人工影響天氣

人工影響天氣

人工影響天氣，是指為避免或者減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過(guò)科技手段對(duì)局部大氣的物理、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行人工影響，實(shí)現(xiàn)增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動(dòng)。人類在人工影響天氣的發(fā)展上有很長(zhǎng)的歷史，避雷針的發(fā)明就是最早的嘗試。

人工影響天氣

人工影響天氣（weathermodification）指用人為手段使天氣現(xiàn)象朝著人們預(yù)定的方向轉(zhuǎn)化，如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消霧、人工削弱臺(tái)風(fēng)、人工抑制雷電、人工防霜凍等。人類活動(dòng)無(wú)意識(shí)地使天氣發(fā)生變化，如都市對(duì)天氣的作用等，不屬于人工影響天氣，而稱為人類對(duì)大氣的無(wú)意識(shí)影響。

現(xiàn)代人工影響天氣的原理是基于自然云和降水的形成過(guò)程建立的，通過(guò)飛機(jī)、火箭等運(yùn)載工具向云中播撒催化劑促進(jìn)云水向降水的轉(zhuǎn)化過(guò)程和提高轉(zhuǎn)化效率，如播撒碘化銀催化劑，形成大量的人工冰晶，促進(jìn)云中過(guò)冷水冰晶化而形成降水。通過(guò)飛機(jī)向云中播撒吸濕性催化劑（氯化鈉等鹽粒子）促進(jìn)云滴粒子形成的核化和碰并過(guò)程，產(chǎn)生降水粒子。

原理

人工影響天氣

人工影響天氣主要是利用云（霧）的微物理不穩(wěn)定性。例如在溫度低于0℃的冷云中往往存在著大量未凍結(jié)的水滴，播撒成冰催化劑可使它們轉(zhuǎn)化為冰晶以促進(jìn)水滴的形成，釋放的潛熱會(huì)改變?cè)频臒崃Α?dòng)力結(jié)構(gòu)，在不同場(chǎng)合下可以促進(jìn)降水、減少冰雹、消云（霧）或者減小臺(tái)風(fēng)風(fēng)力；在暖云（霧）中播撒大小適當(dāng)?shù)柠}粉可以促進(jìn)雨滴的生成，在不同場(chǎng)合下可以促進(jìn)降雨或者消云（霧）。

涉及技術(shù)

人工影響天氣涉及多種學(xué)科和技術(shù)。它的理論基礎(chǔ)是大氣科學(xué)，特別是云和降水物理學(xué)。它在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和效果檢驗(yàn)中，廣泛應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的成果。在播云催化劑的研究過(guò)程中，要用到結(jié)晶學(xué)和表面化學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。催化劑在空中和云中的擴(kuò)散，涉及了大氣湍流和小尺度運(yùn)動(dòng)。在觀測(cè)技術(shù)方面，涉及氣象要素和云中微粒的測(cè)量技術(shù)、氣象雷達(dá)（包括多普勒雷達(dá)、雙波長(zhǎng)雷達(dá)）技術(shù)、微波探測(cè)技術(shù)（見(jiàn)微波大氣遙感）、氣象衛(wèi)星測(cè)量以及示蹤劑測(cè)量、超微量化學(xué)分析等。在播云技術(shù)方面，涉及火箭、炮彈和煙火劑等的設(shè)計(jì)和制作問(wèn)題。在數(shù)值模擬的進(jìn)展方面，則依賴于電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。

從避雷針開(kāi)始，到往云層里播撒食鹽、干冰和碘化銀，影響天氣的嘗試，幾乎可以說(shuō)古已有之。

起始

人類最早影響天氣的科學(xué)嘗試，也許應(yīng)該追溯到避雷針。避雷針一般認(rèn)為是富蘭克林在1749年發(fā)明。實(shí)際上首次有科學(xué)根據(jù)的人工影響天氣建議是美國(guó)氣象學(xué)者伊斯派于1839年提出的，他認(rèn)為在潮濕的空氣中可用烈火產(chǎn)生上升氣流來(lái)造云致雨。

嘗試

使用炮擊消除冰雹最早的嘗試是在1896年，一位意大利市長(zhǎng)斯汀格使用一個(gè)2米高的大炮產(chǎn)生沖擊波來(lái)消除冰雹，在實(shí)驗(yàn)的2年之內(nèi)沒(méi)有雹災(zāi)發(fā)生。1918年，法國(guó)科學(xué)家把裝滿液化氣體的炮彈發(fā)射到空中。1921年和1924年，美國(guó)科學(xué)家兩次用飛機(jī)向云層播撒帶電沙粒，試圖促使云層碰撞而降雨。這些實(shí)驗(yàn)基本上都失敗了。

