深度调研丨问天借甘霖——新疆人工影响天气作业蹲点调研
石榴云/新疆日报记者 谢慧变 郑卓
■作为最早进行人工影响天气作业的省份之一，目前，新疆年均增水近12亿吨，人工防雹作业每年累计减少经济损失8亿元，人工影响天气作业装备规模、保护区面积均居全国前列
■新疆已经建成覆盖主要山脉和河流流域的人工增雨（雪）、冰雹频发区域的人工影响天气业务技术体系，初步形成了区、地、县三级指挥，区、地、县、作业点四级作业的人工影响天气业务体系
■新疆已建成阿克苏地区、南疆棉区、伊犁河谷、奎（屯）玛（纳斯）联防区等七大防雹区域，人工防雹作业保护耕地面积约4万平方公里，每年减少冰雹灾害损失70%左右，可取得8亿元以上经济效益
12月13日，喀什地区人工影响天气作业队伍在疏附县开展人工增雪作业。李志宏摄
呼风唤雨、改变天气，是人类自古以来追寻的梦想。地处祖国西北的新疆，拥有世界第二大流动性沙漠、荒漠化土地面积超过64%，对耕云播雨、风调雨顺的渴望更加执着。
早在1959年，新疆就开始了人工防雹作业和人工增雨试验。经过几十年的发展，新疆人工影响天气作业装备，已从最初的“土炮”“土火箭”，发展成为拥有火箭、高炮、地面烟炉、无人机、飞机等装备的空地一体化作业体系。
作为最早进行人工影响天气作业的省份之一，目前，新疆年均增水近12亿吨，人工防雹作业每年累计减少经济损失8亿元，人工影响天气作业装备规模、保护区面积均居全国前列。
今年10月，自治区党委水资源管理委员会第二次会议明确提出，新疆水资源管理下一步关键是要紧扣节水、蓄水、调水、增水重点任务，深入抓好工作落实。从节水、蓄水、调水到节水、蓄水、调水、增水“四维治水”，“增水”是新疆精准精细做好“水”这篇“大文章”的重大创新举措。
作为增水的重要渠道，新疆人工影响天气作业发展水平如何？未来如何让人工影响天气作业更好服务经济社会高质量发展？记者对此展开了调研。
从观测一朵能“化雪”的云开始
人工影响天气，并非人为随意改变天气，而是在适当条件下，通过科学手段对局部大气的物理过程施加人工影响，实现增雨（雪）、防雹、消雾等目的。新疆人工影响天气，主要以冬春季节的人工增雨（雪）和夏秋季的人工防雹为主。
人工增雪，从观测一朵能“化雪”的云开始。
今年12月7日，新疆气象台里一片繁忙。气象专家们在分析数据和卫星云图后得出一致结论——今年入冬以来最强寒潮即将抵达。当时的预测显示，12月11日夜间至14日夜间，伊犁哈萨克自治州山区、阿勒泰地区东部山区、昌吉回族自治州山区局地有暴雪。随即，新疆气象台发布寒潮、大风、暴雪等预警信号。
与此同时，新疆人工影响天气办公室的工作人员们则忙碌着另一件事：人工增雪。
暴雪已经“在路上”，为啥还要人工增雪？
“那得分在什么地方降雪。”新疆人工影响天气办公室业务中心副主任史莲梅说，在市区的暴雪会给人们出行带来困扰，但在山区，特别是需要涵养水源和森林草地的地方，冬季的雪弥足珍贵。比如，可以帮助冬小麦越冬，缓解森林草原防火压力，增加土壤墒情等。因此，人工增雪多是在山区、草原等地开展。
高山积雪和冰川作为新疆固态水资源，广泛存在于昆仑山、天山和阿尔泰山等山系，其融水量是新疆河流径流的主要补给。
“人工增雪，不是人工降雪。我们不能呼风唤雨，只能充分利用好大自然的馈赠。”史莲梅说，12月11日开始的这一轮降雪降温天气，就是一次绝佳的机会。
她指着电脑屏幕上的一片云说，12月13日，这片降雪云团正好经过乌鲁木齐南山山区，可以操作。顺着所指方向，人工增雪作业点定位于乌鲁木齐南山白杨沟。
