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探秘人工降雨的魔法
《西游记》里,东海龙王张开龙嘴,顿时乌云翻滚,大雨倾盆。这可不是人工降雨,这是神话。自然的降雨(降雪)是水蒸气受冷凝结而形成的,而真正的人工降雨(降雪)是人们根据一定区域内大气的温度、湿度、云、风等的变化,向云里喷洒制冷剂,让天空中的水蒸气迅速凝结成水滴,使云层中的小水点增多、变大,从而形成降雨或降雪。其实,这项工作就是一项管理天气的工作,气象专家解释说:“我们用一些技术去管理云层间的水,让它发生变化,凝结或者升华。简单地说,就是在云间播种,通过在云层间播撒不同催化剂的方式来收获我们想要的天气。”
看来,要人工降雨必须要在“云间播种”,而制冷催化剂就是降雨所需要的“种子”。我们现在所使用的“种子”一般是碘化银催化剂。碘化银只要受热就会在空气中形成数以亿计的碘化银粒子,它们非常小,成百上千个碘化银粒子聚在一起才有头发丝那么粗。因此,我们才选择它担当人工降雨的重任。
要把碘化银“种子”播撒在云层间,可以使用空中作业和地面作业两种办法。空中作业就是用气象飞机在云中播撒碘化银,气象飞机的好处在于能够更好地掌控云层的变化,把握投放催化剂的最好时机。地面作业就是利用高炮、火箭从地面上发射碘化银炮弹,炮弹在云层中爆炸,碘化银也就播撒到了云层中。碘化银微粒会随气流运动进入云中,在冷云中产生无数个冰晶,然后再借助一定的气象条件,就能使降雨产生或使雨量加大。当然,在云层中播撒“种子”,必须选择云层富含水汽的情况,如果水汽不足,“种子”发不了芽,也就不会形成降水。
原来魔法的奥秘在此啊!你也跃跃欲试?绝对不行,人工降雨必须经过一定的审批程序并由有关部门来实施。
魔法的发现之路
如果从人类影响天气的想法算起,神话传说中的呼风唤雨应该可以说是人工降雨的最初幻想了。把这种幻想付诸实践要从19世纪末说起:1890年,美国国会曾拨款支持科学家利用火炮、火箭和气球在云中进行催云造雨实验;1918年,法国科学家把装满制冷物质的炮弹发射到空中,试图造雨;1921年,美国科学家又用飞机向云层播撒带电物质,设法促使云层碰撞降雨。不过,这些人工造雨的实验最终都以失败而告终。
然而,人类探寻自然奥秘的脚步并不会停止。二战期间,一个偶然的机会促使科学家欧文・兰米尔博士和谢弗尔决心把雨雪形成的原因弄清楚。战后,他们利用一些奇特的装置开始实验。1946年7月的一天,天气异常炎热,由于实验装置出了故障,装有人工云的类似电冰箱的装置里的温度一直降不下来,他们只好用固态二氧化碳(干冰)来降温。当他们把一块干冰放进制冷装置里,奇迹出现了――水蒸气立即变成了许多小冰粒,在冰箱里盘旋飞舞,人工云化为了片片雪花。这一奇特现象令他们兴奋不已,他们商定要在空中试试。于是,1948年11月的一天,天气很冷,谢弗尔驾驶着一架飞机,在云层上方撒下大量干冰。留在地面观察的欧文博士看见雪花纷纷扬扬从天而降,这些雪花落在他脸上,化成了水滴。他们成功实现了用干冰进行人工造雪,将“呼风唤雨”的古老神话变成了现实。人们兴奋地把这一实验称为“给云层播种”。
从此以后,世界很多国家尤其是一些农业大国和缺水的国家纷纷对以增雨、增雪和消除冰雹为主要目的的人工影响天气作业增加投入。
魔法并不能创造天气
人工降雨的魔法也只是根据科学原理,基于自然规律对天气现象的利用而已,人类并不能够违背自然规律创造天气。以人工降雨为代表的人工影响天气技术实际上就是管理天气的工作,它只有在接近自然的、正常的条件时,并且有合适的云来供催化时,催化剂才能起作用。人类不仅不能创造天气,而且连云也创造不出来,在干旱的条件下,大气条件不允许的时候,使用催化剂催化云来降雨也是困难的。所以,魔法并不是万能的,尊重规律、爱护地球才是人类的最大福音。
人工降雨运用云和降水物理学原理,通过向云中撒播降雨剂,一般为盐粉、干冰或碘化银等,使云滴或冰晶增大到一定程度,降落到地面,形成降水。
人工降水,又称人工增雨,是人为地补充某些形成降水的必要条件,是人工影响天气中进行得最多的一项试验。人工降雨撒播的方法有飞机在云中播撒、高射炮或火箭将碘化银炮弹射入云中爆炸和地面燃烧碘化银焰剂等。
根据不同云层的物理特性,选择合适时机,用飞机、火箭向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂,使云层降水或增加降水量,以解除或缓解农田干旱、增加水库灌溉水量或供水能力等。
