對人工局部影響天氣問題的探討

陳文新 熊孝鋒

摘要自然降水過程一般分為成云和降水形成2個階段,人工影響在降水形成階段起著一定的作用。從人工影響天氣的發展史以及人工增雨作業需要注意的問題等方面探討人工局部影響天氣的方法,以期促進人工增雨的應用。

關鍵詞人工影響天氣;云霧物理;人工增雨

中圖分類號P481文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)22-0284-02

人工增雨是指在適當的天氣條件下,通過人工干預,使天氣過程向符合人類愿望的方向發展。如果說科學研究的目的是認識自然和改造自然,那么人工影響天氣就是在認識自然的基礎上,去改造自然。目前,人工影響天氣主要是指人工增雨和人工消雹,當然也可以擴展到人工消雨、消霧、防霜、人工引雷等方面。人工增雨是在有云層或降水不大的雨云中施加人為影響,使云層有降水或使降水不大的雨云增加降水量,達到人們所希望的效果。

要想搞好人工增雨工作,就要求從理論上了解降水的成因——云霧物理。作業的首要條件必須要有云,云的形成是海面大水體或陸地小水體的水受太陽輻射而增熱蒸發(汽態),水汽隨氣流上升到大氣層,水汽的溫度隨氣柱的升高而降低,到達凝結點時,水汽由汽態轉換成液態,附著于空氣中的凝結核而凝結成小云滴,這些小云滴隨氣流匯合,云滴大量匯合在一起時便形成云塊或云層。當云滴的重力未超過空氣懸浮力時,云滴被托在空中,當空氣中產生上下對流的氣流運動時,云滴隨著氣流運動,相互碰撞并合成大水滴,當大水滴的重力超過空氣懸浮力時,大水滴便從空中掉到地面上,這就形成了降雨。

掌握以上的云霧物理原理,運用這些理論,人為地把大量的凝結核用現代運載技術,如高炮、火箭、飛機播撒到水汽深厚、缺乏凝結核的云團或云層中去,使之產生大量的云滴,云滴隨著氣流運動,相互碰撞,而合成大量的大水滴,當大水滴的重力足以克服空氣的懸浮力時,掉到地面上,使原沒有降水的云團或降水量不大的云團或云層有了降水或者降水量增加,這就是人工增雨。

1人工影響天氣的發展史

早在1933年,瑞典科學家貝吉龍就提出,在大部分形成降水的混合云中,降水的形成主要取決于云中是否有足夠數量的冰晶,能否通過冰水轉化過程形成大水滴。到1946年,美國科學家雪佛爾和馮納格相繼提出,可以在冷云中通過播撒干冰或碘化銀的方法,適當增加云中的冰晶數量,促使降水形成。這些研究指出人工增雨的基本科學原理,開創了人工增雨作業的歷史。有關人工消雹的研究工作也于20世紀50~60年代達到高潮,其理論依據是前蘇聯科學家蘇拉克維奇提出的所謂“過量播撒”理論。該理論認為,冰雹一般是在冰雹云中一個范圍不很大的冰雹累積帶中由初始冰雹胚胎碰并周圍的水滴或冰晶而增長形成的。如果在這一冰雹累積帶中增加大量的冰雹胚胎,造成這些冰雹胚胎爭食該區域中有限的水滴或冰晶資源,就能有效抑制大冰雹的生長,從而達到減輕冰雹災害的目的。

這些原理雖然被大多數人所接受,但具體到目前人工影響天氣作業的許多環節中還不是很清楚,還需要進一步探討,以總結如何提高人工影響天氣的科學水平和效率。

2人工增雨作業應當注意的問題

2.1人工增雨作業云團云層的選擇

根據筆者過去的實戰經驗,云層的選擇是人工增雨作業成敗的關鍵。適合作業、水汽深厚的云團或云層,主要有以下2類:第1類是濃積云,如云底較低、云體膨大、呈花椰菜形的濃積云,云底有雨幡的濃積云,云體顏色呈深藍黑色的濃積云。第2類是積雨云,這種雨云云體大且黑,對流旺盛,頂部氈狀不高,常帶有雷電的積雨云是作業最佳云團。對此類本身就能下雨的云團,施加人工影響,就會得到理想的大雨以上的效果。

