對(duì)人工局部影響天氣問(wèn)題的探討

陳文新 熊孝鋒

摘要自然降水過(guò)程一般分為成云和降水形成2個(gè)階段,人工影響在降水形成階段起著一定的作用。從人工影響天氣的發(fā)展史以及人工增雨作業(yè)需要注意的問(wèn)題等方面探討人工局部影響天氣的方法,以期促進(jìn)人工增雨的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞人工影響天氣;云霧物理;人工增雨

中圖分類(lèi)號(hào)P481文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)22-0284-02

人工增雨是指在適當(dāng)?shù)奶鞖鈼l件下,通過(guò)人工干預(yù),使天氣過(guò)程向符合人類(lèi)愿望的方向發(fā)展。如果說(shuō)科學(xué)研究的目的是認(rèn)識(shí)自然和改造自然,那么人工影響天氣就是在認(rèn)識(shí)自然的基礎(chǔ)上,去改造自然。目前,人工影響天氣主要是指人工增雨和人工消雹,當(dāng)然也可以擴(kuò)展到人工消雨、消霧、防霜、人工引雷等方面。人工增雨是在有云層或降水不大的雨云中施加人為影響,使云層有降水或使降水不大的雨云增加降水量,達(dá)到人們所希望的效果。

要想搞好人工增雨工作,就要求從理論上了解降水的成因——云霧物理。作業(yè)的首要條件必須要有云,云的形成是海面大水體或陸地小水體的水受太陽(yáng)輻射而增熱蒸發(fā)(汽態(tài)),水汽隨氣流上升到大氣層,水汽的溫度隨氣柱的升高而降低,到達(dá)凝結(jié)點(diǎn)時(shí),水汽由汽態(tài)轉(zhuǎn)換成液態(tài),附著于空氣中的凝結(jié)核而凝結(jié)成小云滴,這些小云滴隨氣流匯合,云滴大量匯合在一起時(shí)便形成云塊或云層。當(dāng)云滴的重力未超過(guò)空氣懸浮力時(shí),云滴被托在空中,當(dāng)空氣中產(chǎn)生上下對(duì)流的氣流運(yùn)動(dòng)時(shí),云滴隨著氣流運(yùn)動(dòng),相互碰撞并合成大水滴,當(dāng)大水滴的重力超過(guò)空氣懸浮力時(shí),大水滴便從空中掉到地面上,這就形成了降雨。

掌握以上的云霧物理原理,運(yùn)用這些理論,人為地把大量的凝結(jié)核用現(xiàn)代運(yùn)載技術(shù),如高炮、火箭、飛機(jī)播撒到水汽深厚、缺乏凝結(jié)核的云團(tuán)或云層中去,使之產(chǎn)生大量的云滴,云滴隨著氣流運(yùn)動(dòng),相互碰撞,而合成大量的大水滴,當(dāng)大水滴的重力足以克服空氣的懸浮力時(shí),掉到地面上,使原沒(méi)有降水的云團(tuán)或降水量不大的云團(tuán)或云層有了降水或者降水量增加,這就是人工增雨。

1人工影響天氣的發(fā)展史

早在1933年,瑞典科學(xué)家貝吉龍就提出,在大部分形成降水的混合云中,降水的形成主要取決于云中是否有足夠數(shù)量的冰晶,能否通過(guò)冰水轉(zhuǎn)化過(guò)程形成大水滴。到1946年,美國(guó)科學(xué)家雪佛爾和馮納格相繼提出,可以在冷云中通過(guò)播撒干冰或碘化銀的方法,適當(dāng)增加云中的冰晶數(shù)量,促使降水形成。這些研究指出人工增雨的基本科學(xué)原理,開(kāi)創(chuàng)了人工增雨作業(yè)的歷史。有關(guān)人工消雹的研究工作也于20世紀(jì)50~60年代達(dá)到高潮,其理論依據(jù)是前蘇聯(lián)科學(xué)家蘇拉克維奇提出的所謂“過(guò)量播撒”理論。該理論認(rèn)為,冰雹一般是在冰雹云中一個(gè)范圍不很大的冰雹累積帶中由初始冰雹胚胎碰并周?chē)乃位虮Ф鲩L(zhǎng)形成的。如果在這一冰雹累積帶中增加大量的冰雹胚胎,造成這些冰雹胚胎爭(zhēng)食該區(qū)域中有限的水滴或冰晶資源,就能有效抑制大冰雹的生長(zhǎng),從而達(dá)到減輕冰雹災(zāi)害的目的。

這些原理雖然被大多數(shù)人所接受,但具體到目前人工影響天氣作業(yè)的許多環(huán)節(jié)中還不是很清楚,還需要進(jìn)一步探討,以總結(jié)如何提高人工影響天氣的科學(xué)水平和效率。

2人工增雨作業(yè)應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題

2.1人工增雨作業(yè)云團(tuán)云層的選擇

根據(jù)筆者過(guò)去的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),云層的選擇是人工增雨作業(yè)成敗的關(guān)鍵。適合作業(yè)、水汽深厚的云團(tuán)或云層,主要有以下2類(lèi):第1類(lèi)是濃積云,如云底較低、云體膨大、呈花椰菜形的濃積云,云底有雨幡的濃積云,云體顏色呈深藍(lán)黑色的濃積云。第2類(lèi)是積雨云,這種雨云云體大且黑,對(duì)流旺盛,頂部氈狀不高,常帶有雷電的積雨云是作業(yè)最佳云團(tuán)。對(duì)此類(lèi)本身就能下雨的云團(tuán),施加人工影響,就會(huì)得到理想的大雨以上的效果。