(来源:文章屋网 )
[关键词]气候变化;水文;水资源;影响
中图分类号:P331 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)40-0220-01
气候变化已经越来越成为人们所关注的问题之一,了解和研究气候变化对水文水资源的影响对于了解相关的水文水资源系统的生态平衡、环境保护、运行管理、开发利用、规划管理等具有重大意义。必须要对气候变化对水文水资源的影响进行分析,了解具体的研究方法,对其影响有大致了解,对其中产生的不利影响进行积极的改正,采取措施进行弥补。
一、气候变化对水文水资源影响的研究方法
1、气候变化情景的生成技术
各个地区之间的气候变化具有很大的差异性和不确定性,不能通过气候的预测很准确的表述各个区域的气候变化,即便是测量到的值也不是一个精确的,只是大致的估计范围,是一种可能出现的结果,这就被称为情景。可以根据已经取得的研究成果对气候变化情景的生成技术进行研究。比如说通过任意的情景设置,对可能出现的情景进行模拟,或者是通过对以往一系列气候环境的研究资料进行分析,进而得出自己想要的结果,亦或者是通过大气环流的模式,对气候变暖的可能情况进行分析。所有这些,都是气候变化情景的生成技术。
2、水文模拟技术
这是指通过模型来模拟气候变化对水文水资源的影响,在这一过程中,为保证水文模拟结构的准确性,因而保证模型的通用性和便于利用性;现有资料的准确性;模型内在精度的精确性等等。所有这些都是需要考虑的问题,只有保证这些问题的准确,才能较为正确的反应气候变化对水文水资源的影响[1]。
3、水文遥测系统的运用
所谓的水文遥测系统就是指一些自动化的技术和设备,这些技术和设备主要是为了采集远距离的水文信息。水文遥测系统主要有三个部分构成,这三个部门合理组合更加便于水文资料的搜集、储存、整编、分配和检索。通过水文遥测技术可以搜集到大量的信息,更方便对水文资料进行整理和研究分析。进而更好地研究气候变化对水文水资源的影响。
二、气候变化对我国水文水资源系统的影响
1、气候变化对我国河川径流的影响
河川径流一般对气候变化的反应比较敏感,气候的变化一有变动就可以在河川径流上反映出来。比如说我国从北到南,由干旱到湿润,山川河流对气候的变化反应迅速。在气候变化较为严重的今天,全球变暖已成为不可逆转的趋势,在这种状况下,气候变暖对我国山川河流的影响主要可能表现为三种结果,一种是北方径流量增加,南方减少;一种是南方增加,北方减少;还有一种是南方北方的径流量都减少。
2、未来全球变暖将导致我国西北高寒山区冰川萎缩
在全球变暖的气候影响下,对冰川最为明显的表现就是极地地区冰川面积的大幅度减少,这可能会造成冰川退减,一些流域干涸等情况的出现,使一些干旱的地区变得更加干旱,对我国影响最严重的是北方地区,尤其是黄土高原地区[2]。
3、随着全球变暖的影响,可能使降水量发生变化,蒸发量变大
全球气候变暖,不可避免的会对各个地区的降雨量产生变化,进而使全球的平均降雨量发生变化,可能会使平均降雨量增加,降水变率也会相应的增加或者减少,但不容置疑的是蒸发量一定会增加,这样就会使河流变的越来越干枯,干旱也会越来越严重。
三、减少气候变化对水文水资源不利影响的对策及措施
1、实行人工降雨
在全球变暖的气候变化下,降雨量逐步变得越来越少,各地的水资源会越来越贫乏,尤其对于西北黄土高原等干旱地区,由于降水的缺乏,草木生长面临更大的困境,水资源的供需矛盾也会更加的突出。这就需要通过人工降雨的措施,人为的制造降雨,满足一些严重干旱地区的水量需求,最大限度的为干旱地区提供降水[2]。
2、植树造林,涵养水源
在气候变化如此干旱,水资源如此缺乏的情况下,除了采取人工降雨的外在方法,必须通过增加植被的覆盖率来涵养水土,最大限度的提高土壤的需水量,并且这可以在一定程度上减少洪水的强度。在降雨的过程中,能相对的涵养住水源,增加地表水的含量,并且丰富地下水资源,进而能通过不懈的努力最大可能的改善气候条件。
3、加强有关科研工作
从事与气候或者与水文水资源相关工作的工作人员,必须要致力于人工降雨工作的研究,更加的投入到相关的科研建设中去。国家必须要加大对于这些工作部门的资金投入,除了资金,还要及时的更新设备和工具,并且要加大投入相关的专业技术人才,一个科研机构只有具备这些充分的条件,才能发挥好科研机构本身能开发的潜能。更好地致力于人工降雨工作的研究,以及跨流域调水工作的研究,以便能更好地解决水资源分布不均匀的问题[4]。