方案确定后，距离新疆气象局2公里外的乌鲁木齐市气象局，人工影响天气办公室的工作人员抓紧制定增雪方案——无人机播撒碘化银。实际上，早在数月前，新疆气象局和乌鲁木齐市气象局等单位已提前做好部署，一旦有合适的增雪条件，就立刻行动。
13日大清早，乌鲁木齐市区飘起雪花，厚厚的云层预示着增雪条件已经具备。
当几路人马开着车奔赴白杨沟时，已经有工作人员带着一架小型无人机提前到达目的地。旁边的几个大箱子里，装着此次作业的材料。两位工作人员调整好参数，打开停放在不远处的雷达设备，寒风中，无人机轰鸣起飞。很快，装载在机身上的镜头显示了空中情况，各项参数也借助相关设备传输回地面。
“人工增雨（雪）讲究‘三适当’——适当的区域、适当的剂量、适当的时机。”乌鲁木齐市气象局人工影响天气办公室四级主任科员瓦热斯江·吉力力说。
高性能人工影响天气作业探测飞机“空中国王350”全貌。李志宏摄
人工增雨（雪）的原理，是通过飞机、火箭、高炮等工具向云中播撒催化剂，促进云水向降水的转化，如播撒碘化银催化剂，形成大量的人工冰晶，相当于增加了云中的凝结核，促进云中过冷水冰晶化，使云中的小冰晶很快降落下来，形成降雪。
在新疆，人工影响天气作业播撒的催化剂以碘化银为主，但用量极小。因此，虽然碘化银中的银离子是重金属，但分散在很大的区域里面，单位面积含量微乎其微。国内外对长期进行人工影响天气作业地区的监测表明，水体银离子含量远低于国家饮用水安全标准。因此，人工影响天气作业，不会对生态环境和人类健康产生负面影响。
一般来说，人工增雪的效果比较明显，条件合适时在影响区域内增雪量一般可以达到15%—20%。
“我们收到新疆气象台关于本次寒潮天气过程的预报信息后，立刻进行了人工增雪潜力分析。”新疆人工影响天气办公室副主任李圆圆总结了从12月9日到13日傍晚的人工增雪作业——
库车市、于田县和克拉玛依市3个飞机增雪基地的载人飞机，进行了飞机人工增雪作业，影响的范围包括塔城地区、博尔塔拉蒙古自治州、伊犁河谷，还有石河子市以西的北疆沿天山一带、阿克苏地区和巴音郭楞蒙古自治州北部、巴音布鲁克山区和且末县、若羌县一带；地面的人工火箭人工增雪作业则在上述区域以及昌吉回族自治州、克拉玛依市等地展开。
截至12月中旬，今年各地人影部门在全疆浅山区、河流集水区、森林草原、重点生态保护区等区域内，实施冬春季人工增雨（雪）作业，作业面积56.5万平方公里，累计增加降水约13.83亿吨，相当于7个天池的蓄水量。
“以棉花为例，如果这些水全部储存利用，按照每亩棉田年均350—500立方米用水量计算，可用于300万亩左右的棉田灌溉。”李圆圆说，新疆人影作业不只在人工增雨（雪）方面成效显著，在防雹减灾、生态环境保护与建设、森林草场灭火等领域也发挥着重要作用。
目前，新疆已经建成覆盖主要山脉和河流流域的人工增雨（雪）、冰雹频发区域的人工影响天气业务技术体系，初步形成了区、地、县三级指挥，区、地、县、作业点四级作业的人工影响天气业务体系。
充分挖掘“空中水库”巨大潜力
虽已进入隆冬时节，但在巴音布鲁克山区的一处冬窝子，成群的羊儿正低头啃食牧草。
和静县巴音布鲁克镇巴西里格村牧民达瓦才仁骑在马上，看着个个膘肥体壮的羊儿，兴奋地哼起了小曲。
“今年牧草长势非常好，不仅密而且长得高，往年8月就开始加备用草料了，今年到现在靠自然生长的牧草就够了。”达瓦才仁说。
由于草场的牧草长得旺，羊儿长得肥，今年达瓦才仁家的400多只羊平均每只多卖了100多元。
来自新疆气候中心的数据显示，今年夏季为有气象记录以来最热夏季，平均气温为历史同期第一高，平均降水量为历史同期最少。