發(fā)展

1946年，美國(guó)科學(xué)家I.朗繆爾等根據(jù)冰晶在降水形成過(guò)程中的重要作用，提出了人工產(chǎn)生冰晶影響冷云降水的設(shè)想，他的助手V.J.謝弗和B.馮內(nèi)古特，發(fā)現(xiàn)將干冰碎粒和碘化銀煙粒引入充滿過(guò)冷水滴的云室里，能夠產(chǎn)生大量的冰晶。同年11月，謝弗進(jìn)行了第一次對(duì)自然云層的人工催化試驗(yàn)。他用飛機(jī)將3磅干冰碎塊投入云頂溫度為-20°C的過(guò)冷層狀云中，5分鐘后，云下出現(xiàn)了降雪。此試驗(yàn)結(jié)果引起廣泛的重視，推動(dòng)了人工影響天氣試驗(yàn)的迅速發(fā)展。

到了20世紀(jì)60年代，美國(guó)科學(xué)家J.辛普森進(jìn)行了動(dòng)力催化試驗(yàn)，獲得一定程度的成效。蘇聯(lián)科學(xué)家Γ.Κ.蘇拉克韋利澤等，用冷云催化方法進(jìn)行了大規(guī)模防雹試驗(yàn)。全世界大約已有80個(gè)國(guó)家或地區(qū)開(kāi)展過(guò)這種試驗(yàn)研究，其中規(guī)模較大的國(guó)家有美國(guó)、蘇聯(lián)、中國(guó)、澳大利亞、法國(guó)等。中國(guó)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，在大多數(shù)的省（自治區(qū)）開(kāi)展了人工降水或防雹試驗(yàn)，有些單位還進(jìn)行過(guò)消霧、消云和抑制雷電的試驗(yàn)。

人工影響天氣

人工影響天氣最主要的方法是播云，即用飛機(jī)、火箭或地面發(fā)生器等手段向云中播撒碘化銀等催化劑，改變?cè)频奈⒔Y(jié)構(gòu)，使云、霧、降水等天氣現(xiàn)象發(fā)生改變。

按對(duì)象的性質(zhì)不同，播云所用的催化劑也不同，其催化過(guò)程可分為兩類：

①冷云催化。溫度為0～-30°C的云中，往往存在過(guò)冷卻水滴，若在這種云中播撒碘化銀或固體二氧化碳（又稱干冰）等成冰催化劑，可以生成大量的人工冰晶。這類催化劑的成冰效率很高,1克催化劑就可生成數(shù)量級(jí)為1萬(wàn)億個(gè)的冰晶，使1立方公里云體內(nèi)產(chǎn)生濃度為1個(gè)/升的冰晶。在某些云中，人工冰晶通過(guò)伯杰龍過(guò)程可形成降水，從而達(dá)到人工降水的目的。在強(qiáng)對(duì)流云中，人工冰晶能長(zhǎng)大成冰雹胚胎，同自然冰雹爭(zhēng)奪水分，使各個(gè)冰雹都不能長(zhǎng)成危害嚴(yán)重的大雹塊，這樣可達(dá)到防雹的目的。在過(guò)冷云（霧）中，人工冰晶使云（霧）滴蒸發(fā)而自身長(zhǎng)大下落，又可達(dá)到消云（霧）的目的。在冷云催化過(guò)程中釋放的巨大潛熱會(huì)改變?cè)频臒崃Α?dòng)力過(guò)程，著力于這種動(dòng)力效應(yīng)的催化稱為動(dòng)力催化。動(dòng)力催化可使某些對(duì)流云的云體發(fā)展而增加降水。在臺(tái)風(fēng)云系某些部位的動(dòng)力催化，可能改變臺(tái)風(fēng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)而削弱其最大風(fēng)力，從而減輕臺(tái)風(fēng)造成的災(zāi)害。

②暖云催化。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(zhǎng)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(wàn)個(gè)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(wàn)個(gè)雨滴胚胎，再通過(guò)碰并過(guò)程形成雨滴，此法可促使暖云增加降水。在暖霧或某些暖云中播撒鹽粒使霧滴或云滴蒸發(fā)，鹽粒吸濕長(zhǎng)大下落，也可達(dá)到消霧或消云的目的。

播云的手段有三種：

①地面播撒，通過(guò)空氣運(yùn)動(dòng)，帶入云中。此法雖然簡(jiǎn)易，但催化劑從何處入云，能有多少入云，都很難掌握。

②將催化劑裝入火箭彈頭或高射炮彈內(nèi)，發(fā)射到云中的預(yù)定部位。此法雖迅速和直接，但是載量有限。

③用飛機(jī)將催化劑直接播入云內(nèi)。此法機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，載量也大，但有時(shí)受飛行安全的限制。

