人工影响天气的安全风险分析

李 喆工程师 宛 霞高级工程师

(北京市人工影响天气办公室，北京 100089)

0 引言

目前，全世界大约已有80多个国家和地区开展了人工影响天气工作。其中，规模较大的国家有：美国、俄罗斯、中国、以色列、法国等。1946年，美国科学家欧文·朗缪尔根据冰晶在江水形成过程中的重要作用提出了人工产生冰晶影响降水的设想并实施了第一次对自然云层的人工催化实验，推进了人工影响天气事业的发展[1]。60年代，苏联科学家用冷云催化方法进行了大规模防雹实验，并取得了显著效果[2-3]。到了21世纪，纳米技术已经应用到了人工影响天气领域[4]。具有与自然冰晶相近的纳米材料因其尺寸效应、体积效应和表面效应等特性提高了冰晶晶核数量。增强了人工增雨防雹的作业能力和效果。中国自50年代开始多数省、自治区开展了人工增雨和防雹业务工作。2006年，济南针对干旱缺水的严峻形势，大规模开展了人工影响天气工作，有效增加降水量，天下第一泉——趵突泉持续喷涌10周年，创下近40年以来的最长纪录。

人工影响天气工作蓬勃发展的同时也存在着风险，据全国人工影响天气作业资料统计，2012-2014年共发生人工影响天气作业炮弹故障1192起，炮弹故障很可能引起事故，甚至排除障碍时有可能引发二次伤害[5]。

安全风险成为了制约人工影响天气工作发展的主要因素，但同时也促使这方面的研究热度增加，刘昭武等提出可视化的人工影响天气作业指挥监控系统，来降低人工影响天气作业的风险[6]。邵洋等对人工影响天气的作业人员的安全风险进行研究，试图构建人工影响天气作业人员安全风险评价模型和计算方法[7]。对于人工影响天气的安全管理体系研究，多从管理的角度阐述降低安全风险的有效方式[8-10]。本文从人工影响天气的作业特点角度分析其存在的风险，并提出如何降低风险提升作业安全。

1 人工影响天气的原理与方法

人工影响天气(Weather Modification)指用人为手段使天气现象朝着人们预定的方向转化，如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消雾、人工削弱台风、人工抑制雷电、人工防霜冻等。具体是指在一定的有利时机和条件下，通过人工催化等技术手段，对局部区域内大气中的物理过程施加影响，使其发生某种变化，从而达到减轻或避免气象灾害目的的一种科技措施[11]。

现代人工影响天气主要是利用了云和降水形成的基本原理，其形成需要3个基本条件: 水汽、上升气流和凝结核。水汽是通过地表蒸发过程(内循环)和输送过程(外循环)产生。有了水汽还需要有上升气流，将水汽带到高空，水汽在上升过程中凝聚成液态或固态，但还无法形成水滴或冰晶，要形成水滴或冰晶还需要凝结核或冰核。目前的人工影响天气技术还无法控制水汽和上升气流，主要是通过影响云和降水形成所需的凝结核(冰核)来实现对天气的影响。

2 常用的人工影响天气的类型及方式

2.1 常见类型

(1)人工增雨。降雨虽给人们的日常生活带来不便，但是对于植物的生长和空气的净化都非常有益。形成降雨需要有2个必要条件，一个是空中的含水量，另一个是凝结核。人工增雨主要是通过播撒凝结核的方式实现，目前常用的凝结核是以碘化银为主的催化剂。

(2)人工防雹。雷雨、冰雹这样的强对流天气不仅严重威胁到人们的日常生活和农业生产。还对飞行安全有严重的影响，若飞行的飞机出现在强对流天气区域中，会损害机体。冰雹形成过程中是由小冰胚不断的发展成为小冰粒再逐步增大成为冰雹。人工防雹就是通过人工方式影响冰雹的形成过程，使空中的水分在形成大冰雹前降落到地面。常见的人工防雹主要是通过播撒催化剂对增加人工冰核影响自然冰雹增大，或通过人工防雹弹在云中爆炸对云中的冰雹产生振动，减少液态冰雹来抑制冰雹的增长，实现人工防雹的目的。

