人工增雨背后的秘密

劉娟

清代的《廣陽(yáng)雜記》記載：“夏五、六月間，常有暴風(fēng)起，黃云自山來(lái)，必有冰雹，土人見(jiàn)黃云起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去?！币馑际窍奶斐Ｓ斜╋L(fēng)雨，古人見(jiàn)黃色的云滾滾而來(lái)時(shí)就鳴鼓并用土炮向天空射去，使黃色的云散開(kāi)，以此達(dá)到防雹的效果。這是對(duì)中國(guó)古代用土炮防雹的生動(dòng)描述，說(shuō)明古人已經(jīng)能夠使用人工手段影響天氣過(guò)程。

1946年7月的一天，在66歲的美國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家朗繆爾的指揮下，一架飛機(jī)騰空而起，飛行在云海上空。試驗(yàn)人員將207千克的干冰撒入云海，30分鐘以后，狂風(fēng)驟起，傾盆大雨灑向大地，人類歷史上第一次人工增雨試驗(yàn)獲得成功。至此，朗繆爾開(kāi)創(chuàng)了人工增雨的新時(shí)代。

現(xiàn)今，我們說(shuō)的人工影響天氣，是指為避免或減輕氣象災(zāi)害、合理利用氣候資源，在適當(dāng)天氣條件下，通過(guò)科技手段對(duì)局部大氣的物理、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行人工影響，實(shí)現(xiàn)增雨（雪）、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動(dòng)。

人工增雨三條件

在了解人工增雨之前，我們首先需要知道雨從何處來(lái)。雨，是從云中降落的水滴——陸地和海洋表面的水會(huì)蒸發(fā)成水蒸氣，水蒸氣上升到一定高度后遇冷變成小水滴，這些小水滴便組成了云。它們?cè)谠评锘ハ嗯鲎埠喜⒊纱笏?，?dāng)水滴大到空氣托不住的時(shí)候就會(huì)從云中落下來(lái)，形成雨。因此，要形成降雨，就必須滿足三個(gè)條件：云中水汽充沛、上升氣流運(yùn)動(dòng)并遇冷液化、有足夠多的凝結(jié)核或冰核。

人工增雨可不是想增就能增的。人工影響天氣也并非“呼風(fēng)喚雨”，是影響天氣而非創(chuàng)造天氣。只有適合的天氣條件才能開(kāi)展增雨作業(yè)。首先，有云才有雨，空中的云就像是一座座飄浮在天上的水庫(kù)。能實(shí)現(xiàn)人工增雨的云需要滿足三個(gè)條件，即云層厚度要大于2千米，云中要有充足的水汽，有上升氣流區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，晴天的積云和層積云不易產(chǎn)生降水，而積雨云（冰水共存的混合云）就比較有利于云滴增長(zhǎng)為雨滴。換句話說(shuō)，人工增雨并不是“無(wú)中生有”，只有具備一定的空中云水資源時(shí)，人為方法才能發(fā)揮作用。人工增雨的奧妙就在于增加云中的凝結(jié)核，促使水汽盡快凝結(jié)，這樣就可以有效增加降水。正如前文所說(shuō)，云是天上的水庫(kù)，如果水庫(kù)閘門開(kāi)得小，那么落下來(lái)的雨水就少。這時(shí)，如果使用人為方法向云中播撒催化劑，就可以將水庫(kù)的閘門開(kāi)大，水流量也就變大了。

現(xiàn)在人工增雨的方式主要是通過(guò)向云中播撒催化劑如鹽粉、干冰或碘化銀等，來(lái)增加凝結(jié)核，也可利用聲波、飛秒激光、帶電粒子等手段，來(lái)促進(jìn)水汽凝結(jié)、云滴碰并增長(zhǎng)等云雨轉(zhuǎn)化過(guò)程，形成降水。此外，高空的云還分冷云（云內(nèi)溫度在0℃以下）和暖云（云內(nèi)溫度在0℃以上）。針對(duì)冷云的人工增雨，傳統(tǒng)方式通常是通過(guò)播撒碘化銀、干冰等成冰劑或制冷劑，增加云中冰晶濃度，以彌補(bǔ)云中冰核的不足，達(dá)到降雨或增加雨強(qiáng)的目的。針對(duì)暖云的人工增雨，則通常是通過(guò)向云中播撒鹽粉等吸濕劑，促使云中迅速形成一批大云滴，并使它們通過(guò)碰并過(guò)程迅速增大成雨滴，從而增加降雨概率。

