人工增雨对农业防灾减灾的影响研究

王泽豪

摘要：水资源是人类赖以生存的物质，对农业来说尤为重要。随着近年来生态环境逐渐被破坏，自然灾害发生的概率也大大增加，水资源对农业的影响愈发明显。为应对气候干旱对农业的影响，人工增雨技术的应用也越来越广泛。本文简单介绍了人工降水在缓解农业干旱方面所起的作用。

关键词：人工降水；农业；防灾减灾

干旱是我国最主要的自然灾害之一。以2006年为例，重庆遭遇了百年来最严重的旱灾；2009年，中国多地遭遇50年来最严重旱灾，安徽、河南两省受灾严重；2010年春季，云南、广西两省遭遇严重春旱，干旱造成了重大损失。目前随着对大气水资源和人工降水的认识和研究不断提高，人工降水已成为抗旱蓄水的重要手段。

人工降雨是指利用自然降水的原理和人工降雨的某些条件，使云滴迅速凝结、碰撞并形成雨滴后上升和下降到地面的过程。根据不同云层的物理特性，可利用飞机或火箭向云层中喷洒各种催化剂，主要包括碘化银、盐粉、干冰等，以增加降雨量，达到缓解农田干旱、提高灌溉和水库的供水能力的效果。

在一定条件下，人工云的形成可以促进增加降水。自然降雨不会产生催化云，但在水量大的情况下，可以通过刺激自然降雨云来增加降雨，从而提高水资源利用效率。然而，这种不自然的云提供的水很少。

在旱季，降水云的缺乏减少了种植的机会，限制了它作为辅助工具的使用，因此不能用于抗旱。如果当地储水量相对较高，节水设施相对完善，可以在干旱前的降雨高峰期进行人工降雨，人工降雨效果较好。因此，在抗旱过程中，不应盲目依靠人工降雨，而应积极开发水利设施，提高周边蓄水能力，采取综合抗旱措施。

人工增雨是一项技术性很强的工作，因此对作业地点的确定、作业云体的选择、作业时间的把握等方面都有着严格的要求，此外，必须确保附近人员的安全。因此，应该综合考虑各种因素，而不是仅仅遵循理论要求。在选择操作地点和时间时，应优先考虑安全，只有在保证安全的前提下，科学合理地选择作业时间和地点，才能最大限度的实现社会效益和经济效益。在人工降雨作业前，时间的选择非常重要，只有抓住机遇，人工降雨才能发挥出最好的效果。当云层较低、冰晶浓度较低时，催化剂可适当扩散，提高冰晶浓度，当冰晶浓度达到一定标准值时进行人工降水，此时降水效果为最佳。

2.1 冷暖催化理论增雨

冷催化和热催化是指通過种子催化剂等技术手段在一定时间和有利条件下对局部物理过程的影响。目的是人为增加降雨，防止冰雹，消除雾霾。目标大气中的水将凝结成微小的水滴漂浮在空气中。在寒冷的云层中如果有冰晶，冰上饱和水蒸气的压力低于表面饱和水蒸气的压力，冰晶迅速长大，就会下雨。在温暖的地区或没有冰晶的云中，云滴的大小各不相同，大的云可能与小的云碰撞，形成雨滴落在地面上。

人工降水是指利用干冰、碘化银等催化剂，在云层中形成大量人工冰晶，利用天然冰晶缺乏的优势，促进降水。大量的实验研究表明，对于适合人工降水的云，适当的催化方法可以在适当的地点和时间达到增加降水量的目的。如果控制和使用不正确，实际效果便会大大降低，在特殊情况下甚至会产生负面影响。因此，了解和掌握正确的人工降雨条件和催化方法是关键。

2.2 层状冷云人工增雨技术

层状冷云是华北旱季和春秋季人工降水的主要目标。云层的表面含水量很低，催化部分有限。在以往的降雨方式中，人工增雨只能实现1～10毫米的降水量，这与实际需求相差甚远，因此，我们需要建立一种新的人工增雨方式，选择新的催化条件，进行人工增雨。

