人工增雨對霧霾空氣環(huán)境質(zhì)量影響的研究

曹景一

內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰氣象局，內(nèi)蒙古赤峰 024000

在北方地區(qū)，每到冬季都會出現(xiàn)霧霾天氣，對人們的正常生活來說有很大的負(fù)面影響。眾所周知，出現(xiàn)霧霾的主要原因是空氣中的PM2.5含量增加，進而出現(xiàn)霧霾極端天氣，對人們正常的交通出行造成阻礙。除此之外，還會危害人們的身體健康，不利于經(jīng)濟生產(chǎn)活動的順利開展。一些北方地區(qū)的城市都在想盡各種方法改善空氣質(zhì)量，盡可能減少霧霾天氣的發(fā)生。

人工增雨主要是指通過人為的方式，使云層迅速凝結(jié)，以此形成降雨的過程。在具體實施的過程中，既需要分析天氣的變化，又需要結(jié)合一系列先進手段予以實施，人工增雨在整個過程中起到重要作用。此外，我國水資源呈現(xiàn)時空分布不均的特點，通過采用人工增雨的方式能夠改善霧霾天氣，在提高環(huán)境質(zhì)量的同時，有針對性地滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的用水需求。當(dāng)前，加強對人工降雨作業(yè)的研究，提高成功率，是學(xué)術(shù)研究的重點問題。

1 霧霾的成因及危害

1.1 霧霾形成的原因

影響因素主要有2個方面：一方面是既有的自然界的氣象因素，另一方面是人類活動而導(dǎo)致的人為因素。

（1）氣象因素。氣象因素中的濕度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等都是致使霧霾出現(xiàn)的原因。風(fēng)速越小，污染物擴散速度放慢，再加上受到當(dāng)前建筑物高度越來越高的影響，且樓層之間的距離不斷縮小，導(dǎo)致城市內(nèi)部氣流被阻塞，穿堂風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o風(fēng)，空氣中懸浮的顆粒物無法及時進行擴散。當(dāng)顆粒物不斷地聚集以后，出現(xiàn)霧霾天氣。除此之外，逆溫層也是形成霧霾的重要因素。逆溫層猶如覆蓋在城市上空的“鍋蓋”，影響大氣的垂直運動，懸浮在空中的顆粒物無法飄向高空，最終在低空領(lǐng)域和地面形成了類似于薄霧的狀態(tài)。發(fā)生逆溫的大氣層叫“逆溫層”，厚度可從幾十米到幾百米。逆溫層形成后，近地層大氣穩(wěn)定，不容易上下翻滾而形成對流，這樣就會使低層，尤其是近地面層空氣中的污染物和粉塵在低層堆積，增加大氣低層和近地面層的污染程度。通俗來說，逆溫層就像一層厚厚的被子蓋在地面上空，使得大氣層低空的空氣垂直運動受到限制，污染物不能向上擴散，“無路可走”又向下蔓延，即空氣中懸浮微粒難以向高空飄散而被阻滯在低空和近地面層，由此產(chǎn)生了霧霾[1]。

（2）人為因素。當(dāng)前，我國工業(yè)化發(fā)展速度不斷加快，在以往的發(fā)展過程中，人們尚未認(rèn)識到保護環(huán)境的重要性，工業(yè)發(fā)展以犧牲環(huán)境為代價。工廠的數(shù)量越來越多，并且很多工廠在整個經(jīng)營與管理的過程中為了牟取私利，往往將過濾不合格的黑煙排放至空氣中，嚴(yán)重地破壞了生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致空氣中PM2.5的濃度不斷增加，出現(xiàn)霧霾天氣。受到地理環(huán)境的影響，我國北方地區(qū)往往冬季天氣寒冷，供暖是北方地區(qū)冬季的必備條件，在供暖的過程中燃燒大量煤炭，釋放出的廢氣會加劇空氣中PM2.5的濃度。

除此之外，隨著人們生活水平的提升，私家車越來越多，汽車尾氣排放是加重霧霾的重要原因。乘坐公共交通的人越來越少，很多人乘坐私家車上班出行，汽車尾氣的排放量增加，尾氣中包含的化石燃料和硫化物等物質(zhì)排放在空氣中，為PM2.5濃度的增加提供了來源，由此出現(xiàn)霧霾天氣[2]。

