我國人工影響天氣工作進(jìn)展及主要技術(shù)研究

摘 要：人工影響天氣是通過向云中播撒催化劑的方法，使某些局地天氣過程朝著有利于人類的方向轉(zhuǎn)化的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。文章較為詳細(xì)的闡述了我國人工影響天氣的發(fā)展情況，人工影響天氣主要的技術(shù)手段以及人工影響天氣急需完善解決的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：人工影響；天氣發(fā)展概況；技術(shù)問題

人工影響天氣的研究始于20世紀(jì)40年代，在70年代達(dá)到了巔峰。目前，中國、美國、俄羅斯、以色列、南非、泰國、印度、印度尼西亞、墨西哥、阿根廷、澳大利亞、日本、阿聯(lián)酋和古巴等國繼續(xù)開展著人工影響天氣工作的研究。

1 我國人工影響天氣發(fā)展情況概述

經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，我國人工影響天氣作業(yè)規(guī)模已居世界第一。目前，全國已有30多個(gè)省、區(qū)、市開展了人工影響天氣作業(yè)，人工增雨作業(yè)面積已達(dá)到300萬平方公里，人工防雹作業(yè)面積也已達(dá)44萬平方公里。隨著新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人工影響天氣已在抗旱防雹、火災(zāi)防護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、重大社會(huì)活動(dòng)保障等眾多領(lǐng)域大顯身手。

我國人工影響天氣之所以能夠快速發(fā)展，取決于管理工作不斷改進(jìn)和加強(qiáng)。1994年，國務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立了以中國氣象局為牽頭單位，并由15個(gè)成員機(jī)構(gòu)組成的“全國人工影響天氣協(xié)調(diào)會(huì)議制度”。各級政府部門也不斷強(qiáng)化對人工影響天氣工作的組織領(lǐng)導(dǎo)，逐步形成了由各級政府負(fù)總責(zé)、相關(guān)氣象主管部門對口管理的管理模式。在經(jīng)費(fèi)投入上，也形成了以地方財(cái)政投入為主的經(jīng)費(fèi)管理機(jī)制。自2007年以來，國家-省-地-縣的四級業(yè)務(wù)管理體制已全面形成。

2 人工影響天氣主要技術(shù)

2.1 人工增雨技術(shù)

自然界中有些降水云，自然降水效率不高，可通過人工影響的方式，提高其降水效率。主要方法是在整個(gè)降水過程中的某些環(huán)節(jié)，在特定范圍內(nèi)施放相應(yīng)的催化劑，促使降水云層以及降水按照設(shè)想的情況快速發(fā)展，達(dá)到增雨的目的。

2.1.1 層狀冷云人工增雨

該技術(shù)是指在溫度低于0℃的過冷云中，通過播撒液氮、碘化銀等催化劑，使云層內(nèi)部冰晶的含量增加，從而達(dá)到引發(fā)降水或使降水強(qiáng)度增大的目的。

層狀冷云人工增雨條件為：云和降水過程處于發(fā)展或持續(xù)階段，云層較厚，有持續(xù)上升氣流，云底較低，有過冷水，同時(shí)冰晶濃度較低。作業(yè)人員利用數(shù)值模式，分析雷達(dá)、衛(wèi)星、探空儀觀測到的云、降水宏觀特征和云微物理特征，確定催化劑施放位置和施放時(shí)機(jī)。

在系統(tǒng)性滑升形成的層狀云中，上升速度相對較小，施放催化劑的位置較高，目的是冰晶形成后，能較大限度的利用云層自身的增長條件。由于水汽凝華增長速度與溫度有關(guān)，因此要選擇云中過冷水區(qū)施放催化劑。我國研制的碘化銀焰劑在較高溫度下成核率高，可以在-6℃以下條件下使用。

層狀云催化劑播撒方式包括飛機(jī)播云作業(yè)、地面高炮發(fā)射含催化劑的炮彈入云作業(yè)、地面火箭發(fā)射含催化劑的火箭彈入云作業(yè)、地面燃燒爐燃燒含催化劑的焰條作業(yè)等。

2.1.2 暖云人工增雨

該技術(shù)是指向云中播撒食鹽、氯化鈣等吸濕性顆粒，促進(jìn)云中水滴碰并增長，從而達(dá)到誘發(fā)暖云降水或增大降水強(qiáng)度的目的。

我國在20世紀(jì)60年代曾使用鹽粉催化對流云，提出了大顆粒、大劑量的催化方法。近年來，我國也開始了吸濕性粒子的觀測、吸濕性焰劑的研究和外場催化試驗(yàn)。吸濕性催化劑一般利用飛機(jī)在云底附近播撒，也可在高山上接近云底的位置，用地面燃燒爐進(jìn)行播撒。

2.2 人工防雹

每年因?yàn)楸?zāi)害，我國有數(shù)千萬畝農(nóng)田受災(zāi)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而人工防雹是減輕雹災(zāi)損失的最為有效的手段之一。

