人工影響天氣作業特種裝備研發現狀和運用進展

【摘要】人工影響天氣是在農業生產和天氣調節應用最為廣泛的現代科學，在推動社會經濟發展和防災減災中發揮著十分重要的作用，我國高度重視其研發和運用。基于此，本文在人工影響天氣作業取得成績的基礎上，重點分析了人工影響天氣作業特種裝備研發現狀和運用。

【關鍵詞】人工影響天氣；特種裝備；作業裝備；研發現狀；運用進展

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.037

Research and Development Status and Application Progress of Special Equipment for Weather Modification

YIN Bang-ning

（Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.，Ltd.，Xinyu 338000，China）

Abstract：Weather modification is the most widely used modern science in agricultural production and weather regulation. It plays a very important role in promoting social and economic development and disaster prevention and reduction. China attaches great importance to its research，development and application. Based on the achievements of weather modification operations，this paper focuses on the analysis of the status quo and application of special equipment for weather modification operations.

Key words：weather modification；special equipment；operation equipment；R&D status；application progress

人工影響天氣技術稱之為人影技術，是從20世紀40年代逐步發展而形成的一種人工干預天氣的科學方法。通常情況下，按照作業操作形勢可以將涉及人影作業裝備劃分為空中作業型和地面作業型[1]。不管是選擇何種類型的作業裝備，均要選用催化劑。因此，有關學者也將催化劑看作是特殊的人影作業裝備。

1人工影響天氣作業取得的成績

1958年的首次飛機人工增雨作業，開啟了我國現代人工影響天氣事業發展的壯闊歷程。60年來，人工影響天氣作業在抗旱防雹、實現農業生產減災增收、為三江源等重要生態保護區增添活水、應對大面積干旱、森林草原火災等自然災害中起到重要作用。

黨的十八大以來，在黨中央、國務院的堅強領導下，在各級各部門和軍隊的大力支持下，我國人影事業快速發展。特別是2015年中國氣象局實施《人工影響天氣業務現代化建設三年行動計劃》以來，人影工作在組織管理體系、現代業務體系、科技支撐體系以及安全監管體系建設方面取得顯著成績。

2018年9月，國務院批準召開人工影響天氣工作座談會，會議充分肯定人影發展成就與經驗，進一步分析形勢、明確任務，推動人影事業在新起點上開創新局面，并明確要堅持服務全面建成小康社會和全面建設社會主義現代化國家目標，堅持基礎性、公益性工作定位，完善體制機制，強化能力建設，科學作業、精準作業、安全作業，全面提升人影工作質量和效益[2]。通過不懈努力，我國已初步建立以國家級為引領、省級為骨干、市縣為基礎，具有中國特色的現代人影業務體系，扎實推進了監管能力、裝備保障水平和彈藥質量的穩步提高，有效提升了業務能力、科技水平和安全保障[3]。

2人工影響天氣空中作業裝備現狀及運用

2.1作業飛機

飛機具有較強的機動性，可以向云中預定部位直接播入催化劑，由于播撒均勻且覆蓋范圍較廣，是向云內播撒催化劑的最佳平臺[4]。在開展人工影響天氣的過程中，在對探測和作業中的飛機進行選擇時需要將有效載重、最大航程、最大升限、續航時間、巡航速度等技術性能考慮進去。對西方國家來說，以美國為首的在大氣、海洋領域的飛機航空探測與監測方面具有很強的能力。二十世紀40年代至50年代間，由于聯邦政府的支持，美國通用電氣公司主導開展了第一個人工影響天氣計劃，該計劃在當時被稱之為卷云計劃，當時投入的作業裝備具有多種不同的類型，包括有B-25和B-17軍用飛機、自動化干冰播撒器、AgI煙發生器以及K型飛艇和焰彈等。而在之后的人工影響颶風計劃中，通過分層飛行的方式開展了積云隨機動力催化和觀測實驗，當時使用的飛機數量則達到了6架。目前，美國國家大氣海洋局則擁有12架氣象監測和人影天氣飛機；美國人影天氣公司的改裝飛機達到了8架，主要負責世界范圍內的人影天氣業務，飛機上的大氣、云物理探測設備、GPS定位等系統的現代化水平較高，其在全球范圍內執行的人影天氣任務較多，同時還獲得了中國試航許可證。蘇聯的人影天氣飛機數量和性能也在世界上遙遙領先，同時構建了專門的飛機實驗室，飛機機型種類較多，同時還對獨特的人影天氣設備和綜合測量儀器進行了研發。

