人工影响天气工程效益评价指标与方法研究

作者:未知

  摘要:针对人工影响天气工程的具体特点,主要探讨了人工影响天气工程效益评价指标设计的原则和特点,阐述了人工影响天气工程效益评价指标体系的构成,并对评价指标及评价方法进行了解释说明。该指标体系的构建将有利于东北区域人工影响天气工程效益评价工作的开展,并对其他区域人工影响天气工程效益评价工作起到借鉴作用。
  关键词:人工影响天气工程;评价;指标;方法
  中图分类号:P48         文献标识码:A
  文章编号: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
  项目效益评价是项目后评价的一部分。项目后评价一般是指项目投资完成之后所进行的评价,它通过对项目实施过程、结果及其影响进行调查研究和全面系统回顾,与项目决策时确定的目标以及技术、经济、环境、社会指标进行对比,从中找出差别和变化,并分析原因,总结经验,汲取教训,得到启示,提出对策建议,通过信息反馈,改善新一轮投资管理和决策,从而达到提高投资效益的目的。通过对人工影响天气工程进行效益评价,能够为政府向气象部门投入和有针对性地改进工程建设提供理论依据。
  从20世纪80年代开始,气象部门就气象现代化建设包括气象综合探测、气象信息网络、基本气象信息加工分析预测和气象信息技术服务4个系统进行综合评估,提出了适合于气象现代化业务效益评价的方法,即APFP评价法。截至目前,气象现代化评估已分别形成一套省级气象现代化评估指标体系和国家级气象业务现代化指标体系。其中,国家级气象业务现代化指标体系由3项一级指标、14项二级指标、50项三级指标组成,涵盖国家级气象业务现代化的主要方面[1]。该指标体系适用于国家级气象业务现代化工作的统计评价,是中国气象局监测评价国家级层面气象业务现代化进行的自我评价指标。
  气象服务效益的评估起步较早,是科学定量对气象服务效益进行的客观评估,是让社会各界、政府决策部门了解、理解和支持气象事业发展的重要途径。在20世纪70年代后期,不少专家学者在这方面做过有效的探索。1983年,中国气象局成立了气象科技经济效益研究课题组,初步提出了公众气象服务效益评估方法和行业气象服务效益评估方法。1994年,中国气象局设立了气象服务效益评估研究课题,采用自愿付费法、节省费用法和影子价格法3种方法对公众气象服务经济效益进行了定量评估[2]。2006年,中国气象局成立了新的气象效益评估研究组,制定了《公共气象服务效益评估实施方案》《高敏感行业重点单位气象服务效益评估实施方案》,从2009年开始,中国气象局正式建立了气象服务效益评价业务。
  人工影响天气是气象部门的一项重要业务,它是气象服务于防灾减灾、保护人民生命财产安全和提高人民生活质量的重要科技手段之一。为使人工影响天气业务持续健康发展,中国已开展对人工影响天气作业完成后的效果评估,曾在福建古田水库开展为期12年的高炮人工增雨随机试验,以检测人工影响天气作业效果[3]。对于人工影响天气工程项目效益的评价目前尚未开展相关研究,仅在气象现代化的评估方法研究中对部门能力建设考核指标中提出了人工影响天气作业水平这一综合指标。
  1  评价指标体系的设计原则
  基于人工影响天气工程项目效益内涵的广泛性及其评价系统的复杂性,其指标的设置应遵循以下原则。
  1.1  针对性和全面性原则
  效益评价指标必须针对人工影响天气工程所带来的效果效益的特点合理选择,抓住关键和主导的影響因子。指标的设置应从宏观整体角度出发,依据各区域人工影响工程的项目特点,全面准确地反映人工影响工程项目从准备立项阶段至正常运行阶段的效益状况。
  1.2  可操作性原则