中尺度分层云系统数值模式：6个中尺度和大尺度大气模式MM4和12个云降水预测模式的组合，考虑了21个云物理过程，实时系统开发了模式数据处理输出产品显示服务系统，实现了模式的实时稳定运行。

层状云增雨新概念模型、条件判据和催化指标体系：人工降水概念模型理论表明，利用Bergeron法可以将人工冰晶转化为降水。更多的人造冰晶被引入，使部分过热的水蒸气进入降水过程。过饱和水汽的垂直累积往往大于过冷水汽的垂直累积，上升气流中降水增加的潜力保持不变。在催化的作用下，水汽凝结潜热增加，空气受热10～1000，云团上升速度增加10-2-10-1米/秒，促进了催化区云团的发展和降水。

根据上述概念模型，根据数值模拟结果和实践经验，提出以下人工降水条件，在发展阶段，云的速度深度增加，蒸发的云很低，云的重量很重，过冷云的厚度大，云计算集群的冷却不足，厚冰的饱和水蒸气价值非常高，这在冰晶浓度较低的地区更有利。

识别方法如下。

云降水的宏观特征；云物理微观特征，对冰面上过饱和水汽面积的检测，特别是对高密度水汽的检测具有参考价值，当颗粒浓度低于阈值时，机载2D-C仪器显示的天然冰晶较少，这可能会增加降雨。

2.3 动力催化增雨

在冷云的催化过程中，冷云中会形成许多冰晶，在这一过程中，会释放大量的热量，释放的热量就是云运动的驱动力。放热时室内外云层存在温差，当温差达到一定值时，会产生浮力，导致积云上升。如果催化剂扩散到云中，过冷的液滴释放热量并迅速冷却。释放的热量会增大室内外云团的温差，从而增加云团的浮力、速度和体积，最终增加云团的含水量和降水量。

3.1 缓解干旱情况

改革开放以来，中国发展迅速，随着国家的发展，生态系统也发生了一定的变化，尤其是近几年我国矿业和水利工程建设逐渐增多，导致水质以及环境污染十分的严重，洪涝、雾霾等自然灾害频发，全国各地干旱的现象十分严峻，严重的制约了农业的生产。虽然近年来大力发展该技术，但仍然无法有效防止农业干旱，作物的生长和生产仍然受到供水不足和水温不适宜的影响。人工降水技术可以有效缓解干旱，及时为作物生长提供水分，为高产收获奠定良好的基础。一朵约30立方千米的云可以产生约52000吨的雨水，是干旱地区珍贵的液体黄金。西北和华北是受干旱影响最严重的地区，是开发利用空气和水资源的重点研究区域。

3.2 降低地面高温

持续干燥的天气使气温不断上升，长期高温不可避免地会影响作物的生长，人工降雨可以有效降低温度，为农作物的正常生长提供保障，减少干旱对农业的影响。干旱必定伴随着高温，持续的高温不仅影响了农作物的生长，也给人们的生活带来了很多不便，人工降雨可以有效降低温度，不仅有利于农作物的正常生长，也有利于人们的出行、工作和生活，给人们带来舒适的生活空间。

在长期干旱不降雨的情况下，农田植被会受到一定程度的破坏，农田中的养分会流失，空气中的沙尘会增加，这将对农田保护产生负面影响。人工降水已成为保护和改善生态环境的重要措施。合理利用人工降水技术不仅可以减少干旱，还可以保护农田，防止农田结构的破坏，为作物生长提供营养，产生可观的经济收益。

3.3 湿度增加净化空气

天气干燥而不下雨，空气中的尘埃就会大大增加，雨水能有效净化地面上的空气和灰尘，起到净化空气的作用。此外，雨水会大大增加空气中的湿度，使人感到清新舒适。

此外，人工降雨还可以消除或减少冰雹、雾、霜对农业的影响。冰雹在形成过程中，人工降水会将冰雹转化为降雨，使雾形成雨滴并迅速消散。

近年来，人工增雨和气象保障服务在缓解水资源短缺、改善生态环境方面发挥着重要作用，具有良好的经济和社会效益。