4、加强气象服务和农田水利建设
为面对气候变暖环境下气候变得越来越干旱、水资源越来越缺乏的现状,必须加强对农田水利设施的建设,以便更好地利用水资源,节能保水,提高水资源的利用率。除此之外,还要加强对气象预报的服务,即时汇报天气情况,并且增强天气预报的精确度,以提高应对气象灾害的能力,加强对气候变化的抵抗能力。
结束语
气候变化的研究涉及到许多领域和许多学科,它对水文水资源的影响只是其中一个重要的方面。近年来,全球变暖越来越明显,这就对水文水资源的变化产生了巨大的影响,我们需要研究气候变化对水文水资源的研究方法,进而探讨气候变化对水文水资源的影响,以及不断采取措施进行改善其中不利的方面,以更好地促进生态环境的发展。
参考文献
[1] 张利平,秦琳琳,胡志芳,曾思栋.南水北调中线工程水源区水文循环过程对气候变化的响应[J]. 水利学报.2010,10(11):13-14
[2] 吴志勇,郭红丽,金君良,闫桂霞.气候变化情景下黑河流域极端水文事件的响应[J].水电能源科学.2010,11(02):32-33
人工消雾
由于大雾不利于污染物扩散,不仅使城区环境质量下降,大雾形成的高湿和含碳污染物等环境使空气绝缘性能下降,致使高压线间发生短路,造成输电线路大范围故障。为了最大程度消除大雾对人类活动的影响,气象专家想出了各种“消雾”的方法。
对气温高于0℃暖雾,常采用加热法或利用直升机或喷气发动机搅动气流以减少雾滴的浓度;此外,还可播撒氯化钙、盐粉、尿素等吸湿剂使雾滴形成大滴而下沉。对于低于O℃的冷雾,则可采用喷洒液态二氮化碳、丙烷、液氮等制冷剂产生冰晶或引入人工冰晶碘化银使雾中水汽冻结,让雾变成“雪”下落,以达到消雾目的。
人工增雨
形成降水必须要有两个条件,一是云中要有充足的水汽,二是要有适当多的凝结核。因此,人工降雨的方法就是向云中引入人工凝结核。一般是采用飞机、火箭、高炮、气球和在上升气流区地面燃烧碘化银等手段,把催化剂送入云中。飞机一般飞到6000米左右高度穿云播撒催化剂。火箭、高炮则直接轰击雷雨云适当部位,弹头装载碘化银送入云中。气球下挂碘化银焰弹,升入云中零度层以上燃烧,把催化剂释放出来。对温度在零上的暖云,一般使用吸湿性物质如盐粉、尿素、氯化钙等,使云中水汽变成大水滴下落成雨。对于温度低于零度的冷云则播撒人工晶核碘化银等,或者播撒干冰、液体氮气等,使冷云中冰晶数量增加而提高降水效率。
人工防雹
当鸡蛋大甚至篮球大的冰雹从天空密集砸向地面,眨眼间,设施毁坏、牲畜毙命、人员受伤,其破坏程度不亚于一次“饱和式空中轰炸”。因此,怎样在冰雹砸向地面之前就将其扼杀在“摇篮”之中,一直是气象学家们面临的紧迫课题。
云层中的水汽碰到凝聚核后会形成水滴下落,如果遇到低温层和上升气流,水滴会结冰并被托上云层。再次下落,如果再遇低温和上升气流,又会结冰并被再次送上云层。如此反复,冰雹就会“越长越大”,直至最后上升气流无法承受其重量,它就会砸落到地面。
催化剂同样是人工防雹的主力军。当高炮将大量碘化银等催化剂集中快速送到云层中时,就会在云中形成大量的凝聚核。这样,本来因凝聚核过少易形成大冰雹的云层,由于突然出现大量凝聚核,冰雹就不易“长大”。而当冰雹的直径在5毫米以下时,也就无法对地面构成危害了。一旦发现哪块云彩“势头不对”,就会“以其之道还治其身”,“先下手为强”,用高炮对其进行“饱和攻击”,让冰雹变成“小盐粒”温顺地落下来。
人工消雨
消雨的原理其实和人工降雨一样,只不过是让本来要在需要避雨的区域下的雨提前下而已。一般而言,是在需要消雨区域上风方向大约50公里左右的位置,一旦发现哪块云朵要下雨,就使用人工降雨的方法,让雨水提前降落。如此,需要防雨的区域自然也就是晴空朗朗了。
一、违法人工增雨行为所致损害应适用行政赔偿。
