云降水物理研究與人工影響天氣工作現狀分析

哈青辰

摘要 云降水物理與人工影響天氣之間的關聯密切，云降水物理是人工影響天氣的理論基礎，人工影響天氣則是云降水物理的應用領域。目前，人們加大了對云降水物理和人工影響天氣的研究力度，并獲得了顯著成效。基于此，從云降水物理研究和人工影響天氣工作現狀入手展開了詳細分析，討論了人工影響天氣工作的現狀，并提出了提高人工影響天氣工作質量的有效策略。

關鍵詞 云降水物理；人工影響天氣；工作現狀

中圖分類號：P48 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0-03

隨著環境的不斷惡化，干旱、冰雹等自然災害發生的可能性大大增加。這些自然災害的發生，不僅會嚴重影響我國農業、林業和工業等發展，還會給人們帶來嚴重的經濟損失。因此，相關部門要加強對自然災害的關注，加大對云降水物理的研究力度，結合研究結果合理選擇人工影響天氣方法與技術，通過對自然天氣的干預，將自然災害的發生概率降至最低。

1 云中粒子的增長及降水的形成機制

1.1 云滴的增長

相關調查數據顯示，影響暖云降水形成的因素很多。在眾多影響因素中，最為重要的是云的起伏變化規律和云中的湍流，同時在宏觀條件下，氣流場也會影響暖云降水的形成[1]。試驗和計算表明，濕度場和云滴濃度的起伏變化會使云滴增大。而影響云滴增大的一個關鍵因素是起伏場的相關時間和湍流加速場的相關時間。其中，湍流加速場的相關時間較短，對雨滴形成的促進作用不是很大。通過調查和研究積云中云滴增長過程發現，巨核對大云滴形成所起到的作用最主要，可以有效縮短大云滴的形成時間，但巨核在平衡態凝結譜中所發揮的作用極小。

1.2 冰晶的增長

研究冰面擴散云室在不同溫度環境下冰晶生長及冰面過飽和度，可以獲得在低冰面過飽和條件下的定量結果，有利于對冰晶增長整個過程展開進一步研究，還可以了解低冰面過飽和情況下冰晶增長的特點[2]。

1.3 冰雹的增長

實例模擬表明，如果云層的冰雹形成源區中有一定數量凍滴雹胚和霰的存在，就可以通過與過冷水撞凍實現冰雹的進一步增長。云中的過冷水無論對雹胚的形成，還是對冰雹的增長都能夠起到十分重要的促進作用。冰雹的形成和增長過程包括冰晶—過冷水—雹胚—冰雹環節，缺少過冷水環節就不會形成冰雹。

2 云和降水的形成

2.1 積云

積云的形成與不穩定的空氣對流有很大關系。通常情況下，積云在白天形成，形成速度快，幾分鐘就可以迅速擴展至幾公里。當擴展到一定程度后，容易發生異變，最為明顯的一個表現便是砧狀云層結構，并且位于積云的頂部或周圍同樣會產生下沉氣流，相對而言，這些下沉氣流較為穩定，但對于積云的形成會產生很大影響。例如：若氣流比較穩定、合適，則位于積云內的旋風水滴往往會隨著氣流發生橫向或縱向運動，以此促進積云的產生。若氣流不穩定、不合適，會導致氣流對懸浮液的作用大大增強，可能會使積云發生裂解，出現一場陣性降水。從含水量角度分析，積云的含水量分布不均勻，主要集中在中部，位于底部和頂部的含水量少，在高度相同的前提下，中心部位含水量要多于邊緣部位的含水量。從組成部分角度分析，積雨云作為積云中的重要組成，持續時間較長，可伸展范圍較大，容易出現在暴雨、大風和冰雹等強烈天氣中。

2.2 層狀云

與積云一樣，層狀云的形成速度快，幾分鐘便可以擴展至數百公里。如果層狀云比較薄，則發生降水的概率較小；如果層狀云比較厚，則很有可能發生降雨或降雪，而且其范圍比較大。相關調查數據顯示，影響層狀云形成的因素較多，如氣層輻合、地形抬升和亂流降溫、積云平衍等，這些因素對層狀云的形成都會造成直接或間接的影響，若斜升空氣層存在較大的不穩定性，很有可能產生對流云，呈積狀。

層狀云與積云相比有很多不同之處，從基本形態角度分析，積云比較薄，覆蓋面積比較大，呈透明狀態；而層狀云比較厚，覆蓋面積比較小。按照類型分類，可以將層狀云分為卷云、高層云、雨層云、卷層云。其中，卷層云的出現代表即將降水[3]。