我國自1958年在吉林省首次使用杜-2飛機開展人工增雨作業實驗以來，各地陸續利用C-47，圖-2，轟-5、殲教-5、IL-12、An-2、Li-2等飛機開展人工增雨作業。1981年在“北方層狀云人工降水試驗研究”項目中對PMS系統進行了引進，同時對一架IL-14飛機進行了改裝；1986年新疆引進PMS系統并對AN-26飛機進行改裝；1988年，全國不同區域借助于飛機相繼開展了人工增雨作業，自此之后對飛機的需求量不斷加大。進入到1990年以后，人工增雨作業中主要選用An-26、Twin Otter和Y-12型號的飛機。而在2002年，中國氣象科學院購買了新型PMS，同時對1架Cheyenne-ⅢA飛機進行了改裝，此時可以實時傳輸空地資料，實時識別可催化云區云參量和實時指揮探測作業。當前，我國主要利Y-7、Y-12、An-26、Y-8、Cheyenne-ⅢA、Citation X等不同飛機機型開展云物理觀測和人工增雨作業。

近年來，通過無人駕駛飛機的方式對人工影響天氣進行探測和作業，則成為實驗的新方向。無人駕駛就相當于運輸系統，只是靈活性水平較高，可以在低空飛行安全有限的山區，將自身的作用充分發揮出來。自20世紀90年代初期，我國就開始研制和實驗無人機，其中W-2000是當時最具代表性的，其有效載荷達到了180 kg，而續航時間在12 h左右；GT300油動航拍無人機則屬于中長距、中低空的航空平臺，續航時間和載荷均較大，通過攜帶碘化銀的方式開展人工增雨，且在人工增雨和航拍中的優勢較為明顯；目前已有多種無人機可攜帶碘化銀、鹽粉、尿素、液化丙烷、干冰等催化劑執行人工增雨、消霧作業，并承擔一定的探測任務。

2.2機載作業裝備

實際上，碘化銀末端燃燒器、碘化銀焰彈發射器、碘化銀發生器、液態二氧化碳播撒器、LN播撒器以及鹽粉、尿素播撒器等均屬于機載作業裝備。美國冰晶工程公司研制的多種機載焰條和焰彈作業裝備，在人工防雹和人工增雨（雪）方面發揮著十分重要的作用；烏克蘭水文氣象科研所研制的SADU-1干冰播撒器，可以將播撒率控制在0.8～10 kg/min之間；蘇聯研制的機載碘化銀焰彈；俄羅斯研制的機載焰條播撒裝置和PV系統機載焰彈，這些都促進了人工影響天氣的發展。1985年新疆維吾爾自治區從美國引進了第一套機載碘化銀發生期；黑龍江省顏值的發射式焰彈播撒系統，可以裝設400枚炮彈，且焰彈點火有較高的成功率。可以開展層狀云作業和積云外圍作業；北京理工大學研制的焰彈和焰火劑，點燃后焰火劑發煙時間及成核率均要高于國外發達國家；之后我國相繼研發的碘化銀焰劑、機載作業控制系統等均在人影作業中發揮著重要作用。

3地面作業裝備的研發和運用進展

3.1火箭和高炮

借助于火箭、高炮向空中發射碘化銀催化劑，其主要特點是播撒集中、冰核濃度高，可以對目標區范圍進行有效控制，針對飛機難以進入的對流云人工增雨和防雹作業中可以使用該種方式，但是對發射彈道的準確度、穩定性基準是爆炸或燃燒功能的要求較高。針對含有碘化銀的炮彈、爆炸類火箭，其在冰雹生長區或上升氣流區開展的小部委、大劑量定點快速序列操作，可使云中胚胎數量大幅度增加，通過爭奪云中的含水量，以對云的微物理過程進行改變，在短時間內造成上升氣流結構被破壞。蘇聯選用100 mm高射炮分別向雹云暖區和冷區輸送鹽粉和碘化銀，并借助于火箭向潛在雹暴過冷區引入冰核；德國在開展防雹作業的過程中則利用火箭向冰雹云中播撒催化劑。蘇聯分別在20世紀60年代和70年代選擇第一代火箭系統開展大尺度防雹作業，但是同強冰雹天氣作業要求間還有很大差距；80年代第二代火箭系統的研制，使得作業范圍達到了12 km，但需要投入較高的成本；90年代往后，俄羅斯研制的新一代火箭系統，有效提升焰劑效率、播撒精度、自動化程度和安全環保水平，且投入成本也在下降。

由于增雨防雹火箭作業系統的主要優點是可以攜帶大量的催化劑、播撒路徑長、成核率高、操作方便、流動性強等。我國在20世紀80年代緊跟世界發展步伐，對多個系列火箭進行研制，當前已經研發了大量的火箭系統，并在人工防雹增雨作業中得到了廣泛應用。同時，我國在人影作業高射炮研發與應用方面也處于世界先進水平。

