人工增雨在九华山抗旱与森林防火中的应用

戴修尚

摘 要：人工增雨，是采用科学的方法，在适当的时机，将催化剂引入云的有效部位，达到人工催化云层降水或增加降水量、开发利用空中云水资源的目的。安徽省九华山风景区属山岳型景区，森林覆盖率达90%以上，年平均降水量2129.1mm，虽雨水充沛，但降水季节分布极为不均，常出现秋冬旱。2019年9—11月，九华山遭遇70a一遇的干旱灾害，景区生活用水断供，森林火险气象等级连日维持极高火险级5级。九华山气象管理处多次实施人工增雨，作业效果明显，为缓解景区旱情、增加水库蓄水、降低森林火险等级、补充地下水资源、改善生态环境等发挥了重要作用。

關键词：人工增雨;森林防火;抗旱

中图分类号：S16

文献标识码：A

1 九华山风景区森林及气候概况

九华山风景区，位于安徽省池州市青阳县境内，是国家5A级旅游区，世界地质公园，首批国家自然与文化双遗产地，中国佛教4大名山之一。景区规划面积120km2，保护范围174km2，最高峰海拔1344.4m。寺宇林立，古木参天，现有寺院99座，其中，全国重点寺院9座，安徽省重点寺院30座。有全国重点文物保护单位4处，安徽省重点文物保护单位7处。

九华山属北亚热带湿润季风气候，受地形地势、海拔高度影响，又存在复杂多变的山区局地小气候特征。森林覆盖率达90%以上，有1460多种植物。地带性植被为常绿阔叶林，中高海拔区天然植被保存完整。依山势海拔的变化，植被大体分为次生针叶林、常绿落叶阔叶林、针阔叶混交林、栽培植被区和灌丛区。对照《国家重点保护野生植物名录》，目前九华山境内有百年以上古树名木449株，国家一级保护树种59株[1]。

据1991—2018年历史气象观测资料统计，九华山风景区历年平均降水量为2129.1mm，6—8月降水相对集中，12月最少，平均77.2mm，降水季节分布极为不均（图1）。年平均相对湿度76%，6—9月均>80%，12月最低，为69%，年平均气温14.3℃。据图1显示，2019年9月、10月降水量远低于历史同期。

2 九华山2019年旱情与森林防火形势分析

2.1 2019年秋季气象要素统计分析

2019年8月12日开始，九华山出现近3个月无有效降水时段，最长连续无降水日数突破本地有气象记录以来的历史极值。因11月中下旬连续3次成功实施了人工增雨，且增雨量较大，因此，这里仅对9—10月导致干旱的相关气象要素进行统计分析。

2019年9—10月降水量仅38.5mm（其中还包含人工增雨作业所产生的增雨量），与历史同期相比减少219.5mm，仅为同期的15%（图1）;平均气温高出0.7℃，最大气温日较差12.5℃（一般情况下，气温越高，日较差越大，蒸发作用越强）;平均相对湿度较历史同期低3.4%，日最低相对湿度曾降到17%，空气异常干燥;总日照时数高出历史同期83h（表1）。

2.2 九华山风景区森林防火形势

森林火灾是世界8大自然灾害之一，具有突发性强、危害性大、处置救助困难等特点[2]。火灾的发生取决于3个因素：林内可燃物、合适的气象条件、野外火源[3]。

2019年8月中旬开始出现的连日少雨或无雨、较小的相对湿度、较高的气温、较大的气温日较差、长时间的日照，加速了下垫面植被、森林可燃物中的水分蒸发，使得可燃物含水率降低而变得干燥，森林火险等级持续攀升。9月1日—11月17日的78d中，九华山气象管理处发布的森林火险气象等级预报有48d为极高火险级5级，19d为高火险级4级。

森林火灾发生的关键因素为火源，分为人为火和自然火2大类。人为火包括各类生产用火和野外吸烟、烧荒烧纸等非生产性用火;自然火包括雷电火、可燃物自燃等。据统计，在所有森林大火中，有98%是由人为火源引起的。九华山风景区属佛教圣地，2019年进山人次达到1131万，大量的游人活动以及礼佛燃香、祭祀烧纸、游动吸烟等行为，使得景区防火压力剧增。另外，九华山属多雷区，雷电火也是一大火灾隐患。2014年7月11日12∶00，九华山曾发生因雷电导致花台景区2名游客身亡并引发防火棚起火事故。

由于景区面积广阔，各种火源点多面广，管控难度非常大，加之秋冬季少雨低湿等不利的气象条件，大量聚集的林内可燃物，使得景区防火形势十分严峻。为预防森林火灾的发生，风景区管委会每年都要投入大量的人力、物力、财力。