人工增雨如何作業(yè)

在增雨作業(yè)方式上，常規(guī)的是通過(guò)飛機(jī)、高炮、火箭、地面煙爐等向云中播撒催化劑——通過(guò)不同“風(fēng)味”催化劑的搭配，在特定的天氣條件下，使“化云為雨”成為可能。

我國(guó)氣象部門常見(jiàn)催化作業(yè)的方式是以高炮和火箭為主的地面作業(yè)。高炮作業(yè)是在地面利用高炮向空中具有一定條件的目標(biāo)云發(fā)射含有催化劑的炮彈，炮彈在云中爆炸，把炮彈中的催化劑播撒在云中，以影響云的物理過(guò)程?；鸺鳂I(yè)是在地面或在地面附近的某個(gè)平臺(tái)上，利用火箭發(fā)射架向空中具有一定條件的目標(biāo)云發(fā)射含有催化劑的火箭彈，火箭彈在到達(dá)空中的某一位置以后，彈體內(nèi)的催化劑被自動(dòng)點(diǎn)燃，隨著火箭彈在云中的飛行，催化劑沿途燃燒播撒，以影響云的物理過(guò)程。正常情況下，火箭彈頭會(huì)在空中爆炸成非常小的碎片，彈體會(huì)在空中爆炸自毀或者通過(guò)降落傘落到地面。為保障安全，作業(yè)時(shí)會(huì)避開(kāi)人口密集區(qū)和重要設(shè)施區(qū)，在空曠的區(qū)域進(jìn)行發(fā)射。

高炮（圖片來(lái)源：中國(guó)氣象網(wǎng)）

地面煙爐作業(yè)對(duì)地形條件要求最為苛刻。它通常用于山區(qū)地形云作業(yè)，需設(shè)置在山體的迎風(fēng)坡面，作業(yè)人員通過(guò)燃燒含催化劑的焰條，將人工冰核送入云中。一般而言，地面燃燒爐主要用于交通不便的山區(qū)或是較難申請(qǐng)空域作業(yè)的地區(qū)。如今煙爐作業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作——焰條裝入后，只要通過(guò)手機(jī)發(fā)送指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制即可開(kāi)始作業(yè)。一根焰條能持續(xù)燃燒十多分鐘，經(jīng)驗(yàn)豐富的作業(yè)人員會(huì)根據(jù)實(shí)際情況判斷需要燃燒多少根焰條。催化劑有時(shí)會(huì)順著氣流直接進(jìn)入煙爐上空的云層，有時(shí)會(huì)隨著地形爬坡，繼而影響下游地區(qū)的天氣。

相較于地面人工影響作業(yè)來(lái)說(shuō)，飛機(jī)人工增雨作業(yè)具有播撒范圍廣、催化劑影響范圍大等特點(diǎn)，但為了確保飛行安全，它主要適用于穩(wěn)定的層狀云系的連續(xù)增雨作業(yè)。此外，飛機(jī)上還可以裝載探測(cè)儀器，以便進(jìn)行云微結(jié)構(gòu)的觀測(cè)和催化前后云的宏觀、微觀狀態(tài)變化的追蹤監(jiān)測(cè)。目前，我國(guó)的增雨飛機(jī)型號(hào)主要有新舟60、空中國(guó)王350（進(jìn)口）和運(yùn)-12等。

當(dāng)然，人工增雨作業(yè)后也不一定就會(huì)下雨，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)云中降雨的現(xiàn)象——在降落過(guò)程中，有些小冰晶會(huì)直接蒸發(fā)，無(wú)法到達(dá)地面形成有效降雨。同時(shí)，人工增雨作業(yè)后，也不一定會(huì)立竿見(jiàn)影地形成降雨，通常作業(yè)的有效時(shí)間為3小時(shí)左右，有時(shí)會(huì)達(dá)到6小時(shí)。

增雨煙爐

新舟60 增雨飛機(jī)

能否人工消雨

我們能夠?qū)崿F(xiàn)人工增雨，那能不能進(jìn)行人工消雨呢？答案是肯定的。2008年，為確保北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式順利進(jìn)行，北京市氣象局人工影響天氣團(tuán)隊(duì)就成功消減了降雨。