(3)人工消雾。雾给交通带来的损失非常巨大。尤其是飞机，有雾飞机无法起飞和降落。大雾会使飞行中的飞机无法看清目标，而发生撞山等可怕的事故。在北方的冬季、初春和秋末等季节比较常见的由于地表辐射冷却作用使地面气层水汽凝结而形成的辐射雾，对于辐射雾一般用人工消雾的方式进行局部消除效果为理想。比如飞机场、高速公路的大雾易发点等，以缓解因为大雾造成交通出行的压力[12]。

2.2 常见方式

在我国很多地区均是利用飞机、高炮、火箭等向形成的云中播撒碘化银、干冰等催化剂达到人工增雨、防雹、消雾的目的。目前这种技术应用十分广泛，可以保护庄稼，在一些农田进行人工防霜。为守卫飞行安全在机场进行的人工消雾等[13]。

以最常见的人工增雨为例，当气象条件出现积雨云、雨层云、单体对流云团可以采用人工增雨。对于大范围的积雨云和雨层云，采用火箭增雨作业的效果是最好的；而对于单体对流云团，采用三七高炮作业的效果更明显。在实际作业工程中常常是几种作业方式组合使用效果会更好，例如，高炮与火箭进行结合作业的效果远远高于单一作业方式。

在实际操作过程中云团的运动特点也会影响作业的效果。对于快速移动的云团，需要选择在云团的前部或中前部作业；对于移动速度较慢的云团，需要选择云团的中部作业，这样增雨的效果更明显。

人工增雨所需弹量，可以根据云团的大小来确定。一般情况下，如果催化云体的面积不足50km2，可以发射1-2 枚火箭弹或三七高炮25-35发；如果催化云体的面积大于50km2，则可以发射2-4枚火箭弹或三七高炮弹35-45发[12]。

3 人工影响天气的作业特点

(1)在设备方面使用火炮、火箭等火力设备，具有一定的危险性。当前火炮的主要型号是ZPZ-p57-I型、ZBZ-p37-I和ZBZ-p37-II型，火箭发射架的主要型号是QF3-II和QF-III牵引发射架。

(2)在作业环节方面，使用设备多，弹药用量大。据统计2016年全国30个省，使用高炮近6 700门、火箭发射架7 200多台，目前，北京市就有作业点33个，分布在延庆、平谷、怀柔、门头沟、昌平、房山、密云等7个区域，有火炮73门，火箭发射架106台，每年使用炮弹约为6 000-8 000发，火箭200-300枚。

(3)作业时间长，作业次数频繁。人工影响天气作业一般全年进行，在北京地区冬天增雪,春、夏、秋季增雨，夏季还要进行减雹，基本上是处于时刻备战状态。在作业频次高也是人工影响天气作业的特点，在北京地区每年火箭作业30次左右，火炮作业在百次以上。人工影响天气作业已在我国大部分省推广，人员、基地、设备都已具备较大规模，现在人工影响天气作业已进入常态化，每年都要进行该作业活动。

4 当前人工影响天气作业安全存在的风险

根据《中华人民共和国气象法》《人工影响天气管理条例》的有关规定，建立规范化、法制化、现代化人工影响天气管理体系，县级每个人工影响天气作业点必须配备专业操作技术人员，持证上岗，建立一支具有一定规模、相对稳定、训练有素的专业作业队伍。

存储、运输风险。作业过程中使用的炮弹、火箭等都属于危险品，其的存贮建筑结构、存储环境、存储仓库的消防安全设施，以及在运输过程中的装卸、堆码等出现违章、违规操作都会造成财产损失和人员伤亡。

发射操作风险。由于发射工具故障、火箭弹(炮弹)质量、人员操作不当等问题，造成火箭弹(炮弹)未按照正常的弹道轨迹运行、弹头未爆坠落或爆炸碎片过大、导致人员伤亡和财产损失。作业工具、弹药丢失，造成一定的社会影响和不良后果。

坠物风险。目前在作业中使用的大多数小型火箭都不会炸掉箭体。箭体掉在地上，可能对人和动物以及房屋和建筑物造成损害。因此，弹着点与作用点的距离必须根据炮弹的射程参数和发射角参数来计算。根据抛物线轨迹计算可以大致知道弹着点的位置，确定撞击点附近是否安全是否有村庄，避免意外伤害。

