人影作業(yè)面面觀

蔡兆鑫 高欣 范秀平

說(shuō)到人影，大家并不陌生，它包含人工增雨、增雪、消霧、防雹等，尤其近些年，隨著人工影響天氣的頻次、范圍增多，甚至在保障國(guó)家或國(guó)際重大賽事、活動(dòng)中取得明顯效果，“人影”一詞被大眾廣泛知曉。

目前，山西省開(kāi)展人影作業(yè)的方式主要有地面高炮作業(yè)、地面火箭作業(yè)、山區(qū)煙爐作業(yè)以及高空飛機(jī)作業(yè)等。

高炮人影作業(yè)主要是指用37毫米增雨防雹高炮系統(tǒng)或57毫米增雨防雹高炮系統(tǒng)開(kāi)展人影工作。37毫米、57毫米是炮彈的直徑，因而又稱(chēng)三七高炮或五七高炮。電影《金剛川》里吳京和張譯操作的37毫米高射炮，就是人影作業(yè)高炮的早期原型。

高炮人影作業(yè)在人工防雹方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。利用高炮將裝有碘化銀催化劑的炮彈發(fā)射到冰雹云的適當(dāng)部位，炮彈在云層中爆炸，其沖擊波會(huì)對(duì)云層內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干擾。同時(shí)，炮彈中的碘化銀催化劑也被擴(kuò)散到云層中，使云內(nèi)產(chǎn)生更多的雨滴或小冰晶，大量的雨滴或冰晶都參與到捕捉云內(nèi)水分的活動(dòng)中，這樣雙管齊下，就能達(dá)到抑制雹胚增長(zhǎng)或增加降水的目的。

高炮人影作業(yè)是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、安全性要求很高的工作。所用彈藥屬于軍事物資，發(fā)射和保管都必須嚴(yán)格遵守相關(guān)流程、規(guī)定。炮手必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)并取得合格證才能上崗操作。一臺(tái)炮車(chē)一般配有3～4名炮手，一炮手負(fù)責(zé)方向瞄準(zhǔn)，二炮手兼任炮長(zhǎng)，負(fù)責(zé)高低瞄準(zhǔn)和擊發(fā)，三炮手、四炮手負(fù)責(zé)裝彈壓彈。

當(dāng)作業(yè)條件合適時(shí)，指揮中心會(huì)向作業(yè)站點(diǎn)發(fā)布作業(yè)指令。炮長(zhǎng)就會(huì)按照上級(jí)指示下達(dá)“方向××，射角××，瞄準(zhǔn)”的口令，隨即一炮手、二炮手轉(zhuǎn)動(dòng)方向機(jī)、高低機(jī)使炮身指向目標(biāo)。當(dāng)被允許發(fā)射時(shí)，二炮手就會(huì)將裝有碘化銀催化劑的炮彈向目標(biāo)云層發(fā)射出去。

高炮作業(yè)站點(diǎn)一般會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖狻夂蛱攸c(diǎn)，兼顧考慮地形特征，多選擇在冰雹云和增雨作業(yè)云系生成區(qū)域或經(jīng)過(guò)頻率最多的路徑上，并且遠(yuǎn)離人群密集區(qū)和廠礦設(shè)備等重要區(qū)域。為了提高高炮作業(yè)的安全性，現(xiàn)在許多地方也研制出了可以自動(dòng)發(fā)射高炮炮彈的裝置，這樣炮手們就可以遠(yuǎn)程操作炮車(chē)進(jìn)行人影作業(yè)。

用于人影作業(yè)的火箭與電視上看到的那些動(dòng)輒數(shù)層樓高的“大家伙”火箭有很大的區(qū)別。人影作業(yè)火箭大多屬于無(wú)控火箭的一種，它體積小，重量輕，可以很方便地使用皮卡車(chē)之類(lèi)的小型工具車(chē)將其快速運(yùn)送到作業(yè)地點(diǎn)。

相較于發(fā)射衛(wèi)星用的運(yùn)載火箭，人影作業(yè)的火箭系統(tǒng)構(gòu)造更為簡(jiǎn)單，一般由發(fā)射架、發(fā)射控制器和火箭彈組成。發(fā)射架可分為定向器、俯仰裝置、方位機(jī)構(gòu)和底盤(pán)四部分，定向器用于定向支撐、把握火箭彈出膛的射向及速度；俯仰裝置用來(lái)調(diào)整定向器進(jìn)行高低瞄準(zhǔn)；方位機(jī)構(gòu)用來(lái)對(duì)火箭系統(tǒng)進(jìn)行方位調(diào)整。同一發(fā)射架一般可以發(fā)射不同型號(hào)的人影火箭彈。

