吉木乃縣薩吾爾山區(qū)空中云水資源開發(fā)的可行性研究分析

阿麗旦，胥執(zhí)強(qiáng)，荊海亮 ，王 通

（1.新疆吉木乃縣氣象局，新疆 吉木乃縣 836800；2.新疆維吾爾自治區(qū)人工影響天氣辦公室）

1 薩吾爾山區(qū)概況

吉木乃縣薩吾爾山位于縣城南部，是一條東西走向的斷塊跨國(guó)山脈，縣境內(nèi)約100 km，其西北端在哈薩克斯坦境內(nèi)。山體西高東低，北緩南陡，大部分山區(qū)海拔在1 500～3 000 m，最高峰是海拔3 835 m的木斯島冰川，是吉木乃縣唯一的賴以生存的水源地，也是重要水源涵養(yǎng)地和綠色儲(chǔ)備地。山區(qū)形成了烏勒昆烏拉斯圖河、烏拉斯特河等融冰雪與降水補(bǔ)給的季節(jié)性小河，是吉木乃縣農(nóng)牧業(yè)用水的主要來源，因此，薩吾爾山被當(dāng)?shù)厝罕姺Q為“母親山”[1-2]。薩吾爾山區(qū)位于全國(guó)天氣的上游，天氣過程頻繁，同時(shí)地形云資源豐富。是最適合開展人工增水作業(yè)的區(qū)域，在山區(qū)開展科學(xué)的大規(guī)模人工增水作業(yè)，對(duì)吉木乃縣脫貧攻堅(jiān)和生態(tài)建設(shè)具有重要的意義。

2 人工增水工作現(xiàn)狀

吉木乃縣人工增水工作始于1980年，積累了豐富的理論研究資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但作業(yè)水平和裝備與發(fā)達(dá)地區(qū)相比仍有較大差距。吉木乃縣現(xiàn)有數(shù)字化天氣雷達(dá)1部，人影作業(yè)車2輛，地面碘化銀煙爐14個(gè)，流動(dòng)作業(yè)點(diǎn)14個(gè)，相對(duì)100 km2的薩吾爾山區(qū)及嚴(yán)重短缺的水資源而言，作業(yè)影響區(qū)域面積較小，作業(yè)效果相對(duì)較差。并且沒有發(fā)展人工影響天氣事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，影響空中云水資源開發(fā)。并且氣象觀測(cè)站網(wǎng)較為稀疏，僅有1個(gè)國(guó)家氣象站，17個(gè)區(qū)域站，且分布在低山與平原區(qū)域，不能滿足人工增水作業(yè)指揮的要求。

3 開發(fā)空中云水資源的必要性

3.1 水資源安全需要

吉木乃縣是全疆地表水資源最少的干旱貧水縣，地表年徑流量?jī)H0.74億m3，人均水資源量為阿勒泰地區(qū)平均的1/10、全疆平均的1/3。地表水資源利用率達(dá)80%以上，大大超出了60%的生態(tài)警戒線。隨著氣候變暖的影響，薩吾爾山區(qū)冰川的雪線不斷升高，將嚴(yán)重影響山區(qū)的來水量。吉木乃縣位于中亞經(jīng)濟(jì)圈的中心地帶，已被確立為“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶北通道”之一，吉木乃縣正處在新型工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展關(guān)鍵時(shí)期，水資源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命之源，而水資源短缺已成為影響吉木乃縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸。

3.2 生態(tài)保護(hù)和建設(shè)需要

吉木乃縣是典型的干旱半干旱灌溉農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域。其支撐農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境極為脆弱，頻繁發(fā)生的干旱、大風(fēng)災(zāi)害，日趨嚴(yán)重的土地荒漠化等一系列問題，其根本的原因是水資源短缺嚴(yán)重。吉木乃縣賴以生存的水源地——薩吾爾山西端的木斯島冰川，通過中國(guó)科學(xué)院2014年科考發(fā)現(xiàn)，1959—2013年薩吾爾山冰川面積由17.69 km2退縮為 10.13 km2，共退縮 7.56 km2，退縮率42.74%，持續(xù)退縮明顯。而薩吾爾山區(qū)的沼澤濕地和高山草甸是吉木乃縣水源的涵養(yǎng)地和綠色天然水庫(kù)，由于全球氣候變暖，加之長(zhǎng)期缺水，薩吾爾山濕地日益縮減，縣域北部庫(kù)木托拜沙漠沙化面積逐步擴(kuò)大。

3.3 氣象防災(zāi)減災(zāi)需要

吉木乃縣地方經(jīng)濟(jì)以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，自然氣候條件嚴(yán)酷，是自治區(qū)重點(diǎn)易災(zāi)縣，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)可謂“十年九災(zāi)”“數(shù)災(zāi)并發(fā)”。主要農(nóng)作區(qū)屬干旱、半干旱氣候區(qū)，薩吾爾山區(qū)來水不穩(wěn)定使水庫(kù)水量季節(jié)性變化大，干旱災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。據(jù)資料分析，吉木乃縣發(fā)生干旱的年景為25%，但發(fā)生春旱的年份占75%，其中嚴(yán)重干旱占33.3%，而發(fā)生夏旱的年份占85%，其中發(fā)生嚴(yán)重干旱的占10%，干旱已成常態(tài)化災(zāi)害，故有“十年九旱”之說[3]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失也越來越大，嚴(yán)重影響和制約著農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4 開發(fā)空中云水資源的可行性

大氣降水必須具備3個(gè)條件，分別是空中水汽條件、抬升動(dòng)力條件和降水微物理?xiàng)l件。以下從這3個(gè)條件對(duì)在吉木乃縣實(shí)施人工增雨（雪）的可行性做一分析。