1.2 霧霾的危害

（1）對人體的危害。霧霾天氣的存在，對人們事體具有很大的危害，會給人們的身體帶來很大損傷。霧中所含的酸、堿等物質(zhì)，尤其是霾，對人們身體的危害更大。霧霾中的顆粒物直徑相對較小，通過呼吸進入人體，對氣管、肺部都具有嚴(yán)重?fù)p害。除此之外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在霧霾高發(fā)區(qū)域，患有肺癌的人也會增多。霧霾中的一系列有害物質(zhì)，通過呼吸系統(tǒng)會進入人們血液，會嚴(yán)重影響人體的正常新陳代謝，不利于人們的身體健康[3]。

（2）對農(nóng)業(yè)的危害。霧霾天氣的出現(xiàn)會影響農(nóng)作物生長過程中正常的光合作用，霧霾天氣會阻礙陽光的照射，如果霧霾天氣持續(xù)時間很長，則對農(nóng)業(yè)發(fā)展十分不利。因為農(nóng)作物在整個生長過程中需要充足的陽光，霧霾天氣的出現(xiàn)會縮短農(nóng)作物吸收陽光時間，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量。除此之外，霧霾所包含的硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)會腐蝕農(nóng)作物，不利于農(nóng)作物的正常生長[4]。

（3）對交通的危害。霧霾天氣對交通的影響最直接、最明顯。由于霧霾天氣的出現(xiàn)能見度極低，很容易出現(xiàn)交通堵塞，造成交通事故，導(dǎo)致高速公路、機場關(guān)閉，影響人們的正常生活和出行[5]。

2 人工增雨對農(nóng)業(yè)發(fā)展的作用

2.1 人工增雨的原理和必要性

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，干旱問題十分常見，屬于嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有嚴(yán)重的負(fù)面影響。若某地區(qū)長期出現(xiàn)少雨、高溫天氣，地區(qū)水資源短缺，土地中的含水量也會不斷下降，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的正常生長，導(dǎo)致農(nóng)作物干枯死亡[6]。

人工降雨是緩解旱情，改善局部天氣狀態(tài)的重要方式。人工降雨在具體應(yīng)用的過程中，結(jié)合自然降雨的相關(guān)原理，通過人工技術(shù)手段，促使云層產(chǎn)生降水。在人工降雨具體實施的過程中，需要結(jié)合某地區(qū)的云層狀態(tài)進行分析和判斷，分析降水條件，在恰當(dāng)?shù)臅r機，利用相關(guān)設(shè)備，將催化劑散播在云層，從而催化云層凝結(jié)，匯聚水滴，以此增加水分含量，達到降水的目的。

在農(nóng)業(yè)發(fā)展的過程中，通過人工增雨的方法，有利于解決地區(qū)供水量不足的問題，保證農(nóng)業(yè)在整個生產(chǎn)與發(fā)展的過程中有充足的水資源，實現(xiàn)農(nóng)作物的增產(chǎn)增收，保障農(nóng)民群眾的利益。同時，對居民的正常生活、改善生態(tài)環(huán)境等各個方面的影響都十分明顯，經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、環(huán)境效益良好。

2.2 有利于緩解旱情

眾所周知，我國水資源時空分布不均勻，北方地區(qū)相對干旱。在供水不足的情況下，農(nóng)作物的生長會受到制約，出現(xiàn)枯萎，甚至死亡的現(xiàn)象，導(dǎo)致糧食產(chǎn)量下降。而通過人工增雨作業(yè)，有利于補充干旱地區(qū)的降水量，為農(nóng)業(yè)資源用水提供水資源，滿足農(nóng)作物生長對水分的需求，避免由于干旱因素而導(dǎo)致糧食出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象，對緩解旱情具有重要的作用。

2.3 優(yōu)化灌溉條件

農(nóng)作物在整個生長過程中需要充足的水資源作為支撐，尤其是干旱地區(qū)，更應(yīng)不斷優(yōu)化灌溉條件，合理利用耕地周圍的水資源。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)灌溉采用方式為地表灌溉、噴灌、滴灌等。但是，若地區(qū)長期出現(xiàn)降水減少的情況，缺乏灌溉的水源無法滿足農(nóng)作物對水分的需求。因此，在農(nóng)業(yè)灌溉的基礎(chǔ)上，有針對性地利用人工增雨可以突破地域條件的限制，為農(nóng)業(yè)提供水資源，同時可以減少水資源浪費的現(xiàn)象，對優(yōu)化灌溉條件具有重要的意義。

2.4 改善生態(tài)環(huán)境

人工增雨對改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境來說具有很好的效果，有利于減少干旱情況的發(fā)生。采用人工增雨的方式，可以為農(nóng)作物的生長提供充足的水分，保證糧食產(chǎn)量，同時可以恢復(fù)部分地區(qū)水源涵養(yǎng)的功能。此外，還能夠不斷擴大水域面積，有效解決水資源短缺問題，既能滿足農(nóng)業(yè)的正常需求，又可以恢復(fù)地區(qū)植被。利用人工增雨的方式，有利于降低氣溫，減輕高溫對農(nóng)作物的負(fù)面影響。

