人影作业技术在农业气象防灾减灾中的运用

2021-12-27熊卫东熊士斌

南方农机 2021年2期

熊卫东，熊瑶，熊士斌

（资阳市安岳县气象局，四川资阳 642350）

天气是一种宏观性的变化，具有覆盖面大的特点，要想依靠人力改变大范围内的天气情况，这是非常困难的，依靠目前的技术难以实现。不过，通过一些现代化技术的运用，可以在小范围内针对某些特定的天气实现人为干预，目前人们在这方面已经具备了一些成熟的技术。对于气象部门而言，气象工作不能仅关注基本的工作，还需要认识到气象为农业服务的积极意义，从农业生产防灾减灾的角度切入，思考人影作业技术在农业气象中的具体运用，通过人为手段防范并减少一些气象灾害，为农业生产提供安全的环境。

1 气象灾害对农业生产造成的影响

气象灾害，是指大气对人类生产安全与财产安全所造成的直接或间接损害，自然灾害的发生，往往会造成较大范围的影响，导致的财产损失和人员伤亡往往也是较为严重的。从我国实际情况来讲，气象灾害的类型主要有干旱、暴雨、雪灾、低温冷冻、热带气旋等。这些不同类型的气象灾害，具有地理空间分布上的差异。干旱多发于西北、西南以及华南地区；暴雨多发于南方地区；台风则多发于东南沿海及长江中下游地区。不同的气象灾害还会呈现出时间分布的差异，比如暴雨和台风多发于夏季，其他季节的发生概率较低[1]。对于农业生产而言，气象灾害的发生会对人们造成很大的影响。比如，干旱会导致土地缺少水分，使农作物得不到足够的水分，逐渐枯萎甚至死亡。再如，冰冻雨雪灾害，过低的环境温度会导致农作物被冻死，2008 年南方雪灾就导致全国20 多个省份遭受不同程度的低温、雨雪与冰冻灾害，在50 多天的持续低温与雨雪冰冻中，有1.78 亿亩（1 亩≈0.067hm2）农作物受灾，其中2 536 万亩（1 亩≈0.067hm2）直接绝收。由此可见，气象灾害会对农业生产造成严重影响。在气象灾害面前，人类的力量非常渺小，因为气象灾害范围大、持续时间长，人力很难对气象灾害实现干预。同时，对于一些气象灾害，人力也尚无有效的干预手段。总的来说，气象灾害对农业生产的影响较为严重，但是人力的作用又很有限，因此就需要加强对这方面的研究工作，不断研发新的人工影响气象作业技术，提高人为干预气象的能力和水平[2]。

2 人影作业技术在农业气象防灾减灾中的积极作用

气象灾害是农业生产的大敌，其不仅直接给农业生产带来影响，还会产生一些间接影响，如气象条件变化引起的病虫害问题等。农业生产和气象条件存在密不可分的关系，良好的气象条件，可以保障农作物的茁壮成长；而不良的气象条件，会引起减产减收的问题。因此，通过人影作业技术对气象灾害进行防范和干预，具有多方面的积极作用。

1）给农业生产创造良好的气象条件。在农业生产中，对气象条件有一定的需求，尤其是在农作物生长的一些关键时期，如果气象条件无法达标，就会造成减产减收的问题。因此，在农作物生长的关键时期，通过人影作业技术对外部的气象条件进行人为干预，可以给农作物生产创造有利条件[3]。

2）减少不良气象。除了要给农业生产创造有利的气象条件，还要对一些不良气象进行干预。比如，遇到暴雨和持续阴雨天气时，可以通过人工消雨来对其进行预防和处理。

3）保证农民经济收入。人影作业技术的运用，可以保障农作物的生长。从宏观层面来讲，人影作业技术是对农业生产活动的保护，提高了农民的经济收入水平，这对于农业经济发展与农村经济振兴而言，具有非常显著的作用[4]。

3 人影作业技术在农业气象防灾减灾中的具体运用

从目前的人影作业技术来讲，主要有人工消雨和人工降水这两个方面。人工消雨和人工降水起到的作用不同，前者是减少农作物种植区的降水量，后者是增加农作物种植区的降水量。虽然作用不同，但是所采取的方法基本一致，区别在于，人工消雨是通过人工降水的方法让降水提前发生，在雨水到达农作物种植区之前就提前降落。常用的技术包括碘化银烟炉作业、高炮与火箭作业，以及飞机催化作业三种技术，下面就针对这三种作业技术的应用分别进行分析。

3.1 碘化银烟炉作业技术

碘化银烟炉作业是人影作业技术中的一种新技术，具有成本低、不受空域限制等优点，近年来的使用频率逐渐增高。其是通过燃烧形成上升气流，依靠上升气流将碘化银颗粒携带到云层之中，催化冷云形成冰晶，从而增加降雨或降雪的可能性，在达到合适的条件之后，就能够形成降水，缓解干旱问题，或者是让雨水提前降落，避免后续区域的降水问题。在该技术的运用中，需要关注到以下技术要点。