2.3 九华山风景区干旱形势

九华山核心景区（海拔高度600m以上区域）的旅游接待、居民生产生活用水全部依靠山上仅有的一座“天池水库”蓄水供应维持，自然降水是水库的唯一水源。九华山秋冬季节降水较少，几乎每年都有不同程度的秋、冬旱发生（据池州市水利局水旱灾害防御处统计，2019年出现的严重干旱灾害，为本地70a一遇），进而引发水资源的临时性缺乏。而每年的9—11月、元旦和春节期间又正是九华山的旅游旺季，旅游接待、居民生活用水量极大。近年来，随着景区游客量剧增，多次出现因干旱导致天池水库供水不足，景区生活用水限时供应的情况。

2019年，仅国庆黄金周7d，九华山景区就接待游客27.22万人次。持续的高游客量和连日无雨少雨，使得天池水库水位急剧下降，到10月下旬，水库近于干涸，核心景区内只得靠消防部门从山下运水上山为居民定时送水，严重影响景区正常旅游接待与居民日常生活。

3 九华山人工影响天气工作

3.1 人影作业装备与软件系统

2006年，九华山气象管理处从外地借调“三七高炮”首次为景区抗旱实施了人工增雨作业。近年来，在安徽省气象局和风景区管委会的全力支持下，九华山人影作业装备不断完善，作业能力不断提升，2020年还将建成安徽省飞机人工增雨作业九华山基地。

3.1.1 人工增雨火箭作业系统

2009年，购置了首套人工影响天气作业装备——BL-1A型火箭作业系统，后经多次更新升级，其发射系统已实现智能化。

车载式火箭作业系统的优点是可流动作业，机动性强，适用于对小团积雨云作业。但是，随着我国军事与民航的发展，国内空中航线越来越密集，火箭作业申请常受空域制约而错过最佳作业时机，因此，地面焰条播撒系统便成了九华山人工增雨的较好选择。

3.1.2 人工增雨地面焰条播撒系统

2008年和2019年，先后建成并更新2套可远程遥控的人工增雨地面焰条播撒系统，分别位于核心景区北侧的百岁宫下方山坡和南侧的平天岗山坡，距人工增雨最核心目标区——天池水库两侧3～4km，海拨均在700m左右。

在焰火器（播撒装置）的布设选址方面，依据九华山云和降水、地面风向的历史观测资料做了充分论证。既结合了地形云与山谷风的关系、作业效果的转化，还考虑了地形抬升作用的发挥和作业后降水转换为地表水的能力。

地面焰条播撒系统，有位置高度可选、不受空域限制、可以远程控制、作业灵活方便等优点，非常适宜对山区地形云开展增雨作业。

3.1.3 人影业务软件系统建设

安徽省基于物联网技术，建成了省—市—县—作业点4级一体化的“人工影响天气智能管理系统”，实现了对人影信息（人员、装备、弹药、气象信息等）采集与传输、数据管理与服务、安全监督与管理的自动化、智能化，建立了较为完整的业务流程，并依据业务流程开发了需求分析、作业条件预测、作业云识别、作业指挥、效果评估5大类人影业务产品，促进了人影管理、业务、服务的科学发展[4]。

建成了“物联网弹药装备管理系统”，实现了人影装备、弹药从生产、查验、储运、使用、维护等各环节的全周期监管和全过程追溯。智能人影作业指挥APP，实现作业申请、审核、作业条件分析、信息上报等移动端操作。地面焰条播撒装置远程控制系统，实现在PC和移动客户端进行设备检测、远程点火、视频监控、信息采集、防盗报警功能。

3.2 人影作业队伍建设与制度保障

九华山气象管理处（人影办）成立了由主要领导担任指挥长、数名精干力量为作业人员的人影作业队伍。相关人员每年均多次参加省气象局、人影装备厂商、系统平台建设公司等组织的相关管理、安全、理论和实战培训，形成了一支理论扎实、经验丰富、技术精湛的人影作业队伍。

人影办按主管部门要求，完善了人影作业从公告发布、空域申请、组织管理、弹药储运、装备保障、安全管理、信息上报等一系列制度、流程、规范。确保每次人影作业都能规范有序、安全高效实施。

3.3 九华山2019年人工增雨作业情况及效果评估

3.3.1 抗旱服务与人工增雨作业开展情况

2019年9月中旬开始，景区旱象初显，九华山气象管理处加强天气监测、预报预警服务，通过小区短信平台、气象预警显示屏等多渠道向来山游客、景区居民发送气象干旱预警和高危森林火险气象等级预警信息，向管委会及相关部门报送《干旱天气专报》。同时，按照风景区管委会的统一部署，人影作业队伍进入24h待命临战状态，密切监视天气变化，抢抓有利时机，适时开展增雨作业。