2.3 積層混合云

積層混合云是指其包含多種云層，而這些云層大部分都是層狀云與對流體結合形成的。其中，層狀云對積云的形成能夠起到重要的促進作用，還會對流云產生重要影響。如果出現流云，基本上可以確定會有強降水的出現，而且持續的時間不會太短。在流云形成的過程中，層狀云發揮著重要作用，它能夠為流云提供一個良好的發展環境。除此之外，層狀云的發展還可以促進大量上升氣流的產生，雖然能夠降低積層混合云降水強度，但是會延長降水時間。由此可以看出，層狀云的發展，將積云與流云有效聯系在一起，對于云降水的發展起到了重要的影響[4]。

3 人工影響天氣的主要方式

3.1 人工防雹

調查研究發現，當前天氣預報部門，往往是先借助雷達實現對地區冰雹的監測，然后根據所獲得的監測數據結果進行預報[5]。雷達的使用，只需要通過電磁波便可以準確預判冰雹的形狀大小、范圍以及密度等各方面情況。在此基礎上，天氣預報部門會做出相應的預警工作，將冰雹對各地區所造成的危害降至最低。

從冰雹的產生角度分析，能夠產生冰雹的云層主要包括強單體雹云、弱單體雹云和多單體雹云、傳播雹云。通過云層名稱可以看到，不同雹云所產生的冰雹特點是不同的，停留在云層的時間越長，冰雹的破壞性就越大，兩者呈正比關系。因此，人工防雹通常采用高炮轟擊方式，即使用高射炮轟擊已經產生冰雹或即將產生冰雹的云層。在高射炮轟擊爆炸的作用下，云層周圍氣流會發生大面積移動，并且受沖擊力影響，云層中形成的大塊冰晶也會被轟碎，以此取得較好的防雹效果。除此之外，在人工防雹過程中還會使用催化劑技術，適量催化劑的使用會對云層中冰晶的形成產生干預，預防冰雹的效果較好。

3.2 人工增雨

當前，很多地區都出現了干旱問題，導致我國的荒漠面積擴大。干旱問題的發生，不僅會嚴重影響我國農業、林業和工業等多個領域的發展，還會對我國社會發展產生影響。而要想有效緩解這一問題，人工增雨是一種有效的方法途徑[6]。為保證人工降雨的有效性，相關部門需要嚴格按照規定的順序進行人工增雨。

第一，科學評估云層降水潛力。人工增雨需要投入的成本較大，如果在人工增雨前沒有做好充分的研究分析和準備，直接進行人工增雨工作，無法達到預期的增雨效果和經濟效益。因此，在人工增雨工作前，應對云層進行全面分析和科學評估。針對不同云系，需要合理評估其轉化效果，包括固態冰晶向液態水的轉化、水蒸氣向液態水的轉化等，通過有效評估，提升人工增雨的合理性和經濟性。

第二，選擇合適的方式開展人工增雨工作。人工增雨的方式比較多，最為常見的有冷云催化、暖云催化等。通過上述分析可知，無論是積云還是積層混合云，其降雨潛力非常大，當云層儲水量與人工增雨標準相符合時，即可采取相關方式開展人工增雨工作。雖然催化劑的種類比較多，但是其作用機理都是通過讓暖云里的水滴或冷云里的冰晶進一步凝結增長，使其質量體積增加。當云層無法承載時，就會產生降雨，達到人工增雨的目的。待人工增雨工作完成后，相關部門需要全面評估人工增雨效果，針對不同降水環境或不同地區采用不同的人工增雨方式，具體需要根據實際情況做出合理選擇，以此保證人工增雨的實效性[7]。

4 人工影響天氣工作的現狀

4.1 區域的協調與管理效率低下

人工影響天氣工作的開展要在特定區域的環境條件下進行，才能趨利避害，獲得理想的工作效果。例如：某一地區在進行人工增雨操作時，要充分考慮到周圍的地市，以形成強大的合力，最大限度地發揮出人工增雨的效能。在人工增雨操作前，還需要做好人員配置、設備配置以及資金籌措和集中管理等準備工作，需要多地區、多部門之間的有效溝通交流和協調配合。但通過調查研究我國當前人工影響天氣工作現狀發現，一些地區仍然存在“單打獨斗”的現象，區域的協調與管理存在問題。導致這一現象出現的原因可以分為2點：

（1）不同地區的氣候環境和技術手段不同，要想達成一致的操作目標很難實現。（2）一些地區對人工影響天氣的重視程度較低，而且認識也不夠全面，導致實際操作滯后，工作效率不高，很難達到理想的工作效果[8]。

4.2 缺乏專項資金支持，人才數量不足

人工影響天氣工作開展的主要目的是通過科學指導和規避，為農業生產活動的順利進行提供有力保障，并有效改善各地區的生態狀況。但通過調查研究我國當前人工影響天氣工作現狀發現，一些地區普遍存在專項資金缺乏的問題，這不僅會大大增加人工影響天氣工作結構性矛盾出現的可能性，還會嚴重阻礙實踐活動的開展。有些地區從事人工影響天氣工作的專業人才數量不足，現有人才專業知識、實踐技能水平相對低下，這在一定程度上為人工影響天氣工作的開展埋下了一定的隱患[9]。

