人工增雨對局部氣候影響的思考

畢敬

摘要 隨著人工增雨技術廣泛應用，會出現一些不可避免的問題。主要針對我國北方部分地區，尤其是干旱少雨的西北、華北等地區，通過分析人工增雨對區域降水的影響，探討人工干預可能帶來的生態效應，為進一步開展人工增雨技術試驗提供依據，同時為相關決策部門合理制定防災抗旱措施、提高應對極端天氣的能力提供科學依據。

關鍵詞 人工增雨；氣候；影響分析

中圖分類號：P481 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

Reflection on the Impact of Artificial Rainfall Enhancement on Local Climate

Bi Jing （Chifeng Meteorological Bureau，， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract With the widespread application of artificial precipitation enhancement technology and the improvement of technology， some inevitable problems will arise. Mainly targeting some regions in northern China， especially the arid northwest and northern China， analyzed the impact of artificial precipitation on regional precipitation， explored the potential ecological effects of artificial intervention， and provided a basis for further conducting artificial precipitation technology experiments. At the same time， it provided scientific basis for relevant decision-making departments to formulate reasonable disaster prevention and drought resistance measures and improve their ability to cope with extreme weather.

Key words Artificial precipitation; Climate; Impact analysis

隨著人口的不斷增長和經濟的高質量發展，人們對水資源的需求日益增加，但自然降水量的不確定性和不穩定性給水資源的供給帶來了較大的不可預測性。因此，從人類對水資源的角度考慮，研究人工增雨對降水的影響，對解決水資源短缺問題具有積極的意義。而氣候變化是人類面臨的全球性挑戰，人工增雨作為一種調控氣候的手段，已被廣泛運用。通過對人工增雨技術的研究，可以更好地了解其對氣候變化和環境影響的作用，有助于優化人類應對氣候變化的策略。此外，人工增雨技術是目前人類認識和改變自然界的一種重要手段。隨著科技的不斷進步，對人工增雨的研究也日趨深入。研究人工增雨對局部氣候的影響，不僅有助于推動人工增雨技術的創新和升級，也有助于為其他類似科技的研究提供借鑒和經驗，促進科技進步和社會經濟的可持續發展。

1 國內外研究進展

人工增雨技術是一種人工干預自然降水過程的技術，早在20世紀50年代就已經開始實踐。近年來，隨著全球氣候變化等環境問題的日益凸顯，人工增雨技術已經成為全球氣象科研和生產實踐領域中不可或缺的一部分，逐漸得到廣泛重視。目前，國內外研究機構也在不斷加強人工增雨技術研究和實踐，力求構建更加完善、可靠、高效、低成本的人工增雨技術體系。這些研究主要包括以下3個方面。

第一，國內外學者通過對人工增雨技術的機理、影響因素、適用區域以及增雨效果等方面的分析和研究，建立了一系列的理論模型。這些模型不僅為實際的人工增雨實踐提供了理論指導，還為科研工作者深入探究增雨技術提供了參考。

第二，一些國內外研究針對人工增雨實踐效果進行了大量的實證研究，針對不同的地域、季節和降水特征，詳細分析和評價了人工增雨技術的效果。這些研究成果為人工增雨實踐提供了重要的依據。

第三，一些學者研究了人工增雨技術對氣候環境的影響。通過在不同的研究區域對降水、大氣成分和土壤等方面的采樣，研究者探究了人工增雨技術可能造成的環境污染問題。這些研究結果不僅為改善人工增雨技術提供了指導方向，還為探究人類活動對自然環境的影響提供了新的思路。