發(fā)射控制器是火箭系統(tǒng)的中樞，它不僅具有保險(xiǎn)裝置還具備連發(fā)功能，可正確識(shí)別每一枚在架火箭彈的發(fā)射軌道、檢測(cè)在架火箭彈是否具備發(fā)射條件。在每次開(kāi)展人影作業(yè)前，作業(yè)人員都要打開(kāi)發(fā)射控制器電源，來(lái)檢測(cè)發(fā)射架各個(gè)通道參數(shù)是否符合規(guī)定要求。

運(yùn)載火箭內(nèi)裝載的主要是燃料和氧化劑，而人影作業(yè)火箭彈除了燃料之外，還攜帶有催化劑裝置，當(dāng)進(jìn)行人影作業(yè)時(shí)，火箭彈經(jīng)過(guò)一個(gè)設(shè)定的延遲時(shí)間，到達(dá)指定云層中后會(huì)點(diǎn)燃催化劑，催化劑在云層中迅速被釋放擴(kuò)散，形成立體的三維空間催化帶，所到之處必然影響到云的微物理結(jié)構(gòu)，這樣就達(dá)到增加降水或減弱、消除冰雹災(zāi)害的目的。

人影作業(yè)火箭彈根據(jù)其回收方式分為爆炸式火箭彈和傘降式火箭彈兩種，爆炸式火箭彈在云中播撒完催化劑后，采取爆炸自毀的方式回收殘骸，傘降式火箭彈則采用降落傘方式回收殘骸。

當(dāng)播撒結(jié)束后，若是爆炸式火箭彈，其單個(gè)殘骸碎片一般不大于100克，會(huì)自由降落到地面。若是傘降式火箭彈，會(huì)在設(shè)定的開(kāi)傘時(shí)間張開(kāi)降落傘，并攜帶火箭殘骸以不大于8米/秒的速度著陸。

目前，山西省也在一些市、縣安裝了人影數(shù)字化火箭作業(yè)系統(tǒng)，這種火箭作業(yè)系統(tǒng)可以通過(guò)指揮中心遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)火箭彈的彈道解算，對(duì)發(fā)射方位角、高低角、發(fā)射數(shù)、拋撒催化劑時(shí)間、開(kāi)傘時(shí)間等項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)操控。相比傳統(tǒng)的火箭作業(yè)系統(tǒng)安全性更好，發(fā)射精度更高、作業(yè)面積更大。

除了高炮和火箭，還有一種經(jīng)常用到的人影裝備，那就是——地面催化劑發(fā)生器，由于它的外形以及作業(yè)時(shí)的狀態(tài)與日常生活中的煙爐很像，所以這種人影作業(yè)方式又叫煙爐人影作業(yè)。

這種用于人影天氣的煙爐一般安裝在山區(qū)易形成地形云的迎風(fēng)坡或是對(duì)流云形成、發(fā)展和氣流上升的區(qū)域，亦或降水云系移動(dòng)發(fā)展的主要路徑上。為什么要這樣選擇呢？這是因?yàn)樯絽^(qū)海拔高度較高、氣溫低，空中水汽含量大，地形云具有比其他地區(qū)更高的增雨潛力，而且迎風(fēng)坡對(duì)氣流的抬升作用有助于在近地層形成強(qiáng)勁的上升氣流，這就為適時(shí)開(kāi)展煙爐人影作業(yè)提供了時(shí)機(jī)。不管是針對(duì)地形云還是對(duì)流云，選址安裝在最大上升氣流區(qū)，有助于煙爐內(nèi)的催化劑燃燒后隨著上升氣流將人工冰核帶入云中，從而達(dá)到人工增雨、增雪或防雹的目的。

地面煙爐人影作業(yè)系統(tǒng)由遠(yuǎn)程遙控地面催化劑播撒裝置和實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成。當(dāng)遇到有利的天氣系統(tǒng)時(shí)，人影作業(yè)人員只需通過(guò)室內(nèi)計(jì)算機(jī)指揮平臺(tái)，即可遠(yuǎn)程操控點(diǎn)燃煙爐內(nèi)的催化劑，煙爐上方霎時(shí)籠罩起裊裊飄動(dòng)的煙霧，燃燒后的催化劑在上升氣流的帶動(dòng)下逐漸升入適合冰晶生長(zhǎng)的播云溫度層內(nèi)，繼而增加云中雨（雪）滴凝結(jié)核，加大水滴降落速度和密度，為山區(qū)增雨、降低森林火險(xiǎn)等級(jí)帶來(lái)福音。

