人工防雹在河套灌区农业生产中的应用

□ 何静新

（巴彦淖尔市气象局，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

内蒙古河套灌区是亚洲最大的一首制自流引水灌区，同时也是我国三个特大型灌区之一。灌区位于黄河中上游内蒙古段北岸的冲击平原，东西长250千米，南北宽50千米，北抵阴山山脉的狼山、乌拉山，南至黄河，东与包头市为邻，西与乌兰布和沙漠相接［1］。河套灌区农业发展的水土光热条件良好，土地面积有1784万亩，其中引黄灌溉1100万亩，种植历史悠久，是中国和内蒙古自治区的重要商品粮油基地。受地形与气候的影响，河套灌区夏季冰雹灾害经常发生，对农业生产带来重大损失。人工防雹是河套灌区抵御冰雹灾害的重要手段，在农业防灾减灾和保障粮食生产等方面中发挥着重要作用。

一、河套灌区冰雹天气特征

河套灌区位于内蒙古自治区巴彦淖尔市，地形地貌多种多样，深处内陆，位于大陆性气候与季风气候的交界区。该地区四季分明，昼夜温差大，年降水量在127～225毫米之间，6月至8月集中了近七成的降水，而全年蒸发量在1991～3305毫米，降水量少蒸发量大，雨热同期，干旱、霜冻、洪涝、冰雹等气象灾害频发。但同时，经过中国气象局专家评估，河套灌区光、热、水、土资源配置优势突出，优越的自然资源配置使得该地区成为黄金农业种植带。

河套灌区北为阴山山脉，海拔为2000米左右，南为黄河，黄河沿岸为冲积平原，海拔在1000米左右，地势起伏很大。地形坡度的存在导致大气水平热力分布不均匀，沿山地区往往存在较强的水平温度梯度，从而导致初始对流云系的产生。河套灌区又受西风带的影响，在合适的天气系统影响下，对流云自西向东移动，极易给河套灌区带来冰雹天气。

本文将河套灌区某日出现多地或多次降雹均定义为一个冰雹日。根据2001～2020年降雹实况资料统计，河套灌区近20年共有218个冰雹日，年平均降雹日数在11天左右，且年际变化很大，最多21日，最少3日；冰雹常主要发生于夏季，占比为82.6%，春季和秋季偶有发生；从月际变化来看，主要发生于5月至9月，其间又以6、7月为多；一日之中，受午后热对流影响，冰雹常发生于午后至傍晚时段，此时也是开展人工防雹的主要时间。

二、人工防雹的原理和方法

作为固态的降水粒子的一种，冰雹直径一般大于5毫米，形状多种多样，越大的冰雹导致的破坏性越大。冰雹一般产生于对流云系，云中有较为强盛的上升气流，云中的水汽随着这些气流不断上升，随着高度的增加温度逐渐下降，降至一定程度后水汽就会凝结为小水滴。在小水滴继续上升的过程中，如果云中的温度低于零摄氏度，小水滴就可能会凝结为小冰粒。此时，小冰粒会吸附周围小水滴而长大，当云中的上升气流无法托住小冰粒时，小冰粒就会下落。下降过程中温度逐渐升高，小冰粒开始融化，此时如果再次遇到强盛的上升气流，小冰粒可能会继续上升重复上一过程，直到下落到地面成为冰雹。由此可见，云中有强烈的上升气流（通常速度大于15米/秒）和充足的过冷却水分是冰雹产生的主要条件，只有这样，云中的小冰雹胚胎才能在强烈上升气流作用下不断捕捉云中的水分，使自身不断增大，不断地发展成为冰雹而降落到地面。人工防雹就是从减少冰雹水汽供应出发，使得小冰雹无法成长为大冰雹，从而减轻或者避免冰雹灾害。

人工防雹的原理目前有两种：一种是基于“利益竞争”原理，一般称作“播撒防雹”，引晶“争食”过冷水，以达到消雹的作用，就是向云中播撒催化剂，形成足够多的人工冰核，与原本云中的天然雹胚竞争过冷水，从而使得小冰雹无法长大［2］；另一种是通过炮击雹云改变冰雹云的自然生长过程，称作“爆炸防雹”。河套灌区的人工防雹工作，就是使用高炮与火箭作为作业装备，发射含有碘化银的防雹炮弹，使得“播撒防雹”与“爆炸防雹”共同作用，起到人工防雹的效果。