3.2地面發生器

選擇地面發生器開展人工增雨（雪）、防雹作業的過程中無需對空域進行申請，同時還不用人工值守，可以長時間開展播撒工作，在山區和城市周邊的應用優勢較為明顯。地面發射器中的催化劑包括液態和固態兩種類型，液態主要包括碘化銀丙酮溶液，固態則為碘化銀焰條。在丙酮溶液中碘化銀的溶解度較小，長期放置會沉淀，會降低播撒效果，因此前者需要通過人工操作；直接燃燒碘化銀焰條則較為方便，可通過無線通信技術開展遠程遙控作業，會使效率大幅度增強。

早在20世紀50年代法國人就開展地面碘化銀發生器防雹催化實驗；美國ICE公司研制的地面發生器可借助于遙控或人工方式將108根碘化銀焰條點燃，其播撒強度較大；俄羅斯研制的新型碘化銀發生器，可將催化劑發射到150～250 m高度后開展爆炸播撒。針對地面發生器我國也進行了大量研究，截止到當前，我國已有大量不同型號的地面發生器投入實際人影作業，為我國農業發展及防災減災作出了重要貢獻。

4催化劑的研發和運用進展

自人工影響天氣科學形成以來，從開始的干冰作為催化劑，到當前通過人工合成的各種催化劑，研發和應用催化劑一直是人工影響天氣作業裝備的重點和難點。當前，催化劑主要包括冷云催化劑和暖云催化劑。其中冷云催化器是人影天氣科學研發和應用的重點，碘化銀和干冰這兩種催化劑是其的代表。通過向-30℃至0℃的冷云中播撒催化劑，可以將其中的過冷卻水滴轉化為人工冰晶，在一系列反應之后則會出現降水，將其播撒到不同云層處，還能起到人工防雹和人工消霧的目的。其中碘化銀丙酮溶液是研發催化劑的難點之一。美國為此開展了大量研究，并對不同的碘化銀丙酮溶液進行了研發，同時利用燃燒法將其在實際的人工影響天氣作業中進行應用。另外，研發碘化銀焰劑也是重點，如何有效增強碘化銀焰劑的成核率一直是世界性難題，世界范圍內的專家及學者對其進行了大量的研究，并得出了很多有意義的研究成果。我國也有很多科學家對其進行了研究，使得碘化銀焰劑成核率得到了有效提升。

實際上，暖云催化劑的主要工作原理是通過與云滴之間的接觸合并形成雨滴，隨后則會出現降水，同冷云催化劑工作原理有很大差異。借助于暖云催化劑還能起到消霧和消云的作用。暖云催化劑包括NaCl、CaCl2、NH4NO3和CH4N2O等，由于暖云催化劑作業效率不高，且使用條件范圍較小，對其研究也不多。在研究暖云催化劑的過程中，其重點是催化劑混合原料和對應比例，而印度、南非、墨西哥、泰國及我國針對暖云催化劑的混合原料也開展了相關研究，有效增強了暖云催化劑的適用性水平。近些年來，針對暖云催化劑原料的平均粒徑也得到了增強，但是同最佳粒徑狀態之間還有一定差距。

5結論

綜上所述，人工影響天氣在現代社會發展中的作用愈發明顯，通過人影作業可以實現增雨和防雹等目的，以充分發揮出其在農業持續健康發展和氣象防災減災中的作用。將不同作業環境和作業要求進行結合，進而選擇合適的作業方式、作業設備和催化劑，可有效提升作業效率。與此同時，通過積極改進和研發當前人影作業裝備，可有效推動我國人工影響天氣工作順利開展。

【參考文獻】

[1]那順吉雅.人工影響天氣作業裝備研發和運用進展[J].農家參謀，2019（4）：146.

[2]王大旺，劉偉，劉存毅，等.人工影響天氣作業裝備彈藥出廠驗收及質量管理系統設計與實現[J].無線互聯科技，2021，18（16）：77-78.

[3]石學松.基于4G通信技術的物聯網在人工影響天氣裝備彈藥管理中的應用[J].計算機產品與流通，2020（7）：44.

[4]王煥哲.人工影響天氣飛機增雨作業安全分析與對策研究[J].科技風，2021（3）：118-119.

【作者簡介】

印邦寧，男，1994年出生，助理工程師，研究方向為人工影響天氣特種裝備維護研發和火工品測發控技術等工作。

（編輯：李鈺雙）