笔者认为,根据《气象法》和《人工影响天气管理条例》的有关规定,县级以上气象主管机构享有行政处罚权,应属其同级政府的一个职能部门,其性质应定为行政机关。人工增雨作为人工影响天气作业中的一种,是在各地政府的领导与协调下,基于本地区的公益事业,由气象主管机构指挥实施的行政行为。《气象法》第29条规定:“违反本法规定,不具备省、自治区、直辖市气象主管机构规定的资格条件实施人工影响天气作业的,或者实施人工影响天气作业使用不符合国务院气象主管机构要求的技术标准的作业设备的,由有关气象主管机构按照权限责令改正,给予警告,可以并处十万元以下的罚款;给他人造成损失的,依法承担赔偿责任;依法追究刑事责任”。从中可以看出,违法作业将导致三种责任:刑事责任、行政处罚责任和行政赔偿责任。其中对于经济损失的赔偿是以违反法律规定实施人工增雨造成损失为前提的。此种赔偿是基于行政行为违法性而生的行政赔偿。对于不存在违法事由而产生的损失,法律没有规定其解决方法和途径。根据《人工影响天气管理条例》的规定,人工增雨作业的实施需经过审批,因此其实施多属合法。既然不违法,受害人就无权请求行为人给予行政赔偿。人工增雨行为是为当地公共利益实施的公益事业,或为解除农业旱情,或为降低酷暑高温。公众在因政府行为受益的同时,却有个别人为此作出额外的牺牲(有时这种牺牲甚至超过了受害人的承受限度),并无从获得救济,这显然有悖社会公正。
二、合法人工增雨作业所致损失的承担。
美国上世纪70年生过这么一起案件:南达科他州一所大学进行了人工降雨的试验,当天当地出现了特大暴雨并引发洪灾,造成很大损失,该大学被起诉。这场诉讼的关键在于判定暴雨是否系人工降雨引起。最后科学家一致认定人工增雨的作用不足以引发暴雨和洪水,大学不承担责任。无独有偶,今年7月25日中午12点左右,苏州突降暴雨,狂风掀翻了苏州某厂生产车间的彩钢板屋顶,车间生产的光学镜片一经雨淋即报废,虽工人立刻抢救,但大部分镜片还是报废了,企业损失达九万元左右。企业报请保险公司理赔,保险公司经查证认为当天暴雨很可能系邻市进行的人工增雨作业所致,从而引出了损失如何赔偿的问题。笔者以为,损害后果可以从以下三种途径获得解决。
(1)受害人自己有过错的,应按过错大小承担相应的责任。人工增雨有严格的操作程序,其中之一便是需提前向公众预告。受害人在知悉预告后未积极采取预防措施,或者在灾情发生后未积极防止损失扩大的,应负相应之责。
(2)保险公司在承保范围内承担相应责任。一如美国科学家一致认定人工增雨的作用不足以引发暴雨和洪水,在现有的科学技术条件下,人工催化增加的降雨量一般仅为10%-20%,因此灾害的发生主要还是自然作用的结果。保险公司对于属于其承保范围内的投保人损失,应当依照保险合同的约定给予相应的保险金赔偿。上述苏州某厂镜片遭雨淋报废等损失,如果当天的雨情达到其承保的“雷击、暴雨、暴风、龙卷风、雹灾”标准之一,保险公司就应当承担合同责任。法律虽然规定了气象主管机构进行人工影响天气作业的预先公告义务,但现有的科学技术使气象部门尚不能精确界定催化作业的具体后果,不能预见其作业所致损害将延及作业区外,从而无法要求其负起在作业区外进行预告的义务。因此,对于损失的发生,气象部门并无过错,不能责令其承担赔偿责任。在此情形下,若是损害后果的发生确定系人工增雨作业引起,应当求助于行政补偿,通过公共负担平等的原则补偿受害人的损失。
喜爱军事历史的朋友,往往会对一些气象条件影响战局的战例如数家珍。早在冷兵器时代,一些优秀的军事统帅就已开始注意天气变化的规律,如古代中国著名的蚩尤利用大雾天进攻与赤壁之战中的“借东风”。即使到了现代社会,人类引以为豪的军事机械在万千气象的威力前,仍有可能甘拜下风。
第二次世界大战中一些战役的战局,就被极端气象条件所左右了。如纳粹德国对苏联的“巴巴罗萨”闪击计划,被1941年提早来临的寒潮所挫败。一些后世研究者认为,苏联有意进行了大量的人工降雨,让冬天提前到来。1944年冬,纳粹德国对西线盟军发动阿登反击战役,正是因一份暴风雪天气的气象预报,得以预知盟军飞机无法起飞,并利用这个短暂的“优势窗口”发动了进攻。
气象在这两场战役中扮演的角色,恰恰反映出工业时代人类试图了解天气变化机制,乃至以人工手段影响这种变化的尝试。从保障工农业生产,到满足军事行动需要,人类一直力图撩开天气神秘的面纱,窥见雨雪风霜形成机制的奥秘。现代气象学让天气变化逐渐褪去迷信的色彩,天气预报服务提供了“未雨绸缪”的科学依据;物理与化学等其他一些学科的进展,又让人工降雨和人工消雨成为可能。
但这些已经取得的成就,是否意味着今天人类完全弄清了地球天气变化的机理?答案显然是否定的。盛夏时节,突如其来的暴雨总让人猝不及防,只得抱怨电视台和手机上的天气预报不准;有些台风会走出完全出乎专家们意料的诡异路径,继而突然登陆酿成巨灾,而人类尝试驱赶或消弱台风的试验却鲜有成功的记录。
这些生活中常见的事例,不断提醒着人们,天气变化的背后有着相当复杂的机理。即使是在拥有超级计算机和人造卫星的太空时代,不断升级的数值天气预报,也仍然难以完全预见未来的天气变化趋势,而且时间越久,误差通常就会越大。对这种现象的关注与研究,甚至孕育了一个全新的学科,那就是以“蝴蝶效应”闻名的大气混沌学。
