人工影響天氣工程效益評價指標與方法研究
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摘要：針對人工影響天氣工程的具體特點，主要探討了人工影響天氣工程效益評價指標設計的原則和特點，闡述了人工影響天氣工程效益評價指標體系的構成，并對評價指標及評價方法進行了解釋說明。該指標體系的構建將有利于東北區域人工影響天氣工程效益評價工作的開展，并對其他區域人工影響天氣工程效益評價工作起到借鑒作用。
關鍵詞：人工影響天氣工程;評價;指標;方法
中圖分類號：P48 文獻標識碼：A
文章編號：0439-8114（2019）07-0027-05
Abstract： In view of the specific characteristics of artificial weather engineering， the principles and characteristics of the design of the evaluation index of artificial weather engineering benefits were mainly discussed， the composition of the evaluation index system of artificial weather engineering benefits was expounded， and the evaluation index and evaluation method was explained. The establishment of the index system will be beneficial to the evaluation of the engineering benefits of weather modification in northeast China， and play a reference role in the evaluation of the engineering benefits of weather modification in other regions.
Key words： artificial weather engineering; evaluation; indicator; method
項目效益評價是項目后評價的一部分。項目后評價一般是指項目投資完成之后所進行的評價，它通過對項目實施過程、結果及其影響進行調查研究和全面系統回顧，與項目決策時確定的目標以及技術、經濟、環境、社會指標進行對比，從中找出差別和變化，并分析原因，總結經驗，汲取教訓，得到啟示，提出對策建議，通過信息反饋，改善新一輪投資管理和決策，從而達到提高投資效益的目的。通過對人工影響天氣工程進行效益評價，能夠為政府向氣象部門投入和有針對性地改進工程建設提供理論依據。
從20世紀80年代開始，氣象部門就氣象現代化建設包括氣象綜合探測、氣象信息網絡、基本氣象信息加工分析預測和氣象信息技術服務4個系統進行綜合評估，提出了適合于氣象現代化業務效益評價的方法，即APFP評價法。截至目前，氣象現代化評估已分別形成一套省級氣象現代化評估指標體系和國家級氣象業務現代化指標體系。其中，國家級氣象業務現代化指標體系由3項一級指標、14項二級指標、50項三級指標組成，涵蓋國家級氣象業務現代化的主要方面[1]。該指標體系適用于國家級氣象業務現代化工作的統計評價，是中國氣象局監測評價國家級層面氣象業務現代化進行的自我評價指標。
氣象服務效益的評估起步較早，是科學定量對氣象服務效益進行的客觀評估，是讓社會各界、政府決策部門了解、理解和支持氣象事業發展的重要途徑。在20世紀70年代后期，不少專家學者在這方面做過有效的探索。1983年，中國氣象局成立了氣象科技經濟效益研究課題組，初步提出了公眾氣象服務效益評估方法和行業氣象服務效益評估方法。1994年，中國氣象局設立了氣象服務效益評估研究課題，采用自愿付費法、節省費用法和影子價格法3種方法對公眾氣象服務經濟效益進行了定量評估[2]。2006年，中國氣象局成立了新的氣象效益評估研究組，制定了《公共氣象服務效益評估實施方案》《高敏感行業重點單位氣象服務效益評估實施方案》，從2009年開始，中國氣象局正式建立了氣象服務效益評價業務。
