[00111755]天山山区人工增雨雪关键技术研发与应用

2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确提出：加强人工增雨雪作业示范区建设,科学开发利用空中云水资源。实施社会发展科技领域“十二五”国家科技计划项目,开展“天山山区人工增雨雪关键技术研发与应用”研究,属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中“水和矿产资源”下的“开发大气水、地表水、土壤水与地下水的转化机制和雨洪资源优化配置利用与人工增雨关键技术”的重点研究内容。新疆空中水汽输送和转化形成的降水大部分集中在山区。因此,运用人工增雨雪技术,开发天山地区空中丰富的云水资源,提高云水资源的降水转化率,不仅可增加山区自然降水量和河流径流量,而且可增加山区积雪、冰川储水量,以应对气候变化对新疆可持续发展的挑战。 项目任务来自于科技部科技支撑计划项目1项、国家自然科学基金项目2项,研究起止年限为2009-2016年,历时8年,投入总经费4516万元。 1、项目以新疆天山为试验区,开展的天山山区空中云水资源潜力评估,研发了山区多弹型增雨雪火箭发射发射装置、人工影响天气探测作业一体化无人机系统、超短脉冲激光人工引雷降雨技术与设备三种装置,建立了人工增雨雪科技应用示范基地,定量评估了天山山区人工增雨雪示范效果。 2、创新点： 1)首次给出天山区域空中水资源总量与可开发利用水资源量。 每年流经天山区域的水汽约有11532亿立方米,以自然降水降落到地面为1209亿立方米,降水转化率平均为11.5%;天山区域人工增雨潜力约为110亿立方米。 2)突破“一架多弹型”关键技术,研制出山区多弹型增雨雪火箭自动发射装置,开拓了人影火箭作业新技术。 实现用一部火箭发射装置同时装载和定向自动发射WR-98型、HJD-82A型、RYI-6300型和BL-1型四种火箭弹,并实现100m范围内遥控设定作业方位、仰角和点火发射,以及作业参数自动记录上传功能,提高了作业效率和安全性。 3)集成研发具备人影探测、催化播撒功能于一体的智能化无人机作业系统,填补了国内外该领域技术空白。 无人机最大飞行作业高度6000m,抗风能力25m/s,最大作业半径60km,飞行续航时间4小时,最大载重45kg,可携带焰条20kg以上,具备自动除冰、自救等功能。机载冷暖云催化系统可实现自主和遥控点火作业,点火可靠,燃烧稳定,播撒高效。气象环境探测系统具备自主判定作业时机功能。 4)取得了飞秒激光关键技术参数重大突破,研发了全固态飞秒激光引雷降雨发射装置,并首次在野外环境下试验运行。 将飞秒激光脉冲发展为间隔为2.9ns的脉冲序列,等离子体通道寿命从原来的8ns提高到100ns,在野外环境下可产生长度大于2km的等离子体通道,系统可连续稳定运行8h以上,开创了激光引雷降雨新手段。 5)首次定量评估天山山区人工增雨示范基地增雨效果。 在人工增雨作业期间收集了相应对比区域第一手效果检验资料和评估数据,并利用统计对比分析和数值模拟方法,开展了天山山区人工增雨效果检验与评估,结果表明：在人影作业试验期,巴音布鲁克人工增雨示范基地降水量增加了11%。 3、项目获得国家发明专利7项,国家实用新型专利9项,计算机软件著作权2项。发表学术论文92篇（其中SCI论文23篇）,出版学术专著2部;培养博士15名、硕士18名。 4、本项目研发的多弹型增雨雪火箭自动发射装置在巴州气象局、石河子气象局和塔城地区气象局人影作业中得到广泛应用,效果良好。研制的无人机作业系统,在新疆巴州和内蒙古包头的实际增雨作业中得到很好的应用。无人机平台销售2架,激光云粒子谱仪销售3台,冷云焰条销售1300套,飞控系统直接销售30余套,已创经济效益近千万。通过本课题发展起来的飞秒激光器和大气通道产生测量技术,发展具有自主知识产权的激光器和探测设备,可以打破国外企业的垄断。中国科学院物理研究所通过技术入股和研发人员控股方式成立盐城物科光电有限公司,将本项目研制的超短脉冲激光器进行产业化开发与销售,2015年10月至今共销售9台超短脉冲激光器及配件,销售金额为249.35万元。 本项目在伊犁州、农四师和巴州地区的天山山区开展了多次人影作业,有效增加了山区降水以及山区河流水资源量,为区域农业、林业、畜牧业以及工业和生活用水提供了有效保障。