地面碘化銀煙爐人工增雨改善空氣質量作業個例的效果分析

中圖分類號：P481 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0275-03

隨著大氣污染防治形勢日益嚴峻，社會現實對借助人工增雨消減霧霾的需求逐漸增長。宜賓市作為這一需求的典型代表，已經在使用高炮、火箭等傳統地面增雨作業方式上取得了一定成效，但這些方式受空域限制較大，難以在最佳時機開展催化作業。因此，為滿足宜賓市人工增雨改善空氣質量需求，研究一種全天候、不受空域限制、可自主科學布點和指揮的增雨作業工具顯得尤為重要。

地面碘化銀煙爐增雨是一種新型人工增雨技術，通過遠程遙控點燃煙爐中的碘化銀煙條，利用上升氣流作為載體，將碘化銀攜帶入云，以實現云水資源的催化，可作為高炮、火箭等地面作業裝備的補充手段。地面碘化銀煙爐具有不受空域管制，不受交通、地形和城市建設限制，可遠程操控，安全低成本等優點，適合布設于航線、居民生活等密集的中心城區，可以長時間、連續、大劑量作業，能有效提高宜賓市中心城區人工增雨清污作業效益和覆蓋率[1]。

1作業的可行性分析

1.1催化劑擴散能力分析

將地面碘化銀煙爐催化劑擴散視為點源擴散，通過構建催化擴散模型，可判斷地面碘化銀煙爐燃燒后產生的煙氣能否將催化劑送入適合播撒的云層。根據《環境影響評價技術方法》，地面源擴散符合高斯擴散模式[2-4]。假設條件如下：（1）污染物在大氣空間環境中遵從高斯分布（正態分布）;（2）在整個空間中風速均勻、穩定，風速大于 1.5m/s ;（3）定常、均勻的湍流場；

（4）源強連續且均勻；（5在擴散過程中污染物質量守恒。其擴散公式如下：

式（1）中， σ_y 和 σ_z 分別為y和 z 軸方向上催化劑質點濃度分布的均方差，根據不同穩定度分類取不同值；宜賓所用的碘化銀煙條核生成率為 Q^-1.8×1015 個 ?/g （-10^°C） 英國氣象學家帕斯奎爾按云、日照、風速將大氣穩定度分為A-F六個級別[5]。因此，宜賓秋冬季多以陰天為主，大氣穩定程度考慮為D級，取 σ_y（x） =0.147x^0.889，σ_z（x）=0.400x^0.632

u 為 x 軸上的分風速， H₀ 為有效源高，包括排放源的幾何高度 h 和煙氣抬升高度 Δh ，即 H₀=h+Δh 。我國《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T13201一91）規定，宜賓冬季地面平均風速值符合靜風和小風類別，應按照以下公式計算煙氣抬升高度 Δh ·

式（2）中 為煙肉幾何高度以上的大氣溫度梯度，當 時，取 0

計算煙氣熱釋放率：

宜賓所用的地面碘化銀煙爐幾何高度為 4m ，出口直徑為 0.3m ，使用溫度為 -40-50°C 。假設冬季作業環境溫度 283K（10^°C） ，煙爐出口處煙氣溫度 323K（49.85‰） 出口處排煙速度為 5m/s ，計算出 Q_h=16.5KJ/s ，進而得到煙氣抬升高度 Δh 近似為 48m ，則煙氣的有效源高H₀ 為 52m_? 。宜賓中心城區11套煙爐作業點催化劑擴散情況類似，選擇作業點中海拔最低的李莊永勝作業點催化劑擴散情況進行模擬，因其海拔為 310m ，從而得出模擬時點源高度為 362m O

催化劑的分布相對濃度 q^′ 表示：

q＝q／q０

式（4）中， q₀=10³ 個 /m³ ，為云中冰核最佳濃度，分布相對濃度1.0代表催化劑濃度為 10³ 個 /m³ 。利用公式（1）（4），計算出濃度值為 10⁵ 個 /m³ 時催化劑可達近2km 高度，濃度為 10³ 個 /m³ 時催化劑可達約 6km 高度。

1.2布設選址的合理性

地面碘化銀煙爐增雨作業的關鍵在于云底是否具有上升氣流，考慮到地形和盛行風向的影響，宜賓市在降水云移動發展的主要路徑上布設了11套地面碘化銀煙爐，均位于一定海拔的山體迎風坡，可利用地形抬升所產生的上升氣流將催化劑送到云中合適部位進行催化。碘化銀催化劑只有在冷云條件下才有效，因為宜賓10月至翌年2月 0^°C 層高度平均值約為 2km 利于上升氣流進入溫度低于 -4^°C 的云層，達到最大催化效率，所以宜賓中心城區11套地面碘化銀煙爐在秋冬季開展增雨作業比較可行。