3 人工增雨作業(yè)對空氣環(huán)境質(zhì)量的影響

自20世紀(jì)50年代開始，俄羅斯等國家的科學(xué)家經(jīng)歷了漫長的試驗過程，對增雨的特點展開分析。當(dāng)前，隨著人工影響天氣技術(shù)的快速發(fā)展，有效地證實了通過人工行為能夠增加降雨，并且證明了人工增雨和人工消霧是減少霧霾的重要方式。當(dāng)下，人工增雨活動已經(jīng)被氣象部門廣泛應(yīng)用，對消除霧霾有良好效果。

通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，7—8月屬于PM2.5濃度最低的月份，而冬季則是濃度最高的季節(jié)。冬天，由于受到氣溫的影響，我國北方地區(qū)通常會采用煤炭進行取暖，導(dǎo)致空氣中的污染物不斷增多，嚴(yán)重影響了空氣環(huán)境質(zhì)量。降水可以緩解霧霾天氣的發(fā)生，但我國降水時空分布不均，往往夏季降水多、秋冬季降水少，因此，采用人工增雨的方式，增加秋冬季降水，有利于更好地凈化空氣中的微塵。

大量試驗數(shù)據(jù)表明，采用人工增雨的方式，有利于減少霧霾天氣的出現(xiàn)。但是，在人工降雨實施階段，應(yīng)結(jié)合天氣進行選擇，如風(fēng)、雨就是重要的影響因素。在一定的風(fēng)速下，有利于加快空氣的流動，能夠有效阻止污染物的快速擴散。

人工增雨在作業(yè)活動實施的過程中對空氣污染的指數(shù)有具體要求，可以選擇空氣污染程度適中時實施人工增雨活動，如此一來，有利于增強效果。通過人工增雨的方式，有利于減少大氣中的污染物、降低粉塵濃度、減少PM2.5含量，從而不斷提高空氣質(zhì)量。

4 增強人工增雨效果的措施

當(dāng)前，隨著時代的快速發(fā)展和信息技術(shù)的進步，受多種因素的影響，我國在人工增雨方面取得了較大成就。當(dāng)前我國人工降雨技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但要想增強人工增雨的效果、改善霧霾天氣，還應(yīng)當(dāng)做好以下幾方面工作。

4.1 意識到人工增雨的重要性

為了更好地發(fā)揮好人工增雨的重要作用，首先，需要從意識方面做好第一步工作，加大對人工增雨的宣傳力度，使人們意識到人工增雨對改善霧霾環(huán)境的積極作用及其重要性，更好地增強人們的整體意識。在具體實施過程中，需要明確規(guī)范人工增雨相關(guān)內(nèi)容，做好宣傳與普及工作，普及人工增雨作業(yè)的流程、具體的技術(shù)要求等。其次，國家應(yīng)加大對人工增雨研究的支持力度，以此提高增雨作業(yè)活動的成功率。除此之外，相關(guān)工作人員在整個工作活動實施過程中需要結(jié)合人工增雨作業(yè)活動，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，科學(xué)、合理地分析天氣情況，進而觀察是否符合人工增雨作業(yè)活動的要求。利用這樣的方式，增強人工增雨作業(yè)的效果，更好地優(yōu)化空氣環(huán)境。與發(fā)達國家相比，我國在人工增雨作業(yè)方面的起步時間相對較晚，對此，可以有針對性地引進先進技術(shù)，汲取他國的先進經(jīng)驗，結(jié)合我國自身實際情況，對相關(guān)的技術(shù)展開深入研究，突破研究瓶頸，以此更好地進行技術(shù)創(chuàng)新，提高空氣質(zhì)量。

4.2 采用合理的冷卻劑

人工降雨在實施過程中，需要采用催化劑，而催化劑主要選擇的是碘化銀和干冰，不同環(huán)境下的選擇和不同的作業(yè)方法有著不同的效果。因此，在選擇催化劑前，應(yīng)結(jié)合人工增雨的具體用途選擇催化劑的種類。例如，若氣層溫度低于-10 ℃，則應(yīng)選擇干冰作為催化劑，因為干冰凝結(jié)云層的效率與溫度之間的聯(lián)系不密切，選擇干冰的特點相對明顯。在實施人工增雨活動之前，必須深入分析催化劑的種類，結(jié)合人工增雨的區(qū)域適當(dāng)進行選擇。確保能夠充分發(fā)揮出人工增雨的作用，提升增雨的有效性。

