人工影響天氣技術(shù)原理及應用

唐作佳 鄧樹榮 唐小琴

摘要 為了避免或減少氣象災害帶給人們生活和生命財產(chǎn)的影響，對人工影響天氣的技術(shù)原理及在增雨、防雹、消霧等方面的應用進行了研究探討。

關(guān)鍵詞 人工影響天氣；氣象服務；技術(shù)原理；應用

中圖分類號：P48 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）03-026-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.010

Abstract In order to avoid or reduce the effect of meteorological disasters to people's life and property， the technical principle of weather modification and its application in rain enhancement， hail suppression and fog dissipation were discussed.

Key words Weather modification； Meteorological service； Technical principle； Application

人工影響天氣是人類運用現(xiàn)代化科學技術(shù)，對局部天氣過程實施影響，實現(xiàn)增雨、防雹、消霧、防霜等趨利避害目的的活動。目前世界上大規(guī)模開展的人工影響天氣活動主要集中在增雨、防雹、消霧等幾個方面。我國是世界上氣象災害頻繁、干旱嚴重的國家之一，也是人均占有水資源較少的國家，開展人工影響天氣工作，進行增雨、防雹作業(yè)，不僅是農(nóng)業(yè)抗旱和防雹減災的需要，也是保障水資源安全、生態(tài)建設(shè)和保護等方面的需要，是保持我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個重要舉措。

1 人工影響天氣的技術(shù)原理

1.1 冷云人工增雨天氣的原理

冷云是指溫度低于 0℃的云。在這類云中過冷水滴、冰晶和水汽三者共存，產(chǎn)生降水的關(guān)鍵是云中冰水轉(zhuǎn)化。早在1935年貝吉龍（Bergeron）就提出如下的理論假說：由于同溫度下冰面飽和水汽壓小于水面飽和水汽壓，當實際水汽壓介于兩者之間時，過冷云中的冰晶將不斷奪取空氣中多余的水汽，水滴則不斷蒸發(fā)，冰晶則通過凝華迅速增長，此即冰晶效應。這種水滴不斷蒸發(fā)、冰晶不斷長大的過程，即冷云中冰水轉(zhuǎn)化過程，稱為貝吉龍過程，也稱作蒸凝過程，它是冷云降水的核心，是近代人工影響冷云降水的物理基礎(chǔ)。在溫度0～30℃的過冷卻云中播撒催化劑，可以生成大量人工冰晶，人工冰晶通過貝吉龍過程可形成降水，從而達到人工增雨的目的。

1.2 云的動力催化原理

通過冷云催化使云中產(chǎn)生大量冰晶，所釋放的潛熱將改變積云的宏觀動力過程而增加降水。積云中上升氣流的速度，主要決定于云內(nèi)外溫差造成的浮力。在發(fā)展旺盛的積云內(nèi)，存在著大量過冷水滴。在這種云中播撒大量成冰催化劑時，能使過冷卻水滴凍結(jié)而釋放潛熱，水汽在冰粒表面凝華時也釋放潛熱。估計這兩種潛熱足以使云中局部溫度升高0.5℃左右，這將加大浮力而促使某些積云的上升氣流速度增大，云體擴展，生命期延長，結(jié)果使進入云體的水分總量增大而增加降水量。

1.3 暖云人工增雨的原理

暖云是整個云體溫度在0℃以上的云，通常也把云頂溫度雖在0℃以下，但云頂還是由過冷卻云滴組成的云稱作暖云。在這類云中，自然降水的形成過程是：上升氣流攜帶水汽入云，以凝結(jié)核為核心，通過凝結(jié)過程生成云滴，并通過凝結(jié)和碰并過程增長為雨滴，然后下落至地面形成降水。由于暖云降水的形成過程是先由凝結(jié)和湍流碰并等過程在云內(nèi)產(chǎn)生一批較大的水滴，然后這批大水滴靠重力碰并過程而迅速長大為雨滴。因此，在因為缺乏大水滴而不能降水或降水強度不大的云內(nèi)，人工地引進大水滴或可以產(chǎn)生大水滴的物質(zhì)就可以誘發(fā)降水或增大降水的強度，這是暖云人工增雨的原理。