2典型煙爐增雨作業個例

2.1宜賓中心城區大氣特征概述

2024年1月28—2月2日，宜賓天氣形勢較為穩定，日平均氣溫差較小，最高氣溫出現在2月1日，最低氣溫出現在1月30日，溫差僅為 3.3°C ；日平均氣壓差小，最高氣壓出現在1月29日，最低氣壓出現在2月2日，氣壓穩定在 957.0～962.9hPa 范圍內；風力較弱，多以西北風、北風為主，在此期間無降水，氣象條件不利于污染物擴散，導致污染物易于累積，從而發生污染。圖1顯示，1月28—2月2日，空氣質量指數（AQI）從74增至138，宜賓連續5日處于輕度污染狀態。首要污染物 PM_2.5，PM₁₀ 細顆粒物日平均濃度在2月2日達到峰值，峰值濃度分別為1 05，125μg/m³ 。

2.2 作業天氣形勢分析

根據國家人影中心CPEFS模式資料進行分析，2024年2月2日22：00—2月3日03：00，四川盆地北部和南部有云帶分布，云系整體自西向東移動。2月2日22：00，盆地南部的云系以冷云為主，云頂高度為 4～6km 。云中存在一定的液態水，主要位于 0°C 層（2～3km ），含量為 0.05～0.30g/kg ；催化作業層風向主要為偏西風。盆地南部垂直累積過冷水含量為 0.1～ 0.5mm ，具備一定的增雨作業條件。典型時刻分布特征見圖2。

2.3 作業情況

2月2日，宜賓夜間有分散性小雨，氣溫6＼～11 C ，空氣相對濕度為 85%～100% ，主導風向東北風1＼～3級，氣象條件比較有利于空氣污染物稀釋、擴散和清除。23：15＼～23：45，李莊永勝等9個地面碘化銀煙爐作 業點相繼開展了增雨作業，總計燃燒9根煙條（表1）。

2.4 作業效果分析

2.4.1氣象要素變化

作業前3h宜賓站累積降雨量為0，作業后3h宜賓站累積降雨量為 2.3mm （圖3）;空氣質量變化情況見圖4。

2.4.2作業過程合理性分析

2024年2月2日17：00＼～22：00，弱冷空氣南壓，宜賓市氣壓增大，濕度條件增強，有利于降水產生。2日22：00—3日03：00，四川盆地北部和南部有云帶分布，云系整體自西向東移動，煙爐作業點在降水云移動發展的主要路徑上。22：00，盆地南部的云系以冷云為主，云頂高度為 4～6km ，云中存在一定的液態水，主要位于 0°C 層 （2～3km ），含量為 0.05～0.30g/kg ；催化作業層風向主要為偏西風，影響盆地南部的云系，有利于作業點產生上升氣流將催化劑輸送至云中。2月2日23：15＼～23：45開展地面煙爐作業，共燃燒9根煙條。作業后，截至2月3日06：00，宜賓主城區出現小雨30站（總共36站），雨量為 0.3～5.4mm ， AQI 指數從149持續降至25，空氣質量從輕一中度污染提升至良一優，作業效果良好。

3結論

地面碘化銀煙爐增雨作業在改善空氣質量方面具有顯著潛力，但仍需通過不斷的實踐和研究來優化作業策略和技術手段，以實現更高效、更環保的人工影響天氣目標。

（1）作業個例分析為地面碘化銀煙爐增雨作業改善空氣質量效果提供了支持。降水過程中的濕沉降作用不僅直接減少了空氣中的顆粒物數量，尤其是 PM_2.5 PM₁₀ 等細顆粒物，還利用洗滌作用去除了附著在顆粒物上的污染物，如重金屬、二氧化硫、氮氧化物等。

（2）地面碘化銀煙爐催化劑主要依靠上升氣流攜帶入云，有效作業的關鍵在于作業點位置和對作業時機的把握，要選擇云系發展成熟、降水潛力大的時段開展作業。但作業人員需注意避免在不利于降水形成的天氣條件下作業，以免造成資源浪費或產生不必要的環境影響。

（3）為進一步驗證地面碘化銀煙爐的增雨效果，需持續積累作業個例，分析不同天氣條件下作業的成功率和降水增量。通過對比分析，獲得適用于不同區域、不同季節的最佳作業參數和策略。

參考文獻

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[5]周國強.利用《GB3840一83》中有關公式計算排氣筒的幾何高度[J].環境工程，1993，11（6）：1.