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第一章人工影響天氣簡介

1概述

人工影響天氣是指在一定的有利時機(jī)和條件下，通過人工催化等技術(shù)手段，對局部區(qū)域內(nèi)大氣中的物理過程施加影響，使其發(fā)生某種變化，從而達(dá)到減輕或避免氣象災(zāi)害的一種科技措施。目前，人工影響天氣主要是指人工增雨和人工消雹，當(dāng)然也可以擴(kuò)展到人工消雨、消霧、防霜、人工引雷等方面。

瑞典科學(xué)家貝吉龍等1933 年提出，在大部分形成降水的混合云中，降水的形成主要取決于云中是否有足夠數(shù)量的冰晶，能否通過冰水轉(zhuǎn)化過程形成大水滴。到1946 年，美國科學(xué)家雪佛爾和馮納格相繼提出，可以在冷云中通過播撒干冰或碘化銀的方法，適當(dāng)增加云中的冰晶數(shù)量，促使降水的形成。這些研究指出了人工增雨的基本科學(xué)原理，開創(chuàng)了人工增雨作業(yè)的歷史。有關(guān)人工消雹的研究工作也于20 世紀(jì)50 和60 年代達(dá)到了高潮，其理論依據(jù)是前蘇聯(lián)科學(xué)家蘇拉克維奇提出的所謂“過量播撒”理論。該理論認(rèn)為，冰雹一般是在冰雹云中一個范圍不很大的冰雹累積帶中由初始冰雹胚胎碰并周圍的水滴或冰晶而增長形成的。如果在這一冰雹累積帶中增加大量的冰雹胚胎，造成這些冰雹胚胎爭食該區(qū)域中有限的水滴或冰晶資源，就能有效抑制大冰雹的生長，從而達(dá)到減輕冰雹災(zāi)害的目的。2人工增雨防雹的基本原理

自然降水的產(chǎn)生，不僅需要一定的宏觀天氣條件，還需要滿足云中的微物理條件，比如：0℃以上的暖云中要有大水滴；0℃以下的冷云中要有冰晶，沒有這個條件，天氣形勢再好，云層條件再好，也不會下雨。然而，在自然的情況下，這種微物理條件有時就不具備；有時雖然具備但又不夠充分。前者根本不會產(chǎn)生降水；后者則降雨很少。此時，如果人工向云中播撒人工冰核或吸濕性顆粒，使云中產(chǎn)生凝結(jié)、凝華的冰水轉(zhuǎn)化過程或促使形成許多大云滴，再借助水滴的自然碰并過程，就能使降雨產(chǎn)生或使雨量過大。人工增雨分冷云催化和暖云催化，我國基本上多數(shù)地方是冷云催化（含混合云），華南極少部分云屬于暖云催化。所謂冷云，就是云中溫度在零度以下，混合云就是云中上部溫度在零度以下；暖云就是云中溫度高于零度。地面攝氏零度的水是要結(jié)冰的，高空攝氏零下十幾度依然有液態(tài)水，這就是過冷水。過冷水遇到凝結(jié)核或附著物會瞬間成冰，尤其是在攝氏零下7到零下11度之間，過冷水極易快速結(jié)冰。在過冷云中啟動降水產(chǎn)生的因子是水向冰轉(zhuǎn)化的冰晶效應(yīng)，冰晶效應(yīng)迅速地使冰粒子長成可以發(fā)生重力碰并的大小，而成為降水粒子。據(jù)高空探測得知，自然云中自然凝結(jié)核很少，形不成冰晶直至長成雨滴。因此，在過冷云中如果因為缺乏冰晶或冰晶甚少而不能降水或降水強(qiáng)度甚弱的話，可以通過人工向云中播撒催化劑，如碘化銀、干冰、液氮等，增加云內(nèi)冰晶濃度以引發(fā)云層降水或增大其降水強(qiáng)度，這就是冷云催化原理。要促使暖云增加降水，可以在云中播撒直徑略大于0.04毫米的水滴,使它們同云滴碰并,長成雨滴而降落到地面。此法效率很低，每克水大約只能形成幾百萬個雨滴胚胎。如果播撒大小適當(dāng)?shù)奈鼭裥喳}粒，也能促成雨滴的生成，且效率比播撒水滴高，每克食鹽大約能形成幾千萬個雨滴胚胎，再通過碰并過程形成雨滴。目前，暖云催化主要是向云中播入一定大小的吸濕性顆粒，如食鹽、氯化鈣等，造成云滴譜的變化，促進(jìn)碰并過程的發(fā)生，從而引發(fā)暖云降水或增大其降水強(qiáng)度。

