（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(qū)之一，也是吉林省發(fā)生森林火災最多的地區(qū)之一[1]。近年來受全球變暖和厄爾尼諾等天氣現(xiàn)象影響，白山市年降雨量呈現(xiàn)波動劇烈特征，同時，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展、城市化和工業(yè)化進程加快，森林銳減、土地退化、環(huán)境污染、水土流失等生態(tài)問題日益突出，嚴重威脅著區(qū)域發(fā)展和生態(tài)安全[2]。如何預防和減輕氣象災害，保護生態(tài)環(huán)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(fā)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(xiàn)狀，提出了白山人影工作的重要性及其經(jīng)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(xiàn)狀

1.1 白山人工影響天氣發(fā)展歷史沿革

白山市在20世紀90年代初開始開展人影作業(yè)。近年來人影作業(yè)能力發(fā)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(yè)，在撲滅山火、水庫蓄水和農(nóng)業(yè)抗旱中發(fā)揮了關鍵作用。近7年來，全市累計開展地面增雨作業(yè)達45次，增加降雨量約3億 m3。

目前，白山人影作業(yè)正在由春秋兩季季節(jié)作業(yè)向全年作業(yè)轉(zhuǎn)變，由單純增雨作業(yè)向增雨、增雪作業(yè)轉(zhuǎn)變，由移動增雨作業(yè)向移動作業(yè)和固定作業(yè)相結合轉(zhuǎn)變，由原始的人工作業(yè)向現(xiàn)代化的自動作業(yè)和人工增雨作業(yè)相結合轉(zhuǎn)變。人工影響天氣在森林防火、水庫蓄水、農(nóng)業(yè)抗旱等方面正發(fā)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(yè)能力現(xiàn)狀

2012年以來，政府持續(xù)加大人影投入力度，白山人影地面作業(yè)能力顯著提高。2012年，全市統(tǒng)一采購了移動增雨作業(yè)專用車輛5輛，車載式增雨作業(yè)火箭發(fā)射架和牽引式增雨作業(yè)火箭發(fā)射架共10部，我市初步具備了移動增雨作業(yè)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(yè)站建設和設備采購工作。白山市現(xiàn)有地面作業(yè)站30個，其中地面固定作業(yè)站16個，移動作業(yè)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(yè)人員專用對講機、頭盔、單兵背囊、作業(yè)服裝、野外帳篷等各類專業(yè)設備，實現(xiàn)了市、縣、作業(yè)站3級實時人影作業(yè)遠程指揮功能。目前全市年增雨（雪）作業(yè)能力可達1～3億 m3，作業(yè)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(guī)模人影作業(yè)8次以上，實現(xiàn)了白山市人影作業(yè)能力和科學作業(yè)水平的跨越式發(fā)展 。

2 人工影響天氣作業(yè)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(qū)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(xiàn)由西北向東南降雨量逐漸減少趨勢。江源區(qū)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(jù)2010年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(qū)和渾江區(qū)，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(xiàn)年際變化大，年內(nèi)分配不均的特征。統(tǒng)計2005—2014年年降水量情況，發(fā)現(xiàn)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(qū)）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(qū)）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(qū)。白山市年平均降水量為859.6 mm，年均降水日數(shù)達191 d，白山市具備全季節(jié)開展人工增雨（雪）作業(yè)天氣條件。時間和空間分配不均的水資源現(xiàn)狀則形成了對開展人工增雨（雪）作業(yè)的現(xiàn)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(qū)內(nèi)有6個國有林業(yè)局和6個地方林業(yè)局，境內(nèi)有國家自然保護區(qū)2個，國家風景名勝區(qū)5個，國家森林公園8個。截止2015年，已經(jīng)連續(xù)35年無重大森林火災，但每年防火季節(jié)局部火情不斷，據(jù)白山市林業(yè)局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1989—2010年，全市共發(fā)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(yè)需求較為迫切，特別是出現(xiàn)突發(fā)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(yè)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(shù)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(jīng)濟需求分析

長白山區(qū)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(jīng)濟主要是指以林地資源和森林生態(tài)環(huán)境為依托，發(fā)展起來的林下種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、采集業(yè)和森林旅游業(yè)等產(chǎn)業(yè)。白山市林下資源豐富，境內(nèi)有1500余種經(jīng)濟植物，人參產(chǎn)量占全國人參產(chǎn)量的80%。人參、中草藥等特產(chǎn)業(yè)與降水關系密切，尤其是冬季充足的降雪量是人參等經(jīng)濟作物順利越冬的重要保障。人參適宜在潮濕環(huán)境下生長，土壤濕潤、空氣濕度大對人參生長發(fā)育有利。據(jù)分析得出，人參產(chǎn)量與年平均相對濕度關系密切，在一定范圍內(nèi)呈線性關系[6]。