气温偏高、降水偏少。在这样的气候背景下，巴音布鲁克山区的牧草长势却旺得很，用达瓦才仁的话说，“很多年没见过长得这么好的草”。
巴音郭楞蒙古自治州人工影响天气办公室常务副主任李刚揭示了其中的奥秘。
“今年以来，依托《巴音布鲁克山区空中水资源开发技术研究与应用》项目，巴州人工影响天气办公室联合新疆人工影响天气办公室、中国气象局人工影响天气中心在巴音布鲁克山区常态化开展人工影响天气作业。”李刚说，今年我们抓住每一次降水天气过程，实施飞机、无人机和地面火箭、碘化银烟炉空地联合立体催化增水作业。
中国气象局人工影响天气中心效果评估室主任、副研究员王飞是项目的参与者。他说：“经初步分析显示，作业效果明显，作业后影响区出现降水量增加、水体面积扩大、牧草长势旺盛等生态环境向好的现象。”
数据是最好的印证。巴音布鲁克气象站监测数据显示，今年1—10月，巴音布鲁克山区累计降水341.8毫米，同比增长23%；开都河径流同比增加3.1亿立方米。林草部门提供的信息显示，巴音布鲁克草原生态环境持续改善，局部退化趋势得到有效遏制，天然草原综合植被覆盖度由2015年的53.7%提高到目前的69.43%。
巴音布鲁克山区空中水资源成功开发的案例，也为其他地方云水资源开发提供了示范。
新疆天山、阿尔泰山和昆仑山是西风环流携带水汽的必经之路和降水天气系统的迎风坡，有利于空中水汽汇集和气流抬升形成降水，增水条件优越，是最适宜开展人工增雨（雪）作业的地区。其中，增雨（雪）潜力高值区域主要分布在天山西部昭苏、中天山巴音布鲁克到天池一带、东天山巴里坤等地区。
“新疆属于我国重要农业大区，农业的发展离不开水。而干旱又在自然灾害里面占比较重。”新疆人工影响天气办公室总工程师李斌说，为了充分挖掘水资源潜力，2008年，新疆首次把空中云水资源的开发纳入“大水利”范畴，开启了人工影响天气作业由传统的应急型防灾抗灾，向常态化科学开发利用空中云水资源的转变，使得新疆的空中水汽资源得到更加充分利用。
据测算，新疆上空年水汽总量超过23000亿吨，仅形成2600多亿吨降水，水汽转化为降水的转化率约为11.3%，低于西北地区（15.4%）和全国（34%）平均水平，人工增雨（雪）潜力巨大。
“三山夹两盆的特殊地形，决定了新疆云水资源开发具有很大潜力。”中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所副所长姚俊强说，新疆形成降水的水汽主要来自西南暖湿气流，可开发利用的云水资源主要在低层，以地形云为主，对其他区域不会有明显影响。
为充分开发新疆空中云水资源，今年12月，新疆空中云水资源开发利用创新研究院揭牌成立。该研究院以新疆云水资源开发为重点研究方向，将开展人工增雨（雪）前沿和核心技术联合攻关，持续提高人工增雨（雪）作业水平，拓展新疆水资源增补渠道，大力提升对新疆水资源可持续利用的科技支撑能力。
“创新研究院的目标就是要充分挖掘新疆‘空中水库’的潜力，努力将水汽转化为降水的转化率提升至15%。”姚俊强说，西北暖湿化趋势将使新疆空中云水资源更趋丰富，未来新疆将借助创新研究院，加大研发力度，有效提高云水资源转化率，为新疆水资源总量再添“一杯水”。
趋利避害织就空中“防雹网”
人工增雨（雪）仅仅是新疆人工影响天气作业的一方面。利用相似的作业原理，新疆人工影响天气在人工防雹领域同样可以大展身手。
阿克苏地区红旗坡农场，经常能看到成片的果树上“罩”着一层“薄纱”，当地人称之为“防雹网”。
当地苹果种植大户杜民超说，即使一场轻微冰雹，有时一亩地也可损失七八千元。