4.3 選擇合適的人工增雨地帶

人工增雨地帶的選擇對增強人工增雨的效果、提高成功率、改善空氣環(huán)境具有十分重要的意義。因此，在整個增雨過程中，要選擇科學(xué)合理的增雨地帶。在選擇云層時，通常會選擇云層分布均勻、形狀起伏較為平緩的區(qū)域。飛機在播撒催化劑的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合云層區(qū)域進行深入分析，盡量選擇層積混合云，如此一來，可以取得最佳增雨效果。在選擇地帶的過程中，應(yīng)巧妙地運用云層中的積水云，減少催化劑的使用，提高增雨工作效率。除此之外，在選擇增雨地帶的過程中，要結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)展開深入分析，考慮地形因素，以此不斷增強作業(yè)效果。

4.4 集中播撒催化劑

在以往人工增雨的過程中，由于缺乏經(jīng)驗和具體的實踐活動，會大面積撒播催化劑，這種操作方式不僅不會增強增雨效果，反而會浪費資源。因此，在播散催化劑的過程中，需要集中播散催化劑，確保在云層地帶可以形成足夠的降雨核，以此增強人工增雨的效果，盡可能地對空氣中的粉塵起到更大的沖刷作用，優(yōu)化空氣環(huán)境。

4.5 合理選擇發(fā)射工具

發(fā)射工具的選擇對增強人工增雨作業(yè)效果具有十分重要的意義。在整個過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的云層選擇不同的發(fā)射工具。當(dāng)出現(xiàn)積云雨與厚積云、云團形態(tài)相對清晰、水滴集中、對流相對旺盛時，可以選擇高山炮、火箭運載等方式開展人工增雨活動；若出現(xiàn)層狀云，體積相對寬大，位置相對較低，可以選擇利用飛機作業(yè)的方式開展人工增雨活動?？傊?，應(yīng)結(jié)合云層的情況進行具體分析，合理選擇發(fā)射作業(yè)工具，以此增強人工增雨作業(yè)效果。

4.6 科學(xué)選擇人工增雨設(shè)備

在當(dāng)前人工增雨設(shè)備中，增雨模擬器類型主要分為4種，如針頭式人工增雨設(shè)備、懸線式人工增雨設(shè)備、管網(wǎng)式人工增雨設(shè)備、噴嘴式人工增雨設(shè)備。不同的人工增雨設(shè)備適用于不同的條件，因此，在人工增雨過程中，需要根據(jù)具體的特點，綜合性地選擇人工增雨設(shè)備?？紤]經(jīng)濟因素、人文因素、自然因素等多項條件，結(jié)合不同人工增雨設(shè)備的特點，以此提升設(shè)備選擇的科學(xué)性。針頭式人工增雨設(shè)備優(yōu)點相對明顯，比如增雨的范圍變化較廣、下限程度低、均勻性強、增雨穩(wěn)定。但受到人工增雨中選擇水質(zhì)的影響，可能會出現(xiàn)針頭堵塞、增雨不穩(wěn)定的情況。再如管網(wǎng)式人工增雨設(shè)備，在實施人工增雨的過程中，操作性能較強、穩(wěn)定性高、可承擔(dān)相對較大的面積，與天然增雨類似。選擇不同的人工增雨設(shè)備表現(xiàn)出來的雨滴初始速度、增雨的均勻性、應(yīng)用條件等多方面存在相對較大的差異，在進行人工增雨的過程中，必須要科學(xué)、合理地選擇設(shè)備，保證增強人工增雨的效果。

5 結(jié)束語

在新時期發(fā)展的背景下，對空氣質(zhì)量提出了更高的要求，霧霾對空氣質(zhì)量環(huán)境和人類的身體健康具有負(fù)面影響，如何改善霧霾天氣，是當(dāng)前應(yīng)深入思考的問題。若放任其不斷惡化，會給國民經(jīng)濟帶來不可估量的損失，因此，今后必須充分認(rèn)識到霧霾治理工作的重要性，不斷改善環(huán)境，促進經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

采用人工增雨作業(yè)的方式，有利于減少空氣中PM2.5的含量，對霧霾治理工作具有重要意義。今后，應(yīng)當(dāng)加大研究力度，充分增強人工增雨的效果，發(fā)揮出人工增雨對提高空氣環(huán)境質(zhì)量的重要作用。然而，空氣質(zhì)量的改善并不是一蹴而就的，需要全社會共同努力，既要加大技術(shù)研究力度，又要保護好生態(tài)環(huán)境，在各項技術(shù)手段、全民的共同努力下，不斷改善空氣質(zhì)量環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。