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        人工影響天氣——云端“活水”這樣來

        發布時間:2021年03月15日 來源:中國氣象報社 作者:王玫玨 王亮 盧健 張明祿 宛霞 簡菊芳

          自1958年我國啟動人工影響天氣試驗以來,把“空中水庫”搬運到地面的夢想變成了現實,并在防災減災、生態文明建設和重大活動保障等領域發揮著重要作用。六十多年來,人工影響天氣技術不斷發展、能力不斷提升,作業手段日趨豐富,人們的關注度也隨之上升。如何實現人工增雨、我國空中水資源是否會枯竭、人工增雨(雪)會不會破壞天氣系統和環境……

            裝備+催化劑的神奇效果

          云中水如何變成地上一滴雨?需要具備三個基本條件:云中水汽豐富、凝結核充足、有氣流上升運動。一般來說,積雨云、濃積云和雨層云容易產生降水,而晴天的積云和層積云不易產生降水。最有利于云滴增長為雨滴的,是冰水共存的混合云。

          “化云為雨”,是否有加速手段?隨著科技發展,飛機、火箭、高炮、煙爐等“五花八門”的裝備搭配上“風味”不同的催化劑,讓“化云為雨”在特定天氣條件下成為可能。從專業術語出發,這樣的技術和行為被稱為人工影響天氣。

          現代人工影響天氣的原理是基于自然云和降水的形成過程建立的,且通過大量室內實驗、數值模擬試驗和外場科學試驗驗證,具有堅實的科學基礎。

          不過,人工影響天氣作業是有前提條件的,首先要有云,且非所有的云都可以化成雨水。

          一般來說,當云的厚度超過兩千米,缺乏冰晶卻擁有豐富的水汽,且云體外面仍然有充足的水汽補給,就算通過“審核”,認定具備增雨潛力。

          云有冷暖之分,它們都是變成落地雨水的“潛力股”。只不過暖云被上升氣流托舉而漂浮在空中,其中的雨滴掉不下來;冷云“個頭”瘦小,加之上升氣流的阻力,也掉不下來。這時候,就需要人工來幫忙,把“潛力股”變成降落地面的水。其中,冷云催化是目前世界各國相對成熟和通用的技術。

          通過向云中播撒碘化銀成冰劑,產生大量的人工冰核,冰核轉化成冰晶,冰晶吸附水汽,凝結碰并增長,當冰晶增長到一定程度就會降落,進入暖區融化成為雨滴,從而引發云層降水或增加降水強度?;蛘?,向云中播撒干冰、液氮等致冷劑,在其周圍形成-40℃的區域,即有自生冰晶,大量過冷水滴迅速凍結,引發冰晶效應。在冷云催化過程中,冰晶凝華釋放潛熱,使云體溫度升高,促進上升氣流的發展,進一步加強降雨。

          在0℃以上的暖云中,云物理結構穩定,自然條件下的水滴大小均勻,缺乏大水滴, 不易產生降水。通過向云中播撒大小適當的鹽粉等吸濕劑,可以改變云滴譜分布的均勻性,吸濕性凝結核在相對濕度接近100%的云霧環境中能增長成直徑超過40微米的大滴,促進凝結碰并增長,生成雨滴增加降水。

          有一個疑問:人工增雨會把上游、下游的雨“打跑”嗎?實際上,這樣的想法是多慮了。

          遇到大范圍降水過程,云中所含的水汽是不斷補充的,云系隨上升氣流的變化而不斷更新。在每次降雨過程中,云中的水汽會保持在充足狀態,人工增雨量相當于降水的一小部分。所以,人工影響天氣作業對水汽通量的影響非常小。

            人工影響天氣作業“選手”盤點

          選手一:飛機  擅長領域:云內作業  特點:機動性強、攜載能力強、作業面積大

        增雨飛機

          該選手善于將催化劑播撒到云中,且可對層狀可降水云系進行連續增雨作業。飛機可攜帶碘化銀末端燃燒器、碘化銀焰彈發射器、液態二氧化碳播撒器、液氮播撒器等適用于不同作業目的的多種機載裝備,將催化劑直接撒入云中,還可以對作業前后云的宏微觀狀態變化進行追蹤監測?! ?/span>

          選手二:火箭  擅長領域:對流云作業  特點:性能穩定、作業集中

        增雨火箭

          該選手播撒催化劑的影響范圍更為集中,較為適合在固定區域作業,尤其適合在影響飛機飛行安全的強大對流云中作業。

          該選手作業技術成熟,且流程規范:確定作業云層和區域,登記發射火箭的編號,將火箭裝入炮筒進行固定,連接發射電線,調節作業角度,對準發射云團……一枚火箭彈含有8~15克的碘化銀,火箭彈在到達七八千米高空的云中預定位置后,催化劑將被自動點燃,并隨著火箭彈飛行沿途燃燒,隨風擴散后效果開始顯現。

          選手三:高炮  擅長領域:冷云降水  特點:攜帶催化劑量大、播撒路徑長、發射高度高、操作便利、流動作業能力強

        增雨高炮

          該選手數量多,在人工影響天氣作業中發揮著巨大作用。

          在人工影響天氣地面作業中,大量使用37毫米高炮進行作業。炮位的設置地點一般在作業影響區上風方4公里內,并且在迎風坡和增雨作業云經過頻次最多的路徑上;周圍要視野開闊,射擊點遠離居民區500米以上?! ?/span>

          選手四:地面煙爐  擅長領域:山區作業  特點:不受空域影響

        地面煙爐

          該選手工作時比較安靜,蹲守在山區,默默干活。

          地面煙爐常用于山區地形云的作業,一般設置在迎風坡面上,通過燃燒含催化劑的焰條,熱量產生的上升氣流將人工冰核送入云中。除山區外,對于較難或不能申請作業空域許可的城市等地區,地面煙爐也是非常適合的選手。如今,地面煙爐作業已實現自動化操作,焰條裝入后,只要通過手機發送指令進行遠程控制,就可開始作業。

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