云降水物理研究與人工影響天氣工作現(xiàn)狀分析

哈青辰

摘要 云降水物理與人工影響天氣之間的關(guān)聯(lián)密切，云降水物理是人工影響天氣的理論基礎(chǔ)，人工影響天氣則是云降水物理的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，人們加大了對(duì)云降水物理和人工影響天氣的研究力度，并獲得了顯著成效?；诖耍瑥脑平邓锢硌芯亢腿斯び绊懱鞖夤ぷ鳜F(xiàn)狀入手展開了詳細(xì)分析，討論了人工影響天氣工作的現(xiàn)狀，并提出了提高人工影響天氣工作質(zhì)量的有效策略。

關(guān)鍵詞 云降水物理；人工影響天氣；工作現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：P48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）09–0-03

隨著環(huán)境的不斷惡化，干旱、冰雹等自然災(zāi)害發(fā)生的可能性大大增加。這些自然災(zāi)害的發(fā)生，不僅會(huì)嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)等發(fā)展，還會(huì)給人們帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，相關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)自然災(zāi)害的關(guān)注，加大對(duì)云降水物理的研究力度，結(jié)合研究結(jié)果合理選擇人工影響天氣方法與技術(shù)，通過對(duì)自然天氣的干預(yù)，將自然災(zāi)害的發(fā)生概率降至最低。

1 云中粒子的增長及降水的形成機(jī)制

1.1 云滴的增長

相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，影響暖云降水形成的因素很多。在眾多影響因素中，最為重要的是云的起伏變化規(guī)律和云中的湍流，同時(shí)在宏觀條件下，氣流場(chǎng)也會(huì)影響暖云降水的形成[1]。試驗(yàn)和計(jì)算表明，濕度場(chǎng)和云滴濃度的起伏變化會(huì)使云滴增大。而影響云滴增大的一個(gè)關(guān)鍵因素是起伏場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間和湍流加速場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間。其中，湍流加速場(chǎng)的相關(guān)時(shí)間較短，對(duì)雨滴形成的促進(jìn)作用不是很大。通過調(diào)查和研究積云中云滴增長過程發(fā)現(xiàn)，巨核對(duì)大云滴形成所起到的作用最主要，可以有效縮短大云滴的形成時(shí)間，但巨核在平衡態(tài)凝結(jié)譜中所發(fā)揮的作用極小。

1.2 冰晶的增長

研究冰面擴(kuò)散云室在不同溫度環(huán)境下冰晶生長及冰面過飽和度，可以獲得在低冰面過飽和條件下的定量結(jié)果，有利于對(duì)冰晶增長整個(gè)過程展開進(jìn)一步研究，還可以了解低冰面過飽和情況下冰晶增長的特點(diǎn)[2]。

1.3 冰雹的增長

實(shí)例模擬表明，如果云層的冰雹形成源區(qū)中有一定數(shù)量凍滴雹胚和霰的存在，就可以通過與過冷水撞凍實(shí)現(xiàn)冰雹的進(jìn)一步增長。云中的過冷水無論對(duì)雹胚的形成，還是對(duì)冰雹的增長都能夠起到十分重要的促進(jìn)作用。冰雹的形成和增長過程包括冰晶—過冷水—雹胚—冰雹環(huán)節(jié)，缺少過冷水環(huán)節(jié)就不會(huì)形成冰雹。

2 云和降水的形成

2.1 積云

積云的形成與不穩(wěn)定的空氣對(duì)流有很大關(guān)系。通常情況下，積云在白天形成，形成速度快，幾分鐘就可以迅速擴(kuò)展至幾公里。當(dāng)擴(kuò)展到一定程度后，容易發(fā)生異變，最為明顯的一個(gè)表現(xiàn)便是砧狀云層結(jié)構(gòu)，并且位于積云的頂部或周圍同樣會(huì)產(chǎn)生下沉氣流，相對(duì)而言，這些下沉氣流較為穩(wěn)定，但對(duì)于積云的形成會(huì)產(chǎn)生很大影響。例如：若氣流比較穩(wěn)定、合適，則位于積云內(nèi)的旋風(fēng)水滴往往會(huì)隨著氣流發(fā)生橫向或縱向運(yùn)動(dòng)，以此促進(jìn)積云的產(chǎn)生。若氣流不穩(wěn)定、不合適，會(huì)導(dǎo)致氣流對(duì)懸浮液的作用大大增強(qiáng)，可能會(huì)使積云發(fā)生裂解，出現(xiàn)一場(chǎng)陣性降水。從含水量角度分析，積云的含水量分布不均勻，主要集中在中部，位于底部和頂部的含水量少，在高度相同的前提下，中心部位含水量要多于邊緣部位的含水量。從組成部分角度分析，積雨云作為積云中的重要組成，持續(xù)時(shí)間較長，可伸展范圍較大，容易出現(xiàn)在暴雨、大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)烈天氣中。