5 风险产生的原因

(1)作业管理不到位。主要表现在：作业单位未取得资质证，或资质证过期；不按规定申请作业空域，或不在申请空域时限内作业；未细化适合本地区的作业规程，或未严格执行；未建立作业管理制度，或制度不完善、安全隐患逾期不整改等；管理疏漏导致作业环境不安全，设施不合格等。

(2)设备管理有漏洞。主要表现在：违规存储作业设备、弹药等；管理疏漏导致炮弹、火箭弹丢失或被盗；过期或发生故障的炮弹、火箭弹未按规定及时报废；未按要求开展设备维护、保养或年检等。

(3)作业实施不规范。主要表现在：违规指挥导致高炮或火箭架损坏、炮弹或火箭弹爆炸；在禁射方位、时间、高度、空间和禁射区违规作业；突发故障处理不当，作业过程中遇雷击、弹药卡膛等突发情况处理措施不正确、不及时；使用逾期炮弹或有故障的高炮、火箭架；作业宣传不力，在作业前未严格落实作业公示制度。

(4)作业队伍技术力量不强。当前，人工影响天气作业人员几乎都分布在农村，为当地农民兼职或为临时聘用人员，受教育程度较低，知识技能不高。作业人员普遍存在年龄偏大、学历偏低的特点。另外由于作业人员待遇不高等因素导致作业队伍不稳定、流动性较大，从而存在人员技术水平参差不齐，作业队伍总体水平不高等问题。

6 降低风险产生的原因

针对人工影响天气作业存在的现状和主要风险，为使该作业安全管理进一步提高，可以从以下几方面降低风险。

(1)进一步完善人工影响天气工作管理的长效机制。建立机制是人工影响天气作业安全的基本保障，必须高度重视，首先要建立责任机制，落实安全责任制，实现全面、全过程和全员的安全管理，要实行省、市、县人影办和作业点四级管理体制，实现职责明确、逐级分解、层层落实[14]。第二，要建立监管机制，成立由气象局、人工影响天气办公室等负责部门组成的作业安全监管会，建立健全安全预警和应急系统，实施作业全程监控，实时分析作业动态，及时消除安全隐患。第三、建立应急救援机制，制定安全事故应急救援预警，能够在事故预防和应急处理中最大限度地调动资源，发生作业安全事故时，能快速处置。

(2)多部门联动机制需进一步加强。应进一步建立健全由政府为主导的统一协调机制，建立以气象局、人工影响天气办公室、作业区政府、装备弹药生产厂家及交通、安全、人力资源和财政等部门组成的组织机构，各有关部门做到分工负责，相互配合，定期沟通，通过建立上下之间、部门之间、军地之间的综合协调联动机制形成人工影响天气安全多方位全覆盖管理。

(3)加大对作业培训的力度。针对当前作业人员素质较低、技术水平参差不齐的现状，大力加强作业人员培训是当务之急，必须高度重视，培训工作应完善机制。首先要制定作业人员培训规划和计划，从培训人员、内容、场地、师资等方面建立起完整体系。其次要建立作业人员培训考评方法，既要注重理论知识学习又要培训强化实际操作，要注重培训效果，不能图形式走过程，同时还要加强和完善培训的跟踪、反馈和总结。

(4)对出现的安全事故及时开展科学调查。人工影响天气作业中各种大小事故是经常出现的，及时开展事故调查有利于全面收集事故发生的信息资料，找出事故的原因，准确判定事故性质和责任，为设备厂家提供改进建议，为安全监管提供科学依据，还有利于提出事故预防方法和整改措施建议[15]。调查工作也要进一步规范，如应遵循分级负责、实事求是、坚持公正原则；再如技术鉴定方面，针对专业性强的问题，要及时请专业人员进行技术鉴定，最后在科学调查的基础上及时、准确地提交调查报告，为有关部门研究决策提供依据

7 结论

人工影响天气作为现代气象研究的重要领域，影响着一个地区的工农业生产与发展，也成为推动当地经济快速发展的动力。但在影响天气的操作过程中用到的设备火箭、高炮等存在危险性。

(1)在人工影响天气作业的风险存在于存储、运输、发射操作的整个过程中。

(2)产生人工影响天气作业风险的原因主要有作业及设备管理、作业操作及作业队伍技术力量薄弱等几方面的因素。

(3)可以从改善人工影响天气作业管理机制、加强相关部门间的联动机制、加强作业人员的培训及科学开展作业事故调查几个方面提高人工影响天气作业的安全性。