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揽云索雨 大漠边疆有作为
——新疆人影服务经济社会发展纪实

来源:中国气象报社   发布时间:2018年09月05日10:00
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  中国气象报记者 吴婷 通讯员范宏云

  引言

  浩瀚无边西域长,黄沙滚滚漫天扬。地处祖国西陲的新疆,其光怪陆离的戈壁幻境和神秘莫测的沙漠奇观总让人心向往之。但因为干旱缺水,这片西北大地对于耕云播雨、风调雨顺的需求也更为深沉强烈。

  1959年,在“土炮、土火箭”中孕育出来的新疆人工影响天气(以下简称人影)队伍,从“高炮、烟炉、飞机”作业手段的不断丰富,直至“无人机增雨试验”取得成功,历经六十载,终于实现从应急型防灾抗灾作业向常态化开发利用的成功转变,大漠边疆的版图也随之变绿。

  一次次成功的耕云播雨后,新疆人影工作不仅在防雹减灾、空中云水资源开发、生态环境保护与建设、森林草场灭火等领域作出了巨大贡献,更如永不断流的汩汩甘泉滋润着每一个新疆儿女的心田。

  “空中侦察兵”化云成雨

  增雨作业跨入“智能时代”

  7月26日,巴音布鲁克草原绿意正盛,地面的河道千迴百折,如游龙般匍匐于广袤大地。在乌云密集、寒风瑟瑟的天空下,一架携带着碘化银焰条燃烧装置的大型固定翼无人机在火箭的助力下直沖云霄,不断向云层播撒催化剂……两个多小时后,完成云中播撒作业的无人机在指定地点自动打开降落伞成功着陆。本次试验成功实现了人工增雨,对巴音布鲁克草原旱情缓解、畜牧业养殖、生态环境保护起到了重要作用。

新疆区域人影装备分布图

  为了这第二次的无人机人工增雨试验,新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室(以下简称人影办)业务科科长樊予江已谋划许久。“我们希望通过这两年间无人机人影的反复试验,解决在实际操作中遇到的问题,从而使其达到业务化标准。”

  2017年9月,新疆无人机增雨在巴里坤草原首飞成功,通过雷达控制的无人机在山区上空云层中作业,播撒碘化银将空中云水转化为降雨。相比过去对空射击、有人飞机等手段,无人机增雨具有飞行高度高、作业时间长、应对复杂天气能力强、可盲降等优势。此外,无人机还加装了特殊设备,空管部门可实时监控和指挥,杜绝“黑飞”给航空安全带来的隐患。

  “无人机续航时间大于10小时,在能见度相对较低的云层中也能作业,可以解决有人飞机作业增雨时遇到的相关问题。但不可避免的,无人机还是遇到了机身结冰的问题。”樊予江介绍,在进行第二次试验时,新疆人影团队开始尝试一些新的方法:在无人机刚刚入云时以爬高形式、改变出云时间等规避“结冰”,或者采取电加热等自动除冰方式最大程度地保障飞行安全。

  “未来,随着技术的发展,我们或许可以同时操控多架无人机飞行。无人机也可通过机载雷达自动探测出作业区,完成自主增雨(雪)作业。”樊予江说,在人工智能大发展时代,人工增雨(雪)技术仍有无限的效益空间等着去发现和开拓。

  新疆人影团队进行科研试验的历史由来已久。20世纪80年代,人影办作为主要参加单位完成了国家重点科研课题“北方层状云人工降水试验研究”,1993年,获国家科技进步二等奖、中国气象局科技进步一等奖;2003年,主持完成科技部社会公益研究项目“新疆天山山区人工增雨综合技术研究”,进行外场人工增雨播撒试验,应用数字化雷达、双通道微波辐射计等设备,对天山山区的云和降水、大气冰核、雨滴谱进行观测,获得了宝贵成果;2012年,承担国家科技支撑计划项目“天山山区人工增雨(雪)关键技术研究与应用”子课题“山区作业多弹型增雨(雪)火箭发射装置的研制”,该项目获2017年度自治区科技奖一等奖。在科研实力愈发强劲的助推之下,新疆人工增雨的成效也日益凸显。

  作为国家“一带一路”经济带上的重要节点、核心地区,新疆凭借独特的区位优势将成为“一带一路”的重要增长极。而新疆结构性缺水矛盾突出,丝绸之路经济带发展任务的艰巨性与生态环境的脆弱性形成了强烈冲突。以人工增雨(雪)为主要目的的人工影响天气业务,是大力开发利用空中云水资源,实现水资源优化配置、高效利用,改善和保护生态环境,建设绿色、和谐、共赢的丝绸之路经济带的必要手段。目前,新疆15个地(州、市)积极组织山区地面人工增雨(雪)作业,已初步形成空地结合的人影立体作业格局,许多地州的地面人工增雨(雪)作业也从过去的季节性作业调整为全年性作业。冬季人工增雪工作已经持续了整整40年,累计飞机作业时长达2500小时。据初步测算,年增加降水量约9亿至12亿吨,年经济效益约10亿元。人影投入与产出比达1:20,取得了显著的社会、经济、生态效益,对促进新疆生态环境的保护、恢复和增加水资源起到了重要作用。

  依托气象科技

  严密织就人工防雹网

  “刚来工作那会儿,谁能想到现在可以用无人机来作业呀。”在人影办工作了几十年的高级工程师李斌对人影技术的飞速发展十分感慨。从1990年毕业来到这里工作,李斌就一直使用“37”高炮开展地面防雹作业。单一的作业工具、固定点位的作业方式使得防雹作业难以机动灵活地开展,而许多地方都没有监测云雨的天气雷达,探测数据的缺失也使作业存在一定的盲目性。