2 我國人工增雨的技術及存在的問題

近年來，隨著我國對氣候變化的重視，各地都在積極探索人工增雨的途徑，取得了一定的效果，但由于目前的人工增雨技術尚不成熟，其作用效果也受到一定限制。

2.1 我國的人工增雨技術

我國主要利用飛機在云層中播撒干冰或碘化銀等催化劑，使云中的小水滴凝華成雪花，從而降低云滴的過飽和度，增加降水量，其原理類似于自然降雪。目前，我國使用最多的為高炮人工增雨作業，利用火箭發射裝置將炮彈（含多級串聯）射入云中，使炮彈爆炸時產生的能量激發云滴形成降水。此外，還有地面化學制劑、地面燃燒劑型人工增雨等方法，主要是通過向空中釋放化學藥劑，促使水汽凝結，以增加降水量。或者向空中拋投燃料彈，點燃后產生大量高溫氣體和濃煙，使空氣濕度增大，形成對流條件，促進水汽凝結，從而起到對流降水的效果。

2.2 我國人工增雨存在的問題

第一，影響天氣系統變化。人為干預會改變原來的大氣環流，導致原有的天氣現象出現改變。例如：臺風路徑偏移，造成風雨強度減弱，甚至沒有風雨。 第二，影響局部地區氣候。當某地發生強對流災害時，如果當地有充足的雨水，則災情會大大緩解。反之，若當地無充足雨水，即使下再大的暴雨，也會造成嚴重損失。第三，過度的人工增雨易引發次生災害。

3 人工增雨對我國局部地區的影響

3.1 人工增雨對我國局部地區降水的影響

人工增雨對我國局部地區降水的影響是最為直接的，人工增雨對降水的影響主要可分為直接影響和間接影響，而間接影響往往更為突出。目前我國面臨的水資源緊缺形勢十分嚴峻，尤其是華北地區，每年有近200億m3的地表徑流被攔蓄至河道，導致地下水開采量逐年增加。隨著人工增雨的實施，局部天氣發生變化，雨水增多，可以緩解水資源短缺壓力。人工增雨所采用的催化劑主要有：可以大量產生凝結核或凝華核的碘化銀等成核劑、可以使云中的水分形成大量冰晶的干冰等制冷劑、可以吸附云中水分變成較大水滴的鹽粒等吸濕劑。碘化銀水解會呈現酸性，鹽粒等吸濕劑呈現堿性，均會對地面生物和環境造成一定的腐蝕，而干冰等冷云催化劑的大量使用會增加二氧化碳的含量，因溫室效應而導致局部氣溫升高。隨著大規模人工增雨的實施，一旦出現失控，會造成連鎖反應，甚至在局部地區出現山洪暴發，而洪水等會改變該地區的地形、地貌，進而會對局部降水產生一定的影響。

3.2 人工增雨對我國局部地區溫度的影響

增雨作業對溫度的影響主要通過影響云中水汽含量、云層厚度和地面濕度3個因素體現：

第一，人工增雨提高云中水滴濃度，降低空氣相對濕度。由于降水過程是降水和凝結同時進行的，因此當大氣中水分達到飽和時，就會形成降雨。而隨著降水過程中水分的蒸發，空氣中會不斷出現負氧離子，使大氣中的相對濕度下降，從而起到降溫作用。

第二，人工增雨增大積雨云滴量，增強對流活動，提高氣溫。在人工干預下，將原本分散的云團聚集起來，形成較大范圍的對流性天氣，有利于暖濕空氣向上升動，從而產生強降溫。

第三，人工增雨增加地面熱量散失，抑制氣溫回升。據統計，一般自然條件下，1 mL空氣中的水滴可以吸收約0.03 J的熱量。因此，當空氣中含有大量水滴時，能有效抑制地表附近空氣溫度上升，進而起到調節氣候的作用。綜上所述，我國局部地區的人工增雨，能夠有效緩解高溫天氣帶來的不利影響，對于保障農業生產、促進經濟持續健康發展具有十分重要的意義。

