掀起“人影”的蓋頭來

文｜楊曉 孫鴻娉 鄭璐

說起人工影響天氣，大家一定很熟悉，但是其中的原理究竟是怎樣的，卻又很難講明白。讓我們一起來揭秘“人影”，掀起它神秘的蓋頭。

趣說人影天氣

“緊急通報！地面旱情持續，急需一場大雨，各方抓住有利時機，做好準備！”

“冷云收到！現在清點人數，云中有一定的冰晶和過冷水，但是冰晶數量太少，個頭太小，數量少可以通過播撒催化劑增加人工冰核來解決，但是個頭太小想要抵抗強有力的上升氣流而降落到地面還有些難度……”

這時，過冷水站了出來，“我愿意貢獻我的水汽給冰晶，以助它一臂之力。”

有了過冷水的慷慨相助，冰晶越長越大，逆風而下，穿越上升氣流，越過0 ℃層融化成雨滴，再不斷碰并小雨滴，最終到達地面，圓滿完成任務。過冷水在大后方默默將自己的水汽不斷輸送給冰晶，自己則越變越小，最終蒸發殆盡。

又過了幾天，冷云又接到緊急通知，最近冰雹災害嚴重，得想想辦法減輕冰雹災害，清點完隊伍后，還是原有的冰晶和過冷水。冰晶數量還是不多，如果冰晶充分吸收過冷水上的水汽，只怕會長成個頭較大的冰雹。想要抑制這些自然雹胚的增長，就需要向云中引進大量人工冰核，讓這些冰核通過核化、凝華、碰凍等增長過程，迅速形成大量的人工雹胚。這些人工雹胚與自然雹胚都想獲得過冷水的水汽，它們就開始競爭水汽，“哼，我長不大，你也別想長大！”結果就是每一個雹胚都得不到充分的水汽，由此減緩了雹塊的增長速率，抑制較大冰雹的形成，從而達到防雹的作用。

飛機人工增雨作業

這個小故事就形象地描述了人工增雨防雹的過程，那么其中的原理究竟是什么，讓我們一起來了解。

解讀奧妙原理

云是由大氣中水汽凝結或凝華形成的足夠數量的各種水凝物粒子單一或混合組成，形狀各異。它們是漂浮在天空中的可見聚合體，除了固態水凝物冰晶、雪晶等，液態水凝物云滴、雨滴等，還有一些“特殊分子”：過冷水。這些固執的過冷水們，在云中身處負溫區，卻仍然保持著液態的形態。它們的存在不僅活躍著冷云大家族，更是人工影響天氣的主力軍。

水汽壓是指大氣中水汽的分壓強，在一定條件下，當水變成水汽的速度和水汽變成水的速度相等，水汽與水處于相態平衡的狀態時，水汽壓即為當前條件下的飽和水汽壓。飽和水汽壓受到溫度的影響比較大，隨著溫度升高，無論是水面的飽和水汽壓還是冰面的飽和水汽壓都隨之增大。但也有不同，一定溫度下水面飽和水汽壓大于冰面的飽和水汽壓，當溫度低于0 ℃時，即為過冷水面的飽和水汽壓要大于冰面的飽和水汽壓。

這個事實導致了一個特別的效應：假如在某一個低于0 ℃的環境之下，同時有過冷水及冰的存在，而環境中的實際水汽壓正好介于過冷水及冰面的飽和水汽壓之間，會產生什么后果？對于過冷水來說，環境是未飽和的，因為它的水汽壓低于過冷水的飽和水汽壓，這么一來，過冷水就要蒸發。另一方面，對冰而言，環境中的水汽壓高于冰面的飽和水汽壓，環境是過飽和的，因此冰必定要吸收水汽不斷增長。如果環境中的水汽壓維持不變的話，那么這個效應的最終結果是，過冷水蒸發殆盡，而冰則大為增長。當云中溫度低于0 ℃的時候，過冷云滴及冰晶可能同時存在于適當的水汽壓條件之下，上述的效應便會發生。其結果是，過冷云滴蒸發，而冰晶卻大幅增長，這個效應被稱為貝吉龍效應。這樣迅速長大的冰晶比較容易降落到溫度高于0 ℃的低層，進而融化為水滴，有些比較小的雨滴可以由這種過程形成。

貝吉龍效應過程

對于云中冰晶數量不足的問題，則可以通過播撒催化劑來增加冰核濃度。冰的最基本結構單元是六角形晶體，碘化銀是黃色的六方晶體，其結構與冰的晶體結構類似。向云中播撒適量碘化銀催化劑后，碘化銀顆粒作為人工冰核，通過異質核化過程形成冰晶，從而增加冰晶濃度、促進冰水轉化、提高降水效率，達到促進和增加降水的目的。

近些年，隨著經濟社會發展與防災減災需求的不斷提高，人工影響天氣服務已逐步拓展到農業抗旱減災、云水資源開發、江河湖泊蓄水、生態環境建設、森林草原防火、機場公路消霧、重大活動保障、改善空氣質量、應對突發污染事件、城市降溫等多個領域，成為了各級政府防災減災、趨利避害的一項重要舉措。

2022年，我國人工影響天氣事業已走過了64年發展歷程，“人工影響天氣”一詞也逐漸走進人們的視野，但是目前我們對云霧中的一些物理過程了解得還不是很透徹，對云霧自然發展和人工影響下的演變還無法做出確切的事先預計。因此，人工影響天氣還是一門正在發展中的技術，需要我們深入研究，摸索前進。