人工影響天氣是氣象部門的一項重要業務，它是氣象服務于防災減災、保護人民生命財產安全和提高人民生活質量的重要科技手段之一。為使人工影響天氣業務持續健康發展，中國已開展對人工影響天氣作業完成后的效果評估，曾在福建古田水庫開展為期12年的高炮人工增雨隨機試驗，以檢測人工影響天氣作業效果[3]。對于人工影響天氣工程項目效益的評價目前尚未開展相關研究，僅在氣象現代化的評估方法研究中對部門能力建設考核指標中提出了人工影響天氣作業水平這一綜合指標。
1 評價指標體系的設計原則
基于人工影響天氣工程項目效益內涵的廣泛性及其評價系統的復雜性，其指標的設置應遵循以下原則。
1.1 針對性和全面性原則
效益評價指標必須針對人工影響天氣工程所帶來的效果效益的特點合理選擇，抓住關鍵和主導的影響因子。指標的設置應從宏觀整體角度出發，依據各區域人工影響工程的項目特點，全面準確地反映人工影響工程項目從準備立項階段至正常運行階段的效益狀況。
1.2 可操作性原則
根據現實條件和評價對象的特點選擇具有可操作性的評價方法和評價指標，并注重理論與實際相結合。指標的可操作性包括指標值的基礎數據可收集、可運算或分析獲取，且指標間可以在同一層次比較[4]。畢竟一個完整的指標體系包含大量的分級指標，無論一個指標本身對目標的關聯度多高，但是指標值無法獲取或極難獲取，或者獲取指標值的工作量巨大，就該權衡它的取舍。指標的可操作性還體現在指標的真實性、可靠性和有效性，指標體系的建立要有公眾的參與，積極聽取社會各方面意見和要求，保證指標的有效性。指標體系的可操作性不能只注重學術理論上的探討，再完美的理論體系如果不能與實際相結合也是空談。指標體系中指標選取要實用、方便、簡潔，這樣方便資料的收集整理，也可以減少工作中的失誤，提高工作效率。 1.3 代表性和簡明性原則
選擇的指標應盡可能簡單明了，并具有代表性，能夠準確清楚地反映問題。依據各區域人工影響工程項目特點，指標應盡量完整并兼顧與目標關聯的眾多各類指標。評價指標雖力求完整，但并不是越多越好。指標的設置要圍繞評價的目的加以選擇，每個指標的含義應科學明確，代表特征要清楚。
1.4 定量和定性相結合的原則
對總目標產生主要影響的指標有些可以量化計算，而有些卻不能量化或難以量化，但它又是總目標的主要影響因子，只能定性描述，所以一個完整的指標體系需要定量指標和定性指標相結合[4]。定性指標和定量指標的類別確定也不是絕對的。定性指標和定量指標均要考慮指標值的獲取途徑，定量指標的計算公式力求簡單明了，基礎數據能夠收集到;定性指標采用成功度定義，以度或評價結尾，利用調查問卷和調查表的方式收集數據，統計分析獲取指標值。
2 評價指標體系的設計思路
評價指標是效益評價的核心，它影響到整個評價分析以及評價結果的確定。在眾多指標中，把聯系密切的指標歸為一類，構成指標群，形成不同的指標層，有利于全面清晰地反映研究對象。因此，評價指標體系是由表征評價對象各方面特性及其相互聯系的多個指標所構成的具有內在結構的有機整體。
采用層次分析法開展人工影響天氣工程項目效益評價，即利用多指標綜合指數的理論及方法將效益評價總體指標分為若干層次和若干指標并賦予不同的權重，最后將所選擇的有代表性的若干個指標綜合成一個指數，從而做出綜合評價。
2.1 評價指標的分解
按照層層包含的邏輯關系，將評價指標分解為3層，最上面（第一層）是目標層，中間一層或兩層是指標層，底層為方案層。層次分析法對評價目標的分解分為3個步驟：第一步，目標層針對所評估對象的宏觀目標，即最重要、廣度最大的幾個方面。第二步，中間的指標層是對目標層的細化，通過具體的、可量化的指標來實現指標層的情況。與目標層相比，指標層具有明顯的具體性。第三步，底層的方案層是對上面兩層的支撐，任何一個指標都有非常詳細的對應數據或者定性判斷。