  根据现实条件和评价对象的特点选择具有可操作性的评价方法和评价指标,并注重理论与实际相结合。指标的可操作性包括指标值的基础数据可收集、可运算或分析获取,且指标间可以在同一层次比较[4]。毕竟一个完整的指标体系包含大量的分级指标,无论一个指标本身对目标的关联度多高,但是指标值无法获取或极难获取,或者获取指标值的工作量巨大,就该权衡它的取舍。指标的可操作性还体现在指标的真实性、可靠性和有效性,指标体系的建立要有公众的参与,积极听取社会各方面意见和要求,保证指标的有效性。指标体系的可操作性不能只注重学术理论上的探讨,再完美的理论体系如果不能与实际相结合也是空谈。指标体系中指标选取要实用、方便、简洁,这样方便资料的收集整理,也可以减少工作中的失误,提高工作效率。   1.3  代表性和简明性原则
  选择的指标应尽可能简单明了,并具有代表性,能够准确清楚地反映问题。依据各区域人工影响工程项目特点,指标应尽量完整并兼顾与目标关联的众多各类指标。评价指标虽力求完整,但并不是越多越好。指标的设置要围绕评价的目的加以选择,每个指标的含义应科学明确,代表特征要清楚。
  1.4  定量和定性相结合的原则
  对总目标产生主要影响的指标有些可以量化计算,而有些却不能量化或难以量化,但它又是总目标的主要影响因子,只能定性描述,所以一个完整的指标体系需要定量指标和定性指标相结合[4]。定性指标和定量指标的类别确定也不是绝对的。定性指标和定量指标均要考虑指标值的获取途径,定量指标的计算公式力求简单明了,基础数据能够收集到;定性指标采用成功度定义,以度或评价结尾,利用调查问卷和调查表的方式收集数据,统计分析获取指标值。
  2  评价指标体系的设计思路
  评价指标是效益评价的核心,它影响到整个评价分析以及评价结果的确定。在众多指标中,把联系密切的指标归为一类,构成指标群,形成不同的指标层,有利于全面清晰地反映研究对象。因此,评价指标体系是由表征评价对象各方面特性及其相互联系的多个指标所构成的具有内在结构的有机整体。
  采用层次分析法开展人工影响天气工程项目效益评价,即利用多指标综合指数的理论及方法将效益评价总体指标分为若干层次和若干指标并赋予不同的权重,最后将所选择的有代表性的若干个指标综合成一个指数,从而做出综合评价。
  2.1  评价指标的分解
  按照层层包含的逻辑关系,将评价指标分解为3层,最上面(第一层)是目标层,中间一层或两层是指标层,底层为方案层。层次分析法对评价目标的分解分为3个步骤:第一步,目标层针对所评估对象的宏观目标,即最重要、广度最大的几个方面。第二步,中间的指标层是对目标层的细化,通过具体的、可量化的指标来实现指标层的情况。与目标层相比,指标层具有明显的具体性。第三步,底层的方案层是对上面两层的支撑,任何一个指标都有非常详细的对应数据或者定性判断。
  从底层的方案到中间的指标层再到上层的目标层,是一个多层次的层次关系模型,下面一层为上一面一层的实现提供支撑手段和数据。从上层到底层存在对应关系,每一个目标层都有相应的指标层与之对应,同样每个指标层也有方案层与之对应。
  2.2  评价指标的选取
  构建一个科学有效的综合指标体系成为人工影响天气工程项目评价的重要前提。评价指标既要能保证服从评价目标,达到评价目的,又要有助于简化评价程序,保证数据来源。按照评价指标设置的原则完成设置后,综合指标的筛选一般需要3个步骤:第一步是海选。根据人工影响天气工程项目的特点和设置的评价指标,尽可能多地列举出能够体现该指标且符合评价要求的指标,海选指标可通过问卷调查、资料调研等方式搜集。要注意的是,人工影响天气工程项目可行性研究报告和初步设计中会提出项目的建设目标,在指标的海选过程中一定要包含或体现项目的建设目标,特别是建设目标中的定量指标。第二步是优选。进行效益评价需要时间、人力和经费投入,指标优选能够有效降低评价成本,并提高评价的客观性。优选的主要依据是指标的代表性和可得性。第三步是精选。在前面的海选和优选之后,通过征求专家意见等方式对相关指标进行调整与修正,完成精选。
