地面碘化銀煙爐人工增雨改善空氣質(zhì)量作業(yè)個例的效果分析

中圖分類號：P481 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0275-03

隨著大氣污染防治形勢日益嚴峻，社會現(xiàn)實對借助人工增雨消減霧霾的需求逐漸增長。宜賓市作為這一需求的典型代表，已經(jīng)在使用高炮、火箭等傳統(tǒng)地面增雨作業(yè)方式上取得了一定成效，但這些方式受空域限制較大，難以在最佳時機開展催化作業(yè)。因此，為滿足宜賓市人工增雨改善空氣質(zhì)量需求，研究一種全天候、不受空域限制、可自主科學布點和指揮的增雨作業(yè)工具顯得尤為重要。

地面碘化銀煙爐增雨是一種新型人工增雨技術，通過遠程遙控點燃煙爐中的碘化銀煙條，利用上升氣流作為載體，將碘化銀攜帶入云，以實現(xiàn)云水資源的催化，可作為高炮、火箭等地面作業(yè)裝備的補充手段。地面碘化銀煙爐具有不受空域管制，不受交通、地形和城市建設限制，可遠程操控，安全低成本等優(yōu)點，適合布設于航線、居民生活等密集的中心城區(qū)，可以長時間、連續(xù)、大劑量作業(yè)，能有效提高宜賓市中心城區(qū)人工增雨清污作業(yè)效益和覆蓋率[1]。

1作業(yè)的可行性分析

1.1催化劑擴散能力分析

將地面碘化銀煙爐催化劑擴散視為點源擴散，通過構建催化擴散模型，可判斷地面碘化銀煙爐燃燒后產(chǎn)生的煙氣能否將催化劑送入適合播撒的云層。根據(jù)《環(huán)境影響評價技術方法》，地面源擴散符合高斯擴散模式[2-4]。假設條件如下：（1）污染物在大氣空間環(huán)境中遵從高斯分布（正態(tài)分布）;（2）在整個空間中風速均勻、穩(wěn)定，風速大于 1.5m/s ;（3）定常、均勻的湍流場；

（4）源強連續(xù)且均勻；（5在擴散過程中污染物質(zhì)量守恒。其擴散公式如下：

式（1）中， σ_y 和 σ_z 分別為y和 z 軸方向上催化劑質(zhì)點濃度分布的均方差，根據(jù)不同穩(wěn)定度分類取不同值；宜賓所用的碘化銀煙條核生成率為 Q^-1.8×1015 個 ?/g （-10^°C） 英國氣象學家帕斯奎爾按云、日照、風速將大氣穩(wěn)定度分為A-F六個級別[5]。因此，宜賓秋冬季多以陰天為主，大氣穩(wěn)定程度考慮為D級，取 σ_y（x） =0.147x^0.889，σ_z（x）=0.400x^0.632

u 為 x 軸上的分風速， H₀ 為有效源高，包括排放源的幾何高度 h 和煙氣抬升高度 Δh ，即 H₀=h+Δh 。我國《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T13201一91）規(guī)定，宜賓冬季地面平均風速值符合靜風和小風類別，應按照以下公式計算煙氣抬升高度 Δh ·

式（2）中 為煙肉幾何高度以上的大氣溫度梯度，當 時，取 0

計算煙氣熱釋放率：

宜賓所用的地面碘化銀煙爐幾何高度為 4m ，出口直徑為 0.3m ，使用溫度為 -40-50°C 。假設冬季作業(yè)環(huán)境溫度 283K（10^°C） ，煙爐出口處煙氣溫度 323K（49.85‰） 出口處排煙速度為 5m/s ，計算出 Q_h=16.5KJ/s ，進而得到煙氣抬升高度 Δh 近似為 48m ，則煙氣的有效源高H₀ 為 52m_? 。宜賓中心城區(qū)11套煙爐作業(yè)點催化劑擴散情況類似，選擇作業(yè)點中海拔最低的李莊永勝作業(yè)點催化劑擴散情況進行模擬，因其海拔為 310m ，從而得出模擬時點源高度為 362m O

催化劑的分布相對濃度 q^′ 表示：

q＝q／q０

式（4）中， q₀=10³ 個 /m³ ，為云中冰核最佳濃度，分布相對濃度1.0代表催化劑濃度為 10³ 個 /m³ 。利用公式（1）（4），計算出濃度值為 10⁵ 個 /m³ 時催化劑可達近2km 高度，濃度為 10³ 個 /m³ 時催化劑可達約 6km 高度。

1.2布設選址的合理性

地面碘化銀煙爐增雨作業(yè)的關鍵在于云底是否具有上升氣流，考慮到地形和盛行風向的影響，宜賓市在降水云移動發(fā)展的主要路徑上布設了11套地面碘化銀煙爐，均位于一定海拔的山體迎風坡，可利用地形抬升所產(chǎn)生的上升氣流將催化劑送到云中合適部位進行催化。碘化銀催化劑只有在冷云條件下才有效，因為宜賓10月至翌年2月 0^°C 層高度平均值約為 2km 利于上升氣流進入溫度低于 -4^°C 的云層，達到最大催化效率，所以宜賓中心城區(qū)11套地面碘化銀煙爐在秋冬季開展增雨作業(yè)比較可行。