既然人工能化云为雨，那这些冰雹是否也能干预？答案是肯定的。
由于特殊地形特征和气候暖湿化趋势等因素影响，每年4—9月阿克苏地区冰雹生成快、危害大。
“在冰雹形成之前，我们就让它们以雨的形态落下来。”阿克苏地区气象局副局长罗继说，所采用的方法与人工增雨的原理类似，但过程要复杂得多。
防雹，首先要有一双“慧眼”——雷达。“就像做CT，它可以监测到对流云团发生演变的整个过程。”罗继解释。
为此，阿克苏地区不断对雷达系统升级换代，近两年分别在乌什县和柯坪县新建两部X波段双偏振天气雷达，今年还通过中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所的试验项目新建了两部X波段相控阵天气雷达。库车市C波段天气预警雷达今年已开工建设，预计明年建成投入使用。监测盲区大幅降低，大大提升了当地对强对流天气的监测能力。
监测能力跟上，配置也必须充足。罗继至今记得2021年阿瓦提县的一场冰雹。他说，防雹作业是在它惯常路径上部署拦截，形成防线。但那场特殊天气却绕到了防线后方，突袭了防雹最薄弱的区域，形成了严重灾害。
为此，阿克苏地区气象局认真开展灾情调查与复盘，在地委和行署领导的高度重视和大力支持下，阿克苏地区出台《阿克苏地区防雹指挥作业体系优化方案（2022—2024年）》（以下简称《方案》）。
《方案》实施近两年来，阿克苏地区新建作业基地2个，新增作业车辆47辆、火箭发射架69套，增加作业人员65人，自治区支持的3个作业基地已完成招标，预计明年开工建设并投入使用。
同样要跟进的，还有机制。
防雹依靠的是地面足量作业。过去，防雹作业所需的弹药由各县市自行采购，在防雹过程中难免出现“各扫门前雪”的现象。
为打破这种局面，阿克苏地区建立了补充弹药机制，由地区人工影响天气办公室统一调控。“冰雹上游区域要加大作业量，地区给予补充弹药支持，让上游县市放心打。”罗继说，不再算小账后，就能在最佳时机、最佳地点把冰雹消灭掉。
在资金支持上，不仅当地财政拿出专项资金，保险公司也出资采购弹药，加之阿克苏地区和兵团第一师人工影响天气队伍施行兵地联防联控机制，确保了防雹作业顺利进行。
弹药充足、各地协同配合下，防雹前线开始前移。阿克苏地区气象局高级工程师张磊举例说，原来柯柯牙作业点的位置比较靠后，冰雹云从山上下来会直接影响北部农田，现在在冰雹云初始阶段的山区开展作业，不仅可以消除隐患，还能有效增加山区、戈壁降水。
机制优化的效果是看得见的。温宿县柯柯牙镇321作业点炮长陈吉财说，雷达站精准监测，空管部门提供空域安全保障，兵地联防联控，流动和固定防雹作业点不断更新和变化，大家相互配合，人工防雹作业效率显著提升。
据当地气象部门不完全统计，阿克苏地区近两年（2022—2023年）比《方案》实施前三年（2019—2021年）平均冰雹受灾面积减小47.6%，经济损失减少45.6%。
截至12月中旬，全疆9个地（州、市）人工影响天气部门今年已开展地面人工防雹作业2588次，防雹保护面积4万平方公里，累计减少损失约8.23亿元。
目前，新疆已建成阿克苏地区、南疆棉区、伊犁河谷、奎（屯）玛（纳斯）联防区等七大防雹区域，人工防雹作业保护耕地面积约4万平方公里，每年减少冰雹灾害损失70%左右，可取得8亿元以上经济效益。
构建云水资源开发的科技支撑
12月6日，一架搭载着国内首套无人机云雾气溶胶探测系统的无人机从乌鲁木齐甘泉堡经济技术开发区（工业区）一处作业点盘旋上升。