近年來，由于人影作業(yè)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(yè)的需求逐年提高。

2.4 水庫蓄水需求分析

白山市境內(nèi)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(nèi)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(tǒng)計數(shù)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(xiàn)象等影響，白山市天氣氣候異常，同時伴隨經(jīng)濟發(fā)展，各縣市區(qū)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(yè)成為緩解水庫蓄水不足的重要手段。

2.5 農(nóng)業(yè)抗旱需求分析

農(nóng)業(yè)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(yè)。白山市糧食產(chǎn)量偏低，但農(nóng)村特產(chǎn)業(yè)種植戶相對較多，因此對人影作業(yè)有一定需求，全市平均每年開展農(nóng)業(yè)人影作業(yè)約1～2次。

3 人影作業(yè)實例分析

3.1 森林防火作業(yè)

2012年5月29日12時30分，吉林省白山市撫松縣境內(nèi)長白山國家級自然保護區(qū)內(nèi)西坡、錦江峽谷梯子河高山花園處長白山林區(qū)發(fā)生森林火災。衛(wèi)星遙感監(jiān)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(xiàn)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(yè)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(lián)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(fā)射架、57枚火箭彈向火場集結、待命。省人工影響天氣中心調(diào)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(yè)飛機，實時指導人影作業(yè)。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(yè)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(yè)，作業(yè)人員克服夜間和山區(qū)作業(yè)的雙重困難，在現(xiàn)場設置了3個臨時火箭作業(yè)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(yè)，作業(yè)后火區(qū)出現(xiàn)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(yè)區(qū)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(yè)飛機飛臨火場上空，開展第五輪增雨作業(yè)。09時，伴隨降雨森林火情基本解除。

3.2 水庫蓄水作業(yè)

2017年12月—2018年2月26日，白山市區(qū)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(qū)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(qū)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(xù)開展了3次人工增雪作業(yè)。為確保取得實效，市局提出了合理布局、科學作業(yè)的要求。作業(yè)前組織人員到水源地實地考察，根據(jù)天氣系統(tǒng)來向和火箭增雪催化影響范圍，在水源地匯流區(qū)上游設立了4個增雪作業(yè)站點，間隔2～4 km，成四邊形分布，每個點設置1部火箭發(fā)射架。作業(yè)開始前多次進行天氣會商、確定作業(yè)方案。為確保作業(yè)信息真實準確，作業(yè)過程中采取統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)配、分工明確、分時段、多輪次作業(yè)的方式進行作業(yè)。作業(yè)過程中根據(jù)雷達回波和天氣系統(tǒng)演變情況，隨時調(diào)整火箭方位角和仰角，每次發(fā)射向左（右）調(diào)整5°左右方位角，形成扇形作業(yè)面，作業(yè)過程中隨時拍照、隨時上報作業(yè)量。做到適當時機、適當部位、適當劑量、科學作業(yè)。為保證作業(yè)效果，作業(yè)時間從系統(tǒng)影響初期一直持續(xù)到系統(tǒng)結束前2～3小時，根據(jù)雷達回波演變情況，間隔40 min左右請令作業(yè)一次，如不具備作業(yè)條件則暫停作業(yè)。三次過程分別作業(yè)5輪次、5輪次和8輪次。

3次增雪作業(yè)共出動4個縣市區(qū)的火箭發(fā)射架10部次，作業(yè)車輛13輛次，作業(yè)人員39人次參與作業(yè)，共開展人影作業(yè)19輪次，發(fā)射增雨火箭彈181枚。

第一次增雪作業(yè)后，作業(yè)影響區(qū)出現(xiàn)暴雪天氣，作業(yè)影響區(qū)新增積雪深度18 cm，降雪量達15 mm。對比市區(qū)，作業(yè)區(qū)降雪量增加約8.3 mm。第二次增雪作業(yè)后，作業(yè)影響區(qū)出現(xiàn)大雪天氣，降雪量達5.7 mm。對比市區(qū)，作業(yè)區(qū)降雪量增加1.4 mm，高于非作業(yè)區(qū)域32%。第三次增雨（雪）作業(yè)后，作業(yè)影響區(qū)出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪天氣，作業(yè)區(qū)降水量達20 mm。同一時間段市區(qū)降雪量為15.3 mm，臨江降水量11.2 mm，人工增雨（雪）作業(yè)增加降水量約7 mm。