除播云方法外，用加熱空氣的方法消霧或防霜凍，也有一定效果。但此法耗費(fèi)很大，只能用于很小的范圍，如機(jī)場(chǎng)跑道的消霧和果園的防霜凍。此外，用向上噴射的高溫氣流以促使空中或云中的局部空氣產(chǎn)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)，增加局地的水汽凝結(jié)和降水；改變地面狀態(tài)或在空氣中播撒碳黑微粒以吸收更多的太陽(yáng)輻射，改變局地空氣的熱力結(jié)構(gòu)。這些方法還處于探索階段。

國(guó)外應(yīng)用

人工影響天氣操作

引導(dǎo)天雷
最早的人工引雷實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是法國(guó)人做的。但紐曼等人利用火箭拖導(dǎo)線技術(shù)，于1960年在美國(guó)最早實(shí)現(xiàn)了真正實(shí)用意義上的人工引雷。20世紀(jì)70年代，研究者們發(fā)現(xiàn)用紅外或紫外激光也能實(shí)現(xiàn)引雷。

阻止颶風(fēng)
20世紀(jì)60年代美國(guó)軍方秘密啟動(dòng)了"風(fēng)暴狂人"項(xiàng)目，試圖在大西洋上使用人工降雨技術(shù)來(lái)改變颶風(fēng)的生成規(guī)律。這個(gè)計(jì)劃只對(duì)少數(shù)的颶風(fēng)進(jìn)行了測(cè)試，因?yàn)橘Y料還未解密，至今也不清楚該項(xiàng)目是否成功。

氣象武器
1967-1972年，美國(guó)曾進(jìn)行過(guò)"中間人-愛(ài)國(guó)者行動(dòng)"，利用飛機(jī)播撒干冰的方法人工降雨，延長(zhǎng)雨季，用于截?cái)嘣侥系?胡志明小道"。這一行動(dòng)先后出動(dòng)2600架次飛機(jī)，造成山洪暴發(fā)，殺傷巨大。1978年，一項(xiàng)國(guó)際條約禁止將人工影響天氣用于軍事和敵對(duì)目的。

中國(guó)應(yīng)用

中國(guó)最早做的人工降雨是在1958年，吉林省這年夏季遭受到60年未遇的大旱。這次作業(yè)用的是食鹽，由空軍二航校的飛行員周正駕駛一架杜－２型轟炸機(jī)，在云層播撒了將近200千克。杜-2型轟炸機(jī)是當(dāng)時(shí)解放軍的主力機(jī)型，這次行動(dòng)也是一次準(zhǔn)軍事行動(dòng)。

1987年5月，大興安嶺特大火災(zāi)中發(fā)射了降雨彈4700發(fā)，據(jù)說(shuō)在一定程度上減小了火勢(shì)。20世紀(jì)90年代，國(guó)外對(duì)人工影響天氣的興趣開(kāi)始減小。2009年2月，中國(guó)北方地區(qū)發(fā)生了38年罕見(jiàn)的干旱，很多地方使用碘化銀炮彈促使增加降水，使人工增雨在中國(guó)成為新話題。

人工影響天氣系統(tǒng)

自然天氣過(guò)程的能量十分巨大。一次風(fēng)暴凝結(jié)的水量約為 1000萬(wàn)噸的量級(jí)，其凝結(jié)潛熱為2.5×1016 焦耳，相當(dāng)于燃燒 480萬(wàn)桶石油的熱量。臺(tái)風(fēng)中的水汽每分鐘釋放的潛熱，相當(dāng)于爆炸20個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)核彈所放出的能量。如果直接耗費(fèi)如此巨大的能量來(lái)制造或消滅一個(gè)天氣過(guò)程，實(shí)際上是不大可能的,經(jīng)濟(jì)上也是不合算的。所以必須尋找自然天氣過(guò)程中可利用的條件，用少量的耗費(fèi)促使它們向預(yù)定方向轉(zhuǎn)化。人工影響天氣的途徑，主要是利用云的微物理過(guò)程，用這種方法進(jìn)行人工影響天氣，耗費(fèi)比較小，效益可能很大。

國(guó)務(wù)院辦公廳2012年8月印發(fā)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)人工影響天氣工作的意見(jiàn)，意見(jiàn)明確，到2020年，建立較為完善的人工影響天氣工作體系，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)取得重要成果，基礎(chǔ)保障能力顯著提升，協(xié)調(diào)指揮和安全監(jiān)管水平得到增強(qiáng)，人工增雨(雪)作業(yè)年增加降水600億噸以上，人工防雹保護(hù)面積由2011年的47萬(wàn)平方公里增加到54萬(wàn)平方公里以上，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的效益明顯提高。

意見(jiàn)稱，中國(guó)積極運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，開(kāi)展人工增雨(雪)、防雹、消霧、消云減雨、防霜等作業(yè)，取得了明顯成效，在服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、緩解水資源緊缺、防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)生態(tài)以及保障重大活動(dòng)等方面發(fā)揮了重要作用。