從底層的方案到中間的指標層再到上層的目標層，是一個多層次的層次關系模型，下面一層為上一面一層的實現提供支撐手段和數據。從上層到底層存在對應關系，每一個目標層都有相應的指標層與之對應，同樣每個指標層也有方案層與之對應。
2.2 評價指標的選取
構建一個科學有效的綜合指標體系成為人工影響天氣工程項目評價的重要前提。評價指標既要能保證服從評價目標，達到評價目的，又要有助于簡化評價程序，保證數據來源。按照評價指標設置的原則完成設置后，綜合指標的篩選一般需要3個步驟：第一步是海選。根據人工影響天氣工程項目的特點和設置的評價指標，盡可能多地列舉出能夠體現該指標且符合評價要求的指標，海選指標可通過問卷調查、資料調研等方式搜集。要注意的是，人工影響天氣工程項目可行性研究報告和初步設計中會提出項目的建設目標，在指標的海選過程中一定要包含或體現項目的建設目標，特別是建設目標中的定量指標。第二步是優選。進行效益評價需要時間、人力和經費投入，指標優選能夠有效降低評價成本，并提高評價的客觀性。優選的主要依據是指標的代表性和可得性。第三步是精選。在前面的海選和優選之后，通過征求專家意見等方式對相關指標進行調整與修正，完成精選。
2.3 綜合指標體系的建立
多指標綜合評價作為全面認識事物的重要方法，近年來受到社會各界的廣泛關注，構建合理的綜合指標體系是實現科學評價的前提。綜合評價人工影響天氣工程項目效益所涉及的各相關要素構成評價要素集。各要素的重要程度可能相同，也可能不同，用以評價人工影響天氣工程效益的一系列指標構成評價指標集。評價指標集是評價要素集的一個映射，一個評價要素集存在多個映射指標集。建立合理的評價指標體系就是在多個映射指標集中尋優，評價指標集和評價要素集之間存在4種映射關系，分別是一對一關系，即一個評價指標只反映一個評價要素;一對多關系，即一個評價指標反映多個評價要素;多對一關系，即多個評價指標反映一個評價要素;多對多關系，即多個評價指標反映多個評價要素。各級指標的權重系數采用專家評估法，通過專家咨詢的方式，根據專家經驗確定各級指標的權重。
3 評價指標體系及評價方法
進行指標體系構建，將評價指標體系分為3級，具體見表1。
3.1 社會效益評價
3.1.1 保障“三農”發展
1）土壤墑情。土壤墑情是指土壤濕度，即土壤的實際含水量。該指標與降水量有密切聯系，能夠反映抗旱減災的效果，從而對人工影響工程累計降水量的變化進行考察。土壤墑情一般以土壤含水量表示，分重量含水量和容積含水量兩種，二者之間的關系由土壤容量來換算[5]。選取國家級重點產量縣作為典型區，對比典型區內人工影響天氣工程建設前后土壤墑情的變化。
2）農田凈初級生產力。農田凈初級生產力是衡量農田生產能力的和系統活力的重要指標，它能夠以統一的尺度標準體現農田生態系統生產能力，避免以單一作物產量衡量農田生產力時由于農業結構調整、作物品種變化等帶來的干擾。該指標能夠轉化成糧食產量，農田凈初級生產力的變化反映人工影響天氣工程累計降水量帶來糧食產量的變化。選取部分重點作業區為典型區，對比各典型區/全區實施人工影響天氣工程建設前后農田凈初級生產力變化情況。
3）農田產能。建立農田產能估算模型能夠反映糧食生產能力。選取部分重點作業區為典型區，根據各樣本縣主要農作物產量統計數據和NPP數據，建立耕地產量與單位耕地面積NPP間的回歸關系，據此進行逐年耕地產能計算，對項目實施前后產能變化進行估計。 3.1.2 保障重大活動/日常生活
1）森林草原防火。中國重大森林火災時有發生，人工增雨是預防和撲滅森林草原火災的重要手段。該指標能夠體現通過項目建設對于保障國家財產安全的情況。通過提供實施飛機人工增雨作業開展撲救森林草原火災的相關案例，對相關案例進行分析來對該指標進行評價。
2）重大社會活動保障。人工消減雨對重大社會活動起到了重要作用。通過人工影響天氣工程建設的飛機，能夠完成各次重大活動人工消減雨作業，該指標能夠體現對于社會重大活動的保障情況。通過提供重大社會活動人工消減雨作業的相關案例，對相關案例進行分析來進行該指標的評價。
