围绕提高福建省人工影响天气现代化水平，到2018年，基本建成适应需求、结构完善、功能先进、保障有力的人工影响天气服务系统。提高人工影响天气业务和科研水平，显著增强基础保障和作业能力，提升协调指挥和安全监管水平，明显改善服务经济社会发展的效益。更好地服务福建省生态文明先行示范区建设、保障经济社会发展、改善民生福祉，增强防灾减灾能力。

8　人工影响天气学科发展的战略任务

8.1开展云降水机理研究，发展人工影响天气数值模式

通过引进国内外先进的云模式，优化、改进云物理和人工影响天气模式物理过程和同化方案，发展多种目标云系、不同动力框架和同化方案的集合模式预报系统，加强模拟产品与外场观测事实和实验室实验结果的相互对比验证研究，提高模式产品的解释应用能力，提升云物理模式和科学实验结果对人工影响天气业务的科学技术支持能力。

8.2开展探测资料反演融合研究，提高作业条件监测分析水平

监测分析是开展人工影响天气作业的基础。要积极贯彻落实《综合气象观测系统发展规划（2014—2020年）》，在基本气象观测网基础上，围绕作业指挥、效果评估等业务需求，重点推进云降水物理专业化观测，提高云宏微观结构、时空变化特征和云水转化的监测分析，包括云水资源监测评估和作业条件的精细监测。同时依托气象综合观测系统，及时获取各类基本气象业务观测资料和卫星、飞机、雷达、探空等多种资料，开展探测资料反演融合研究。对增雨、防雹等各类作业目标云系（层状云、对流云、地形云等）开展监测分析，获取云宏微观特征及播云条件的各种参量，总结建立适用于福建省不同季节、不同云系的作业条件指标。加强对作业条件及其判别指标的验证与应用，开展增雨和防雹作业条件实时监测业务。

8.3加强关键装备和实用作业技术研发，提升作业技术水平

加快对地面作业站点的优化调整，推进固定作业点的标准化建设。建设内容主要包括必要的作业装备库房、弹药库房、发射平台、值班室及相应的保障设施。在具备条件的山区，根据需求适量布设地面烟炉，用于增雨作业，弥补其他作业装备在山区作业的不足。

加快新型作业装备的更新替换，提高作业的催化效率、作业的自动化率和作业装置的稳定性，降低弹药的故障率和作业操作的劳动强度，加强作业装备的实用技术研发，提升作业能力和保障作业安全。

8.4开展以科学试验为目的的人工影响天气中长期研究计划，完善作业效果检验技术

有计划地组织科研院所、高校和业务部门联合开展重大科研项目和科学实验，针对人工影响天气基础性、关键性科技问题进行攻关研究。开展以科学试验为目的的中长期人工影响天气研究计划，围绕制约人工影响天气发展的科学问题，加强作业潜力评估、作业条件识别、催化技术选择和作业效果评估等关键科技问题的研究，建立针对福建省不同云系、不同作业目的的定量化指标与评价方法，及时将最新技术推广应用在业务上，特别要在福建省古田人工增雨试验区建立人工增雨试验基地，继续组织开展人工增雨随机化试验，利用新的探测技术手段和先进分析方法，开展作业前后云宏、微观各种物理参数的综合观测对比分析研究，以检验当前人工增雨作业方法与作业效果等关键技术问题。建立科学、规范的人工影响天气作业效果检验系统，开展科学、定量的增雨、防雹作业效果检验工作。

8.5加强作业实施能力和指挥能力建设，提高综合业务能力

建成较为完善的省—市—县统一集约的人工影响天气作业指挥系统和平台，在全省范围内形成统一协调、统一指挥作业的人工增雨的业务能力和运行机制，实现全省各级人工影响天气业务指挥的上下互通、功能互补、规范集约，提高人工影响天气作业指挥的效率和科技水平。

9　人工影响天气学科发展的战略对策

（1）重视人工影响天气学科基础研究，为福建省人工影响天气业务提供坚实的科学依据。

（2）开展以科学试验为目的的中长期人工影响天气研究计划，建立针对我省不同云系、不同作业目的的定量化指标与评价方法；依托试验示范基地，加强人工影响天气学科研究和科技成果转化。

（3）针对人工影响天气的作业对象和目的，开展相关先进探测技术的应用研究，特别是卫星、多普勒双偏振雷达、微波辐射计及激光雷达探测技术等的应用研究。

（4）建立或引进先进的云模式，开展自然云降水过程和人工影响的定量化模拟研究，为优化人工影响天气作业方案和作业效果评估提供依据。

（5）建设省—市—县统一集约的人工影响天气作业指挥系统和平台，实现全省各级人工影响天气业务指挥的上下互通、功能互补、规范集约，提高人工影响天气作业指挥的效率和科技水平。

（6）加强业务化的人工影响天气作业效果评估方法的研究，推进人工影响天气业务和服务科学发展。

（7）提高关键技术的创新发展能力，重视和加强高层次学科领军人才队伍建设。培养和造就学科带头人，加快业务技术骨干队伍建设，提升人工影响天气队伍整体素质。

（8）健全各级人工影响天气业务机构，统筹协调与逐级指导相结合，完善制度规范。加强人工影响天气的统一协调管理，注重发挥整体效益。

参考文献：

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课题组成员：

1. 冯宏芳，福建省气象科学研究所，高工、副所长；

2. 林长城，福建省气象科学研究所，高工；

3. 许金洪，福建省气象局人影办，高工、副主任；

4. 王 宏，福建省气象科学研究所人影室，高工、主任；

5. 余永江，福建省气象科学研究所人影室，工程师、副主任；

6. 李 丹，福建省气象科学研究所，助理工程师。