人工影响天气作业特种装备研发现状和运用进展

【摘要】人工影响天气是在农业生产和天气调节应用最为广泛的现代科学，在推动社会经济发展和防灾减灾中发挥着十分重要的作用，我国高度重视其研发和运用。基于此，本文在人工影响天气作业取得成绩的基础上，重点分析了人工影响天气作业特种装备研发现状和运用。

【关键词】人工影响天气；特种装备；作业装备；研发现状；运用进展

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.037

Research and Development Status and Application Progress of Special Equipment for Weather Modification

YIN Bang-ning

（Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.，Ltd.，Xinyu 338000，China）

Abstract：Weather modification is the most widely used modern science in agricultural production and weather regulation. It plays a very important role in promoting social and economic development and disaster prevention and reduction. China attaches great importance to its research，development and application. Based on the achievements of weather modification operations，this paper focuses on the analysis of the status quo and application of special equipment for weather modification operations.

Key words：weather modification；special equipment；operation equipment；R&D status；application progress

人工影响天气技术称之为人影技术，是从20世纪40年代逐步发展而形成的一种人工干预天气的科学方法。通常情况下，按照作业操作形势可以将涉及人影作业装备划分为空中作业型和地面作业型[1]。不管是选择何种类型的作业装备，均要选用催化剂。因此，有关学者也将催化剂看作是特殊的人影作业装备。

1人工影响天气作业取得的成绩

1958年的首次飞机人工增雨作业，开启了我国现代人工影响天气事业发展的壮阔历程。60年来，人工影响天气作业在抗旱防雹、实现农业生产减灾增收、为三江源等重要生态保护区增添活水、应对大面积干旱、森林草原火灾等自然灾害中起到重要作用。

党的十八大以来，在党中央、国务院的坚强领导下，在各级各部门和军队的大力支持下，我国人影事业快速发展。特别是2015年中国气象局实施《人工影响天气业务现代化建设三年行动计划》以来，人影工作在组织管理体系、现代业务体系、科技支撑体系以及安全监管体系建设方面取得显著成绩。

2018年9月，国务院批准召开人工影响天气工作座谈会，会议充分肯定人影发展成就与经验，进一步分析形势、明确任务，推动人影事业在新起点上开创新局面，并明确要坚持服务全面建成小康社会和全面建设社会主义现代化国家目标，坚持基础性、公益性工作定位，完善体制机制，强化能力建设，科学作业、精准作业、安全作业，全面提升人影工作质量和效益[2]。通过不懈努力，我国已初步建立以国家级为引领、省级为骨干、市县为基础，具有中国特色的现代人影业务体系，扎实推进了监管能力、装备保障水平和弹药质量的稳步提高，有效提升了业务能力、科技水平和安全保障[3]。

2人工影响天气空中作业装备现状及运用

2.1作业飞机

飞机具有较强的机动性，可以向云中预定部位直接播入催化剂，由于播撒均匀且覆盖范围较广，是向云内播撒催化剂的最佳平台[4]。在开展人工影响天气的过程中，在对探测和作业中的飞机进行选择时需要将有效载重、最大航程、最大升限、续航时间、巡航速度等技术性能考虑进去。对西方国家来说，以美国为首的在大气、海洋领域的飞机航空探测与监测方面具有很强的能力。二十世纪40年代至50年代间，由于联邦政府的支持，美国通用电气公司主导开展了第一个人工影响天气计划，该计划在当时被称之为卷云计划，当时投入的作业装备具有多种不同的类型，包括有B-25和B-17军用飞机、自动化干冰播撒器、AgI烟发生器以及K型飞艇和焰弹等。而在之后的人工影响飓风计划中，通过分层飞行的方式开展了积云随机动力催化和观测实验，当时使用的飞机数量则达到了6架。目前，美国国家大气海洋局则拥有12架气象监测和人影天气飞机；美国人影天气公司的改装飞机达到了8架，主要负责世界范围内的人影天气业务，飞机上的大气、云物理探测设备、GPS定位等系统的现代化水平较高，其在全球范围内执行的人影天气任务较多，同时还获得了中国试航许可证。苏联的人影天气飞机数量和性能也在世界上遥遥领先，同时构建了专门的飞机实验室，飞机机型种类较多，同时还对独特的人影天气设备和综合测量仪器进行了研发。