5 加強人工影響天氣管理的重要性

5.1 滿足糧食生產和防災減災需求

氣象災害對農業的影響最大、最直接，而在農業生產過程中水資源的合理開發利用，對糧食生產有著重要的積極作用。《全國新增1 000億斤糧食生產能力規劃（2009—2020年）》的頒布和出臺，明確強調了要進一步加大人工增雨和防雹能力建設力度，為農業生產提供更有效的人工影響天氣服務。由此可以看出，人工影響天氣對農業生產具有十分重要的作用。冰雹是農業生產中比較容易發生的災害性天氣，若在作物生長期和成熟期發生冰雹災害，則會導致作物減產，甚至會造成絕收。此外，在農業生產過程中容易出現干旱。而人工影響天氣在抗旱和防雹減災中是最經濟、最有效的技術手段，可以滿足糧食生產和防災減災需求。

5.2 緩解水資源短缺

大多數生命生存都離不開水資源。我國存在水資源分布不均問題，人均水資源量僅占2 100 m3左右。其中，區域性缺水和季節性缺水表現得尤為明顯，無論對人們生活還是對社會經濟發展都會產生不利影響。現如今，在城鎮化、工業化發展速度加快的背景下，隨著城市人口越來越密集，水資源短缺問題愈加突出，導致部分居民出現了用水緊張狀況。而通過人工影響天氣技術可以實現對空中云水資源的有效利用，增加降水量，進而使水資源短缺得到緩解[10-13]。

6 提高人工影響天氣工作質量的有效策略

6.1 加強管理，做好各方實踐活動開展的統籌協調工作

首先，在人工影響天氣工作開展的過程中，政府和職能部門要高度重視人工影響天氣工作的開展，需要充分發揮出自身的管理職能，對各方人工影響天氣工作的開展做好協調和統籌工作。

其次，地方政府要制定出與之相適應的監督管理制度和規范要求，通過有效的督促和規范管理，解決在各方人工影響天氣工作中存在的協調不統一和管理不到位等問題。地方政府還要從人力、物力及財力等方面入手，為人工影響天氣工作的開展提供支持，從根本上保障工作的順利開展和質量效率。

最后，地方職能部門需要出臺合理可行的制度要求，以提高各方人工影響工作開展的規范性。在人工影響天氣工作開展的過程中，地方職能部門需要堅持以人為本的原則，將人民群眾的根本利益放在首要位置，在提高人工影響天氣工作質量和效率的同時，最大限度地保障人民群眾的生命財產安全[14-16]。

6.2 加大資金扶持力度，做好專業隊伍建設

首先，地方政府需要正確認識到人工影響天氣工作的重要性，設立專項資金，為人工影響天氣工作的開展提供資金支持[17-18]。

其次，針對當前從事人工影響天氣工作專業人才數量缺失的問題，地方政府需要加強專業隊伍建設，定期對現有的工作人員做好業務培訓工作，并積極引進人工影響天氣工作相關方面的專業人才。通過內外結合，提高人工影響天氣工作人員隊伍整體的專業性。

最后，相關部門要對人工影響天氣作業設備做好集中管理，及時更換陳舊、老化的作業設備，避免阻礙人工影響天氣工作的正常開展，有效防止安全事故的發生。

7 結束語

云降水物理研究與人工影響天氣有著極為密切的聯系，云降水物理研究可以為人工影響天氣提供重要的理論依據，而人工影響天氣又是云降水物理研究的重要成果表現。現今，隨著全球氣候變暖，水資源日益短缺，人工影響天氣工作的開展變得尤為必要。而要想做好這項工作，要加強對云降水物理的研究，在此基礎上合理開展人工防雹、人工增雨等工作，以此將自然災害的發生概率降至最低，保護好人民群眾的財產安全。雖然我國在云降水物理和人工影響天氣方面研究已經取得一定成果，但仍存在不足之處，今后還需要相關專業人員的繼續探索和研究，為人們提供更優質的氣象服務。

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Research on Cloud Precipitation Physics and Analysis of the Current Situation of Weather Modification Work

Ha Qing-chen （Chifeng Meteorological Bureau， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract There is a close correlation between cloud precipitation physics and artificial weather modification. Cloud precipitation physics is the theoretical basis for artificial weather modification， and artificial weather modification is the application field of cloud precipitation physics. At present， people have increased their research on cloud precipitation physics and artificial weather effects， and have achieved significant results. Based on this， a detailed analysis was conducted from the aspects of cloud precipitation physics research and the current situation of weather modification work， discussing the current situation of weather modification work， and proposing effective measures to improve the quality of weather modification work.

Key words Cloud precipitation physics; Artificial weather modification; Work status