人工增雨在崇阳森林防火中的应用

魏华兵 熊力书

摘要在对崇阳近年来森林火灾发生情况调查的基础上，分析崇阳森林火灾发生的原因以及人工增雨在崇阳森林防火中的作用和发展前景。结果表明，崇阳森林火灾呈明显的季节性特征，与崇阳降雨的季节性气候特点相关;崇阳林业发展迫切需要利用现代技术，提高森林火灾的防御和控制能力;崇阳人工增雨作业的增雨效果明显，人工增雨技术在崇阳森林防火中应用切实可行，发展前景良好。

关键词人工增雨;森林防火;应用

中图分类号S762文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）01-0118-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.036

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

崇阳县是鄂东南的一个山区林业县，全县山地面积约15.33万hm2，占全县国土总面积的78%，现有林地面积12.6万hm2，全县森林覆盖率达59.1%。崇阳县每年大小森林火灾常发，严重危害和影响林业发展，森林火灾不仅造成林木的直接损毁，而且会造成林地受损，林地的生态环境变劣，从而间接引发气象灾害或地质灾害。研究表明[1-4]，森林火灾的发生与降水量、气温、湿度、风速等气象要素密切关系;森林防火工作也与林区天气情况密不可分，大风和干旱等不利天气会增加森林防火的难度，造成火灾的蔓延，间接加重森林火灾危害程度。多年来，为解决农业抗旱，崇阳县经常有计划地在农业生产干旱期开展人工增雨作业，利用高炮和火箭人工增雨作业装备，在有利的天气条件下，适机开展人工增雨作业，有效地缓解或解除了农业干旱。农业抗旱中人工增雨的成功做法，能否在防范崇阳森林火灾中借鉴。为此，笔者概述了近年来崇阳森林火灾发生的情况、森林火灾的原因和人工增雨作业情况，分析人工增雨在崇阳森林防火中的作用和发展前景。

1森林火灾的特点和成因分析

1.1森林火灾发生情况

根据崇阳县森林防火办资料，2007—2011年共发生大小森林火灾225次，平均每年45次（表1），其中较大森林火灾44次，平均每年9次。从表1可以看出，崇阳森林火灾多发生在秋季、冬季和春季，夏季虽然气温高、雷暴多发，但由于雨水较多，林地潮湿，植物体内水分增多，可燃性降低，基本无森林火灾发生。崇阳森林火灾呈明显的季节性特征，表现为冬季>春季>秋季>夏季，冬春之交是森林火灾发生最为频繁的时期，而且森林火灾发生的次数随着气候变暖呈增加趋势。据林业部门不完全统计，崇阳每年投入森林灭火用于调动车辆和人员的费用高达800多万元。

1.2森林火灾发生的天气气候原因

森林火灾的发生具备可燃物、火源和氧气3个条件。人类活动离不开火和氧气，氧气存在于空气中，无法人为控制;火源伴随人类生产活动的各个过程，也无法杜绝。因此，可燃物成为决定森林火灾能否发生的主要条件。森林可燃物的易燃程度及燃烧蔓延情况与其含水率有关[5]，森林植被的含水率隨季节和时间的变化而变化，这种变化与天气气候条件密切相关。王慕莲等[6]、袁启光等[7]研究表明，气温、降水、相对湿度的综合作用是影响森林可燃物含水率变化的主要气象因素。因此，当地气候背景和气象要素的时间变化情况是影响其森林火灾发生的重要原因。

崇阳县属亚热带季风气候，温和多雨，四季分明，年降水量1600mm左右，平均气温17.1℃。崇阳春夏季气温升高，雨水较多;秋冬季气温下降，雨水偏少。每年4—5月开始进入雨季，6月中旬进入梅雨期，常出现暴雨洪涝成灾;7月上旬梅雨期结束，转入高温天气，常发生伏旱;9月进入秋季后雨水迅速减少，秋季后至次年春季的降水总量约占全年降水的1/3，多数年份都有大小程度不同的秋、冬旱或春旱天气发生。从崇阳降水的气候情况看，崇阳虽然降雨充沛，但全年降雨分配较为不均，呈现明显的季节性变化特征，这是影响崇阳森林火灾季节性发生的主要气候因素。

