很低,一般为-78.5℃。当把干冰碎块播入云中后,便引起云内局部温度急剧下降而迅速产生大量的冰晶,随之借助“冰晶效应”使冰晶很快长大成雨滴。碘化银是一种具有和冰晶结构极其相似的化学物质,是一种非常有效的成冰核。据测算,每克碘化银粉末在—10℃时,可以产生近百亿个冰核。高炮人工催化增雨就是把碘化银粉末装入炮弹弹头内,用高炮打入云中的适当部位后发生爆炸,以增加云中的冰核,加快“冰晶效应”和降水的形成。同时,炮弹爆炸产生的冲击波,还可加速云中水滴的吞并,冲刷云体下的大水滴,好似树叶上的水珠,用手轻轻一摇便可掉下,这就是“炮响雨落”的科学道理。大量试验结果表明,对云顶温度为-10℃一—20℃的积云进行人工催化,可以增加降水12—90%。随着现代科技的突飞猛进,可以预言:人类梦寐以求的呼风唤雨”的时代已经为期不远了。
人工如何影响天气
人们常说“天有不测风云”,其实不然。随着自然科学的不断发展,人类对天气变化的探测和预报已达到相当高的准确程度,同时还可以利用人工干预的手段,使天气现象朝着人们预定的方向转化。有些方法已在理论和应用方面日趋成熟,并取得了较好的经济和社会效益。
人工防雹增雨是目前应用最为广泛的一种人工影响天气方式,在我国大部分地区已经投入使用,创造了巨大的经济和社会效益。所采取的主要方式有:一、向云中撒播碘化银等成冰催化剂,使云中产生大量人工冰雹胚胎颗粒,与自然冰雹胚胎争夺云中的过冷水滴(温度低于0℃而不结冰的水滴),大大降减小冰雹的体积。当小冰雹落到温度高于0℃的暖云中时,冰雹融化成雨,即使未全融化,也大大减轻了危害程度。当云中接近降水条件时,向云中撒播的制冷剂产生的冰晶,能迅速粘合周围的小水滴,形成降水粒子,迅速凝结,形成降水;同时,冰晶释放出来的潜热可升高云体温度,增进对流发展,增加降水的机率。二、在云的下部撒播大小适宜、数量足够的盐分、尿素等吸湿颗粒,这些颗粒因吸湿而产生大的水滴,促进暖雨的发展,减少过冷水滴的数量,夺取了冰雹增大所需的水分,遏制了冰雹的发展。三、沿用传统的火箭或高炮轰击雹云,爆炸产生的冲击波可改变云中的上升气流,震碎发展中的冰雹颗粒,起到减小冰雹危害、增加降水的目的。此种方法的作用机制目前众说纷
纭,还没有形成一致的意见。当前我国普遍采用高炮或火箭发射碘化银炮弹的办法进行人工防雹增雨作业,正是采用了以上科学的方法,每年都为各地带来巨大的经济和社会效益。 人工消雾是指用人工影响的方式消除局部区域内的雾滴以提高能见度的办法,多用在机场、港口等公共场所。对于温度低于0℃的过冷雾和温度高于0℃的暖雾,因其主要成分不同需区分对待:过冷雾一般由过冷水滴组成,可用撒放干冰等成冰催化剂的办法,增加空气中的冰晶数量,吸收空气中的冷水滴,冰晶长大下落使浓雾消散,这种方法目前在各大机场投入应用后,效果十分显著。对暖雾来说,有以下几种消除的办法:一、加热法:通过燃烧或释放高温气体加热空气,使雾消散;二、吸湿法:向雾中撒播大小适宜的氯化钠、尿素、氯化钙等吸湿性物质,吸收空气中的小水滴;三、扰动法:加强空气的对流,促进雾滴蒸发,使雾消散。以上方法因成本、技术等方面原因还处于试验阶段,只有少数机场投入使用。。 为了满足某种需要,可以采用某些方法使局部区域内的云体消散,增大垂直能见度。在温度低于0℃的云中,撒播干冰等成冰催化剂,在云中产生大量的冰粒,使云中的过冷水滴蒸发,冰晶凝华下落,使云层局部消散。当前,有关部门已经做过类似尝试,效果不错。 总之,经过不断探索,人工影响天气工作已经从无到有,日趋成熟和丰富。随着科技的发展、社会的进步,该项工作将得到越来越广泛的重视和利用。
对人工增雨几个科学问题的认识
