當(dāng)前位置:首頁 > 人工影響天氣

人工影響天氣——云端“活水”這樣來

發(fā)布時間:2021年03月15日 來源:中國氣象報社 作者:王玫玨 王亮 盧健 張明祿 宛霞 簡菊芳

  自1958年我國啟動人工影響天氣試驗以來,把“空中水庫”搬運(yùn)到地面的夢想變成了現(xiàn)實(shí),并在防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)文明建設(shè)和重大活動保障等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。六十多年來,人工影響天氣技術(shù)不斷發(fā)展、能力不斷提升,作業(yè)手段日趨豐富,人們的關(guān)注度也隨之上升。如何實(shí)現(xiàn)人工增雨、我國空中水資源是否會枯竭、人工增雨(雪)會不會破壞天氣系統(tǒng)和環(huán)境……

    裝備+催化劑的神奇效果

  云中水如何變成地上一滴雨?需要具備三個基本條件:云中水汽豐富、凝結(jié)核充足、有氣流上升運(yùn)動。一般來說,積雨云、濃積云和雨層云容易產(chǎn)生降水,而晴天的積云和層積云不易產(chǎn)生降水。最有利于云滴增長為雨滴的,是冰水共存的混合云。

  “化云為雨”,是否有加速手段?隨著科技發(fā)展,飛機(jī)、火箭、高炮、煙爐等“五花八門”的裝備搭配上“風(fēng)味”不同的催化劑,讓“化云為雨”在特定天氣條件下成為可能。從專業(yè)術(shù)語出發(fā),這樣的技術(shù)和行為被稱為人工影響天氣。

  現(xiàn)代人工影響天氣的原理是基于自然云和降水的形成過程建立的,且通過大量室內(nèi)實(shí)驗、數(shù)值模擬試驗和外場科學(xué)試驗驗證,具有堅實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

  不過,人工影響天氣作業(yè)是有前提條件的,首先要有云,且非所有的云都可以化成雨水。

  一般來說,當(dāng)云的厚度超過兩千米,缺乏冰晶卻擁有豐富的水汽,且云體外面仍然有充足的水汽補(bǔ)給,就算通過“審核”,認(rèn)定具備增雨潛力。

  云有冷暖之分,它們都是變成落地雨水的“潛力股”。只不過暖云被上升氣流托舉而漂浮在空中,其中的雨滴掉不下來;冷云“個頭”瘦小,加之上升氣流的阻力,也掉不下來。這時候,就需要人工來幫忙,把“潛力股”變成降落地面的水。其中,冷云催化是目前世界各國相對成熟和通用的技術(shù)。

  通過向云中播撒碘化銀成冰劑,產(chǎn)生大量的人工冰核,冰核轉(zhuǎn)化成冰晶,冰晶吸附水汽,凝結(jié)碰并增長,當(dāng)冰晶增長到一定程度就會降落,進(jìn)入暖區(qū)融化成為雨滴,從而引發(fā)云層降水或增加降水強(qiáng)度?;蛘撸蛟浦胁ト龈杀?、液氮等致冷劑,在其周圍形成-40℃的區(qū)域,即有自生冰晶,大量過冷水滴迅速凍結(jié),引發(fā)冰晶效應(yīng)。在冷云催化過程中,冰晶凝華釋放潛熱,使云體溫度升高,促進(jìn)上升氣流的發(fā)展,進(jìn)一步加強(qiáng)降雨。

  在0℃以上的暖云中,云物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,自然條件下的水滴大小均勻,缺乏大水滴, 不易產(chǎn)生降水。通過向云中播撒大小適當(dāng)?shù)柠}粉等吸濕劑,可以改變云滴譜分布的均勻性,吸濕性凝結(jié)核在相對濕度接近100%的云霧環(huán)境中能增長成直徑超過40微米的大滴,促進(jìn)凝結(jié)碰并增長,生成雨滴增加降水。