2.2 層狀云

與積云一樣，層狀云的形成速度快，幾分鐘便可以擴(kuò)展至數(shù)百公里。如果層狀云比較薄，則發(fā)生降水的概率較??；如果層狀云比較厚，則很有可能發(fā)生降雨或降雪，而且其范圍比較大。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，影響層狀云形成的因素較多，如氣層輻合、地形抬升和亂流降溫、積云平衍等，這些因素對(duì)層狀云的形成都會(huì)造成直接或間接的影響，若斜升空氣層存在較大的不穩(wěn)定性，很有可能產(chǎn)生對(duì)流云，呈積狀。

層狀云與積云相比有很多不同之處，從基本形態(tài)角度分析，積云比較薄，覆蓋面積比較大，呈透明狀態(tài)；而層狀云比較厚，覆蓋面積比較小。按照類型分類，可以將層狀云分為卷云、高層云、雨層云、卷層云。其中，卷層云的出現(xiàn)代表即將降水[3]。

2.3 積層混合云

積層混合云是指其包含多種云層，而這些云層大部分都是層狀云與對(duì)流體結(jié)合形成的。其中，層狀云對(duì)積云的形成能夠起到重要的促進(jìn)作用，還會(huì)對(duì)流云產(chǎn)生重要影響。如果出現(xiàn)流云，基本上可以確定會(huì)有強(qiáng)降水的出現(xiàn)，而且持續(xù)的時(shí)間不會(huì)太短。在流云形成的過程中，層狀云發(fā)揮著重要作用，它能夠?yàn)榱髟铺峁┮粋€(gè)良好的發(fā)展環(huán)境。除此之外，層狀云的發(fā)展還可以促進(jìn)大量上升氣流的產(chǎn)生，雖然能夠降低積層混合云降水強(qiáng)度，但是會(huì)延長降水時(shí)間。由此可以看出，層狀云的發(fā)展，將積云與流云有效聯(lián)系在一起，對(duì)于云降水的發(fā)展起到了重要的影響[4]。

3 人工影響天氣的主要方式

3.1 人工防雹

調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)部門，往往是先借助雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)地區(qū)冰雹的監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)所獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)[5]。雷達(dá)的使用，只需要通過電磁波便可以準(zhǔn)確預(yù)判冰雹的形狀大小、范圍以及密度等各方面情況。在此基礎(chǔ)上，天氣預(yù)報(bào)部門會(huì)做出相應(yīng)的預(yù)警工作，將冰雹對(duì)各地區(qū)所造成的危害降至最低。

從冰雹的產(chǎn)生角度分析，能夠產(chǎn)生冰雹的云層主要包括強(qiáng)單體雹云、弱單體雹云和多單體雹云、傳播雹云。通過云層名稱可以看到，不同雹云所產(chǎn)生的冰雹特點(diǎn)是不同的，停留在云層的時(shí)間越長，冰雹的破壞性就越大，兩者呈正比關(guān)系。因此，人工防雹通常采用高炮轟擊方式，即使用高射炮轟擊已經(jīng)產(chǎn)生冰雹或即將產(chǎn)生冰雹的云層。在高射炮轟擊爆炸的作用下，云層周圍氣流會(huì)發(fā)生大面積移動(dòng)，并且受沖擊力影響，云層中形成的大塊冰晶也會(huì)被轟碎，以此取得較好的防雹效果。除此之外，在人工防雹過程中還會(huì)使用催化劑技術(shù)，適量催化劑的使用會(huì)對(duì)云層中冰晶的形成產(chǎn)生干預(yù)，預(yù)防冰雹的效果較好。

3.2 人工增雨

當(dāng)前，很多地區(qū)都出現(xiàn)了干旱問題，導(dǎo)致我國的荒漠面積擴(kuò)大。干旱問題的發(fā)生，不僅會(huì)嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，還會(huì)對(duì)我國社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生影響。而要想有效緩解這一問題，人工增雨是一種有效的方法途徑[6]。為保證人工降雨的有效性，相關(guān)部門需要嚴(yán)格按照規(guī)定的順序進(jìn)行人工增雨。