一般采用以下幾種方式進(jìn)行人工防雹：（1）在發(fā)展旺盛的積雨云中，存在雹胚形成區(qū)，向其中播入人工冰核，通過凝華、碰凍、增長過程，很快形成毫米尺度的人工雹胚，并同自然雹胚爭奪云中的過冷水，達(dá)到抑制較大冰雹形成的目的。（2）在雹胚形成區(qū)播撒吸濕性催化劑，形成較大云滴，通過有效碰并增長隨后產(chǎn)生凍結(jié)，充分減少液態(tài)水的含量，延遲自然冰雹生長，降低其軌跡。（3）在云內(nèi)同時(shí)引發(fā)動(dòng)力干擾，包括發(fā)動(dòng)下沉氣流使積雨云提前解體或破壞冰雹增長區(qū)的動(dòng)態(tài)平衡場，使未及增大的冰雹提前降落或激發(fā)多個(gè)小單體的云早期發(fā)展，使產(chǎn)生對流運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定能量先期釋放，不會(huì)累積，減小多單體的強(qiáng)度，減少雹災(zāi)損失。（4）人工大量播撒冰核直接進(jìn)入雹胚形成區(qū)或冰雹增長區(qū)，使云中過冷水直接凍結(jié)完全冰晶化，不形成霰，不致產(chǎn)生冰雹，原有的雹胚和冰雹不能增長。

隨著科技創(chuàng)新不斷加強(qiáng)，成果轉(zhuǎn)化不斷深入，我國在積雨云識別技術(shù)、云中微物理過程、冰雹形成機(jī)理及天氣特征、催化技術(shù)發(fā)展等方面取得了一系列研究成果，使人工防雹總體水平有了大幅提升。

2.3 人工消霧

冬春季是我國霧的多發(fā)季節(jié)。南方多為暖霧，過冷霧相對較少，而北方多為過冷霧。霧的出現(xiàn)，不但容易誘發(fā)多種疾病，對于人們的出行，也造成很大不便。

針對暖霧和冷霧，人工消霧的原理和方法有明顯不同。人工消除暖霧一般采用的方法有以下幾種：（1）加熱法，利用燃燒等手段加熱含霧空氣，使霧滴蒸發(fā)來消除大霧。（2）吸濕劑法，向空氣中播入鹽粉、氯化鈣等吸濕作用強(qiáng)而又不危害環(huán)境的顆粒，通過這些顆粒較強(qiáng)的吸水作用降低相對濕度，促進(jìn)霧滴蒸發(fā)消失，同時(shí)，這些顆粒物吸水增大到一定程度后，會(huì)在下落過程中碰并結(jié)合一部分霧滴，使能見度逐步轉(zhuǎn)好。（3）混合擾動(dòng)法，該方法是通過直升機(jī)的懸停作用或慢飛，將霧區(qū)上空干燥的空氣卷入霧中，使霧滴蒸發(fā)，同樣也會(huì)使能見度逐步轉(zhuǎn)好。

人工消除冷霧，主要是向霧中播撒碘化銀等人工冰核或是液氮、干冰、液態(tài)二氧化碳等制冷劑，使過冷霧中形成一定量的冰晶，冰晶形成后，霧滴會(huì)蒸發(fā)，并在冰晶表面凝華，同時(shí)冰晶在下落過程中還會(huì)碰凍一部分霧滴，使過冷霧逐步消失，能見度改善。

3 急需完善解決的問題

3.1 相關(guān)技術(shù)問題

雷達(dá)、衛(wèi)星、飛機(jī)等探測手段的應(yīng)用應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，要研究開發(fā)不同類云降水監(jiān)測技術(shù)，完善云降水和催化過程實(shí)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測識別系統(tǒng)；對于不同降水云層的催化方法、催化時(shí)機(jī)、催化工具等技術(shù)指標(biāo)需不斷完善；要研發(fā)更加高效的催化劑，優(yōu)化改進(jìn)催化設(shè)備，完善作業(yè)催化系統(tǒng)。

3.2 經(jīng)費(fèi)投入機(jī)制

目前，國家級的科研投入經(jīng)費(fèi)較少，主要投入方式仍是以地方財(cái)政投入為主，這種經(jīng)費(fèi)投入機(jī)制對我國人工影響天氣的技術(shù)發(fā)展有較為嚴(yán)重的制約作用。今后應(yīng)重點(diǎn)發(fā)揮國家級科研機(jī)構(gòu)和科研人員的科技主導(dǎo)作用，在經(jīng)費(fèi)投入、裝備使用等方面予以重點(diǎn)支持。

3.3 客觀的效益評估

當(dāng)前人工影響天氣領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一便是效果評估。對人工影響天氣效果如何定量分析的問題是亟待解決和不可回避的。當(dāng)前我國的效果評估，在方法、物理證據(jù)及科學(xué)基礎(chǔ)性等各方面都有待提高。研制物理檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和數(shù)值模擬預(yù)測相結(jié)合的效果檢驗(yàn)評估方法和經(jīng)濟(jì)效益評估方法應(yīng)是今后攻關(guān)的主要任務(wù)。

4 結(jié)束語

人工影響天氣還是一門發(fā)展中的科學(xué)，一些關(guān)鍵技術(shù)還需進(jìn)一步研究。隨著我國科技實(shí)力的增強(qiáng)，越來越多的高科技探測裝備技術(shù)應(yīng)用到人工影響天氣作業(yè)中，必然會(huì)推動(dòng)人工影響天氣科技水平進(jìn)步，使我國人工影響天氣事業(yè)更快更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]樓小鳳，王廣河，張邢.人工增雨催化作業(yè)技術(shù)[J].氣象知識，2012（2）：14-15.

作者簡介：劉斌（1985-），男，籍貫：河北秦皇島，學(xué)歷：本科，職務(wù)：助理工程師，研究方向：氣象水文保障。