  有一個疑問:人工增雨會把上游、下游的雨“打跑”嗎?實(shí)際上,這樣的想法是多慮了。

  遇到大范圍降水過程,云中所含的水汽是不斷補(bǔ)充的,云系隨上升氣流的變化而不斷更新。在每次降雨過程中,云中的水汽會保持在充足狀態(tài),人工增雨量相當(dāng)于降水的一小部分。所以,人工影響天氣作業(yè)對水汽通量的影響非常小。

    人工影響天氣作業(yè)“選手”盤點(diǎn)

  選手一:飛機(jī)  擅長領(lǐng)域:云內(nèi)作業(yè)  特點(diǎn):機(jī)動性強(qiáng)、攜載能力強(qiáng)、作業(yè)面積大

增雨飛機(jī)

  該選手善于將催化劑播撒到云中,且可對層狀可降水云系進(jìn)行連續(xù)增雨作業(yè)。飛機(jī)可攜帶碘化銀末端燃燒器、碘化銀焰彈發(fā)射器、液態(tài)二氧化碳播撒器、液氮播撒器等適用于不同作業(yè)目的的多種機(jī)載裝備,將催化劑直接撒入云中,還可以對作業(yè)前后云的宏微觀狀態(tài)變化進(jìn)行追蹤監(jiān)測。  

  選手二:火箭  擅長領(lǐng)域:對流云作業(yè)  特點(diǎn):性能穩(wěn)定、作業(yè)集中

增雨火箭

  該選手播撒催化劑的影響范圍更為集中,較為適合在固定區(qū)域作業(yè),尤其適合在影響飛機(jī)飛行安全的強(qiáng)大對流云中作業(yè)。

  該選手作業(yè)技術(shù)成熟,且流程規(guī)范:確定作業(yè)云層和區(qū)域,登記發(fā)射火箭的編號,將火箭裝入炮筒進(jìn)行固定,連接發(fā)射電線,調(diào)節(jié)作業(yè)角度,對準(zhǔn)發(fā)射云團(tuán)……一枚火箭彈含有8~15克的碘化銀,火箭彈在到達(dá)七八千米高空的云中預(yù)定位置后,催化劑將被自動點(diǎn)燃,并隨著火箭彈飛行沿途燃燒,隨風(fēng)擴(kuò)散后效果開始顯現(xiàn)。

  選手三:高炮  擅長領(lǐng)域:冷云降水  特點(diǎn):攜帶催化劑量大、播撒路徑長、發(fā)射高度高、操作便利、流動作業(yè)能力強(qiáng)

增雨高炮

  該選手?jǐn)?shù)量多,在人工影響天氣作業(yè)中發(fā)揮著巨大作用。

  在人工影響天氣地面作業(yè)中,大量使用37毫米高炮進(jìn)行作業(yè)。炮位的設(shè)置地點(diǎn)一般在作業(yè)影響區(qū)上風(fēng)方4公里內(nèi),并且在迎風(fēng)坡和增雨作業(yè)云經(jīng)過頻次最多的路徑上;周圍要視野開闊,射擊點(diǎn)遠(yuǎn)離居民區(qū)500米以上?! ?/span>

  選手四:地面煙爐  擅長領(lǐng)域:山區(qū)作業(yè)  特點(diǎn):不受空域影響

地面煙爐

  該選手工作時比較安靜,蹲守在山區(qū),默默干活。

  地面煙爐常用于山區(qū)地形云的作業(yè),一般設(shè)置在迎風(fēng)坡面上,通過燃燒含催化劑的焰條,熱量產(chǎn)生的上升氣流將人工冰核送入云中。除山區(qū)外,對于較難或不能申請作業(yè)空域許可的城市等地區(qū),地面煙爐也是非常適合的選手。如今,地面煙爐作業(yè)已實(shí)現(xiàn)自動化操作,焰條裝入后,只要通過手機(jī)發(fā)送指令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,就可開始作業(yè)。