第一，科學(xué)評(píng)估云層降水潛力。人工增雨需要投入的成本較大，如果在人工增雨前沒有做好充分的研究分析和準(zhǔn)備，直接進(jìn)行人工增雨工作，無法達(dá)到預(yù)期的增雨效果和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在人工增雨工作前，應(yīng)對(duì)云層進(jìn)行全面分析和科學(xué)評(píng)估。針對(duì)不同云系，需要合理評(píng)估其轉(zhuǎn)化效果，包括固態(tài)冰晶向液態(tài)水的轉(zhuǎn)化、水蒸氣向液態(tài)水的轉(zhuǎn)化等，通過有效評(píng)估，提升人工增雨的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

第二，選擇合適的方式開展人工增雨工作。人工增雨的方式比較多，最為常見的有冷云催化、暖云催化等。通過上述分析可知，無論是積云還是積層混合云，其降雨潛力非常大，當(dāng)云層儲(chǔ)水量與人工增雨標(biāo)準(zhǔn)相符合時(shí)，即可采取相關(guān)方式開展人工增雨工作。雖然催化劑的種類比較多，但是其作用機(jī)理都是通過讓暖云里的水滴或冷云里的冰晶進(jìn)一步凝結(jié)增長，使其質(zhì)量體積增加。當(dāng)云層無法承載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生降雨，達(dá)到人工增雨的目的。待人工增雨工作完成后，相關(guān)部門需要全面評(píng)估人工增雨效果，針對(duì)不同降水環(huán)境或不同地區(qū)采用不同的人工增雨方式，具體需要根據(jù)實(shí)際情況做出合理選擇，以此保證人工增雨的實(shí)效性[7]。

4 人工影響天氣工作的現(xiàn)狀

4.1 區(qū)域的協(xié)調(diào)與管理效率低下

人工影響天氣工作的開展要在特定區(qū)域的環(huán)境條件下進(jìn)行，才能趨利避害，獲得理想的工作效果。例如：某一地區(qū)在進(jìn)行人工增雨操作時(shí)，要充分考慮到周圍的地市，以形成強(qiáng)大的合力，最大限度地發(fā)揮出人工增雨的效能。在人工增雨操作前，還需要做好人員配置、設(shè)備配置以及資金籌措和集中管理等準(zhǔn)備工作，需要多地區(qū)、多部門之間的有效溝通交流和協(xié)調(diào)配合。但通過調(diào)查研究我國當(dāng)前人工影響天氣工作現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，一些地區(qū)仍然存在“單打獨(dú)斗”的現(xiàn)象，區(qū)域的協(xié)調(diào)與管理存在問題。導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可以分為2點(diǎn)：

（1）不同地區(qū)的氣候環(huán)境和技術(shù)手段不同，要想達(dá)成一致的操作目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。（2）一些地區(qū)對(duì)人工影響天氣的重視程度較低，而且認(rèn)識(shí)也不夠全面，導(dǎo)致實(shí)際操作滯后，工作效率不高，很難達(dá)到理想的工作效果[8]。

4.2 缺乏專項(xiàng)資金支持，人才數(shù)量不足

人工影響天氣工作開展的主要目的是通過科學(xué)指導(dǎo)和規(guī)避，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行提供有力保障，并有效改善各地區(qū)的生態(tài)狀況。但通過調(diào)查研究我國當(dāng)前人工影響天氣工作現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，一些地區(qū)普遍存在專項(xiàng)資金缺乏的問題，這不僅會(huì)大大增加人工影響天氣工作結(jié)構(gòu)性矛盾出現(xiàn)的可能性，還會(huì)嚴(yán)重阻礙實(shí)踐活動(dòng)的開展。有些地區(qū)從事人工影響天氣工作的專業(yè)人才數(shù)量不足，現(xiàn)有人才專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐技能水平相對(duì)低下，這在一定程度上為人工影響天氣工作的開展埋下了一定的隱患[9]。

5 加強(qiáng)人工影響天氣管理的重要性

5.1 滿足糧食生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)需求

氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)的影響最大、最直接，而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中水資源的合理開發(fā)利用，對(duì)糧食生產(chǎn)有著重要的積極作用。《全國新增1 000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009—2020年）》的頒布和出臺(tái)，明確強(qiáng)調(diào)了要進(jìn)一步加大人工增雨和防雹能力建設(shè)力度，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更有效的人工影響天氣服務(wù)。由此可以看出，人工影響天氣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的作用。冰雹是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比較容易發(fā)生的災(zāi)害性天氣，若在作物生長期和成熟期發(fā)生冰雹災(zāi)害，則會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)，甚至?xí)斐山^收。此外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)干旱。而人工影響天氣在抗旱和防雹減災(zāi)中是最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)手段，可以滿足糧食生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)需求。

