人工增雨雪所用催化劑對環(huán)境和人體健康的影響

摘 要：通過對人工影響天氣所用催化劑種類、作用原理的系統(tǒng)分析，得出其對環(huán)境和人體健康不會造成危害的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：人工增雨（雪）；催化劑；環(huán)境；人體健康；影響

中圖分類號：P481 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.029

人工影響天氣是指為避免或者減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過人工干預(yù)的方式對局部大氣的云物理過程進行影響，實現(xiàn)增雨（雪）、防雹、消霧、消云減雨等目的的活動。由于近幾年來，我國降水偏少，適時實施人工增雨（雪），充分利用空中水資源，最大限度地增加降水，以緩解我國地下水資源缺乏狀況，成為首要工作[1-3]。

1 人工增雨（雪）所用催化劑種類

實施人工增雨（雪）作業(yè)，就是采用人為的辦法對一個地區(qū)上空可能下雨或正在下雨的云層施加影響，開發(fā)云中潛在的降水資源，使降水量增加[4]。目前，人工增雨（雪）所用催化劑主要分為3類：成核劑、制冷劑和吸濕劑。前二者用于冷云催化，后者用于暖云催化[5]。

1.1 成核劑

成核劑（人工冰核）是人工影響天氣試驗和作業(yè)中應(yīng)用最廣、成效最明顯的催化劑，包括無機類和有機類，目前人工增雨（雪）應(yīng)用最多的是無機類的碘化銀（AgI）。

1.2 制冷劑

人工增雨（雪）作業(yè)應(yīng)用的制冷劑有干冰（固態(tài)CO2）、液氮（液態(tài)N2）、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)丙烷。應(yīng)用最廣泛的是干冰，應(yīng)用裝備為飛機。飛機播撒時，干冰用量為102～1013 g·km-1，在-20 ℃云層高度向下播撒，要求在0 ℃高度以上汽化消失。使用干冰催化能產(chǎn)生大量冰晶[4]。

1.3 吸濕劑

在暖云催化中常用的催化劑有食鹽、氯化鈣、硝酸銨和有機化合物尿素。這些物質(zhì)具有強吸濕性，可在低于水面飽和條件下吸濕凝結(jié)增長。

2 人工增雨（雪）所用催化劑的作用原理

我國人工增雨（雪）所用催化劑主要是成核劑和制冷劑，采用向空中增加凝結(jié)核的辦法達到增加降水的目的。目前使用的催化劑主要有碘化銀、干冰和液氮等化學(xué)物質(zhì)，它們適用于云中溫度低于0 ℃的冷云催化。最常用的冷云催化劑碘化銀和干冰在應(yīng)用上各有所長。碘化銀可從云的上風(fēng)方、云底甚至地面燒煙播撒，作用時間長，可使云內(nèi)水汽和過冷水充分轉(zhuǎn)化成冰晶；干冰催化作用的溫度較高，成核率基本上與溫度無關(guān)，無副作用，但必須在云體上部播撒，作用時間集中，近于瞬時產(chǎn)生冰晶[5]。干冰和液氮的增雨（雪）一般都是通過飛機直接播撒到云中的，只要在零下溫度層就可成為冰晶核。

吸濕劑中的食鹽具有腐蝕劑，劑量較大時對農(nóng)作物有損害；而硝酸銨、尿素雖無腐蝕性，又無毒性，還具有一定肥效，但成本太高，目前人工增雨（雪）作業(yè)不采用此類催化劑。

天津地區(qū)實施人工增雨作業(yè)所用的催化劑是碘化銀等成核劑。碘化銀為淡黃色粉末，具親水性，能溶于添加增溶劑，易制備成高度分散的氣溶膠。制備碘化銀氣溶膠主要有兩種方法：燃燒法和爆炸法。燃燒法又分溶液燃燒法和焰劑燃燒法。溶液燃燒法主要用于飛機播撒，也可用于地形云人工增雨。焰劑燃燒法主要用于飛機發(fā)射或下投焰彈，也有火箭焰彈和高炮焰彈。爆炸法目前應(yīng)用在人工增雨、防雹“三七”高炮炮彈上[6]，它爆炸后產(chǎn)生碘化銀氣溶膠，但其成核率偏低。