2.2運(yùn)載工具的選擇

催化劑的運(yùn)載工具應(yīng)當(dāng)視當(dāng)時(shí)的天空狀況選擇,如濃積云、積雨云,這些云團(tuán)云體完整清晰、云滴集中、垂直水汽深厚、對(duì)流旺盛,此類(lèi)云選擇高炮、火箭作業(yè),較為適宜。又如層狀云的層積云、雨層云,云底寬大,看不到邊際,如果用高炮、火箭作業(yè)則效果不佳,有時(shí)不但雨打不下來(lái),反而會(huì)打出云縫來(lái),像層積云、高層云、雨層云云層雖然深厚,但其屬性相對(duì)較穩(wěn),類(lèi)似此種云層采用飛機(jī)作業(yè)比較合適,催化劑采用干冰,造成云滴的溫差,熱滴上升,冷滴下沉,使之產(chǎn)生擾動(dòng),打破穩(wěn)定,由于蝴蝶效應(yīng)的結(jié)果引起云中的碰撞、并合而達(dá)到降雨目的。

2.3作業(yè)點(diǎn)的選擇

作業(yè)點(diǎn)的選擇關(guān)系到作業(yè)的效果,直接影響到受益點(diǎn),作業(yè)要做到有的放矢。作業(yè)點(diǎn)一般設(shè)在受益點(diǎn)的上風(fēng)方,同時(shí)還受云向、云速、催化時(shí)間、作業(yè)點(diǎn)與受益點(diǎn)的距離制約。因?yàn)榇呋瘎┑拇呋瘯r(shí)間大約在15~20min之間。有了云速就可以計(jì)算出作業(yè)點(diǎn)與受益點(diǎn)的大約距離。另外要提出的就是安全問(wèn)題,現(xiàn)在作業(yè)的工具大多采用小火箭,一般箭體都不炸毀,箭體掉到地上有可能造成對(duì)人、畜、房屋建筑物的破壞和傷害。因此,要求各地選作業(yè)點(diǎn)時(shí),必須根據(jù)炮彈的射程參數(shù)、發(fā)射的角度參數(shù),計(jì)算出彈著點(diǎn)與作業(yè)點(diǎn)的距離。彈道是一個(gè)拋物線的軌跡,應(yīng)用拋物線的計(jì)算也可以大概知道彈著點(diǎn)的距離,在彈著點(diǎn)附近是否有村莊,安全與否,要做到心中有數(shù)。

2.4作業(yè)機(jī)會(huì)的捕捉

作業(yè)機(jī)會(huì)的捕捉也是人工增雨的關(guān)鍵一環(huán)。要求天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確,掌握系統(tǒng)影響時(shí)段及系統(tǒng)的生消,作業(yè)指揮者要密切注意天氣現(xiàn)象的演變,和雷達(dá)站保持聯(lián)系,同時(shí)掌握什么系統(tǒng)產(chǎn)生什么樣云團(tuán)的常識(shí)。一般來(lái)說(shuō),倒槽的生成和西南低壓易生成暖鋒系的積雨云;鋒面與高空切變易生成強(qiáng)對(duì)流的積雨云;副高北抬易生成地方性的熱雷雨云。臺(tái)風(fēng)影響、邊緣是高層云(作業(yè)效果不明顯),因此種云高度高且是水平運(yùn)動(dòng),催化劑播撒相當(dāng)一部分在云底,催化劑作用甚少,對(duì)此種云作業(yè)沒(méi)有用處,在臺(tái)風(fēng)圈內(nèi)的雨層云不需作業(yè)。當(dāng)臺(tái)風(fēng)填塞后,低壓東北移動(dòng)時(shí)易有強(qiáng)對(duì)流雨云,此時(shí)才是作業(yè)的好機(jī)會(huì)。

2.5作業(yè)火候的掌握

作業(yè)火候的掌握十分重要,作業(yè)早了則欲速而不達(dá),作業(yè)遲了就變成了馬后炮。因此,作業(yè)的火候掌握是成敗的關(guān)鍵,一般可以用試射方法探測(cè)云團(tuán)是否在射程內(nèi),若觀察發(fā)現(xiàn)炮彈云內(nèi)爆炸(對(duì)高炮而言)發(fā)出的光不太亮、爆炸聲沉悶,此時(shí)便是作業(yè)的最佳火候。

2.6炮彈用量與投彈部位

炮彈的用量視云團(tuán)的大小而定,沒(méi)有硬性規(guī)定,根據(jù)筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),一般投彈量在20~30枚(僅限三七高炮和小火箭而言),云體大可多用一些,云體小的可少用一些,靈活掌握。新一代作業(yè)火箭箭身長(zhǎng)且大,裝藥量也大,可以根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的參數(shù),設(shè)定作業(yè)用量。

投彈部位根據(jù)云體的高度而定,一般投彈的位置在云體2/3的部位,是云團(tuán)對(duì)流最劇烈的部位,催化劑借助強(qiáng)烈的氣流迅速擴(kuò)散到整個(gè)云體,以達(dá)到加速催化的作用。投彈的方式可采用“一”字型均勻布爆;當(dāng)云團(tuán)底部已經(jīng)在作業(yè)點(diǎn)上空時(shí),可采用梅花式布爆(適合火箭作業(yè))。

3小結(jié)

為了增加人工影響天氣工作的科學(xué)性和效果,還有許多基礎(chǔ)問(wèn)題需要重視和研究,如有效的作業(yè)工具、科學(xué)的效果檢驗(yàn)方法等。即便在人工影響天氣原理方面也需要有新的突破,當(dāng)然這也需要建立在觀測(cè)新事實(shí)的基礎(chǔ)上,人們期待著新理論、新技術(shù)的出現(xiàn)。

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