三、河套灌区人工防雹工作现状

（一）人工防雹作业规模

河套灌区开展人工防雹工作较早，起始于20世纪50年代末。巴彦淖尔市的杭锦后旗沙海乡梅林湾建立的人工消雹试验站，是我国最早开展人工消雹试验的地点之一。经过多年发展，河套灌区所在的各个旗县区均开展防雹作业，目前共建设标准化防雹作业点86个，其中包含83门防雹高炮、3部防雹火箭，每年作业季（5～9月）全天候开展防雹作业。“十三五”期间累计地区作业1100余点次，共发射防雹炮弹3.4万余发，取得了良好的经济效益与社会效益，得到了各级政府与社会公众的认可。

（二）人工防雹业务流程

人工影响天气是各地气象部门的常规业务，人工防雹作为人工影响天气的重要组成部分，在气象业务中也有所体现。河套灌区的人工防雹业务工作由所在地气象部门负责，依据人工影响天气三年行动计划的的相关要求，建立了“潜势预报——监测预警——作业指挥——信息上报——效果评估”全链条业务流程。各级气象部门分工不同，其中，市级负责冰雹潜势预报与监测预警，并发布相关业务指导产品，旗县级同时进行冰雹监测预警，开展作业跟踪指挥，向空管部门申请空域并发布作业指令，作业结束后负责上报作业信息，市县两级均开展各自辖区的作业效果评估。

四、人工防雹对农业生产的影响

作为影响河套灌区农业生产的重要气象灾害，冰雹几乎伴随农作物从生长到收获的全过程。降雹可能砸坏作物花果与枝叶，冰雹堆积在农作物根部还容易造成冻害。同时，降雹常伴随着短时大风和短时强降水等强对流天气，短时大风可能造成农作物倒伏、花果掉落，短时强降水可能导致农田渍涝，冰雹、大风和降水三者结合往往会造成农作物减产甚至绝收［3］。2020年7月9日至7月11日，巴彦淖尔市出现了非常严重风雹灾情。期间，乌拉特前旗、五原县、临河区、杭锦后旗、乌拉特中旗受强降雨大风冰雹等强对流天气影响，造成5个旗县26个乡镇115个村4.6万人人受灾，农作物受灾面积34.5万亩，农作物成灾面积10.5万亩，农作物绝收面积270亩，因灾死亡羊只267只，直接经济损失近2.1亿元。

五、河套灌区人工防雹存在问题

经过60余年的发展，河套灌区高炮防雹事业在各级政府、各相关部门以及社会各界的大力支持下，业务能力与科研水平有了明显提高，服务效益显著增强，在农业防灾减灾方面发挥了积极作用。但是，面对气象服务高质量发展的新形势与新要求，河套灌区人工防雹工作还有很大的提升空间。

（一）科学研究水平有待提高

河套灌区冰雹试验及研究虽然开始时间较早，但对于深层次的科学研究涉及的还不够多。西北人影工程是全国第二个区域人工影响天气工程，2019年开始在巴彦淖尔地区开展了防雹技术研究试验，其中两个试验区就位于河套灌区［4］。但主要试验研究还多停留在冰雹天气背景分型，以及影响天气系统、冰雹潜势预报、冰雹云判别指标等研究工作上，冰雹云的形成机理、冰雹谱分布、防雹效果检验等方面还缺乏可靠的研究成果。另外，河套灌区虽然依托西北人影工程，布设了一些特种观测设备，但整体观测系统还不够完善，不能支持精细化试验研究的开展。同时，作为地市级的气象部门，还存在高级专业人才和后备人才缺乏、经费投入不足等问题。

（二）安全防控能力尚需提升

近些年，河套灌区的人工防雹工作的规范化程度显著提高，安全防控能力也明显增强。但从安全管理上来看，多部门联合监管的机制虽然基本建立，但管理职责分工仍有进一步明确的空间。大数据、物联网、云计算等信息技术在人影安全管理中的应用能力还需进一步提高。同时，防雹作业装备虽然正在进行着更新与改造，但还是存在使用年限长、安全性能下降的问题，防雹装备的自动化和信息化程度也比较低。另外，进行防雹作业的人员多为当地村民，年龄结构偏大，学历水平不高，人员流动性也比较大，作业队伍难以保持稳定。