林地的森林植被随季节发生变化，温度变化是季节变化的重要标志，气温影响植物生长和水分吸收，造成森林可燃物含水率的变化，不同气温条件下的蒸发作用也影响森林可燃物含水率。降水量和相对湿度直接影响森林可燃物的含水量，特别是死的可燃物受影响更大。研究表明，江西月平均气温在0～10℃时，森林火灾发生次数最多，月平均气温>20℃时，一般不发生森林火灾;月降水量超过100mm，且分布均匀时，较少发生森林火灾;相对湿度在75%以上不发生森林火灾，55%～75%可能发生，55%以下可能发生大火灾。鉴于以上研究结果，统计了崇阳县1981—2010年的气温、降水和相对湿度（表2）。

从表2可以看出，崇阳5—9月月平均气温均在20℃以上，其他月均低于20℃，12月至次年2月月平均气温均在0～10℃。崇阳森林火灾应在10月至次年4月发生，且12月至次年2月为火灾多发期。从降水资料看，9月以后降水迅速减少，至次年2月，降水量均低于100mm，其6个月的平均总雨量仅占全年雨量的1/3，故秋冬季为崇阳森林防火的重要时期。从相对湿度看，崇阳相对湿度全年各月变化趋势平缓，多在75%左右，无季节性变化特征。但相对湿度受天气影响较大，在连续干旱天气条件下，相对湿度的持续偏低，会造成森林火灾的上升。2011年春季的持续干旱，造成1—5月连续相对湿度低于75%，同年森林火灾次数呈多发趋势，较往年偏多近1倍。

1.3森林火灾的人为原因

崇阳县地处幕阜山脉北麓，山林地多呈块连片，森林面积较大。每年秋冬季干旱期，因长时间无雨和较低的空气湿度，造成林地的树枝、落叶和死树迅速干枯，林内可燃物载量增多。秋冬时节进入林区的人员急剧增多，野外生产、生活用火点多面广，火源难于管理。冬春之季，林区因农业和林业生产需要，常有人为野外烧荒、烧芭茅的情况，这也是引起崇阳森林大火的重要原因。据森林防火办统计，90%以上的森林大火都是人为使用明火引发的。

2人工增雨在森林防火中的应用

崇阳县人工增雨作业装备主要是地面增雨作业设备，崇阳县现有三七双管高炮2门，江西产BL系列火箭发射架2台。覆盖全县各乡镇的人影作业炮点12个，县气象台建有涵盖卫星云图和天气雷达资料实时显示的人工增雨业指挥综合业务系统。这些作业装备和基础设施是进行人工增雨作业必备的条件，也是实施森林防（灭）火计划的物质基础。

2.1人工增雨作业的物理原理

人工增雨主要是通过改变云体粒子相态或谱分布，促使云体胶性不稳定发展，由影响其微物理过程进而间接引起宏观动力过程变化，从而提高云的降雨效率来增加降水量。其物理原理包括静力和动力催化过程。冷云降水一般是由冰晶通过贝吉龙过程及随后的凇附或碰并过程形成，静力催化是在冷云中引人适量的人工冰晶加强上述过程，使云产生更多的降水。动力催化是在云的过冷却部位引人大量人工冰晶（浓度102～104个/L），使云中过冷水迅速转化为冰晶并加强凝华过程、释放量冻结潜热和凝结潜热增加云体温度和浮力，促使云体在垂直和水平方向发展延长云的生命期，从而增加降水。

2.2人工增雨作业的效果分析

国内大量的人工增雨作业实践结果表明，正确的人工增雨作业可以使自然降雨量增加，人工增雨的大小与自然云条件以及催化作业技术水平有关。客观、科学地评价人工增雨的作业效果一直是人工影响天气学科的重要内容[8]。目前，县级人工影响天气机构在人工增雨效果评估的观测仪器、取样设备较缺乏，精细的人工增雨效果评估还存一定困难。根据高树俊[9]提出的适合市县2级人工增雨效果评估实际情况的简便设计方法，利用崇阳县2007年以来的区域自动气象站观测资料[10]，计算其作业影响区和对比区的平均雨量，对崇阳2007年以来农业抗旱中历次的人工增雨作业效果进行了评诂，结果见表3。从表3可以看出，崇阳人工增雨作业的增雨效果在20%～90%，多数增雨效果均超过了30%，平均增雨效果也接近50%。