2.2運載工具的選擇

催化劑的運載工具應當視當時的天空狀況選擇,如濃積云、積雨云,這些云團云體完整清晰、云滴集中、垂直水汽深厚、對流旺盛,此類云選擇高炮、火箭作業,較為適宜。又如層狀云的層積云、雨層云,云底寬大,看不到邊際,如果用高炮、火箭作業則效果不佳,有時不但雨打不下來,反而會打出云縫來,像層積云、高層云、雨層云云層雖然深厚,但其屬性相對較穩,類似此種云層采用飛機作業比較合適,催化劑采用干冰,造成云滴的溫差,熱滴上升,冷滴下沉,使之產生擾動,打破穩定,由于蝴蝶效應的結果引起云中的碰撞、并合而達到降雨目的。

2.3作業點的選擇

作業點的選擇關系到作業的效果,直接影響到受益點,作業要做到有的放矢。作業點一般設在受益點的上風方,同時還受云向、云速、催化時間、作業點與受益點的距離制約。因為催化劑的催化時間大約在15~20min之間。有了云速就可以計算出作業點與受益點的大約距離。另外要提出的就是安全問題,現在作業的工具大多采用小火箭,一般箭體都不炸毀,箭體掉到地上有可能造成對人、畜、房屋建筑物的破壞和傷害。因此,要求各地選作業點時,必須根據炮彈的射程參數、發射的角度參數,計算出彈著點與作業點的距離。彈道是一個拋物線的軌跡,應用拋物線的計算也可以大概知道彈著點的距離,在彈著點附近是否有村莊,安全與否,要做到心中有數。

2.4作業機會的捕捉

作業機會的捕捉也是人工增雨的關鍵一環。要求天氣形勢預報準確,掌握系統影響時段及系統的生消,作業指揮者要密切注意天氣現象的演變,和雷達站保持聯系,同時掌握什么系統產生什么樣云團的常識。一般來說,倒槽的生成和西南低壓易生成暖鋒系的積雨云;鋒面與高空切變易生成強對流的積雨云;副高北抬易生成地方性的熱雷雨云。臺風影響、邊緣是高層云(作業效果不明顯),因此種云高度高且是水平運動,催化劑播撒相當一部分在云底,催化劑作用甚少,對此種云作業沒有用處,在臺風圈內的雨層云不需作業。當臺風填塞后,低壓東北移動時易有強對流雨云,此時才是作業的好機會。

2.5作業火候的掌握

作業火候的掌握十分重要,作業早了則欲速而不達,作業遲了就變成了馬后炮。因此,作業的火候掌握是成敗的關鍵,一般可以用試射方法探測云團是否在射程內,若觀察發現炮彈云內爆炸(對高炮而言)發出的光不太亮、爆炸聲沉悶,此時便是作業的最佳火候。

2.6炮彈用量與投彈部位

炮彈的用量視云團的大小而定,沒有硬性規定,根據筆者的實踐經驗,一般投彈量在20~30枚(僅限三七高炮和小火箭而言),云體大可多用一些,云體小的可少用一些,靈活掌握。新一代作業火箭箭身長且大,裝藥量也大,可以根據生產廠家提供的參數,設定作業用量。

投彈部位根據云體的高度而定,一般投彈的位置在云體2/3的部位,是云團對流最劇烈的部位,催化劑借助強烈的氣流迅速擴散到整個云體,以達到加速催化的作用。投彈的方式可采用“一”字型均勻布爆;當云團底部已經在作業點上空時,可采用梅花式布爆(適合火箭作業)。

3小結

為了增加人工影響天氣工作的科學性和效果,還有許多基礎問題需要重視和研究,如有效的作業工具、科學的效果檢驗方法等。即便在人工影響天氣原理方面也需要有新的突破,當然這也需要建立在觀測新事實的基礎上,人們期待著新理論、新技術的出現。

4參考文獻

[1] 李艷偉.冷云催化劑及其在層狀云催化增雨中的應用研究[D].南京:南京氣象學院,2004.

[2] 楊永龍,薛生梁,錢莉,等.河西走廊東部人工降水試驗效果評估[J].干旱地區農業研究,2006(5):218-224.

[3] 錢莉,俞亞勛,楊永龍.河西走廊東部人工增雨試驗效果評估[J].干旱區研究,2007(5):679-685.

[4] 黃毅梅.衛星反演云物理參數研究及其在人工影響天氣中的應用[D].蘭州:蘭州大學,2006.

[5] 毛節泰,鄭國光.對人工影響天氣若干問題的探討[J].應用氣象學報,2006,17(5):643-646.