人工防雹就是采用人為的辦法對一個地區(qū)上空可能產(chǎn)生冰雹的云層施加影響，使云中的冰雹胚胎不能發(fā)展成冰雹，或者使小冰粒在變成大冰雹之前就降落到地面。由于產(chǎn)生冰雹的主要條件是云中要有上下強(qiáng)烈運動的氣流，并且蘊涵大量水分，只有這樣，云中小的冰雹胚胎才有發(fā)展成冰雹的足夠水分供應(yīng)，才有機(jī)會捕捉云中水分使自身不斷增大。因此，人工防雹的原理是設(shè)法減少

或切斷給小雹胚的水分供應(yīng)，一般需要向云中播撒足夠量的催化劑，以產(chǎn)生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚競爭水分的優(yōu)勢，從而抑制雹塊的增長。觀測結(jié)果表明，冰雹云的中上部存在著過冷水含量很大的累積帶，為冰雹生長區(qū)。在累積帶之上氣流升速較小，溫度又低，很容易產(chǎn)生雹胚，它們靠碰撞過冷水滴而長大。在強(qiáng)烈上升氣流作用下，雹胚多次往返于液態(tài)水累積區(qū)，增大并生長成冰雹。人工通過“三七”高炮或火箭發(fā)射把裝有碘化銀的防雹彈發(fā)射到云中，增加冰雹胚胎，去爭食有限的水分，抑制冰雹的生長或雹災(zāi)的形成。另外，由于人雨彈在云中爆炸，可以產(chǎn)生兩種效應(yīng)。一是爆炸后產(chǎn)生的沖擊波產(chǎn)生震動效應(yīng)，可以直接影響或干擾云中有組織的上升氣流，進(jìn)而阻止冰雹云的繼續(xù)增長，同時也可使冰雹受到強(qiáng)烈震動后變軟。二是爆炸使過冷水滴冰晶化，因而減少了云層中過冷卻液態(tài)水的存在，起到抑制冰雹的生長或限制大冰雹形成的作用。

3人工增雨防雹作業(yè)條件與時機(jī)

我們知道，要想通過人工增雨的方式增加降水，必須有云，有云才能有雨，但不是所有的云都有降水潛力，只有那些有降水潛力和開發(fā)利用可能的云才可催化致雨，天高云淡是無法達(dá)到增雨目的的。一般說來，在降水性天氣系統(tǒng)背景下，處于發(fā)展階段的積雨云、濃積云，回波頂高處在-5℃—-20℃之間，強(qiáng)度大于25dbZ，云層厚度在3公里以上，水汽含量為3克/立方米以上，適合開展人工增雨作業(yè)。在抗旱期間，云回波頂高在-5℃以上，強(qiáng)度大于25dbZ，處于發(fā)展階段，出現(xiàn)雨幡或降水時，也可對大范圍系統(tǒng)降水性層狀云作業(yè)。降水過程過境后,處于減弱衰亡的對流云；一般性層狀云等類均不利于增雨作業(yè)。

降雹是在強(qiáng)烈發(fā)展的由積雨云組成的雹暴系統(tǒng)中產(chǎn)生的強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象，是一種離散性較強(qiáng)的局部災(zāi)害性天氣。造成這種天氣的系

