人工增雨對農業防災減災的影響研究

王澤豪

摘要：水資源是人類賴以生存的物質，對農業來說尤為重要。隨著近年來生態環境逐漸被破壞，自然災害發生的概率也大大增加，水資源對農業的影響愈發明顯。為應對氣候干旱對農業的影響，人工增雨技術的應用也越來越廣泛。本文簡單介紹了人工降水在緩解農業干旱方面所起的作用。

關鍵詞：人工降水；農業；防災減災

干旱是我國最主要的自然災害之一。以2006年為例，重慶遭遇了百年來最嚴重的旱災；2009年，中國多地遭遇50年來最嚴重旱災，安徽、河南兩省受災嚴重；2010年春季，云南、廣西兩省遭遇嚴重春旱，干旱造成了重大損失。目前隨著對大氣水資源和人工降水的認識和研究不斷提高，人工降水已成為抗旱蓄水的重要手段。

人工降雨是指利用自然降水的原理和人工降雨的某些條件，使云滴迅速凝結、碰撞并形成雨滴后上升和下降到地面的過程。根據不同云層的物理特性，可利用飛機或火箭向云層中噴灑各種催化劑，主要包括碘化銀、鹽粉、干冰等，以增加降雨量，達到緩解農田干旱、提高灌溉和水庫的供水能力的效果。

在一定條件下，人工云的形成可以促進增加降水。自然降雨不會產生催化云，但在水量大的情況下，可以通過刺激自然降雨云來增加降雨，從而提高水資源利用效率。然而，這種不自然的云提供的水很少。

在旱季，降水云的缺乏減少了種植的機會，限制了它作為輔助工具的使用，因此不能用于抗旱。如果當地儲水量相對較高，節水設施相對完善，可以在干旱前的降雨高峰期進行人工降雨，人工降雨效果較好。因此，在抗旱過程中，不應盲目依靠人工降雨，而應積極開發水利設施，提高周邊蓄水能力，采取綜合抗旱措施。

人工增雨是一項技術性很強的工作，因此對作業地點的確定、作業云體的選擇、作業時間的把握等方面都有著嚴格的要求，此外，必須確保附近人員的安全。因此，應該綜合考慮各種因素，而不是僅僅遵循理論要求。在選擇操作地點和時間時，應優先考慮安全，只有在保證安全的前提下，科學合理地選擇作業時間和地點，才能最大限度的實現社會效益和經濟效益。在人工降雨作業前，時間的選擇非常重要，只有抓住機遇，人工降雨才能發揮出最好的效果。當云層較低、冰晶濃度較低時，催化劑可適當擴散，提高冰晶濃度，當冰晶濃度達到一定標準值時進行人工降水，此時降水效果為最佳。

2.1 冷暖催化理論增雨

冷催化和熱催化是指通過種子催化劑等技術手段在一定時間和有利條件下對局部物理過程的影響。目的是人為增加降雨，防止冰雹，消除霧霾。目標大氣中的水將凝結成微小的水滴漂浮在空氣中。在寒冷的云層中如果有冰晶，冰上飽和水蒸氣的壓力低于表面飽和水蒸氣的壓力，冰晶迅速長大，就會下雨。在溫暖的地區或沒有冰晶的云中，云滴的大小各不相同，大的云可能與小的云碰撞，形成雨滴落在地面上。

人工降水是指利用干冰、碘化銀等催化劑，在云層中形成大量人工冰晶，利用天然冰晶缺乏的優勢，促進降水。大量的實驗研究表明，對于適合人工降水的云，適當的催化方法可以在適當的地點和時間達到增加降水量的目的。如果控制和使用不正確，實際效果便會大大降低，在特殊情況下甚至會產生負面影響。因此，了解和掌握正確的人工降雨條件和催化方法是關鍵。

2.2 層狀冷云人工增雨技術

層狀冷云是華北旱季和春秋季人工降水的主要目標。云層的表面含水量很低，催化部分有限。在以往的降雨方式中，人工增雨只能實現1～10毫米的降水量，這與實際需求相差甚遠，因此，我們需要建立一種新的人工增雨方式，選擇新的催化條件，進行人工增雨。