3次增雪作業(yè)后庫區(qū)匯流區(qū)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(qū)飲用水供水緊張局面得到了有效緩解，人影作業(yè)取得階段性勝利。

3.3 農(nóng)業(yè)抗旱作業(yè)

2014年7—8月，白山市出現(xiàn)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(jù)不同天氣系統(tǒng)和干旱區(qū)域，在全市范圍選取了21個移動增雨作業(yè)點。并與市農(nóng)委、市水文局、渾江區(qū)政府進行會商，確定增雨方式和作業(yè)區(qū)域。12日召開全市抗旱增雨部署會，制定人工增雨作業(yè)方案，調(diào)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(yè)，作業(yè)效果顯著。8月15日渾江區(qū)已經(jīng)連續(xù)20 d沒有降雨，當天下午渾江和江源區(qū)出現(xiàn)了難得的作業(yè)窗口，相關人員立即行動開展增雨作業(yè)，作業(yè)后影響區(qū)普降小雨。8月16—25日作業(yè)人員克服困難、再次連續(xù)進行8輪增雨作業(yè)，一舉解除了農(nóng)業(yè)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(qū)，長白縣、臨江市為鴨綠江上游地區(qū)，江源區(qū)、渾江區(qū)（白山市區(qū)）為渾江上游地區(qū)。根據(jù)撫松小山電站水庫入庫流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，5—10月出現(xiàn)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(qū)；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(qū)。目前已經(jīng)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(nèi)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(yè)，對增加下游地區(qū)江河流量作用明顯。

4.1 森林防火人影作業(yè)效益分析

森林可燃物含水率與無降雨日數(shù)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(yè)。2012—2014年全市共作業(yè)50次，增加降水約3億 m3，每次增雨（雪）作業(yè)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(qū)發(fā)生森林火災，市氣象局組織人影作業(yè)人員現(xiàn)場開展增雨作業(yè)，發(fā)射增雨火箭150余枚，增雨后火區(qū)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(xù)無降水日數(shù)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(jīng)濟人影效益分析

白山市森林覆蓋率達80%以上，在林區(qū)開展大規(guī)模增雨（雪）作業(yè)，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(huán)境、促進水土保持和水源涵養(yǎng)，形成良性循環(huán)。在人參等特產(chǎn)業(yè)種植區(qū)開展有針對性的增雨（雪）作業(yè)有利于人參等林下經(jīng)濟作物順利越冬，保持土壤濕潤和空氣濕度，促進經(jīng)濟作物生長，進而提高人參、中草藥等的產(chǎn)量，為特產(chǎn)業(yè)種養(yǎng)殖戶帶來顯著經(jīng)濟效益。

4.3 水庫蓄水人影效益分析

空中降水是流域內(nèi)面雨量的主要水源，實踐證明夏季開展人工增雨作業(yè)可以有效增加徑流，冬季增雪作業(yè)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(yè)，根據(jù)吉林省人工影響天氣中心與白山電廠聯(lián)合開展人工增雨水庫蓄水發(fā)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(nèi)開展了人工增雨作業(yè)。根據(jù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)布設的中尺度加密雨量站監(jiān)測到的降水量，作業(yè)區(qū)域內(nèi)的平均降水量為69.5 mm，分析作業(yè)區(qū)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(qū)飲用水告急壓力，白山市氣象局連續(xù)開展了3次人工增雪作業(yè)，增雪作業(yè)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(jù)白山人影作業(yè)需求和作業(yè)效果綜合分析，按每年作業(yè)次數(shù)20次，發(fā)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(chǎn)出比1:30計算[9]，預計產(chǎn)生經(jīng)濟效益9000萬元。此外人影作業(yè)間接的生態(tài)效益、環(huán)境效益、社會效益同樣十分顯著。

4.5 開展全年人影作業(yè)條件分析

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

5 結語

白山市人工影響天氣工作取得了長足的發(fā)展，具有較明顯的經(jīng)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(yè)條件。白山人影作業(yè)需求主要在森林防火、林木生長、水庫蓄水、農(nóng)業(yè)抗旱等方面，開展全年人工影響天氣作業(yè)有較高的投入產(chǎn)出比，是森林防火、水庫蓄水、農(nóng)業(yè)抗旱等的有效手段。