基于智慧管理平台的人工干预天气对农业防灾减灾的作用研究

2020-09-02鲁威

无线互联科技 2020年11期

鲁威

（肃北蒙古族自治县气象局，甘肃酒泉 736300）

农业生产受气象条件影响极大，尤其是在恶劣的气象灾害下，农作物产量会大幅下滑，甚至出现颗粒无收的情况，对农业和经济发展乃至社会秩序造成巨大影响。

1 人工影响天气概述

人工影响天气是指通过人工手段对天气现象产生影响并朝着预定方向转化，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，根本目的在于改变天气，本质目的是防御灾害。自古以来，气象灾害都是影响人类生产、生活乃至生存的重要因素，而人工影响天气可以起到防灾减灾效果，一般是利用云的微物理过程来实现，如播撒成冰催化剂能够将云中大量未冻结的水滴转化为冰晶并释放潜热，成本低、效益可观[1]。随着科学技术的进步，人工影响天气在诸多行业都有所应用，尤其是在农业防灾减灾方面，对农业稳定发展起到了重要作用。

2 人工影响天气智慧管理平台

在信息技术的支持下，人工影响天气服务系统和对应的服务模块逐渐完善。例如，雷达作业组网作业条件分析、决策、实施智慧、效果评估、信息管理模块等，都被深度整合，能够根据人工影响天气业务特点和防灾减灾要求，充分借助雷达协同组网观测技术手段，采用神经网络模糊逻辑，结合多元气象资料进行通化分析，构建一个信息资源高度集约化、规模可伸缩、便捷管理的智慧管理平台，为相应的人工影响天气业务开展提供高度智能化的业务管理体系。该系统以雷达、卫星、自动站、常规资料、风廓线等提供的资料为基础，以雷达组网分析为核心，以动力场数据、水汽场数据、卫星产品、雨情资料、云系模式数值产品等多元气象资料为辅助，综合分析得到作业条件潜力区分析产品，为决策服务平台提供技术支持。决策服务平台的组成和运行情况如图1所示，包括产品监测、决策服务、作业通知、信息反馈等部分，是有效利用人工影响天气的关键所在。落实作业指挥，做好效果评估，加强信息管理，能充分保障人工影响天气作业的有序、高效开展，充分发挥其防灾减灾作用。

图1 决策服务平台组成及运行情况

3 人工影响天气在农业防灾减灾中的重要作用

在农业防灾减灾中，对气象灾害进行预防和减弱是极其重要的部分，农业气象灾害一直都是影响农业发展的关键。“旱灾”“涝灾”等影响农业的发展，甚至会造成严重的经济破坏和巨大灾害，其中，冷害、霜冻、干旱、洪涝、干热风、冰雹等农业气象灾害对农业生产的影响巨大，轻则农产品产量和质量下滑，重则粮食颗粒无收。人工影响天气能够促使天气向预定方向转化，实现对农业气象灾害的预防和减弱。目前，人工影响天气在农业防灾减灾中的作用主要体现在以下方面。

3.1 人工抗旱

自古以来，旱灾是对农业影响最明显的自然气象灾害之一。人工抗旱能够通过增雨的方式预防或减轻旱灾，保障农业生产正常以及农作物优质高产，还能在一定程度上提高水库灌溉能力，促进农业稳定发展。当前，最常用的人工增雨方式为碘化银降雨，即利用高炮把碘化银炮弹发射至高空云团的零度层以上，碘化银炮弹在上升过程中受热后会形成大量碘化银粒子，并随气流进入云层，在冷云中生成大量冰晶。冰晶通过零度层下降，随后融化并形成雨滴，实现人工增雨。碘化银降雨的优势在于设备简单、成本低廉且效果良好，具有普遍适用性，能够在预防和抵抗旱灾方面起到重要作用[2]。此外，还有不少正在研发或已经研发的人工增雨新技术，如激光降雨，利用高能量脉冲波将氮气分子、氧气分子离子化，在空气中形成天然的凝结核，让水蒸气凝结成水珠。不管是常规的碘化银降雨技术，还是激光降雨等新技术，在应用时都要以合适的条件为前提，即需要一定的宏观天气条件以及云中的微物理条件，主要是0 ℃以上的暖云中要有大水滴，同时，0 ℃以下的冷云中要有冰晶。通常，只有低云族中的雨层云、层积云或中云族中的高层云才较为合适，云系厚度通常也要达到2 km，而且云里有上升气流，过冷水含量达标。在人工增雨时，利用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）精确定位作业点、编制代码，并上报省级主管部门及空域管制部门批准。

3.2 人工防雹

冰雹对农业生产的危害极为严重，能直接砸伤、砸死农作物，还会对农业生产设施设备造成破坏，严重影响农业生产，导致农业产量大幅降低。为了有效实现对冰雹的防灾减灾，一般可采用人工防雹的方式，利用高射炮、火箭发射或者爆炸的方式撒播催化剂，对可能产生冰雹的云层施加影响，阻止云中的冰雹胚胎形成雹粒，或者使小冰粒在变成大的冰雹之前就降落到地面[3]。冰雹生成需要云中有上下强烈运动的气流且蕴含大量水分，小的冰雹胚胎才有发展成冰雹的足够水分供应，才有机会增大成为冰雹。人工防雹的原理则是通过催化剂产生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同冰雹胚胎竞争水分的优势，抑制雹块增长。

3.3 人工消云减雨

对农业生产而言，降雨是必不可少的，但并非雨水越多越好，而是要确保降雨量在合适范围内，同时，降雨时间要适宜，否则同样可能对农作物生长造成负面影响。人工消云减雨主要是在影响本地的降水云系上方进行一定规模的连续催化作业，设法改变自然云的降水状态或过程，抑制云和降水的发展，延缓、减弱降水过程，在局部区域改变降水的再分布。人工减雨采用的方法主要包括提前降水、过量播撒和云内引发动力下沉。通常，人工消云减雨可采取飞机播撒碘化银或硅藻土、地面向空中发射火箭或高炮的方式进行。

3.4 人工消雾

烟雾一般发生在冬春季节，大雾弥漫会对气象监测系统的运行造成影响，影响人工生产作业，给农业生产造成一定影响。在有必要的情况下，应当通过人工影响天气的方式进行人工消雾，将烟雾对农业生产造成的危害降至最低。最常见的人工消雾手段是利用碘化银、丙烷等催化剂产生冰晶，消耗雾滴，以降雨的形式消雾。此外，还有动力法、加热法等人工消雾方法正在研究，一旦推广适用，就可能有效起到人工消雾的作用，并实现农业气象防灾减灾目的。

4 人工影响天气智慧管理平台在农业防灾减灾中的作用

智慧管理平台的优势在于多端互联、动态管理、信息共享、智慧服务等，能够针对农业防灾减灾提供相应的专业服务，为农业防灾减灾效果的改善起到巨大助推作用。首先，智慧管理平台将农业管理部门、气象管理部门、省级管理部门、空域管制部门、农民等连接起来，实现各方的深度合作，为农业防灾减灾工作中的人工影响天气作业提供了有力支持。其次，基于云计算、大数据、人工智能技术等，对海量数据进行分析处理，为相应的人工影响天气作业决策提供可靠支持，有助于提高作业水平，提升防灾减灾效果[4]。