由于抗旱减灾和缓解水资源短缺的迫切需求,近年来我国开展了大规模的人工增雨工作,受到了社会各界的广泛关注,国内外新闻媒体对我国人工增雨工作表示了极大的兴趣,并进行了多方面的报道。同时,也对人工增雨提出了一些问题和疑虑,笔者根据长期从事人工影响天气科学研究的体会,就有关问题谈一些认识。
人工增雨不像激发薄云降水那么简单,它有一系列科学技术问题需要解决。首先,自然降雨云中一般都有一定数量的冰晶或者大水滴,有的部位有的时段自然冰晶很多,过冷云滴很少,增加冰晶很难使降水增加,要达到增雨的目的必须选择合适的云中部位和时机,及时适量地播撒催化剂。为此必须对云雨有一定的科学认识并进行实时细致的监测和判别;其次是如何把催化效果同自然降雨区别开来。自然降雨的分布很不均匀,随时间变化很大。催化
可能造成百分之几十的增量很难从比它们大得多的自然变化中区分开来。统计学家建议采用随机试验,即随机确定一部分作业机会不催化而留下作对比,从而评估催化效果。这种方案要损失一部分增雨机会,往往被用户拒绝。除了统计方法以外,观测催化以后云中特性的变化,如冰晶增加、回波增强、云顶增高、生命史延长等也可以给出催化作用过程链的物理证据。数值模式计算得出自然云和催化后的结果也有重要参考价值,可同实测结果相互校验。 我国人工影响天气工作从1958年开始,作为公益事业,人工增雨工作在抗旱、缓解水资源短缺和一些特殊需要(如扑灭林火)的强烈推动下,达到了很大的规模。据统计,1995年至2003年,全国有23个省(区、市)共组织实施飞机人工增雨作业4231架次,累计飞行9881小时,开展了高炮、火箭增雨作业,作业区总面积达300余万平方公里,在减轻和缓解干旱对国民经济特别是农业生产带来的不利影响方面发挥了显著的作用。我国人工影响天气作业的规模已居世界首位,其中人工增雨是最重要的项目。
人工增雨作业是否会“截住”下游的降雨是很多人关心的一个问题。空中水资源不是像河水那样可以直接利用的水资源。空中水汽只有在大气的上升运动中才能冷却凝结,一部分成为云滴。云滴经过一系列物理过程有一部分形成雨雪,下落到地,才成为可用的水资源。所以降水只是水汽的一小部分。在大范围降水过程中水汽是不断补充,上升气流是不断变化,云系也是不断更新的。如今年7月的降雨,从电视的卫星云图上就可以看到一条东北-西南向的云带横跨中国,从西向东移动。实际上,这是西北干冷和东南暖湿空气的交汇处,有利于上升气流的发展。形成云雨的水汽并不是从西北来,而是从西南或东南方来,它们不断上升凝结成云,部分形成降雨。从雷达回波上更可以看到云带是由较小的云体组成,云体都在不断生消更新,所以它不是像河水那样的上游截留下游就会减少的简单问题。
人们普遍担心上游地区通过催化作业增加了雨量会使下游地区雨量减少。这就涉及人工增雨作业对大范围区域降雨量的影响问题。实际上,在一定距离之外,下游降水的云体往往不是上游催化的云体,所谓“几个地方争一片云”的说法不够科学。催化对水汽的影响也比较小,因为降雨量只是水汽通量的一小部分,而催化增雨量又相当于降水的一小部分。目前还没有证据表明上游地区进行人工增雨会掠夺下游空中水资源。我国人工增雨主要采用的是