煙爐人影作業(yè)成本低、指揮環(huán)節(jié)少，且不受空域、時(shí)間限制，還可遠(yuǎn)程操控，不影響飛行器正常飛行，可以有效彌補(bǔ)飛機(jī)、火箭、高炮等人影作業(yè)方式的局限性，提升復(fù)雜地形區(qū)域的人影作業(yè)效果和覆蓋面。2012年4月，山西省首臺(tái)遠(yuǎn)程遙控人影煙爐完成聯(lián)網(wǎng)調(diào)試，在婁煩縣氣象局投入業(yè)務(wù)使用。截至目前，山西省境內(nèi)已布設(shè)上百臺(tái)人影煙爐，持續(xù)為山西防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、森林防火和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等出力建功。

相比地面高炮人影作業(yè)和火箭人影作業(yè)，飛機(jī)在空中開(kāi)展人影作業(yè)，有著許多無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

首先，“帶貨”多。人影作業(yè)飛機(jī)一次可以攜帶的催化劑量遠(yuǎn)高于火箭彈或炮彈。以“運(yùn)-12”人影作業(yè)飛機(jī)為例，一架飛機(jī)每次作業(yè)可以攜帶10～20根碘化銀焰條，而1根焰條中碘化銀的含量就相當(dāng)于火箭彈的10倍以上，這有利于飛機(jī)在空中抓緊時(shí)機(jī)播撒足量的催化劑，促使數(shù)以?xún)|計(jì)的冰核在空中迅速凝云聚水，為三晉大地降下甘霖。

其次，范圍廣。飛機(jī)人影作業(yè)可以直接進(jìn)入云層播撒催化劑，因此受下墊面影響較小，不管是山區(qū)、平原還是河流、陸地，不管是城市還是鄉(xiāng)村，在保障飛行安全的前提下，都可以根據(jù)降水云系特性和云系發(fā)展趨勢(shì)，拓展空間作業(yè)范圍，提高成云致雨能力，而且一次合理的飛機(jī)作業(yè)，影響面積往往可達(dá)數(shù)千平方千米，受益范圍寬廣。

再次，用途多。用于人影作業(yè)的飛機(jī)不同于我們?nèi)粘３俗目蜋C(jī)或是運(yùn)輸機(jī)。很多經(jīng)過(guò)改裝、驗(yàn)收合格的高性能人影飛機(jī)，除了可以攜帶碘化銀催化劑，還可以攜帶焰彈、制冷劑或是暖云催化劑。這樣當(dāng)開(kāi)展人影作業(yè)時(shí)，就可以有的放矢，針對(duì)暖云、冷云或是混合云播灑不同類(lèi)型的催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)人工增雨的目的。同時(shí)，它的機(jī)艙內(nèi)外掛接著各種觀測(cè)儀器，可以在開(kāi)展人影作業(yè)的同時(shí)，同步收集飛機(jī)飛行路線上所經(jīng)過(guò)云層的液態(tài)含水量、氣溶膠粒子濃度、冰晶形狀等多項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅為開(kāi)展合理有效的人影作業(yè)提供了可靠的依據(jù)，也為科研工作者研究云降水物理宏微觀結(jié)構(gòu)等提供了第一手的觀測(cè)資料。

現(xiàn)在，山西省常年租用3架“運(yùn)-12”飛機(jī)和1架高性能“空中國(guó)王”飛機(jī)（King-350）開(kāi)展人影作業(yè)。山西的人影工作者也將持續(xù)在云水資源的研究和利用上下功夫，促進(jìn)山西省人影工作邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

近年來(lái)，新型人影作業(yè)方式也層出不窮，例如遼寧省喀左縣氣象局研究的“氣球攜帶碘化銀焰彈增雨雪新技術(shù)”、山西省臨汾市的“消霧減霾聚能空氣炮系統(tǒng)”等均在人影作業(yè)中發(fā)揮著不可小覷的作用。

2021年12月9日，中國(guó)氣象局印發(fā)《“十四五”全國(guó)人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃》，明確提出了“十四五”期間國(guó)家、區(qū)域和地方三級(jí)人影能力建設(shè)任務(wù)。山西省也將聚焦“兩山七河一流域”生態(tài)氣象保障、農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展、重大應(yīng)急保障等需求，進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化人影作業(yè)布局，為基本實(shí)現(xiàn)“保豐、增綠、減災(zāi)”目標(biāo)，緩解農(nóng)業(yè)旱情、保障春耕、降低森林火險(xiǎn)等級(jí)、改善生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量等發(fā)揮積極作用。

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