通過分析氣象數據可知，當出現強對流天氣時，會形成短時強降雨（暴雨）或雷陣雨，并伴隨雷電等強回波，從而產生強烈的上升氣流，使大氣層結變得不穩定。同時，由于水汽充足，云滴蒸發旺盛，也會導致近地面熱量大量散失。具體而言，通過火箭彈實施人工影響天氣作業，可以有效增加云中水汽含量，抑制云滴增長，降低云滴的飽和度，從而使云層變薄，達到降溫的目的。此外，由于火箭彈飛行高度較高，其產生的熱量不易被地面吸收，可迅速將大氣層的熱量帶離地面，起到“冷卻”作用，從而進一步降低大氣溫度。

3.3 人工增雨對我國局部地區大氣環流的影響

第一，人工增雨有利于降低局地暴雨的強度和頻次。我國北方地區降水時空分布極不平衡。在夏季，強降雨主要出現在7—8月，其中6月占到全年的近40%，而冬季則很少出現。因此，人工影響天氣的主要任務就是增加降水的次數。據統計，從2021年4月1日至2020年12月31日，全國共開展人工影響天氣作業3 362次，累計實施飛機人工增雨作業1 680次（其中火箭彈1 350枚，高炮炮彈575門）。通過實施人工增雨，有效緩解了華北、黃淮等地旱情，增加了土壤墑情，為冬麥區作物生長創造了有利條件，保障了糧食安全。同時，也降低了局部地區的暴雨洪澇災害發生頻率，減少了洪澇造成的損失。

第二，利于改善區域氣候。由于受厄爾尼諾事件影響，近年來我國北方部分地區持續高溫干旱，給農業生產帶來不利影響。針對這種情況，國家氣象部門積極組織開展人工增雨作業，利用云滴凝結或水汽凝結核等，增加空氣中水汽含量，促進云層中過冷水滴的形成，從而起到降溫消暑的作用。此外，在西北干旱少雨的季節，通過實施地面灌溉，可提高土壤水分含量，增強農作物抗旱能力，促進農業增產。

第三，利于凈化空氣環境。目前，全球變暖已成為世界性難題，導致極端天氣增多，造成重大經濟損失。例如：2016—2017年美國出現異常高溫，造成至少30人死亡。研究表明，當空氣濕度低于40%時，空氣中的灰塵就會附著在大氣中的顆粒上，形成霧霾。如果將相對濕度保持在60%以上，就能有效減少霧霾的產生。根據相關研究結果，當相對濕度達到50%時，空氣中的懸浮物數量明顯減少，空氣質量明顯提高。

第四，利于維護生態安全。隨著人類活動范圍的擴大，生態環境受到嚴重破壞，尤其是一些脆弱的濕地生態系統，極易遭受人為破壞，引發自然災害。因此，及時采取有效的措施，保護好濕地資源，對保持生物多樣性、維護生態平衡具有重要的意義。

3.4 人工增雨對我國局部地區地面風速的影響

地面風速是描述空氣流動的一種重要物理量。人工增雨對地面風速的影響主要體現在以下3個方面。

第一，影響范圍。人工增雨作業可增加云層中的水汽含量，使云滴增大、變大，從而增強對流性。因此，在局部地區，尤其是高海拔地區，由于受地形和氣候條件的影響，其地面風速往往比周圍地區小。

第二，影響強度。人工增雨作業的強度一般取決于降雨云系覆蓋面積的大小。當降水云系覆蓋面積較大，則其降水的強度也會相對較強。如果人工增雨的規模過大，則可能會造成局地的強對流天氣。

第三，影響時間。從時間尺度來看，我國北方大部分地區的平均大風日數一般在5 d左右，而南方部分地區的大風日數可達20 d以上。大風天氣一般多出現在夏季。因此，在大氣環流的控制下，夏季也是我國出現大風天氣的集中期。

隨著人類生產生活的影響加劇，全球變暖導致氣溫上升，使得地表溫度普遍升高。同時，由于太陽輻射的增加，也導致地球表面的能量增多，大氣的熱量平衡被打破，使得大氣層結更加穩定，引起溫室效應，進而加劇大風的發生。