2.3人工增雨作业在崇阳森林灭火中的应用

基于人工增雨作业良好的增雨效果，近年来，崇阳县森林防火办多次要求在崇阳森林灭火中进行人工增雨作业，2007年以来，共成功进行3次人工增雨森林灭火作业，具体情况见表4。从表4可以看出，3次人工增雨作业效果明显，不考虑云体、地形差异等原因，平均增雨效果都在30%以上，其在抑制林火蔓延、减轻森林火灾损失上具有很好的效果，这可以从森林灭火的效果上得到验证。由于森林火灾的发生时间和地点具有较强的随机性，火灾的强度也不一致，森林灭火的人工增雨作业受天气条件的制约明显，如果森林火灾发生后，无有利的降雨天气形势，无法进行人工增雨森林灭火作业。

3人工增雨作业在崇阳森林防火中的发展前景

3.1崇阳森林防火的发展态势

近年来，随着退耕还林、低产林改造、森林湿地公园等一批林业生态项目的实施，崇阳县宜林荒山地将逐渐被消灭。根据崇阳县林业发展规划，全县林地面积将达14.67万hm2，森林覆盖率将超过61%。由于山区植被的恢复、林地面积的扩大、林地植被的增加，林内可燃物明显增多，崇阳山区植被中多夹杂有特别易燃的草本芭茅，在秋冬季节的干旱天气，其枯萎后的着火点低，极易引发森林火灾，火险隐患极大，加重了森林防火任务。同时，随着农业产业调整，大量农村青壮年劳力外出务工，林业专业扑火队伍很难稳定，使得火灾扑救人员组织难度越来越大。综合林业发展情况分析，随着崇阳县林地面积的扩大，森林防火的任务量增加，传统森林火灾的人员监测和人力灭火方式不仅维持困难，而且远不能满足崇阳森林防火的需要。森林防火工作迫切需要利用高科技手段和现代技术，来提高崇阳森林火灾的防御和控制能力。

3.2崇阳降水变化趋势

根据崇阳1955年建站以来的降水资料分析，崇阳降水量年际变化大，最大降水量2132.1mm，最小降降水量961.7mm，年际间最大相差1170.4mm。从图1可以看出，2000年以后，降水量呈减少趋势，年际间降水差异变大，出现连续少雨干旱的年份增多，2010年11月至2011年5月，崇阳出现了持续少雨的天气，降水较常年偏少，为历史罕见，持续干旱天气造成了2011年冬春季森林火灾的多发。

3.3人工增雨作业在森林防火期应用的可行性

崇阳秋冬季降水少，水资源呈季节性缺乏，2000年后降水减少，极端干旱天气的多发，造成崇阳水资源临时性的缺乏。相关资料显示，自然降水仅占空中云水资源的12%，开发空中水资源具有很大潜力。分析崇阳森林防火期近30年的降雨资料可知，每年9月至次年4月，降雨日数平均每月为10～12d，出现5mm以上的降水天气过程平均每月5～6次，其中10mm以上中等强度以上降水过程2～3次。崇阳多年人工增雨作业的增雨效果多在30%以上，每月有5～6次的人工增雨作业机会至少可以增加1mm以上的降雨量，李涵茂等[11]研究表明，1mm降水量是引起土壤湿度变化的有效降水阀值。因此，在森林防火期多次进行有效的森林防火人工增雨作业是可行的。

目前，崇阳的人工增雨作业在森林防火中仅在森林灭火上尝试应用，而在春季培育幼龄林的成活和降低秋冬季干旱期的高森林火险天气上，还有更大的应用空间。在森林防火期，可以通过气象干旱的动态监测，利用有利的天气过程，增加人工增雨作业次数，提高森林防火期云体的降水效果，增加秋冬季林地的土壤湿度和森林可燃物的含水率，实现人工增雨从森林灭火向降低火森林火灾风险等级的森林防火方式转变，全面发挥人工增雨技术在森林防火中的作用。

参考文献

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[10]马秀玲，杨雷斌，彭九慧，等.基于区域雨量站资料的人工增雨效果评估系统[J].气象水文海洋仪器，2008（2）：56-58.

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