李圆圆介绍，借助这套云雾气溶胶探测系统可以监测云、雾和降水形成的天气条件，如云的厚度要大于2000米、水汽充足、云中过冷水含量超过0.01克/千克等，达到一定条件才能考虑开展作业。
然后，通过飞机、火箭、高炮、地面烟炉等作业手段，将催化剂准确地送达云中适当部位，针对不同的需求采用不同的作业方式。
“作业完成后，我们会再次通过对云降水参量进行精细化观测，对比作业前后或作业区域周边相关参量的变化来分析作业效果。”李圆圆说。
在人工影响天气过程中，监测扮演着非常重要的作用。例如，哪朵云能化雨？新疆气象部门依靠的是现代化的探测设备，包括天气雷达、云雷达、微波辐射计等地基云降水特种观测设备，探空仪、飞机等空基观测系统，地球静止卫星、极轨卫星等天基观测系统。
采用这些设备获得的观测资料，新疆人工影响天气部门将其应用于云降水监测预报系统，制定了相关的指标，便于全疆各地判断是否适合开展人工影响天气作业。
然而，人工影响天气作业后，云和降水是否产生了预期的明显变化？对作业效果的监测，目前依旧是全世界范围内面临的科学难题。
在新疆，目前主要采用统计分析的方式，是通过历史降水数据估算作业区的自然期望降水量，与实际观测结果进行对比，进而计算人工增雨（雪）效果。
王飞说，目前国内人工增雨（雪）的效果评估主要通过3种方式来实现，但都有一定的局限性，要根据实际情况综合研判采用哪种评价手段。
为了更加准确监测作业效果，近年来，新疆各地人工影响天气部门加大投入研发力度，新疆人工影响天气作业装备现代化水平不断提升。
2022年12月，新疆首架国家级人影托管飞机“空中国王350”在库车市正式交付使用，这标志着新疆气象和人工影响天气有了自己的飞机，改变了一直以来采取租赁飞机开展人工影响天气作业的方式。
“空中国王350”携带机载云雷达、气象探测系统和气溶胶理化特征观测设备等，可以对新疆不同区域云降水特征开展观测研究，配合地面作业和观测，分析不同云系的增雨（雪）潜力、作业时机、播撒部位和催化剂量。
不仅如此，新疆人工影响天气部门目前研制了基于机器视觉的雪深监测系统，已经在2021年通过中国气象局的科技成果鉴定，同时在乌鲁木齐市、巴州、昌吉州、阿勒泰地区等地进行推广。
李圆圆介绍，该系统可以直接通过拍照和读刻度尺上被雪掩盖后露出的数字来获取积雪深度，这对开展山区火箭和烟炉增雨（雪）后的作业效果评估可以起到促进作用。
为提高山区烟炉作业效果，新疆人工影响天气部门正在研制地面碘化银烟炉远程控制系统，未来可实现系统判断达到增雨（雪）作业指标后直接发布作业的指令，实现全程作业自动化。
除了作业效果监测外，当前人工影响天气工作仍然存在其他待破解的难题以及工作短板。
李斌说，新疆人工影响天气作业的监测能力和效果评估都有待进一步提升，而重要制约因素就是高端人才严重缺乏。不仅如此，在基层还存在组织机构和机制不健全、作业队伍不稳定、资金保障不到位、空域批复难等问题。
为提升人工影响天气作业效率，不久前，自治区重点研发专项“高寒山区云水资源精细探测及人工增水关键技术研发与应用”获批立项，项目研发周期3年，旨在提升新疆人工增水效率，并形成可推广的新型人工增水技术，为大规模云水资源开发奠定基础。
该项目首席科学家杨莲梅说：“依托该项目，未来人工影响天气作业可实现全过程智能化操作，通过精准定位实现作业更精准、更科学。”
相关报道：
春江水暖巴克图——巴克图口岸进出口货物量创30年新高的调研报道
探访中国天文的“新疆力量”——新疆天文台南山观测站蹲点式调研
攀登“地下珠峰” ——塔克拉玛干沙漠超深油气井勘探开发蹲点调研
解码“将军山现象” ——推动冰雪经济高质量发展的阿勒泰样本观察
