对人工局部影响天气问题的探讨

2009-06-17陈文新熊孝锋

现代农业科技 2009年22期

陈文新熊孝锋

摘要自然降水过程一般分为成云和降水形成2个阶段,人工影响在降水形成阶段起着一定的作用。从人工影响天气的发展史以及人工增雨作业需要注意的问题等方面探讨人工局部影响天气的方法,以期促进人工增雨的应用。

关键词人工影响天气;云雾物理;人工增雨

中图分类号P481文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)22-0284-02

人工增雨是指在适当的天气条件下,通过人工干预,使天气过程向符合人类愿望的方向发展。如果说科学研究的目的是认识自然和改造自然,那么人工影响天气就是在认识自然的基础上,去改造自然。目前,人工影响天气主要是指人工增雨和人工消雹,当然也可以扩展到人工消雨、消雾、防霜、人工引雷等方面。人工增雨是在有云层或降水不大的雨云中施加人为影响,使云层有降水或使降水不大的雨云增加降水量,达到人们所希望的效果。

要想搞好人工增雨工作,就要求从理论上了解降水的成因——云雾物理。作业的首要条件必须要有云,云的形成是海面大水体或陆地小水体的水受太阳辐射而增热蒸发(汽态),水汽随气流上升到大气层,水汽的温度随气柱的升高而降低,到达凝结点时,水汽由汽态转换成液态,附着于空气中的凝结核而凝结成小云滴,这些小云滴随气流汇合,云滴大量汇合在一起时便形成云块或云层。当云滴的重力未超过空气悬浮力时,云滴被托在空中,当空气中产生上下对流的气流运动时,云滴随着气流运动,相互碰撞并合成大水滴,当大水滴的重力超过空气悬浮力时,大水滴便从空中掉到地面上,这就形成了降雨。

掌握以上的云雾物理原理,运用这些理论,人为地把大量的凝结核用现代运载技术,如高炮、火箭、飞机播撒到水汽深厚、缺乏凝结核的云团或云层中去,使之产生大量的云滴,云滴随着气流运动,相互碰撞,而合成大量的大水滴,当大水滴的重力足以克服空气的悬浮力时,掉到地面上,使原没有降水的云团或降水量不大的云团或云层有了降水或者降水量增加,这就是人工增雨。

1人工影响天气的发展史

早在1933年,瑞典科学家贝吉龙就提出,在大部分形成降水的混合云中,降水的形成主要取决于云中是否有足够数量的冰晶,能否通过冰水转化过程形成大水滴。到1946年,美国科学家雪佛尔和冯纳格相继提出,可以在冷云中通过播撒干冰或碘化银的方法,适当增加云中的冰晶数量,促使降水形成。这些研究指出人工增雨的基本科学原理,开创了人工增雨作业的历史。有关人工消雹的研究工作也于20世纪50~60年代达到高潮,其理论依据是前苏联科学家苏拉克维奇提出的所谓“过量播撒”理论。该理论认为,冰雹一般是在冰雹云中一个范围不很大的冰雹累积带中由初始冰雹胚胎碰并周围的水滴或冰晶而增长形成的。如果在这一冰雹累积带中增加大量的冰雹胚胎,造成这些冰雹胚胎争食该区域中有限的水滴或冰晶资源,就能有效抑制大冰雹的生长,从而达到减轻冰雹灾害的目的。

这些原理虽然被大多数人所接受,但具体到目前人工影响天气作业的许多环节中还不是很清楚,还需要进一步探讨,以总结如何提高人工影响天气的科学水平和效率。

2人工增雨作业应当注意的问题

2.1人工增雨作业云团云层的选择

根据笔者过去的实战经验,云层的选择是人工增雨作业成败的关键。适合作业、水汽深厚的云团或云层,主要有以下2类:第1类是浓积云,如云底较低、云体膨大、呈花椰菜形的浓积云,云底有雨幡的浓积云,云体颜色呈深蓝黑色的浓积云。第2类是积雨云,这种雨云云体大且黑,对流旺盛,顶部毡状不高,常带有雷电的积雨云是作业最佳云团。对此类本身就能下雨的云团,施加人工影响,就会得到理想的大雨以上的效果。