六、河套灌区人工防雹发展建议

（一）完善安全管理机制

国务院办公厅《关于推进人工影响天气工作高质量发展的意见》（国办发〔2020〕47号）明确提出要“落实地方政府属地责任，明确相关部门职责，加快构建政府主导、部门联动、军地协同、齐抓共管的人工影响天气工作格局”，这为河套灌区人工防雹高质量发展提供了指引。要强化各级人民政府的主导作用，充分发挥人工影响天气协调会议制度的作用，加强对人工防雹工作的总体统筹规划和协调推进；各级人工影响天气指挥部要分别与下级人民政府签订人工影响天气安全生产责任书，将人工影响天气安全工作纳入地方各级政府的安全生产督察范围；要进一步厘清公安、气象、应急管理等部门的职责分工，进一步完善部门联合监管的机制；要不断优化人工防雹工作的政策环境，积极推动人工影响天气工作纳入地方立法计划中。

（二）强化业务服务能力

人工防雹业务能力直接关系到防雹作业的科学性与精准性，直接影响人工防雹作业效果。因此，强化人工防雹业务能力建设对于发展人工防雹工作非常重要。基于河套灌区防雹工作实际情况，需要从以下方面强化业务能力建设：一是要开展冰雹灾害风险评估与区划，确定河套灌区的冰雹源地、移动路径和高风险区，并以此为基础优化调整作业布局，合理布设作业装备；二是要完善基于天气背景与探空观测的冰雹潜势预报技术，不断优化基于雷达的冰雹云早期识别技术，建立本地化的冰雹概念模型和防雹作业指标体系；三是要将冰雹云预警作业指标纳入作业指挥系统，推动作业指挥向智能化、自动化转变全面提高科学作业、精准作业能力；五是要制定冰雹动态监测预警的业务流程，建立人工防雹“预报——预警——指挥——联防——作业——评估”业务全流程运行制度；六是要开展常态化区域联防，建立上下游地区联合监测、联合作业、联合防御机制。

（三）提升安全防控能力

安全是人工防雹工作的首要前提，强化安全管理、提升安全作业能力关系到人工防雹工作能否顺利开展。提高人工防雹安全防控能力，首先应由当地政府牵头，组织气象、公安、应急管理等部门进行安全隐患排查，建立安全责任清单。其次，要强化地面安全作业能力，完善地面防雹作业点“两库两室一平台”的标准化建设，为作业点配备红外报警、智能终端等安全防控装置，建立“双人双锁”、作业点巡查等工作制度。再次，作业人员应当纳入公安部门治安监管的范围，参考爆破人员的资格条件进行严格的政治审查及人员备案，统筹解决作业人员工资、劳保、保险等待遇问题，保障作业队伍的稳定。同时，要推进高炮等作业装备的安全化与信息化改造，加强作业弹药的全流程管理，提升人工防雹整体安全性能与防控能力。

（四）强化科研能力建设

西北人工影响天气工程建设以来，河套灌区以此为平台，开展了多项人工防雹技术研究试验，在冰雹综合观测、冰雹云识别和作业指标验证等方面取得了一定的成果。但还需要加强人工防雹应用技术的研究，依据需求布设双偏振天气雷达、雨滴谱仪、微波辐射计、风廓线雷达等观测设备，完善特种观测设备站网建设。针对防雹工作中急需解决的突出问题进行科研攻关，加快成果转化应用。同时要积极组织或参加相关人影业务培训，主动邀请专家学者行授课和现场指导，定期与高校、科研院所等开展学术交流，培养专业技术人才。

（五）发挥农业保险的作用

农业保险是稳定农业生产、减轻灾害损失的重要手段。要发挥农业保险在抵御冰雹灾害中的作用，首先要扭转对农业保险的认识，重视农业保险的作用。各级政府可出台相关政策文件，指定部门，设置专岗负责农业保险工作，同时还要在财政资金上予以支持，提高农户信任度，为农业保险发展提供优良的环境。另外，通过报纸、电视、新媒体等多种方式，积极宣传农业保险相关的政策与知识，讲解农业保险理赔案例，动员农户主动参保，提高社会各界对于农业保险的认识［5］。

（六）提高社会公众认识

人工防雹作为人工影响天气的一种类别，其中涉及到很多专业性很强的科学知识，社会公众理解起来存在一定困难，因此需要通过科普的方式提高社会公众的认识，为人工防雹工作提供更好的社会环境［6］。一方面，要有针对性的对未成年人、农民等重点人群进行科普宣传，可以与教育部门、社区、村委会等组织进行合作，推进气象科普进校园、进社区、进农村；另一方面，要充分利用世界气象日、防灾减灾日等特殊纪念日开展科普宣传活动，使用微博、微信、美篇等群众喜闻乐见的方式，创新科普内容与形式，提高社会公众的防灾减灾意识。