3）重大突發事件。通過人影工程建設的作業飛機、地面移動通信指揮平臺和移動多普勒天氣雷達的建立，保障人工影響天氣指揮和作業的同時，在重大突發事件發生的時候能夠快速到達現場，具備現場氣象要素測量、數據處理和控制、資料存儲檢索、衛星和無線通信、遠程會商、現場天氣預報、災情分析統計和評估等功能，承擔起人工影響天氣以外的應急救災減災任務。因此，對重大突發事件的應急響應作為保障重大活動的一項考察指標。其評價方法為提供突發事件應急響應的相關案例，對相關案例進行分析。
4）緩解水資源短缺。判斷水庫庫容和水位變化是衡量降水量變化的重要指標。選取常年在水庫上游作業或者水庫集水區域作業的水庫作為典型區域，其飲用水水源水庫庫容變化計算公式：
3.2 生態效益評價
生態系統變化可能受多種因素影響，如湖泊面積變化受水庫放水等人為因素影響，該因素能夠計算出湖泊水量變化，從而計算出對湖泊面積變化的影響;但氣候變化等自然因素對湖泊的影響無法準確計算，在這種情況下，考慮應用模型模擬控制變量法?？刂谱兞糠ㄊ窃诿商乜宸椒ㄖ杏糜跍p少方差的一種技術方法，該方法通過對已知量的了解來減少對未知量估計的誤差。
以湖泊面積為例，通過輸入工程建設前多年平均氣候要素，估算平均氣候狀況下工程建設后的湖泊面積，在不考慮其他決定性因素的情況下，認為其主要反映工程建設的影響。因此，對比平均氣候狀況和真實氣候狀況下工程實施前后的湖泊面積變化，可以分離出人工影響天氣工程和氣候變化因子對湖泊面積的貢獻率[6]，具體計算公式：
3.2.1 湖泊 湖泊面積的變化情況能夠反映水資源的情況，進而反映人工影響天氣工程對于人工增雨的效果。其評價方法為在區域內隨機選取6～8個湖泊，對比人工影響天氣工程實施前后的湖泊面積變化。
3.2.2 河流 同湖泊面積，地表徑流流量變化反映了水資源的情況，進而反映人工影響天氣工程對人工增雨的效果。其評價方法為在區域內隨機選取6～8條河流，對比分析人工影響天氣工程實施前后地表徑流流量的變化。
3.2.3 草原
1）草場植被覆蓋度。草場植被覆蓋度指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比。該指標是衡量地表植被狀況的重要指標，是生態環境質量評價的重要手段。其評價方法為選取區域內的典型草地植被覆蓋情況進行遙感監測，對比分析人工影響天氣工程實施前后草場植被蓋度的變化。
2）草場凈初級生產力。凈初級生產力是指植物在單位時間單位面積上由光合作用產生的有機物總量扣除自養呼吸后的剩余量。凈初級生產力可表示為每公頃每年初級生產者的重量、體積或能量[7]。
草場凈初級生產力用于測定植物群落在該立地上的生長狀況和對干擾的反映，該指標能夠深刻反映環境的變化，對生物和非生物環境具有較強的敏感性。其評價方法為對人工影響天氣工程實施前后草場凈初級生產力變化進行評估。
3.2.4 森林 用森林凈初級生產力反映森林的情況，進而反映人工影響天氣工程對人工增雨的效果。其評價方法為對人工影響天氣工程實施前后凈初級生產力變化進行評估。
3.3 經濟效益指標
工程年投入產出比用貨幣來衡量人工影響天氣工程實施帶來的經濟效果，采用統一的價值量作為度量經濟與生態、環境、農業等資源因素的共同尺度，將以上因素納入經濟活動的范疇，直接反映該項目的經濟效果。其評價方法為分別計算項目實施后工程投入資金和工程產出資金，并以此計算工程年投入產出比。
4 小結與討論
人工影響天氣作業能夠產生巨大而潛在的社會效益、生態效益和經濟效益。本研究綜合應用了氣象學、農學、生態學、經濟學和社會學等多學科專業知識，注重模型化、簡單化、定量化、系統化，從多個角度對人工影響天氣工程效益的評價指標體系的設置原則、構建思路以及具體指標進行研究。
通過對人工影響天氣工程進行效益評價，能夠為政府向氣象部門投入提供重要的參考依據，并對有針對性地改進工程建設提供借鑒意義。今后，將積極推廣該評價指標體系應用于人工影響天氣工程效益評價，通過實踐的驗證分析，進一步改進和完善指標體系中的指標和評價方法。
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