未雨绸缪“操控”奥运天气
演练人工减雨备战开幕式
①经权威机构最新统计资料显示,奥运会期间两天会有一次小的降雨,大雨的概率仅为6%,在开幕式当天降雨的概率为47%。为了保证奥运会赛事的正常运行,北京市气象局针对突发性的气象状况早已“未雨绸缪”。日前,北京市气象局人工影响天气办公室常务副主任张蔷女士在接受采访时详细介绍了气象团队为此所作的准备。
②在北京气象局一间不足200平方米的屋子里放着近40台电脑,电脑屏幕上显示着不断变幻的彩色曲线,“千万不能动,每一个数据都可能使得出的答案不准确!”记者不小心将鼠标碰了一下,被张主任“逮”了个正着。“气象这个团队,无论是先前的预测还是人工影响这一环节,我们的工作都容不得一丝差错。”随着奥运的临近,为提高奥运场馆周围气象预报的准确性,在场馆周边设立了多个监测点,由点至面进行气象观测工作,在北京有多达15个监测气象站。北京奥运会将首次实现为每个场馆提供天气预报,这在当今气象界也是很高的要求。
③自3月25日正式启动北京赛区奥运气象服务以来,由从全国调来的12名优秀的气象服务人员和北京市气象部门38名预报员等共110余人组成的团队已经实现了用中、英、法三种语言进行气象预报。除了有针对性地对气象“连续跟进”,在关键时刻还会对奥运气象进行“会诊”。协同北京奥运会气象服务除了北京赛区奥运气象服务团队还有协办城市气象服务机构。为提供更为准确的气象信息,技术是重要的一环。“在人工影响天气方面,我们一直向比较先进的俄罗斯学习经验,并且引进他们的技术。”
④除了精确的预报,这个团队另一项工作是针对突发性的天气进行人工调控。人工影响天气是一项发展中的年轻科学,还有很多问题要解决。比如人工增雨方面,可增加的降水量为自然降雨量的6%~25%。对于强降水过程、大范围深厚降水云层,就目前的技术和科学水平还不能起到有效防御。人工影响天气不是万能的,在现有的技术之下,我们只有通过反复演练以减少反应时间,加速对天气的影响。张蔷女士说:“从2002年至2007年,北京科委科研经费投入达到350万元,我们已经有比较可靠的‘后勤保障’。”每年人工影响天气小组都会租用三台飞机展开“活动”。人工影响天气团队内部的配合也从不马虎:在地面,应用雷达观测监测点――如火箭作业点观测,及时将信息传达给无线电收发装置,工作人员通过电话语音系统反馈到市级人工气象指挥中心,根据实时监测及时修正作业方案。经过多次的演练,从申请收集命令到下达整个作业现在只需要10分钟。从2002年开始,针对开幕式,人工影响天气团队主要集中排练“减雨”。多次的排练,已使得这个团队的凝聚力更强了。
(节选自2008年05月02日《人民日报》
海外版)
1.现在,人类既可以“人工降雨”,也可以“人工减雨”。那么,人工影响天气是万能的吗?为什么?
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2.“为提高奥运场馆周围气象预报的准确性”,北京气象局做了哪些相关的工作?
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3.第④段画线句子运用了哪种说明方法?有何作用?
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4.“在关键时刻还会对奥运气象进行‘会诊’”中“会诊”为什么加上引号?
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5.读完这篇文章,请说说你对“人定胜天”是怎样理解的,并举例说明。
果真有龙吗? 科学 发展 到今天,这已是个无需回答的 问题 了,可我总觉得
不是吗?中国人是“龙的传人”,谁能否认?请打开地图,在世界上北纬15°~30°的纬度带上,大都是干旱的沙漠或荒漠,且不说从大西洋岸到红海之滨的撒哈拉大沙漠(全世界最大的沙漠,面积770多万平方千米,有我国4/5面积大);还有地面没有一条河流的沙特阿拉伯境内的沙漠;就连美国的西海岸、同纬度墨西哥内陆也免不了沙漠的侵占。然而,我国处于这一纬度带上的长江以南地区,却成为降水丰沛的“鱼米之乡”,这可是受惠于雨热同期的季风气候,得力于夏季风这条“中国龙”埃生活在这个地区的“龙的传人”——华夏儿女能不感谢“中国龙”的哺育之恩吗?