4 如何減少人工增雨帶來的氣候影響

第一，合理規劃布局，避免過度作業。在開展人工增雨前應做好充分的前期準備，包括對作業區降水的分析、作業區的選擇及作業方式的選擇等，充分考慮當地的氣候特征及自然條件。根據不同區域的氣候特征和實際需求科學制定合理的計劃方案；統籌考慮區域間發展水平差異，加強與相關部門的溝通協調，避免因盲目施放造成局部過量降水的現象發生。

第二，加強監測，及時預警。為有效防范人為活動可能帶來的不利影響，各相關部門應加強對天氣系統的動態分析，密切監測天氣變化趨勢，及時掌握最新信息。對可能出現異常的苗頭及時發出預警，提醒廣大群眾注意防范。加強技術指導，開展人工降水時要嚴格遵循相關規范要求和技術標準進行作業操作，包括設備安裝、人員培訓等，防止出現誤操作導致事故的發生，或因技術問題而效果不佳。及時掌握最新的人工降水技術和方法，提高工作效率和工作質量，做好應急準備，一旦發生意外情況，能迅速組織力量進行處置等。

第三，堅持安全第一的原則，強化監管。各地有關部門應加大對各類涉水工程的安全監管力度，督促企業落實安全生產主體責任的同時，加大執法力度，依法嚴厲打擊非法實施人工影響天氣活動，堅決杜絕人為干擾天氣的違法違規行為。建立完善的人工增雨服務保障機制，提高應急保障能力和效率，同時要加強宣傳引導，增強社會意識。各地要充分利用各種媒介，積極宣傳普及防災避險知識，增強公眾的防范意識和應對技能，鼓勵群眾主動參與防災減災工作。

5 未來的人工增雨技術

在未來人工增雨領域，我國將重點突破高精度、長距離、大容量、多手段等關鍵核心技術。目前，我國已經成功發射“風云四號A”氣象衛星，實現了對臺風路徑的精準預報和定點觀測，“風云五號”氣象衛星也在研制中。此外，我國在地面觀測方面也取得了重大進展，為未來的人工增雨技術打下了堅實基礎。例如：在新疆塔城地區建設了全國唯一的區域數值天氣預報中心；在云南楚雄州建成了全國最大的區域自動監測網；在北京密云區建成了亞洲最大的國家基準大氣本底站等。

隨著科技的發展，未來將更加注重提高效率與質量，以適應社會發展的需求，人工增雨將由飛機向火箭和地面站轉移。火箭是實現人工增雨的終極手段，其原理是通過發射炮彈或導彈在云中形成降雨。目前，我國已成功進行多次火箭彈試射，并取得了良好的效果。但由于我國幅員遼闊，各地氣候條件不同，因此想要在全國范圍內開展火箭彈人工增雨，難度較大。而地面站可以在全國范圍內利用各種氣象監測設備，實時監控天氣變化。一旦出現適宜的降雨條件時，地面站會立即啟動，對云層進行炮擊，從而增加降水。雖然目前只能依靠飛機和地面的方式進行人工降水作業，但隨著科技的不斷進步，人們已經可以借助一些高科技實現更加高效的人工降水的作業。例如：利用衛星實現遠程控制，可以不受地域限制，只要能夠收到信號，就可以隨時開啟，不僅大大提高了效率，還節省了人力。此外，還有激光雷達等也可以用于實現遠程操作。

6 結束語

氣候的主要影響因素是氣溫和降水，實施人工增雨會帶來一定的氣溫變化和明顯降水，因此，人工降水會在一定程度上對實施人工增雨的局部地區氣候產生影響。通過分析人工增雨對局部地區降水、溫度、大氣環流、地面風速的影響，可以更好地確定在實施降雨作業過程中實時氣象要素對增雨作業的影響程度，選擇有利的降雨區域和作業時間，可為作業人員提供豐富的增雨作業參考數據。

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