5.2 緩解水資源短缺

大多數(shù)生命生存都離不開水資源。我國存在水資源分布不均問題，人均水資源量僅占2 100 m3左右。其中，區(qū)域性缺水和季節(jié)性缺水表現(xiàn)得尤為明顯，無論對(duì)人們生活還是對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生不利影響。現(xiàn)如今，在城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展速度加快的背景下，隨著城市人口越來越密集，水資源短缺問題愈加突出，導(dǎo)致部分居民出現(xiàn)了用水緊張狀況。而通過人工影響天氣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空中云水資源的有效利用，增加降水量，進(jìn)而使水資源短缺得到緩解[10-13]。

6 提高人工影響天氣工作質(zhì)量的有效策略

6.1 加強(qiáng)管理，做好各方實(shí)踐活動(dòng)開展的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作

首先，在人工影響天氣工作開展的過程中，政府和職能部門要高度重視人工影響天氣工作的開展，需要充分發(fā)揮出自身的管理職能，對(duì)各方人工影響天氣工作的開展做好協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌工作。

其次，地方政府要制定出與之相適應(yīng)的監(jiān)督管理制度和規(guī)范要求，通過有效的督促和規(guī)范管理，解決在各方人工影響天氣工作中存在的協(xié)調(diào)不統(tǒng)一和管理不到位等問題。地方政府還要從人力、物力及財(cái)力等方面入手，為人工影響天氣工作的開展提供支持，從根本上保障工作的順利開展和質(zhì)量效率。

最后，地方職能部門需要出臺(tái)合理可行的制度要求，以提高各方人工影響工作開展的規(guī)范性。在人工影響天氣工作開展的過程中，地方職能部門需要堅(jiān)持以人為本的原則，將人民群眾的根本利益放在首要位置，在提高人工影響天氣工作質(zhì)量和效率的同時(shí)，最大限度地保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[14-16]。

6.2 加大資金扶持力度，做好專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)

首先，地方政府需要正確認(rèn)識(shí)到人工影響天氣工作的重要性，設(shè)立專項(xiàng)資金，為人工影響天氣工作的開展提供資金支持[17-18]。

其次，針對(duì)當(dāng)前從事人工影響天氣工作專業(yè)人才數(shù)量缺失的問題，地方政府需要加強(qiáng)專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)，定期對(duì)現(xiàn)有的工作人員做好業(yè)務(wù)培訓(xùn)工作，并積極引進(jìn)人工影響天氣工作相關(guān)方面的專業(yè)人才。通過內(nèi)外結(jié)合，提高人工影響天氣工作人員隊(duì)伍整體的專業(yè)性。

最后，相關(guān)部門要對(duì)人工影響天氣作業(yè)設(shè)備做好集中管理，及時(shí)更換陳舊、老化的作業(yè)設(shè)備，避免阻礙人工影響天氣工作的正常開展，有效防止安全事故的發(fā)生。

7 結(jié)束語

云降水物理研究與人工影響天氣有著極為密切的聯(lián)系，云降水物理研究可以為人工影響天氣提供重要的理論依據(jù)，而人工影響天氣又是云降水物理研究的重要成果表現(xiàn)?，F(xiàn)今，隨著全球氣候變暖，水資源日益短缺，人工影響天氣工作的開展變得尤為必要。而要想做好這項(xiàng)工作，要加強(qiáng)對(duì)云降水物理的研究，在此基礎(chǔ)上合理開展人工防雹、人工增雨等工作，以此將自然災(zāi)害的發(fā)生概率降至最低，保護(hù)好人民群眾的財(cái)產(chǎn)安全。雖然我國在云降水物理和人工影響天氣方面研究已經(jīng)取得一定成果，但仍存在不足之處，今后還需要相關(guān)專業(yè)人員的繼續(xù)探索和研究，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的氣象服務(wù)。

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Research on Cloud Precipitation Physics and Analysis of the Current Situation of Weather Modification Work

Ha Qing-chen （Chifeng Meteorological Bureau， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract There is a close correlation between cloud precipitation physics and artificial weather modification. Cloud precipitation physics is the theoretical basis for artificial weather modification， and artificial weather modification is the application field of cloud precipitation physics. At present， people have increased their research on cloud precipitation physics and artificial weather effects， and have achieved significant results. Based on this， a detailed analysis was conducted from the aspects of cloud precipitation physics research and the current situation of weather modification work， discussing the current situation of weather modification work， and proposing effective measures to improve the quality of weather modification work.

Key words Cloud precipitation physics; Artificial weather modification; Work status