2.2运载工具的选择

催化剂的运载工具应当视当时的天空状况选择,如浓积云、积雨云,这些云团云体完整清晰、云滴集中、垂直水汽深厚、对流旺盛,此类云选择高炮、火箭作业,较为适宜。又如层状云的层积云、雨层云,云底宽大,看不到边际,如果用高炮、火箭作业则效果不佳,有时不但雨打不下来,反而会打出云缝来,像层积云、高层云、雨层云云层虽然深厚,但其属性相对较稳,类似此种云层采用飞机作业比较合适,催化剂采用干冰,造成云滴的温差,热滴上升,冷滴下沉,使之产生扰动,打破稳定,由于蝴蝶效应的结果引起云中的碰撞、并合而达到降雨目的。

2.3作业点的选择

作业点的选择关系到作业的效果,直接影响到受益点,作业要做到有的放矢。作业点一般设在受益点的上风方,同时还受云向、云速、催化时间、作业点与受益点的距离制约。因为催化剂的催化时间大约在15~20min之间。有了云速就可以计算出作业点与受益点的大约距离。另外要提出的就是安全问题,现在作业的工具大多采用小火箭,一般箭体都不炸毁,箭体掉到地上有可能造成对人、畜、房屋建筑物的破坏和伤害。因此,要求各地选作业点时,必须根据炮弹的射程参数、发射的角度参数,计算出弹着点与作业点的距离。弹道是一个抛物线的轨迹,应用抛物线的计算也可以大概知道弹着点的距离,在弹着点附近是否有村庄,安全与否,要做到心中有数。

2.4作业机会的捕捉

作业机会的捕捉也是人工增雨的关键一环。要求天气形势预报准确,掌握系统影响时段及系统的生消,作业指挥者要密切注意天气现象的演变,和雷达站保持联系,同时掌握什么系统产生什么样云团的常识。一般来说,倒槽的生成和西南低压易生成暖锋系的积雨云;锋面与高空切变易生成强对流的积雨云;副高北抬易生成地方性的热雷雨云。台风影响、边缘是高层云(作业效果不明显),因此种云高度高且是水平运动,催化剂播撒相当一部分在云底,催化剂作用甚少,对此种云作业没有用处,在台风圈内的雨层云不需作业。当台风填塞后,低压东北移动时易有强对流雨云,此时才是作业的好机会。

2.5作业火候的掌握

作业火候的掌握十分重要,作业早了则欲速而不达,作业迟了就变成了马后炮。因此,作业的火候掌握是成败的关键,一般可以用试射方法探测云团是否在射程内,若观察发现炮弹云内爆炸(对高炮而言)发出的光不太亮、爆炸声沉闷,此时便是作业的最佳火候。

2.6炮弹用量与投弹部位

炮弹的用量视云团的大小而定,没有硬性规定,根据笔者的实践经验,一般投弹量在20~30枚(仅限三七高炮和小火箭而言),云体大可多用一些,云体小的可少用一些,灵活掌握。新一代作业火箭箭身长且大,装药量也大,可以根据生产厂家提供的参数,设定作业用量。

投弹部位根据云体的高度而定,一般投弹的位置在云体2/3的部位,是云团对流最剧烈的部位,催化剂借助强烈的气流迅速扩散到整个云体,以达到加速催化的作用。投弹的方式可采用“一”字型均匀布爆;当云团底部已经在作业点上空时,可采用梅花式布爆(适合火箭作业)。

3小结

为了增加人工影响天气工作的科学性和效果,还有许多基础问题需要重视和研究,如有效的作业工具、科学的效果检验方法等。即便在人工影响天气原理方面也需要有新的突破,当然这也需要建立在观测新事实的基础上,人们期待着新理论、新技术的出现。

4参考文献

[1] 李艳伟.冷云催化剂及其在层状云催化增雨中的应用研究[D].南京:南京气象学院,2004.

[2] 杨永龙,薛生梁,钱莉,等.河西走廊东部人工降水试验效果评估[J].干旱地区农业研究,2006(5):218-224.

[3] 钱莉,俞亚勋,杨永龙.河西走廊东部人工增雨试验效果评估[J].干旱区研究,2007(5):679-685.

[4] 黄毅梅.卫星反演云物理参数研究及其在人工影响天气中的应用[D].兰州:兰州大学,2006.