干冰、液氮、碘化银等具有很高成冰能力的催化剂。干冰、液氮汽化后成为二氧化碳和氮气,它们都是空气的组成部分。碘化银含有的银离子可能对人体和生物有害,但是由于用量极小,不会造成污染。美国、前苏联等国家都做过对比监测,发现长期进行人工增雨作业的区域在水体和土壤中累积的银离子未超过卫生标准。所以,人工增雨不会造成环境的污染。 空中水资源是有价值的,谁有权去改变它的自然状态而加以利用?在不是极端干旱的地区,增雨可能使一些行业得益而使另一些行业受损。由于人工增雨的效果很难精确评估,特别是某一次具体作业的确切效果更难评估,目前的科学水平尚难于精确界定催化作业的具体后果,从而无法判定其应负的法律责任。我国在《气象法》中有关于人工影响天气的条款。2002年国务院又公布了《人工影响天气管理条例》,规定“人工影响天气作业在各级地方政府领导协调下,由气象主管机构组织实施和指导管理”。“作业计划报政府批准后实施”,对作业单位及从业人员资质、作业规程、所用装备的管理和生产等都做了规定。
在水资源持续短缺和气象灾害频发的背景下,我国人工增雨的发展前景如何?在社会经济需求的推动下,我国人工增雨作业仍会维持较大的规模。在今夏热浪和电力短缺的形势下,水资源不算匮乏的上海、南京等城市也开始了人工增雨降温节电的尝试。但是我们必须充分看到这项技术还在发展之中,催化技术和效果评估等关键问题还没有完全解决。笔者认为,在适度扩大作业规模和拓宽应用领域的同时,更为迫切的是要提高作业的科技水平和实际效益。密切结合重点地区人工增雨作业实践,充分发挥国家级科技队伍在研究开发中的主导作用,充分利用现代科学的最新成果,深入研究云降水学科和人工增雨技术,这是解决这些关键问题的有效途径。
人工影响天气——气象防灾减灾的重要手段之一
人工影响天气是通过一定的科技手段对局部大气中的物理过程施加人为影响,使之朝着人们的希望发展,达到趋利避害的目的。其科学基础已被大量的室内实验、数值试验研究和外场试验所证实。过去几十年来,随着科学技术的发展和国内外大量人工影响天气科研和外场试验成果的积累,人工影响天气的技术目前已趋于业务化,其作业方法已发展成多种多样。
世界气象组织 (WMO)在2001年发表的 《关于人工影响天气现状的声明》中,就对混合相态地形云、层状云、积状云的局部人工增雨(雪)等催化技术给予了肯定。目前全世界每年有30多个国家开展各种方式的人工影响天气活动。
中国也是世界上较早开展人工影响天气的国家之一,有组织地开展人工影响天气工作是从1958年开始的。进入20世纪90年代后,我国的人工影响天气进入新的发展阶段,人工增雨、防雹作业规模跃居世界前列。各种方式的人工影响天气作业,在抗旱减灾、缓解水资源短缺、促进生态建设和环境保护以及重大活动气象保障服务等方面发挥出了积极作用。在我国开展人工影响天气工作必须严格遵守 《中华人民共和国气象法》和《人工影响天气管理条例》等相关法律、法规以及各种规章制度。人工影响天气工作按照作业规模和影响范围,在作业地县级以上地方人民政府的领导和协调下,由气象主管机构组织实施和指导管理,并报政府批准后方可实施。
人工影响天气对生态环境没有负面影响
人工影响天气作业,简单地说就是向局部云体内适量引入云凝结核/冰核。与大气和云中自然的凝结核/冰核数浓度相比,人工播撒的凝结核/冰核数量是微乎其微的。目前,北京市人工增雨、防雹作业中使用的催化剂主要为制冷剂液氮和碘化银人工冰核,每次催化剂的用量很少。作为人工影响天气方式之一,人工消云、减雨技术与人工增雨和防雹使用的催化剂基本相同,但播撒的时间、部位和剂量有所差异。
使用的催化剂中,液氮作为一种制冷剂,是制氧过程中的副产品,由氮气在高压下液化生成,对环境无任何不良影响,常被称为“绿色催化剂”;碘化银颗粒催化后将伴随降水沉降至地面或只有少量存留于大气。多年来的监测表明,各种方式的人工影响天气作业对环境和人类健康没有产生任何负面影响,而人工影响天气作为气象防灾减灾、趋利避害的手段之一,其在农业抗旱减灾、缓解水资源短缺、改善生态环境以及重大活动气象保障服务等方面都起到了重要的作用。