我国自1958年在吉林省首次使用杜-2飞机开展人工增雨作业实验以来，各地陆续利用C-47，图-2，轰-5、歼教-5、IL-12、An-2、Li-2等飞机开展人工增雨作业。1981年在“北方层状云人工降水试验研究”项目中对PMS系统进行了引进，同时对一架IL-14飞机进行了改装；1986年新疆引进PMS系统并对AN-26飞机进行改装；1988年，全国不同区域借助于飞机相继开展了人工增雨作业，自此之后对飞机的需求量不断加大。进入到1990年以后，人工增雨作业中主要选用An-26、Twin Otter和Y-12型號的飞机。而在2002年，中国气象科学院购买了新型PMS，同时对1架Cheyenne-ⅢA飞机进行了改装，此时可以实时传输空地资料，实时识别可催化云区云参量和实时指挥探测作业。当前，我国主要利Y-7、Y-12、An-26、Y-8、Cheyenne-ⅢA、Citation X等不同飞机机型开展云物理观测和人工增雨作业。

近年来，通过无人驾驶飞机的方式对人工影响天气进行探测和作业，则成为实验的新方向。无人驾驶就相当于运输系统，只是灵活性水平较高，可以在低空飞行安全有限的山区，将自身的作用充分发挥出来。自20世纪90年代初期，我国就开始研制和实验无人机，其中W-2000是当时最具代表性的，其有效载荷达到了180 kg，而续航时间在12 h左右；GT300油动航拍无人机则属于中长距、中低空的航空平台，续航时间和载荷均较大，通过携带碘化银的方式开展人工增雨，且在人工增雨和航拍中的优势较为明显；目前已有多种无人机可携带碘化银、盐粉、尿素、液化丙烷、干冰等催化剂执行人工增雨、消雾作业，并承担一定的探测任务。

2.2机载作业装备

实际上，碘化银末端燃烧器、碘化银焰弹发射器、碘化银发生器、液态二氧化碳播撒器、LN播撒器以及盐粉、尿素播撒器等均属于机载作业装备。美国冰晶工程公司研制的多种机载焰条和焰弹作业装备，在人工防雹和人工增雨（雪）方面发挥着十分重要的作用；乌克兰水文气象科研所研制的SADU-1干冰播撒器，可以将播撒率控制在0.8～10 kg/min之间；苏联研制的机载碘化银焰弹；俄罗斯研制的机载焰条播撒装置和PV系统机载焰弹，这些都促进了人工影响天气的发展。1985年新疆维吾尔自治区从美国引进了第一套机载碘化银发生期；黑龙江省颜值的发射式焰弹播撒系统，可以装设400枚炮弹，且焰弹点火有较高的成功率。可以开展层状云作业和积云外围作业；北京理工大学研制的焰弹和焰火剂，点燃后焰火剂发烟时间及成核率均要高于国外发达国家；之后我国相继研发的碘化银焰剂、机载作业控制系统等均在人影作业中发挥着重要作用。

3地面作业装备的研发和运用进展

3.1火箭和高炮

借助于火箭、高炮向空中发射碘化银催化剂，其主要特点是播撒集中、冰核浓度高，可以对目标区范围进行有效控制，针对飞机难以进入的对流云人工增雨和防雹作业中可以使用该种方式，但是对发射弹道的准确度、稳定性基准是爆炸或燃烧功能的要求较高。针对含有碘化银的炮弹、爆炸类火箭，其在冰雹生长区或上升气流区开展的小部委、大剂量定点快速序列操作，可使云中胚胎数量大幅度增加，通过争夺云中的含水量，以对云的微物理过程进行改变，在短时间内造成上升气流结构被破坏。苏联选用100 mm高射炮分别向雹云暖区和冷区输送盐粉和碘化银，并借助于火箭向潜在雹暴过冷区引入冰核；德国在开展防雹作业的过程中则利用火箭向冰雹云中播撒催化剂。苏联分别在20世纪60年代和70年代选择第一代火箭系统开展大尺度防雹作业，但是同强冰雹天气作业要求间还有很大差距；80年代第二代火箭系统的研制，使得作业范围达到了12 km，但需要投入较高的成本；90年代往后，俄罗斯研制的新一代火箭系统，有效提升焰劑效率、播撒精度、自动化程度和安全环保水平，且投入成本也在下降。

由于增雨防雹火箭作业系统的主要优点是可以携带大量的催化剂、播撒路径长、成核率高、操作方便、流动性强等。我国在20世纪80年代紧跟世界发展步伐，对多个系列火箭进行研制，当前已经研发了大量的火箭系统，并在人工防雹增雨作业中得到了广泛应用。同时，我国在人影作业高射炮研发与应用方面也处于世界先进水平。