  2.3  综合指标体系的建立
  多指标综合评价作为全面认识事物的重要方法,近年来受到社会各界的广泛关注,构建合理的综合指标体系是实现科学评价的前提。综合评价人工影响天气工程项目效益所涉及的各相关要素构成评价要素集。各要素的重要程度可能相同,也可能不同,用以评价人工影响天气工程效益的一系列指标构成评价指标集。评价指标集是评价要素集的一个映射,一个评价要素集存在多个映射指标集。建立合理的評价指标体系就是在多个映射指标集中寻优,评价指标集和评价要素集之间存在4种映射关系,分别是一对一关系,即一个评价指标只反映一个评价要素;一对多关系,即一个评价指标反映多个评价要素;多对一关系,即多个评价指标反映一个评价要素;多对多关系,即多个评价指标反映多个评价要素。各级指标的权重系数采用专家评估法,通过专家咨询的方式,根据专家经验确定各级指标的权重。
  3  评价指标体系及评价方法
  进行指标体系构建,将评价指标体系分为3级,具体见表1。
  3.1  社会效益评价
  3.1.1  保障“三农”发展
  1)土壤墒情。土壤墒情是指土壤湿度,即土壤的实际含水量。该指标与降水量有密切联系,能够反映抗旱减灾的效果,从而对人工影响工程累计降水量的变化进行考察。土壤墒情一般以土壤含水量表示,分重量含水量和容积含水量两种,二者之间的关系由土壤容量来换算[5]。选取国家级重点产量县作为典型区,对比典型区内人工影响天气工程建设前后土壤墒情的变化。
  2)农田净初级生产力。农田净初级生产力是衡量农田生产能力的和系统活力的重要指标,它能够以统一的尺度标准体现农田生态系统生产能力,避免以单一作物产量衡量农田生产力时由于农业结构调整、作物品种变化等带来的干扰。该指标能够转化成粮食产量,农田净初级生产力的变化反映人工影响天气工程累计降水量带来粮食产量的变化。选取部分重点作业区为典型区,对比各典型区/全区实施人工影响天气工程建设前后农田净初级生产力变化情况。
  3)农田产能。建立农田产能估算模型能够反映粮食生产能力。选取部分重点作业区为典型区,根据各样本县主要农作物产量统计数据和NPP数据,建立耕地产量与单位耕地面积NPP间的回归关系,据此进行逐年耕地产能计算,对项目实施前后产能变化进行估计。   3.1.2  保障重大活动/日常生活
  1)森林草原防火。中国重大森林火灾时有发生,人工增雨是预防和扑灭森林草原火灾的重要手段。该指标能够体现通过项目建设对于保障国家财产安全的情况。通过提供实施飞机人工增雨作业开展扑救森林草原火灾的相关案例,对相关案例进行分析来对该指标进行评价。
  2)重大社会活动保障。人工消减雨对重大社会活动起到了重要作用。通过人工影响天气工程建设的飞机,能够完成各次重大活动人工消减雨作业,该指标能够体现对于社会重大活动的保障情况。通过提供重大社会活动人工消减雨作业的相关案例,对相关案例进行分析来进行该指标的评价。
  3)重大突发事件。通过人影工程建设的作业飞机、地面移动通信指挥平台和移动多普勒天气雷达的建立,保障人工影响天气指挥和作业的同时,在重大突发事件发生的时候能够快速到达现场,具备现场气象要素测量、数据处理和控制、资料存储检索、卫星和无线通信、远程会商、现场天气预报、灾情分析统计和评估等功能,承担起人工影响天气以外的应急救灾减灾任务。因此,对重大突发事件的应急响应作为保障重大活动的一项考察指标。其评价方法为提供突发事件应急响应的相关案例,对相关案例进行分析。