  1998年,李斌首次带队在伊犁哈萨克自治州开展为期两个月的人工防雹作业。虽然携带了天气雷达,但是雷达的数字化时间过长,作业过程中经常出现故障,时不时地就和计算机“失联”。

火箭防雹增雨作业

  “我利用在大学自学的编程知识解决了一些困难,实在不行就去其他部门借计算机用,或者自己跑到房子外面看看云的状态,利用经验来推算作业时间和区域。”谈及那次让自己印象深刻的防雹经历,李斌十分庆幸自己坚持了下来。任务完成之后,当地政府和人民给予了防雹团队很好的评价,“当时就觉得防灾减灾服务是一件很光荣的事情!”李斌说。

  随着时间的发展,人工防雹火箭的研制大大提升了防雹作业的效益。“这种火箭的射高比较高、射程也远,可达到8公里;携带的碘化银含量也比较多,一枚火箭弹可携带十克碘化银,控制范围大了,可保护的范围也就随之扩大了。”李斌介绍,后来车载式火箭的研发也改变了一直以来单一的作业方式,实现了流动防雹作业,可以在戈壁、高山边缘区等无人区提前作业,极大地提升了作业效益。

  从模拟天气雷达到数字化天气雷达,计算机技术的运用让探测数据更加精准。“现在的双偏振多普勒雷达不仅可以看出云的强度大小,还可以识别出云中的相态分布区域,这对于确定冰雹成熟区、适合作业的区域和时机非常重要。”李斌说。

2017年9月22日,在巴里坤联合开展国内首次大型无人机增水业务试验取得成功。

  在防雹技术水平的不断提升下,新疆人影作业已经进入到综合运用火炮、飞机、地面碘化银发生器和第六代新型防雹增雨火箭发射系统等方式的发展阶段。20世纪90年代,基本形成了由高炮火力网、雷达监测网、通信传输网组成的作业试验体系,天山两侧防雹联防系统初具规模。同时,新疆人工防雹规模也不断扩大,逐步建成了奎玛流域、伊犁河谷、塔额盆地、艾比湖流域、阿克苏地区五大兵地人工防雹作业联防区,实现了统一指挥、协调作业的兵地联防业务,兵地融合发展不断推进,防灾减灾作业能力不断提升。每年4月至10月开展的人工防雹作业,保护以棉花为主的农作物耕地面积约4万平方公里,每年减少70%左右的冰雹灾害损失,可取得10亿元以上的经济效益。

  如今在新疆的许多地区,大多数村民一看到变天或听到雷声,就会习惯性地询问作业站是否开展了人工增雨或防雹作业,甚至会催促作业人员开展作业。这是因为“农民切身感受到人影工作在农业增产方面发挥的效益”。

  多管齐下

  筑牢人影安全之基

  安全生产是经济社会发展的基础和保障,是一条不可逾越的“红线”。对于人影工作来说,亦是如此。目前,新疆是我国人影作业规模最大的省区,随着作业规模的不断扩大,安全事故发生的概率也越来越高。

  其中,“37”高炮使用的人雨弹、增雨防雹火箭弹,都属于爆炸物品管理的范畴。在作业点或运输途中,人雨弹、火箭弹易丢失,易被洪水冲走、受潮,如遇外火,引燃、爆炸等安全事故也时有发生。

  从2010年起,新疆人影办制定科研计划,自筹经费,成立项目组,推进人影安全生产关键技术创新及应用,从源头上把控和消除作业安全隐患。首先从改善地面作业点工作环境和生活条件入手,推进新疆人影地面作业点标准化建设。为实现在一个发射架上发射四种不同型号的火箭弹,车载流动式和地面固定式合用一个发射架体进行防雹增雨(雪)作业,人影办研制出“多种弹型防雹增雨(雪)火箭发射装置”,并荣获自治区科技进步二等奖;为保证流动火箭作业车安全携带火箭弹,研制出“车载式火箭弹存储箱”;为保障高效作业、指挥及现场作业监控,研制出“新疆人影作业智能终端”;为解决作业点弹药存储安全问题,研制出“人影作业点弹药存储柜”;为消除作业点人体静电危害,研制出“作业点人体静电消除装置”;针对作业点弹药库无人值守问题,研制出“作业点弹药库报警装置”;为识别安全作业区,研制出“人影作业点安全射界图”;为提升地面固定作业点安全级别,研制出“新疆人工影响天气作业点视频监控系统”。

自主研发的多重弹型火箭发射装置

  据新疆人影办主任晋绿生介绍,这些关键技术都是人影办工作人员在长年累月的工作中针对作业易发生的安全漏洞和环节,基于作业安全的实际要求独立研发并获得知识产权和发明专利。由此创新性地全面打造出的新疆人工影响天气作业安全保障体系,设计理念新颖,颠覆了人工影响天气作业安全传统的保障模式,引领人工影响天气作业安全领域的技术发展趋势,使作业人员素质,规范操作、应急服务、作业技术水平不断提高,取得的效益也愈加显著。

  此外,为了切实把人影安全生产工作落到实处,新疆人影办在各地(州、市)人影办开展人影业务安全自检的基础上开展人影天气业务安全检查工作,包括人影安全管理机制完善、安全管理体系健全、基层作业队伍建设、基层设施更新和检查通报等具体事项。落实安全主体责任,层层签订安全生产责任书,作业人员培训全覆盖,作业装备和弹药管理日趋规范,实行“五个一票否决制”,检查及监督力度不断加大,事故预防和应急处置能力不断加强,安全生产水平迈上新台阶。

(图片由新疆人影办提供 责任编辑:苏杰西)

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