九华山气象管理处分别于2019年10月5日、10月12日、10月15日、11月13日、11月18日、11月25日组织实施了6次人工增雨作业，共发射火箭弹48枚，燃烧焰条52根，其中，增雨飞机进入景区上空作业3架次。

11月17日，九华山气象管理处结合雷达资料、GRAPES模式预报等研究分析，并与安徽省气象台会商，预测次日5∶00—11∶00，有天气系统自东南向西北缓慢过境景区，且垂直累積过冷水含量充足，作业潜力很大。人影作业人员彻夜在作业点守候，并于11月18日凌晨6∶10—7∶20实施了3轮火箭增雨作业，发射火箭弹16枚，地面播撒系统燃烧焰条18根。同时，在安徽省人影办的协调下，作业飞机于8∶00—8∶20进入景区上空作业。

3.3.2 人工增雨作业效果评估

邓点满等[5]对人工增雨效果评估方法进行了研究，提出物理评价法和统计检验法（包括区域回归法、历史资料估算法、数值模拟评估法等）。本文根据作业目标区与对比区的自动站监测数据，采用区域回归法对2019年10—11月开展的6次作业过程进行效果评估。其中，有4次过程因天气系统强度不大、增雨潜力不足或系统发展走向偏移等原因导致作业未见明显效果，但11月18日、25日的2次增雨作业效果却异常明显。

11月18日作业后自动雨量站监测数据显示，作业目标区内各站点降水量普遍超过15mm，平均达到21.1mm，其中增雨核心目标区——天池水库附近的九华山气象国家观测站降水量达28.5mm（图2左），而作业对比区（作业区上风方，南片区域，未实施增雨作业）100km范围内10个国家气象观测站平均降水量为5.0mm，50km范围内78个雨量站点的平均降水量为5.9mm。

丁仁海[6]对九华山与周边区域的降水分布差异分析得出，（皖南）山区的高度（指>200m的山体）、地形对降水系统的增雨作用较为明显，山区降水量分布与海拔高度有关，海拔越高，降水量越大;山区地形对降水的平均贡献率为37.6%。据此结论，作业目标区平均自然降水量R1与对比区平均自然降水量R2存在线性关系R1=（1+37.6%）·R2。通过线性回归得出，11月18日的作业过程中，作业目标区的平均自然降水量R1=（1+37.6%）×5.9mm=8.1mm;作业平均增雨量△R=作业后目标区实测平均降水量R0-平均自然降水量R1=21.1mm-8.1mm=13.0mm。不考虑九华山景区以外的增雨量，仅以九华山区域范围174km2目标区进行保守测算，本次人工增雨作业的总增雨量约为：13.0mm×174km2=226.2万m3。

11月25日作业后，作业目标区内19个雨量站点平均降水量（R0）为15.2mm，九华山国家气象观测站雨量达18.7mm（图2右），作业对比区78个站点平均降水量（R2）仅为6.7mm，此次作业平均增雨量△R=R0-R1=R0-（1+37.6%）·R2=6.0mm，九华山区域范围内总增雨量约为6.0mm×174km2=105万m3。

经过几次成功开展人工增雨作业后，到11月30日，在自然降水和人工增雨的共同影响下，天池水库蓄水量大幅增加，森林火险气象等级降至低火险级，地下水得以充分补给，持续2个多月的严重旱情全面解除，旅游接待和居民生活恢复正常。

4 结语

2019年，九华山风景区遭遇70a一遇的严重干旱，九华山气象管理处抓住有利天气条件，多次开展人工增雨作业。利用作业目标区和对比区的雨量监测资料，采用区域回归方法进行作业效果评估，按最保守的作业目标区面积测算，仅11月18日、25日2次人工增雨作业中，九华山风景区范围内的作业增雨量超过330万m3，增雨效果明显，为景区抗旱减灾、水库蓄水、降低森林火险等级、保护森林资源安全、补充地下水资源、改善生态环境等发挥了积极作用，取得了良好的经济和社会效益。

参考文献

[1]九华山风景区地方志编纂委员会.九华山志[M].黄山：黄山书社，2013：001-089.

[2]王海忠.夯实基础做好森林防火这篇大文章[J].森林防火，2016（3）：1-4.

[3]周政，李洪双，朱那.人为火源——森林火灾发生的决定性因素[J].城市建设，2010（22）：60-61.

[4]李建邦，周述学，李爱华，等.物联网在安徽省人工影响天气业务中的应用[J].气象科技，2014，42（6）：1143-1146.

[5]邓占满，张中波.几种人工增雨效果评估方法的应用与研究[J].安徽农业科学，2014，42（9）：2675-2676.

[6]丁仁海，丁鑫.九华山与周边区域的降水分布差异分析[J].气象，2014，40（4）：458-465.

（责任编辑 贾灿）