3.2地面发生器

选择地面发生器开展人工增雨（雪）、防雹作业的过程中无需对空域进行申请，同时还不用人工值守，可以长时间开展播撒工作，在山区和城市周边的应用优势较为明显。地面发射器中的催化剂包括液态和固态两种类型，液态主要包括碘化银丙酮溶液，固态则为碘化银焰条。在丙酮溶液中碘化银的溶解度较小，长期放置会沉淀，会降低播撒效果，因此前者需要通过人工操作；直接燃烧碘化银焰条则较为方便，可通过无线通信技术开展远程遥控作业，会使效率大幅度增强。

早在20世纪50年代法国人就开展地面碘化银发生器防雹催化实验；美国ICE公司研制的地面发生器可借助于遥控或人工方式将108根碘化银焰条点燃，其播撒强度较大；俄罗斯研制的新型碘化银发生器，可将催化剂发射到150～250 m高度后开展爆炸播撒。针对地面发生器我国也进行了大量研究，截止到当前，我国已有大量不同型号的地面发生器投入实际人影作业，为我国农业发展及防灾减灾作出了重要贡献。

4催化剂的研发和运用进展

自人工影响天气科学形成以来，从开始的干冰作为催化剂，到当前通过人工合成的各种催化剂，研发和应用催化剂一直是人工影响天气作业装备的重点和难点。当前，催化剂主要包括冷云催化剂和暖云催化剂。其中冷云催化器是人影天气科学研发和应用的重点，碘化银和干冰这两种催化剂是其的代表。通过向-30℃至0℃的冷云中播撒催化剂，可以将其中的过冷却水滴转化为人工冰晶，在一系列反应之后则会出现降水，将其播撒到不同云层处，还能起到人工防雹和人工消雾的目的。其中碘化银丙酮溶液是研发催化剂的难点之一。美国为此开展了大量研究，并对不同的碘化银丙酮溶液进行了研发，同时利用燃烧法将其在实际的人工影响天气作业中进行应用。另外，研发碘化银焰剂也是重点，如何有效增强碘化银焰剂的成核率一直是世界性难题，世界范围内的专家及学者对其进行了大量的研究，并得出了很多有意义的研究成果。我国也有很多科学家对其进行了研究，使得碘化银焰剂成核率得到了有效提升。

实际上，暖云催化剂的主要工作原理是通过与云滴之间的接触合并形成雨滴，随后则会出现降水，同冷云催化剂工作原理有很大差异。借助于暖云催化剂还能起到消雾和消云的作用。暖云催化剂包括NaCl、CaCl2、NH4NO3和CH4N2O等，由于暖云催化剂作业效率不高，且使用条件范围较小，对其研究也不多。在研究暖云催化剂的过程中，其重点是催化剂混合原料和对应比例，而印度、南非、墨西哥、泰国及我国针对暖云催化剂的混合原料也开展了相关研究，有效增强了暖云催化剂的适用性水平。近些年来，针对暖云催化剂原料的平均粒径也得到了增强，但是同最佳粒径状态之间还有一定差距。

5结论

综上所述，人工影响天气在现代社会发展中的作用愈发明显，通过人影作业可以实现增雨和防雹等目的，以充分发挥出其在农业持续健康发展和气象防灾减灾中的作用。将不同作业环境和作业要求进行结合，进而选择合适的作业方式、作业设备和催化剂，可有效提升作业效率。与此同时，通过积极改进和研发当前人影作业装备，可有效推动我国人工影响天气工作顺利开展。

【参考文献】

[1]那顺吉雅.人工影响天气作业装备研发和运用进展[J].农家参谋，2019（4）：146.

[2]王大旺，刘伟，刘存毅，等.人工影响天气作业装备弹药出厂验收及质量管理系统设计与实现[J].无线互联科技，2021，18（16）：77-78.

[3]石学松.基于4G通信技术的物联网在人工影响天气装备弹药管理中的应用[J].计算机产品与流通，2020（7）：44.

[4]王焕哲.人工影响天气飞机增雨作业安全分析与对策研究[J].科技风，2021（3）：118-119.

【作者简介】

印邦宁，男，1994年出生，助理工程师，研究方向为人工影响天气特种装备维护研发和火工品测发控技术等工作。

（编辑：李钰双）