“龙”的家在哪儿? 影响 中国的夏季风有两个:一个是来自太平洋的东南季风,在大兴安岭——阴山——贺兰山——冈底斯山一线以东以南的半壁河山(即季风区)都能受到它的 影响 ,它从太平洋上带来充足的水汽,使这一广大地区的年降水量至少在400毫米以上,多的达2000毫米~3000毫米,成为我国重要的农耕区。现在,我国绝大部分人口和耕地都集中在这里,是我国九大商品粮基地,也是糖料、油料、淡水鱼、猪、鸡、鸭的生产基地。5大商品棉基地有4个都在本区,这里城镇密集,工厂林立、 经济 发达、市场繁荣,是我国最精华的部分。另一个是来自印度洋的西南季风,它主要影响我国西南地区、华南地区以及长江中下游地区。两条“龙”的共同影响,使我国的南方(淮河以南)地区,年降水量大都在800毫米以上,植物繁茂,山青水碧,风光秀丽,农田以水田为主,主要的粮食作物为水稻,人们以大米为主食,长江中下游平原因河汊纵横交错,湖荡星罗棋布,淡水鱼的产量大,而称为“鱼米之乡”。
人们常说“风调雨顺”或“风不调雨不顺”,可见降水的变化与冬夏季风的活动有关,尤其与夏季风的进退关系密切。
“风调雨顺”的年头,“龙”的登陆很有 规律 ,即有两次大的跳跃过程和三次较长的停滞过程,称为“三停二跃”。一般是5月中旬,夏季风开始在南部沿海登陆,与盘踞在这里的冬季风相遇,形成锋面雨带,南岭以南的地区最早进入雨季,绵绵春雨持续20天~30天,华南成为全国的多雨中心,这是第一次停滞;6月中旬,“龙”第一次北跃,雨带随之北移到长江中下游地区,该地区成为我国的多雨中心,这时正值梅子黄熟季节,细雨连绵达一个月之久,人们称之为“梅雨”。古诗“黄梅时节家家雨,青草池塘处处蛙”,形象地描绘了梅雨季节的景象。又因此时多雨阴湿,许多物品极易受潮发霉,故有人又称之为“霉雨”,这可是人们做霉酱的好时机呢。这是雨带的第二次停滞;7月中旬,“龙”第二次北跃到淮河以北,雨带也随之北移,从7月中旬到8月中旬,锋面雨带在东北和华北第三次停滞,这一地区进入雨季。9月份,由于北方冷空气增强南下,“龙”就开始南撤,雨带随之迅速南移;10月,冬季风频频南下,“龙”在大陆上消失,返回到海洋上,大陆上的雨季随之结束。由于“龙”对我国东部季风区的影响主要是5月至9月,故使我国大部分地区的降水多集中在5月至9月,这个时期的降水量,一般占到全年降水量的80%左右。而南方由于受“龙”的影响时间较长,故雨季开始早,结束晚,雨季长,降水多。北方雨季开始晚,结束早,雨季短,降水少。
“风不调雨不顺”的年份,该下雨的时候不下,不该下雨的时候拼命地下,就会造成旱灾或涝灾,这是为什么?这也是“龙”在作怪。“龙”势力强的年份,它推动锋面雨带急速北上,跳过江淮地区到达华北和东北,由于长江中下游地区的梅雨期缩短,降水减少而发生干旱,而华北、东北地区因雨季过早过猛则发生洪涝,这就是人们常说的“南旱北涝”。如1959年初夏季节,由于从太平洋来的东南季风势力强盛、移动迅速,很快地由南岭跳到淮河以北,使雨带较往年提前到达华北一带,造成长江中下游地区在梅雨季节反常地出现“空梅”,干旱持续达两个月之久,形成百年未遇的大旱,而黄河中下游地区和东北的大部分地区洪水肆虐,形成南旱北涝的局面。“龙”势力弱的年份,锋面雨带在江淮地区迟迟不能北上,梅雨期在该地延长一个多月。就会出现水涝灾害,北方则出现严重的干旱,发生“北旱南涝”的灾情。如1954年,“龙”势力较弱,被北方冷空气所阻,冷、暖空气在江淮流域相持达两个月之久,梅雨期比正常年份延长了一个多月,仅7月的降水就超过400毫米,使长江中下游地区发生了百年未遇的大水,而北方则出现严重干旱。
我国是个多水旱灾害的国家,每年总有一些地区发生水旱灾害。据 历史 文献 记载:公元前206年至1949年,在2155年间,共发生水旱灾害1750多次,其中大旱1056次,大水658次。新
[关键词]延安市;水土流失;监测
中图分类号:TD353.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)20-0041-02
水土保持监测预报作为水土保持生态建设一项重要的基础性工作和“四大任务”之一,愈来愈受到各级的高度重视和社会的广泛关注。自1991年水土保持法颁布,特别是近些年来,全市水土保持监测工作,按照中央确立的新的治水思路,围绕水土保持生态建设中心工作,求真务实、改革创新,突出重点、全面推进,取得了明显成效,有了长足的发展。
随着知识经济的不断发展,科学技术的日新月异,水土保持工作内涵的变化,对水土保持管理工作要求越来越高,水土保持监测工作已显得尤为重要,应该引起高度重视。
1监测工作的必要性
1.1 监测工作是水土保持工作的重要内容之一
对于水土保持工作来讲,监测工作还是一项新兴的事业,同时也是一项非常重要的工作。特别是在当今这个知识经济的新时代,科学技术口新月异,水土保持工作内涵也不断更新与完善。其涉及领域已经从农业、农村、农地,逐步向非农领域、城市、矿山等一切产生水土流失的区域扩展:其内容也从预防监督、治理开发扩大到监测预报、行政管理和科研教育等整个水土保持工作中。其中监测工作好比水土保持工作的先行官和监视器,水土流失面积、分布、流失程度、危害、发展趋势,以及水土流失防治和效益状况等都要靠监测手段来完成。因此,加强新时期水土保持监测工作是十分必要和紧迫的。