一般來說，1 g碘化銀物質(zhì)在-15 ℃環(huán)境下可形成1010～1013個冰晶核[7]，大量人工冰核在云中水汽、過冷水充足的情況下，會長大成較大的冰粒子，下落到地面成為雨或雪。這是由于碘化銀的晶體結(jié)構(gòu)與冰晶相似，因此可以充當(dāng)人工冰晶。

3 人工增雨（雪）所用催化劑對環(huán)境和人體健康的影響分析

3.1 人工增雨（雪）所用催化劑的屬性

在聯(lián)合國環(huán)境保護署制定的清潔水法案中，碘化銀被列為一種有毒物質(zhì)。碘化銀為碘和銀的化合物，不容易溶于水，見光分解為碘離子和銀離子，遇熱又結(jié)合成碘化銀化合物。銀離子屬于重金屬離子，毒性很大，對微生物和魚類的危害特別大，人體長期接觸銀離子可出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。但在自然環(huán)境中，銀離子非常容易形成不溶于水的化合物，對環(huán)境的影響將大大減小，因此銀離子幾乎不可能通過陸地或水中的食物鏈積聚，達到能危害生物和動物的程度。干冰、液氮很容易蒸發(fā)形成二氧化碳和氮氣，它們的本身就是空氣的組成部分，對環(huán)境和人體都不會產(chǎn)生影響[8]。

3.2 人工增雨（雪）催化劑對人體和環(huán)境的影響

人工增雨（雪）是一個微物理過程，所用催化劑不會發(fā)生化學(xué)變化而產(chǎn)生新物質(zhì)。干冰和液氮對環(huán)境和人體不會產(chǎn)生影響。雖然碘化銀中的銀離子是重金屬，但它很難以銀離子的狀態(tài)存在，同時碘化銀用量很小，分散在很大的區(qū)域里面，單位面積的含量微乎其微，并不會造成環(huán)境污染。在人工增雨（雪）作業(yè)過程中，每次需要大約10～50 g碘化銀，而且用在很大的范圍內(nèi)，所以單位面積的殘留量會很少，因此不存在人體長期或大量接觸銀的問題。

例如，北京在2011年年初實施的人工增雪作業(yè)中，燃燒了1 200多個碘化銀煙條，每根煙條大概含碘化銀11 g，大約用了13 kg碘化銀，此次作業(yè)區(qū)面積約1萬km2，每平方公里僅有1.3 g，屬于微量，用儀器都很難檢測出來。

再如，從2003年開始，北京市人影辦每年夏季均在密云和官廳水庫區(qū)域進行較頻繁的蓄水型人工增雨作業(yè)。在每半年對水庫水體進行檢測的數(shù)據(jù)顯示，夏季水庫中銀離子的含量幾乎無變化，而且含量極低[9]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)和國際衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)[10]。

美國、前蘇聯(lián)等國家做過監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)長期進行人工增雨作業(yè)的區(qū)域在水體和土壤中累積的銀離子仍不超過國際衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)，所以人工影響天氣使用的催化劑不會造成環(huán)境污染。

4 結(jié) 論

人工增雨（雪）作業(yè)中使用的催化劑——碘化銀，在自然條件下，銀離子非常容易形成不溶于水的化合物，且由于用量很小，作用范圍廣，從短期和長期來看，不會對環(huán)境和人體造成危害，這一點在國際和國內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)中均得到證實。

參考文獻：

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[5] 中華人民共和國氣象局科技發(fā)展司.人工影響天氣崗位培訓(xùn)教材[M].北京：氣象出版社，2003：155-162.

[6] 馬官起.人工影響天氣三七高炮實用教材[M].北京：氣象出版社，2005：206-209.

[7] 氣象局. 人工增雨所用催化劑對環(huán)境影響微不足道[EB/OL].[2012-06-05]. http：//www.chinanews.com/gn/2012/06-05/3939341.shtml.

[8] 吳兌.人工增雨催化劑對環(huán)境的影響甚微[J].廣東氣象，2005（3）：16.

[9] 秦長學(xué)，張薔，李書嚴(yán)，等.密云水庫蓄水型增水作業(yè)效果分析[J].氣象科技，2005，33（S）：74-77.

[10] 金銀龍. GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》釋義[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.