一般來(lái)說(shuō)，人工消雨有兩種方式：其一，是讓雨提前降落，其本質(zhì)原理和人工增雨類似。通常是在目標(biāo)地區(qū)的上風(fēng)方60～120千米的距離處，進(jìn)行人工增雨作業(yè)，讓雨提前下完。其二，是讓雨“憋著不下”。通常是在目標(biāo)區(qū)上風(fēng)方30～60千米的距離處，往云層里超量播撒冰核，使冰核含量達(dá)到降水標(biāo)準(zhǔn)的3～5倍，冰核數(shù)量多了，每個(gè)冰核吸收的水分就少，就無(wú)法形成足夠大的雨滴。

人工消雨作業(yè)的大致流程如下：首先，要對(duì)天氣狀況及其變化趨勢(shì)進(jìn)行細(xì)致的觀測(cè)和預(yù)測(cè)，判斷是否存在降雨的可能；如果發(fā)現(xiàn)有降雨的可能，則需要進(jìn)一步了解本次天氣系統(tǒng)對(duì)本地可能的影響趨勢(shì)——何時(shí)、何地可能產(chǎn)生降雨。之后，就要針對(duì)擬保護(hù)地區(qū)制定人工消雨方案。一有作業(yè)條件，就立即啟動(dòng)飛機(jī)或地面火箭和高炮等設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。如果是受移動(dòng)天氣系統(tǒng)的影響，那么就在擬保護(hù)地區(qū)的上游地區(qū)進(jìn)行人工增雨作業(yè)，讓本地未來(lái)的可能降雨在其上游地區(qū)提前降落到地面，從而達(dá)到減緩或消除擬保護(hù)地區(qū)降雨的目的。如果是局部云系發(fā)展產(chǎn)生降雨，則需對(duì)目標(biāo)云系進(jìn)行過(guò)量播撒作業(yè)，以充分“爭(zhēng)食”云中的水分，使云滴很難增大成為雨滴降落到地面，從而達(dá)到減弱或消除降雨的目的。

人工消雨是個(gè)大工程，需要?jiǎng)佑迷S多飛機(jī)、地面高炮和火箭，針對(duì)范圍小、強(qiáng)度弱的降水天氣過(guò)程會(huì)取得比較理想的效果。但如果遇上強(qiáng)降水天氣過(guò)程，那么就目前的技術(shù)手段而言，還達(dá)不到理想的人工消雨的效果。

某地氣象臺(tái)使用的增雨防雹火箭彈

人工增雨是否會(huì)污染環(huán)境

人工增雨能夠有效地抗旱降溫，但也不禁讓人擔(dān)心：向云中播撒各種催化劑，會(huì)不會(huì)污染環(huán)境，特別是會(huì)不會(huì)對(duì)人體健康造成危害呢？

氣象專家介紹，人工增雨（雪）使用的催化劑通常分為三類：第一類是可以大量產(chǎn)生凝結(jié)核或凝華核的碘化銀等成核劑；第二類是可以使云中的水分形成大量冰晶的干冰等制冷劑；第三類是可以吸附云中水分變成較大水滴的鹽粒等吸濕劑。以常用的冷云催化劑為例，其主要成分是干冰和液氮，汽化后將成為二氧化碳和氮?dú)?，都是空氣的主要組成元素，因此它們都是“生態(tài)安全催化劑”，不會(huì)污染環(huán)境。此外，人工影響天氣作業(yè)使用的碘化銀用量非常小，作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的危害濃度，因此人工增雨不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成污染。

作業(yè)人員在發(fā)射火箭彈實(shí)施人工增雨

由于人工增雨作業(yè)后，公眾不能區(qū)分該降雨是人工增雨，還是自然降水，所以如何評(píng)估人工增雨（雪）效果成為一個(gè)世界性難題，目前科學(xué)家還只能通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)等手段進(jìn)行估測(cè)。但國(guó)內(nèi)外大量人工增雨（雪）外場(chǎng)科學(xué)試驗(yàn)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，正確地運(yùn)用人工催化技術(shù)，可增加的降水量一般為自然降水量的6%～25%，其效益還是非?？捎^的。

需要提醒大家的是：利用高炮、火箭進(jìn)行人工增雨作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，所以一般在作業(yè)前，氣象部門會(huì)通過(guò)媒體發(fā)布作業(yè)公告，告知公眾作業(yè)時(shí)間、區(qū)域及注意事項(xiàng)，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。同時(shí)，還須提醒公眾注意的是：如果發(fā)現(xiàn)增雨火箭彈殘?bào)w或故障彈，那么應(yīng)立即向當(dāng)?shù)毓膊块T或氣象部門報(bào)告，不可擅自靠近、拆除、搬動(dòng)或儲(chǔ)藏。