統(tǒng)與天氣尺度的系統(tǒng)相比，水平尺度范圍小，生命周期短，通常稱為強(qiáng)對流中小尺度系統(tǒng)。中小尺度雹暴的產(chǎn)生與發(fā)展，是在一定的大尺度天氣形勢下發(fā)生發(fā)展的。這些大尺度天氣形勢，除存在有利于雹暴發(fā)生、發(fā)展的大氣物理條件外，也基本上決定了它產(chǎn)生的強(qiáng)度和類別。根據(jù)多年來玉溪市降雹天氣系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，玉溪產(chǎn)生冰雹天氣的天氣形勢主要有兩高輻合型、低壓環(huán)流型、副高南側(cè)偏東氣流型,其中副高南側(cè)偏東氣流型為主要形勢，這些均可作為作業(yè)天氣條件的選擇依據(jù)。防雹作業(yè)時機(jī)的確定要依據(jù)實時雷達(dá)監(jiān)測結(jié)果，結(jié)合其它可用的實時資料如實時天氣圖、云圖、閃電監(jiān)測結(jié)果、數(shù)值模擬結(jié)果等綜合分析后做出選擇。一般選擇云體“躍增”階段作業(yè)，應(yīng)用雷達(dá)對云體回波連續(xù)跟蹤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)回波頂高、液態(tài)含水量等值躍增的情況時，作業(yè)可取得良好的效果。另外，當(dāng)處于發(fā)展階段的雹云移到作業(yè)范圍內(nèi)時，就應(yīng)開展作業(yè)，宜早不宜遲，當(dāng)大冰雹還未完全形成時，播撒一定量的催化劑就能起到過量播撒爭食含水量的作用。4玉溪市人工增雨防雹作業(yè)方式

目前我國人工增雨常用的方式有三種：一是以高炮和火箭為主的地面作業(yè)；二是以在地面布置AgI燃燒爐為手段；三是飛機(jī)催化作業(yè)。在固定目標(biāo)區(qū)（如為水庫增水）作業(yè)，特別是對飛機(jī)飛行安全有威脅的強(qiáng)大對流云進(jìn)行的催化作業(yè)，宜選擇以高炮和火箭為主的地面作業(yè)方式。在經(jīng)常有地形云發(fā)展、交通不便的山區(qū)，宜選擇在地面布置AgI燃燒爐為手段。這種方式的特點是催化劑主要依靠山區(qū)向陽坡在一定時段常有的上升氣流輸送入云實現(xiàn)增雨，不需要申請空域，具有很大的時空靈活性。由于燃燒爐需要依托上升氣流，因此，要有合適的地形，才能有足夠的上升氣流，才能使碘化銀煙劑正好抵達(dá)需要的高度和方位。其明顯的缺點是難以確定催化劑入云的劑量。飛機(jī)催化作業(yè)的面比較寬，可以根據(jù)不同的云層條件和需要，選用暖云催化劑及其播撒裝置，選用制冷劑及其播撒裝置（如干冰、液氮），也可掛

載Agl燃燒爐、掛載飛機(jī)焰彈發(fā)射系統(tǒng)。還可裝載探測儀器進(jìn)行云微結(jié)構(gòu)的觀測和催化前后云宏、微觀狀態(tài)變化的追蹤監(jiān)測。不過不是所有的云都可以用來“播雨”的，一般說來低云族中的雨層云和層積云，或中云族中的高層云較為適宜；少云或者晴空條件下，就不能進(jìn)行飛機(jī)人工增雨。飛機(jī)人工增雨作業(yè)高度一般在5000到6000米的高空，這樣能增加１５％至２０％的降雨量。一架飛機(jī)可一次作業(yè)３小時，每天能作業(yè)７至８小時，飛機(jī)實施人工增雨投入大，作業(yè)效益高。這三種方式各具特點，適宜性各有不同，我省人工增雨采用地面作業(yè)方式，發(fā)射裝備主要以火箭為主。由于高炮和火箭對強(qiáng)對流云體作業(yè)比較適宜，目前我國人工防雹采用的是以高炮和火箭為主的地面作業(yè)方式。在我市，采用的發(fā)射裝備有WR型火箭、BL型火箭、JFJ型火箭和三七高炮。