人工影響天氣——雲端「活水」這樣來

2021-01-15 中國氣象局

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,並在防災減災、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

雲中水如何變成地上一滴雨?需要具備三個基本條件:雲中水汽豐富、凝結核充足、有氣流上升運動。一般來說,積雨雲、濃積雲和雨層雲容易產生降水,而晴天的積雲和層積雲不易產生降水。最有利於雲滴增長為雨滴的,是冰水共存的混合雲。

「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於自然雲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,首先要有雲,且非所有的雲都可以化成雨水。

一般來說,當雲的厚度超過兩千米,缺乏冰晶卻擁有豐富的水汽,且雲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。

雲有冷暖之分,它們都是變成落地雨水的「潛力股」。只不過暖雲被上升氣流託舉而漂浮在空中,其中的雨滴掉不下來;冷雲「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,冷雲催化是目前世界各國相對成熟和通用的技術。

通過向雲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,凝結碰並增長,當冰晶增長到一定程度就會降落,進入暖區融化成為雨滴,從而引發雲層降水或增加降水強度。或者,向雲中播撒乾冰、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。在冷雲催化過程中,冰晶凝華釋放潛熱,使雲體溫度升高,促進上升氣流的發展,進一步加強降雨。

在0℃以上的暖雲中,雲物理結構穩定,自然條件下的水滴大小均勻,缺乏大水滴, 不易產生降水。通過向雲中播撒大小適當的鹽粉等吸溼劑,可以改變雲滴譜分布的均勻性,吸溼性凝結核在相對溼度接近100%的雲霧環境中能增長成直徑超過40微米的大滴,促進凝結碰並增長,生成雨滴增加降水。

有一個疑問:人工增雨會把上遊、下遊的雨「打跑」嗎?實際上,這樣的想法是多慮了。

遇到大範圍降水過程,雲中所含的水汽是不斷補充的,雲系隨上升氣流的變化而不斷更新。在每次降雨過程中,雲中的水汽會保持在充足狀態,人工增雨量相當於降水的一小部分。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:雲內作業 特點:機動性強、攜載能力強、作業面積大

增雨飛機。

該選手善於將催化劑播撒到雲中,且可對層狀可降水雲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、液氮播撒器等適用於不同作業目的的多種機載裝備,將催化劑直接撒入雲中,還可以對作業前後雲的宏微觀狀態變化進行追蹤監測。 選手二:火箭 擅長領域:對流雲作業 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範圍更為集中,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雲中作業。

該選手作業技術成熟,且流程規範:確定作業雲層和區域,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,對準發射雲團……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雲中預定位置後,催化劑將被自動點燃,並隨著火箭彈飛行沿途燃燒,隨風擴散後效果開始顯現。

選手三:高炮 擅長領域:冷雲降水 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公裡內,並且在迎風坡和增雨作業雲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。

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,默默幹活。 地面煙爐常用於山區地形雲的作業,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雲中。除山區外,對於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,焰條裝入後,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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