4.1 空中水汽條件

通過多年云量分布和空中水汽研究表明，西風(fēng)環(huán)流攜帶的大西洋及歐亞大陸蒸散的水汽，是新疆最主要水汽來源；同時(shí)青藏高原夏季豐富的水汽在有利的天氣形勢(shì)下繼續(xù)進(jìn)入新疆，因此，新疆空中水汽特別是中高層的水汽資源也很豐富[4]。作為天山和阿爾泰山中間的薩吾爾山區(qū)也具備形成降水的空中水汽條件。西北方的北冰洋較冷空氣和歐洲大陸里咸海地區(qū)冷空氣也會(huì)滯留在阿爾泰山和薩吾爾山之間，加之薩吾爾山本身良好的植被也蘊(yùn)含有豐富的水源，從空中水資源和近地面含水量分析，都十分有利于開展人工增水。

從近年氣候變化趨勢(shì)看，薩吾爾山區(qū)云的厚度和含水量總的變化趨勢(shì)均是上升的，空中水汽形成自然降水的轉(zhuǎn)化率也是增加的，說明在氣候變化背景下，及時(shí)開展大規(guī)模山區(qū)人工增水作業(yè)，可以取得更好的作業(yè)效果。

4.2 抬升動(dòng)力條件

吉木乃縣地處中高緯度地區(qū)，大氣波動(dòng)多，長(zhǎng)波中常伴隨中小尺度系統(tǒng)，天氣過程頻繁。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度對(duì)近10年的降水資料進(jìn)行分析，該地區(qū)年有效降水過程可達(dá)56次，有的天氣過程長(zhǎng)達(dá)4～5 d，連續(xù)降水天氣過程最長(zhǎng)可達(dá)10 d以上。而在冬季平均一周有一次降水天氣過程，遇到長(zhǎng)波槽不斷有冷空氣補(bǔ)充影響時(shí)，降水可持續(xù)5～10 d不等，且以極其穩(wěn)定的層狀云為主，即使受弱波動(dòng)影響時(shí)，仍然有一旬一過程出現(xiàn)。在夏季薩吾爾山區(qū)常出現(xiàn)局地對(duì)流天氣，薩吾爾山也處于上升氣流控制下，具備一定的抬升動(dòng)力條件，豐富的降水量及大量冰川的存在就是抬升運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，因此，該區(qū)域具有一定的產(chǎn)生降水的環(huán)流和動(dòng)力條件。

4.3 降水微物理?xiàng)l件

薩吾爾山區(qū)的大部分地區(qū)海拔高度在1 500～3 000 m以上，地形抬升作用明顯，是水汽含量較為豐富的高度，云中自然凝結(jié)核含量較多，也是適合人工增水的高度，云體自然降水轉(zhuǎn)化率高。該區(qū)域降水天氣過程陰天日數(shù)較多。據(jù)山區(qū)冰川區(qū)域站資料顯示，山區(qū)月最多降水日數(shù)20 d，大于8成量的降水云層（層狀云、積狀云）月最多日數(shù)24 d，年平均降水量為434 mm，這說明在該地區(qū)實(shí)施人工增水的潛力巨大，空中水汽資源豐富，開發(fā)潛力巨大

5 結(jié)論

（1）從近年氣候變化趨勢(shì)分析，薩吾爾山區(qū)云的厚度和含水量呈上升趨勢(shì)，空中水汽條件較好。從空中水資源和近地面含水量來看，都十分有利于開展人工增水。（2）薩吾爾山區(qū)降水天氣過程多，年有效降水過程可達(dá)56次，有的天氣過程長(zhǎng)達(dá)4～5 d，連續(xù)降水天氣過程最長(zhǎng)可達(dá)10 d以上。在夏季經(jīng)常出現(xiàn)局地對(duì)流天氣，具有較好的產(chǎn)生降水的環(huán)流和動(dòng)力條件。（3）薩吾爾山區(qū)降水日數(shù)多。山區(qū)月最多降水日數(shù)20 d，大于8成量的降水云層（層狀云、積狀云）月最多日數(shù)為24 d，年平均降水量為434 mm，空中云水資源開發(fā)潛力大。（4）在阿勒泰地區(qū)，薩吾爾山是僅次于阿爾泰山出現(xiàn)大降水頻率最高的地區(qū)，得天獨(dú)厚的地形、地貌特征和豐富的空中云水資源，為開展大范圍人影作業(yè)提供了優(yōu)勢(shì)條件。（5）利用薩吾爾山區(qū)的自然地理和氣候特點(diǎn)，進(jìn)行空中水資源開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)由應(yīng)急型抗旱增水作業(yè)向常態(tài)化科學(xué)增水作業(yè)轉(zhuǎn)變，并能建立完善的人工影響天氣業(yè)務(wù)體系，提高防災(zāi)減災(zāi)能力。（6）通過對(duì)薩吾爾山空中云水資源的開發(fā)利用，既是緩解水資源供需矛盾的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)，也是改善保護(hù)脆弱生態(tài)環(huán)境的有效措施，有利于吉木乃縣經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，對(duì)于脫貧攻堅(jiān)及后續(xù)鞏固具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]吉木乃縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃[M].吉木乃縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室，2000.

[2]史玉光，孫照渤.新疆水汽輸送的氣候特征及其變化[J].高原氣象，2008，27（2）：310-319.

[3]胥執(zhí)強(qiáng).吉木乃縣農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征與防御對(duì)策[J].沙漠與綠洲氣象，2012，6（增刊）：59-60.

[4]劉世祥.甘肅省空中水資源潛力氣候研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1）：44-47.