1.2 监测工作是水土保持法律法规所赋予的重要职责
《中华人民共和国水土保持法》要求“水行政主管部门,要建立水土保持监测网络。对水土流失动态进行监测预报,并予以公告”,《水土保持条例》和《水土保持监测网络管理办法》对监测、公告的主要内容、监测机构的职责等也有明确规定。因此,监测工作是各级水土保持部门的重要职责,必须尽快建立完善监测机构,做到依法监测。
1.3 监测工作是水土保持预防、监督、治理等宏观决策的基础
水土流失防治、规划的制订、执法部门的监督和依法行政、综合防治措施的总体布局和实施水土保持宏观决策,均需要及时、准确和翔实全面的监测数据作为依据。如果缺少监测工作提供的监测信息,就难以掌握水土流失状况、变化规律及发展趋势,水土流失的防治工作就会存在盲目性,“数字化水保”就难以实现。
2 延安市水土保持监测工作状况
延安市的水土保持监测工作还刚刚起步。近年来结合水土流失治理工作,全市少数县根据不同需求结合现有水土保持生态建设项日相继建立了一些水土保持示范基地、径流小区、径流场等,亦获得了一定的观测资料,为进行土壤侵蚀规律、水土保持效益的分析研究,提供了大量的科学数据,取得了一定的成果。
土壤侵蚀规律研究。以向阳沟小区试验场等观测小区,以及我市16Ol座中型淤地坝泥沙淤积调查资料为基础,结合利用人工降雨在全市林地和坡耕地进行了人工降雨试验,获得了土壤侵蚀与降雨、坡度、植被等因子的相关关系,建立了一批单因子和多因子的数学模型,为全市土壤侵蚀量的计算,提供了一套较为科学的方法。
水土保持基础效益研究。分别利用了延河、洛河、南川河等河流的径流泥沙资料和上游水土保持状况,完成了诸河流泥沙动态变化研究,对上游水土保持治理成果进行了专门的分析评价。
3 应用计算机技术对全市重点水土流失区土壤侵蚀现状进行调查
从1986年到20O1年,结合全国土壤侵蚀调查,我市已进行了3次大范围土壤侵蚀调查。利用新版万分之一地形图解译方法从目视解译到以地理信息软件(ARC/INF0)为背景平台,采用人机交互判读,其成果一次比一次更科学。初步应用3s技术,初步建立了全市一个小流域的图形数据库和属性数据库模型。为提高水土保持工作管理水平,搞好水土保持监测工作奠定了良好的基础。
但也应该看到,与其他监测先进省市相比还有‘定差距。在机构建设上,虽然延安市监测分站成立较早,但人员配备和软硬件环境建设,还远远不能适应新时期监测工作的要求。全市在8O年代建立的一批水土保持观测站点,规模都比较小,而且由于资金有限,大多数的站点已不能正常工作。几乎所有站点的观测工作相继停止,很难保证监测资料的连续性。因此,为完善全市监测技术体系,实现精确定量、定位监测,必须加快全市各级水土保持监测网络建设的步伐。
4 监测工作总体设想
4.1 搞好监测网络建设
宏观决策是通过数据来实现的,而数据是通过监测网络获得的。监测网络建设要以市监测分站为核心,根据不同区域、流域、水土流失类型、河流、水库、国家重点治理区和大型开发建设项目区、泥石流和风沙区等,分别设立区域监测站、流域监测站、类型区监测站、河流监测站、水库上游监测站、重点项目监测站、特殊区域监测站。按照“全国水土保持监测网络建设可研报告”和“全市水土保持监测网络建设实施方案“全市“十一五”期间计划建设完善1个市监测分站,l2个监测站,2O一3O个固定和临时监测点,构成全市监测网络系统,纳入国家水土保持监测网络。
4 2 信息处理系统建设
该系统应是水土保持智能决策系统 其建设的主要内容应该是围绕水土保持监督执法、治理开发、监测预报、科研、行政管理等工作所需要的社会经济、水文气象、地理信息、水土流失和水土保持等基础数据信息。各类数据可形成独立的子数据库管理系统,并通过相关程序进行链接,利用计算机网络进行信息传递和交流。信息处理系统应具有监测信息的读写、录入、接收、统计、计算、分析和传递、反馈、检索等功能。通过对比分析,反映出的水土流失动态变化和水土保持成果,将作为制定政策、公告的依据。
4 3 围绕重点项目开展监测工作
市县各级监测机构要紧紧围绕辖区内重点项目,开展监测工作。市监测分站主要是对全市水土流失及水土保持进行宏观监控,分析归类,建立完善全市水土保持信息数据库。其监测重点区域及项目为:(1)市属大型水库,以及延河、洛河、清涧河、无定河及其主要支流,泥沙变化、径流、水质富营养化演变及其上游水土保持情况监测。(2)国家重点治理区延河、洛河流域治理成果、泥沙、径流、河床演变及效益的监测。(3)风蚀区监测。以安塞县、子长县、志丹县、吴起县的北部边界,逐步向南推进,监测土壤质地、肥力和水份的变化,分析风蚀沙化区的发展动态:监视大气粉尘及沙尘天气动态。(4)泥石流易发区监测。重点是延安市区的宝塔山、凤凰山、清凉山。主要监测泥石流产生机理、发生频率、形式、规模、危害,以及防治措施研究。(5)全市开发建设项目宏观监测。全市在建开发建设项目(相对人)基本情况、建设内容、项目分类、占地面积、破坏面积、弃土弃渣、规模属性、位置、流失情况,以及恢复治理情况等长期宏观监测。(6)大型开发建设项目重点监测。对短期大型开发建设项目,诸如高速公路、铁路和水利大型开发建设,要重点监测其破坏及恢复治理情况。