中尺度分層云系統數值模式：6個中尺度和大尺度大氣模式MM4和12個云降水預測模式的組合，考慮了21個云物理過程，實時系統開發了模式數據處理輸出產品顯示服務系統，實現了模式的實時穩定運行。

層狀云增雨新概念模型、條件判據和催化指標體系：人工降水概念模型理論表明，利用Bergeron法可以將人工冰晶轉化為降水。更多的人造冰晶被引入，使部分過熱的水蒸氣進入降水過程。過飽和水汽的垂直累積往往大于過冷水汽的垂直累積，上升氣流中降水增加的潛力保持不變。在催化的作用下，水汽凝結潛熱增加，空氣受熱10～1000，云團上升速度增加10-2-10-1米/秒，促進了催化區云團的發展和降水。

根據上述概念模型，根據數值模擬結果和實踐經驗，提出以下人工降水條件，在發展階段，云的速度深度增加，蒸發的云很低，云的重量很重，過冷云的厚度大，云計算集群的冷卻不足，厚冰的飽和水蒸氣價值非常高，這在冰晶濃度較低的地區更有利。

識別方法如下。

云降水的宏觀特征；云物理微觀特征，對冰面上過飽和水汽面積的檢測，特別是對高密度水汽的檢測具有參考價值，當顆粒濃度低于閾值時，機載2D-C儀器顯示的天然冰晶較少，這可能會增加降雨。

2.3 動力催化增雨

在冷云的催化過程中，冷云中會形成許多冰晶，在這一過程中，會釋放大量的熱量，釋放的熱量就是云運動的驅動力。放熱時室內外云層存在溫差，當溫差達到一定值時，會產生浮力，導致積云上升。如果催化劑擴散到云中，過冷的液滴釋放熱量并迅速冷卻。釋放的熱量會增大室內外云團的溫差，從而增加云團的浮力、速度和體積，最終增加云團的含水量和降水量。

3.1 緩解干旱情況

改革開放以來，中國發展迅速，隨著國家的發展，生態系統也發生了一定的變化，尤其是近幾年我國礦業和水利工程建設逐漸增多，導致水質以及環境污染十分的嚴重，洪澇、霧霾等自然災害頻發，全國各地干旱的現象十分嚴峻，嚴重的制約了農業的生產。雖然近年來大力發展該技術，但仍然無法有效防止農業干旱，作物的生長和生產仍然受到供水不足和水溫不適宜的影響。人工降水技術可以有效緩解干旱，及時為作物生長提供水分，為高產收獲奠定良好的基礎。一朵約30立方千米的云可以產生約52000噸的雨水，是干旱地區珍貴的液體黃金。西北和華北是受干旱影響最嚴重的地區，是開發利用空氣和水資源的重點研究區域。

3.2 降低地面高溫

持續干燥的天氣使氣溫不斷上升，長期高溫不可避免地會影響作物的生長，人工降雨可以有效降低溫度，為農作物的正常生長提供保障，減少干旱對農業的影響。干旱必定伴隨著高溫，持續的高溫不僅影響了農作物的生長，也給人們的生活帶來了很多不便，人工降雨可以有效降低溫度，不僅有利于農作物的正常生長，也有利于人們的出行、工作和生活，給人們帶來舒適的生活空間。

在長期干旱不降雨的情況下，農田植被會受到一定程度的破壞，農田中的養分會流失，空氣中的沙塵會增加，這將對農田保護產生負面影響。人工降水已成為保護和改善生態環境的重要措施。合理利用人工降水技術不僅可以減少干旱，還可以保護農田，防止農田結構的破壞，為作物生長提供營養，產生可觀的經濟收益。

3.3 濕度增加凈化空氣

天氣干燥而不下雨，空氣中的塵埃就會大大增加，雨水能有效凈化地面上的空氣和灰塵，起到凈化空氣的作用。此外，雨水會大大增加空氣中的濕度，使人感到清新舒適。

此外，人工降雨還可以消除或減少冰雹、霧、霜對農業的影響。冰雹在形成過程中，人工降水會將冰雹轉化為降雨，使霧形成雨滴并迅速消散。

近年來，人工增雨和氣象保障服務在緩解水資源短缺、改善生態環境方面發揮著重要作用，具有良好的經濟和社會效益。