1）合理选择碘化银烟炉的布设位置。云层本身具有移动性，同时碘化银烟炉燃烧产生的上升气流需要有效进入云层时才能起到作用。因此，在碘化银烟炉位置的选择方面，一般需要布设在山脉的迎风坡，这样可以依靠外部风力，更好地让上升气流进入云层。同时，还需要对大气云层的具体移动线路进行预测，根据其移动线路再进一步确定要在山脉迎风坡的什么位置设置碘化银烟炉。

2）合理选择设备。作业位置的选择，只是开展碘化银烟炉作业技术的第一步，在确定作业点位之后，还需要对具体的设备进行选择。从目前的实际情况来讲，ZY-2A 型远程遥控地面焰条撒播系统，是一个可以考虑的设备。该设备能实现焰条预置，并且通过手机采集相关的数据，然后对其进行控制，实现远程检测、点火以及烟雾自动撒播，操作起来更加方便。

3）注重催化剂的温度和数量控制。碘化银烟炉的作业原理：依靠碘化银颗粒对云层的冷云催化作用实现降水。碘化银颗粒的温度以及进入云层的数量，和最终的降水效果存在直接的关联。在冷云催化过程中，当云顶温度处于-4℃～10℃之间时，催化效果更好，这个温度范围也被称为“催化温度窗”。在数量方面，云层受到催化产生冰晶，冰晶浓度处于1 个/L ～100 个/L 的量级时，降水的效率较高。因此，需要提前做好估算，初步确定催化剂的用量，然后在现场作业操作中依据实际的情况，适当调整。

3.2 高炮与火箭作业技术

高炮与火箭作业也是一种人影作业技术，其中高炮作业技术具有很多年的使用历史。但近年来，火箭作业技术的使用频次逐渐增多，有取代高炮作业技术的趋势。

高炮作业技术主要是使用三七式高炮，这类高炮源于部队退役装备捐赠，且高炮的炮弹价格并不贵。高炮作业技术就是将相关催化剂附加在炮弹之中，然后将炮弹直接打向云层，并在云层中引爆。借助弹丸的爆炸冲击波，可以对云层产生很大的冲击效果，同时，加上碘化银催化剂的催化作用，对于防范冰雹具有明显的效果。高炮作业技术的操作较为复杂，安全要求高，再加上其自身的重量很大，因此一次作业往往需要多人协同配合。虽然近年来高炮作业技术经历了自动化改造，简化了操作，提升了安全性，但是其重量大、不便移动等缺点并未得到实质性的改善。

火箭作业技术在人影作业技术中的发展较为迅速，而且形成了专业的火箭人影作业系统。在人工影响天气的作业中，火箭人影作业系统的催化剂效率很高，在适宜条件下，1g 碘化银可以催化产生1.8×1 015 个粒子，具有非常显著的增雨效果。同时，火箭人影作业系统的自动化程度较高，操作简单，最少2 人就能完成操作，而且可以实现车载，方便移动，能在不同地区实现运用。火箭人影作业系统也有缺点，那就是火箭弹的稳定性不够高，因为火箭作业技术所使用的火箭属于无控火箭，飞行轨道会受到风力影响，这就要求在进行具体作业的过程中，要提前确定风速、风向，然后计算火箭发射的方位和角度。另外，火箭作业技术是单一播撒催化剂，虽然催化效率高，但是存在一定的滞后性。

3.3 飞机催化与无人机作业技术

除了在地面进行人影作业，还可以在空中展开作业，这就需要使用到飞行载具，也就是飞机。同时，近年来随着无人机技术的快速发展，无人机作业技术也在逐步成型，并且得到了成功实践。

飞机催化作业技术就是通过飞机来实施催化作业，根据云层的不同条件和人影作业需求，配置暖云催化剂及撒播装置，或者是配置冷云催化剂及撒播装置。此外，还可以挂载碘化银燃烧炉或者是飞机焰弹系统，在空中进行人影作业。不仅如此，还可以在飞机上装载探测仪器，对云层的微观结构进行观察，并且动态追踪催化作业之后云层的宏观与微观变化，实时观察人影作业效果。飞机催化作业技术有一定的条件限制，一般适合被运用在低云族中的层积云和雨层云，以及中云族的高层云。在少云或是晴朗环境下，就不能运用飞机催化作业技术。

除了飞机催化作业技术，近年来无人机技术快速发展，人影作业技术开始运用无人机技术，依托无人机搭载撒播系统，使其直接飞入云层中进行催化剂撒播作业。目前，有针对气象作业开发的专业无人机，最大载重可达50kg，飞行时间能够达到125min ～250min，且具备自动返航功能。无人机作业技术通过远程遥控装置，能实现有效的操作，非常简单方便，而且安全，成本低廉，值得大力发展该技术，并在农业气象防灾减灾中广泛推广。