4.4 监测技术方法探讨
针对监测内容和目的的不同,采取不同的监测方法。最重要的方法是以3s技术为基础,以卫星遥总影像作为基本数据源,结合GP8定位观测,建立以GIS为操作平台的土壤侵蚀及其影响因子地理信息数据库,宏观掌握大、中流域的水土流失和水土保持状况?:以不同类型区的小流域作为定位监测小区,结合人工降雨野外测试,采用大比例尺新版地形图、数字地形图作为背景值,通过不同时段的遥感信息、对比小区或人工降雨野外测验信息对比,分析小流域水土流失的动态变化:在不同侵蚀类型区内选择有代表性的已治理的小流域作为定位监测小区,结合人工降雨野外测试、水文站点资料、社会调查、产品产量测试等,进行水土保持各项措施的基础效益、经济效益、社会效益和生态效益监测。
4 5 监测成果公告
监测成果公告是监测工作的重要环节。每5年公告一次全市市、县和区域的水土流失及其治理状况和发展动态:每年全市水土流失防治状况及相关监测信息:根据需要,对主要河流、水库上游、重点地区和重点工程项目的监测结果进行不定期公告,可以使社会各界,特别是各级政府及时掌握辖区的水土流失分布状况和流失程度,水土流失造成的危害及其发展趋势,水土流失防治情况及其效果,以引起对水土保持生态环境的关注。
5 监测工作存在的问题
我市水土保持监测工作自延安市水土保持监测分站成立以来开展了一系列的工作,近年来有了一定的发展,但与上级的要求仍存在着一定的差距。首先,经费投入远远不足。虽然我市成立了监测机构,但是并没有建立起稳定的投入机制。分站的运行经费和管理经费明显不足。投入机制不健全。工作经费的不足限制了我市水土保持监测机构的建设以及水土保持监测网络的发展,更未形成一套成熟的管理体系。而靠单位自筹经费来开展水土保持监测网络建设也是相当困难的。
其次,监测技术水平落后,监测项目单一。我市承担了一系列的水土保持监测项目,但是开展起来还存在着不足之处,主要表现在操作技术人员虽然进行过水土保持专业培训,但是缺乏实践经验:项目实施过程中监测技术落后,监测方法单一,监测内容仅仅限于水土流失量、植被覆盖度等一些影响开发建设项目的水土流失因子。
6 未来展望
随着全国监测网络的建成和完善,西部开发的推进,地球信息技术的进步,我国水土保持监测的地位与作用日益凸显, 理论研究也将迅速发展。和土地覆被监测一样,在今后较长一个时期内遥感手段将仍然是水土保持宏观监测的主要数据资料来源。GIS技术作为地球信息科技的核心将发挥更大作用。目前美、欧、日、印和我国都在制定新的对地观测计划,其它国家和一些商业公司的小卫星计划将提供米级分辨率的数字图像。作为本世纪的前沿遥感技术, 高光谱遥感迅速走向实用化。这些都将为水土保持监测提供更详尽可靠的基础信息。3S集成的发展, 将继续提高数据采集、信息提取、制图等方面的智能程度和工作效率, 减少人工处理量 。
针对不同区域的自然环境和土壤侵蚀特点, 全市开展区域水土流失监测评价和分析预报是最近的未来之重要任务。为使评价和分析结果与水土流失的实际生态影响更加接近,笔者认为无论监测内容的指标体系还是水土流失评价的指标体系,都可以各大自然地理区域分别拟定,但评价的综合标准应该一致。我市地域差异甚大,经济基础薄弱,生态脆弱,当前的开发建设更需要水土保持监测研究深入探讨合理的监测管理组织方式、科学快速的监测手段, 开展大区域水土流失分析预测。我市有必要对流域治理、退耕还林还草等水土保持生态建设项目实行动态监测评价。南部林区虽然水土流失面积小, 但经济发展相对落后, 土地利用强度不大, 但也应更加强调对常态水土流失发生的面源污染动态和工程建设项目的水土流失危害, 以及具有区域特点的土壤侵蚀的监测, 为水土流失危害和隐患评价预测提供支持。
网络化是水土保持监测的最重要发展方向之一。在全市水土保持监测网络快速建设的今天,网络化则显得更为迫切,资料、图形图象数据的网络共享、传输需求将越来越重要。今天的网络化工作可以依托现有的INTERNET,在网上实现各级各类水土保持机构和社会团体、公众对水土保持监测资料不同程度的共享,以加强水土保持研究、管理及与相应部门、社会的联系交流、协作:降低管理工作中信息传递的成本、提高传输速度与质量。网络化是实现微观层次实时监测的重要基础,对宏观监测,网络化是未来管理海量数据更为必要的要求。不过目前获取大面积水土流失数据信息尚有许多技术上的限制, 如传输速度、数字压缩技术等。目前GIS发展到组件式GIS, 开放程度日益提高,基于INTERNET的WebGIS和其它分布式GIS逐渐成熟,第二代互联网技术也在快速发展,这些都可望为网络化监测的实现提供有力支持。
参考文献
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