1.4 人工防雹原理

1.4.1 過量播撒催化劑 冰雹生長區(qū)位于冰雹云的中上部，因為這里的累積帶存在含量很大的過冷卻水。氣流在累積帶的上升速度極慢，且溫度極低，所以導致雹胚的產(chǎn)生。雹胚經(jīng)過與過冷水滴多次碰撞后逐漸變大。雹胚受強大上升氣流的影響，經(jīng)幾次沾裹液態(tài)水而最終形成冰雹。只要在這個累積區(qū)大量引入人工冰雹胚胎，降低累積區(qū)的水分濃度，冰雹的形成就會受到抑制。

1.4.2 云中爆炸 將人工增雨防雹炮彈發(fā)射至云中使之炸裂，爆炸過程中形成的沖擊波使形成中的冰雹發(fā)生震動，同時也使存在于云層中的過冷卻液態(tài)水減少，進而使冰雹變軟并阻止冰雹的繼續(xù)增長。

2 人工影響天氣的重點應用

2.1 人工防雹消雹，避免和減輕農(nóng)作物受損

除湖南、湖北、廣東、江西、福建等省冰雹災害發(fā)生較少外，我國各地每年都會出現(xiàn)不同程度的冰雹災害天氣，特別是在北方的山區(qū)、丘陵地區(qū)，地形復雜，天氣多變，冰雹多，受害重，對農(nóng)業(yè)危害很大。猛烈的冰雹會打毀莊稼，損壞房屋，人被砸傷、牲畜被砸死的情況也常常發(fā)生；特大的冰雹甚至比柚子還大，會致人死亡、毀壞大片農(nóng)田和樹木、摧毀建筑物和車輛等。為了最大程度地利用人工防雹消雹作業(yè)來減輕自然災害，各地區(qū)結(jié)合自身農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)、環(huán)保等需求，合理地進行作業(yè)點的布控，形成固定作業(yè)點和流動作業(yè)點相結(jié)合的防雹系統(tǒng)，結(jié)合準確的天氣預報，及時進行防雹作業(yè)，從而有效地避免和減輕冰雹對農(nóng)作物所造成的災害，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增收。

2.2 人工增雨，保持農(nóng)業(yè)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、降低森林火災

在旱多澇少的區(qū)域和季節(jié)，常常利用農(nóng)作物灌溉來緩解旱情，但是這種方式極易造成水資源的浪費，而人工降雨就可以實現(xiàn)節(jié)水型的灌溉。人工增雨投入小、見效快、收益大，這種人工影響天氣的應用可以充分提高經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。在干旱季節(jié)，部分地區(qū)地表水不足，河道銳減，甚至影響人民群眾的生活，此時可通過人工降雨轉(zhuǎn)移水資源而不至于影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和居民生活。在山林地帶，秋冬季節(jié)極易引發(fā)火災，提前在火災高發(fā)季節(jié)進行人工增雨作業(yè)可以有效地緩解和杜絕森林火災，從而避免林業(yè)方面的損失。2006年1月，平頂山市各地降水嚴重不足，干旱頻發(fā)，林業(yè)火險處于較高的等級，市氣象局根據(jù)有利天氣情況，針對性地實施人工增雪作業(yè)，及時降低了林業(yè)火險等級，解除了火災高危狀態(tài)。

2.3 人工消減云雨雪，有利于大型社會活動的順利進行

一些重大的社會活動對天氣有特殊的要求，在技術(shù)條件、天氣條件和后續(xù)保障物資設(shè)備均具備的情況下，可適時通過人工影響作業(yè)實現(xiàn)消減云雨，滿足重大社會活動順利進行所需求的天氣條件。

2.4 人工影響作業(yè)的其他應用

根據(jù)社會發(fā)展的需求，人工影響作業(yè)在機場、高速公路等人工消霧上也有一定的應用；目前已探究并逐步開展了人工防霜、人工增雨改善空氣質(zhì)量、降低城市空氣溫度等試驗和服務活動，逐步拓展了人工影響天氣這項技術(shù)的應用領(lǐng)域。

3 結(jié)語

人工影響天氣在農(nóng)業(yè)防災減災中尤為重要，能夠達到較好的增雨、抗旱等目的，還能降低冰雹危害，對惡劣天氣進行預警，使農(nóng)民可以做好預防工作，降低惡劣天氣對農(nóng)作物的破壞，有效進行防災減災。因此，研究人工影響天氣對農(nóng)業(yè)防災減災具有重要作用，能夠促進人工影響天氣技術(shù)的發(fā)展，提升人工影響天氣的能力發(fā)揮更大的作用。

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責任編輯：鄭丹丹