2典型煙爐增雨作業(yè)個例

2.1宜賓中心城區(qū)大氣特征概述

2024年1月28—2月2日，宜賓天氣形勢較為穩(wěn)定，日平均氣溫差較小，最高氣溫出現(xiàn)在2月1日，最低氣溫出現(xiàn)在1月30日，溫差僅為 3.3°C ；日平均氣壓差小，最高氣壓出現(xiàn)在1月29日，最低氣壓出現(xiàn)在2月2日，氣壓穩(wěn)定在 957.0～962.9hPa 范圍內(nèi)；風力較弱，多以西北風、北風為主，在此期間無降水，氣象條件不利于污染物擴散，導致污染物易于累積，從而發(fā)生污染。圖1顯示，1月28—2月2日，空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）從74增至138，宜賓連續(xù)5日處于輕度污染狀態(tài)。首要污染物 PM_2.5，PM₁₀ 細顆粒物日平均濃度在2月2日達到峰值，峰值濃度分別為1 05，125μg/m³ 。

2.2 作業(yè)天氣形勢分析

根據(jù)國家人影中心CPEFS模式資料進行分析，2024年2月2日22：00—2月3日03：00，四川盆地北部和南部有云帶分布，云系整體自西向東移動。2月2日22：00，盆地南部的云系以冷云為主，云頂高度為 4～6km 。云中存在一定的液態(tài)水，主要位于 0°C 層（2～3km ），含量為 0.05～0.30g/kg ；催化作業(yè)層風向主要為偏西風。盆地南部垂直累積過冷水含量為 0.1～ 0.5mm ，具備一定的增雨作業(yè)條件。典型時刻分布特征見圖2。

2.3 作業(yè)情況

2月2日，宜賓夜間有分散性小雨，氣溫6＼～11 C ，空氣相對濕度為 85%～100% ，主導風向東北風1＼～3級，氣象條件比較有利于空氣污染物稀釋、擴散和清除。23：15＼～23：45，李莊永勝等9個地面碘化銀煙爐作 業(yè)點相繼開展了增雨作業(yè)，總計燃燒9根煙條（表1）。

2.4 作業(yè)效果分析

2.4.1氣象要素變化

作業(yè)前3h宜賓站累積降雨量為0，作業(yè)后3h宜賓站累積降雨量為 2.3mm （圖3）;空氣質(zhì)量變化情況見圖4。

2.4.2作業(yè)過程合理性分析

2024年2月2日17：00＼～22：00，弱冷空氣南壓，宜賓市氣壓增大，濕度條件增強，有利于降水產(chǎn)生。2日22：00—3日03：00，四川盆地北部和南部有云帶分布，云系整體自西向東移動，煙爐作業(yè)點在降水云移動發(fā)展的主要路徑上。22：00，盆地南部的云系以冷云為主，云頂高度為 4～6km ，云中存在一定的液態(tài)水，主要位于 0°C 層 （2～3km ），含量為 0.05～0.30g/kg ；催化作業(yè)層風向主要為偏西風，影響盆地南部的云系，有利于作業(yè)點產(chǎn)生上升氣流將催化劑輸送至云中。2月2日23：15＼～23：45開展地面煙爐作業(yè)，共燃燒9根煙條。作業(yè)后，截至2月3日06：00，宜賓主城區(qū)出現(xiàn)小雨30站（總共36站），雨量為 0.3～5.4mm ， AQI 指數(shù)從149持續(xù)降至25，空氣質(zhì)量從輕一中度污染提升至良一優(yōu)，作業(yè)效果良好。

3結論

地面碘化銀煙爐增雨作業(yè)在改善空氣質(zhì)量方面具有顯著潛力，但仍需通過不斷的實踐和研究來優(yōu)化作業(yè)策略和技術手段，以實現(xiàn)更高效、更環(huán)保的人工影響天氣目標。

（1）作業(yè)個例分析為地面碘化銀煙爐增雨作業(yè)改善空氣質(zhì)量效果提供了支持。降水過程中的濕沉降作用不僅直接減少了空氣中的顆粒物數(shù)量，尤其是 PM_2.5 PM₁₀ 等細顆粒物，還利用洗滌作用去除了附著在顆粒物上的污染物，如重金屬、二氧化硫、氮氧化物等。

（2）地面碘化銀煙爐催化劑主要依靠上升氣流攜帶入云，有效作業(yè)的關鍵在于作業(yè)點位置和對作業(yè)時機的把握，要選擇云系發(fā)展成熟、降水潛力大的時段開展作業(yè)。但作業(yè)人員需注意避免在不利于降水形成的天氣條件下作業(yè)，以免造成資源浪費或產(chǎn)生不必要的環(huán)境影響。

（3）為進一步驗證地面碘化銀煙爐的增雨效果，需持續(xù)積累作業(yè)個例，分析不同天氣條件下作業(yè)的成功率和降水增量。通過對比分析，獲得適用于不同區(qū)域、不同季節(jié)的最佳作業(yè)參數(shù)和策略。

參考文獻

[1]秦長學，楊道俠，金永利.碘化銀地面發(fā)生器增雨（雪）作業(yè)可行性及作業(yè)時機選擇[J].氣象科技，2003（3）：174-178.

[2]匡順四，蘇云濤，齊曉文.石家莊市碘化銀地面發(fā)生器增雪作業(yè)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（7）：4295-4297.

[3]何媛，黃彥彬，李春鸞，等.海南省暖云煙爐設置及人工增雨作業(yè)條件分析[J].氣象科技，2016，44（6）：1043-1052.

[4]陸昌淼，彭賢安.關于GB/T13201一91《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》的編制說明[J].環(huán)境科學研究，1992（6）：19-18.

[5]周國強.利用《GB3840一83》中有關公式計算排氣筒的幾何高度[J].環(huán)境工程，1993，11（6）：1.