  4)缓解水资源短缺。判断水库库容和水位变化是衡量降水量变化的重要指标。选取常年在水库上游作业或者水库集水区域作业的水库作为典型区域,其饮用水水源水库库容变化计算公式:
  3.2  生态效益评价
  生态系统变化可能受多种因素影响,如湖泊面积变化受水库放水等人为因素影响,该因素能够计算出湖泊水量变化,从而计算出对湖泊面积变化的影响;但气候变化等自然因素对湖泊的影响无法准确计算,在这种情况下,考虑应用模型模拟控制变量法。控制变量法是在蒙特卡洛方法中用于减少方差的一种技术方法,该方法通过对已知量的了解来减少对未知量估计的误差。
  以湖泊面积为例,通过输入工程建设前多年平均气候要素,估算平均气候状况下工程建设后的湖泊面积,在不考虑其他决定性因素的情况下,认为其主要反映工程建设的影响。因此,对比平均气候状况和真实气候状况下工程实施前后的湖泊面积变化,可以分离出人工影响天气工程和气候变化因子对湖泊面积的贡献率[6],具体计算公式:
  3.2.1  湖泊  湖泊面积的变化情况能够反映水资源的情况,进而反映人工影响天气工程对于人工增雨的效果。其评价方法为在区域内随机选取6~8个湖泊,对比人工影响天气工程实施前后的湖泊面积变化。
  3.2.2  河流  同湖泊面积,地表径流流量变化反映了水资源的情况,进而反映人工影响天气工程对人工增雨的效果。其评价方法为在区域内随机选取6~8条河流,对比分析人工影响天气工程实施前后地表径流流量的变化。
  3.2.3  草原
  1)草场植被覆盖度。草场植被覆盖度指植被(包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。该指标是衡量地表植被状况的重要指标,是生态环境质量评价的重要手段。其评价方法为选取区域内的典型草地植被覆盖情况进行遥感监测,对比分析人工影响天气工程实施前后草场植被盖度的变化。
  2)草场净初级生产力。净初级生产力是指植物在单位时间单位面积上由光合作用产生的有机物总量扣除自养呼吸后的剩余量。净初级生产力可表示为每公顷每年初级生产者的重量、体积或能量[7]。
  草场净初级生产力用于测定植物群落在该立地上的生长状况和对干扰的反映,该指标能够深刻反映环境的变化,对生物和非生物环境具有较强的敏感性。其评价方法为对人工影响天气工程实施前后草场净初级生产力变化进行评估。
  3.2.4  森林  用森林净初级生产力反映森林的情况,进而反映人工影响天气工程对人工增雨的效果。其评价方法为对人工影响天气工程实施前后净初级生产力变化进行评估。
  3.3  经济效益指标
  工程年投入产出比用货币来衡量人工影响天气工程实施带来的经济效果,采用统一的价值量作为度量经济与生态、环境、农业等资源因素的共同尺度,将以上因素纳入经济活动的范畴,直接反映该项目的经济效果。其评价方法为分别计算项目实施后工程投入资金和工程产出资金,并以此计算工程年投入產出比。
  4  小结与讨论
  人工影响天气作业能够产生巨大而潜在的社会效益、生态效益和经济效益。本研究综合应用了气象学、农学、生态学、经济学和社会学等多学科专业知识,注重模型化、简单化、定量化、系统化,从多个角度对人工影响天气工程效益的评价指标体系的设置原则、构建思路以及具体指标进行研究。
  通过对人工影响天气工程进行效益评价,能够为政府向气象部门投入提供重要的参考依据,并对有针对性地改进工程建设提供借鉴意义。今后,将积极推广该评价指标体系应用于人工影响天气工程效益评价,通过实践的验证分析,进一步改进和完善指标体系中的指标和评价方法。
  参考文献:
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