人工增雨背后的秘密

刘娟

清代的《广阳杂记》记载：“夏五、六月间，常有暴风起，黄云自山来，必有冰雹，土人见黄云起，则鸣金鼓，以枪炮向之施放，即散去。”意思是夏天常有暴风雨，古人见黄色的云滚滚而来时就鸣鼓并用土炮向天空射去，使黄色的云散开，以此达到防雹的效果。这是对中国古代用土炮防雹的生动描述，说明古人已经能够使用人工手段影响天气过程。

1946年7月的一天，在66岁的美国化学家和物理学家朗缪尔的指挥下，一架飞机腾空而起，飞行在云海上空。试验人员将207千克的干冰撒入云海，30分钟以后，狂风骤起，倾盆大雨洒向大地，人类历史上第一次人工增雨试验获得成功。至此，朗缪尔开创了人工增雨的新时代。

现今，我们说的人工影响天气，是指为避免或减轻气象灾害、合理利用气候资源，在适当天气条件下，通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，实现增雨（雪）、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。

人工增雨三条件

在了解人工增雨之前，我们首先需要知道雨从何处来。雨，是从云中降落的水滴——陆地和海洋表面的水会蒸发成水蒸气，水蒸气上升到一定高度后遇冷变成小水滴，这些小水滴便组成了云。它们在云里互相碰撞合并成大水滴，当水滴大到空气托不住的时候就会从云中落下来，形成雨。因此，要形成降雨，就必须满足三个条件：云中水汽充沛、上升气流运动并遇冷液化、有足够多的凝结核或冰核。

人工增雨可不是想增就能增的。人工影响天气也并非“呼风唤雨”，是影响天气而非创造天气。只有适合的天气条件才能开展增雨作业。首先，有云才有雨，空中的云就像是一座座飘浮在天上的水库。能实现人工增雨的云需要满足三个条件，即云层厚度要大于2千米，云中要有充足的水汽，有上升气流区。一般来说，晴天的积云和层积云不易产生降水，而积雨云（冰水共存的混合云）就比较有利于云滴增长为雨滴。换句话说，人工增雨并不是“无中生有”，只有具备一定的空中云水资源时，人为方法才能发挥作用。人工增雨的奥妙就在于增加云中的凝结核，促使水汽尽快凝结，这样就可以有效增加降水。正如前文所说，云是天上的水库，如果水库闸门开得小，那么落下来的雨水就少。这时，如果使用人为方法向云中播撒催化剂，就可以将水库的闸门开大，水流量也就变大了。

现在人工增雨的方式主要是通过向云中播撒催化剂如盐粉、干冰或碘化银等，来增加凝结核，也可利用声波、飞秒激光、带电粒子等手段，来促进水汽凝结、云滴碰并增长等云雨转化过程，形成降水。此外，高空的云还分冷云（云内温度在0℃以下）和暖云（云内温度在0℃以上）。针对冷云的人工增雨，传统方式通常是通过播撒碘化银、干冰等成冰剂或制冷剂，增加云中冰晶浓度，以弥补云中冰核的不足，达到降雨或增加雨强的目的。针对暖云的人工增雨，则通常是通过向云中播撒盐粉等吸湿剂，促使云中迅速形成一批大云滴，并使它们通过碰并过程迅速增大成雨滴，从而增加降雨概率。

人工增雨如何作业

在增雨作业方式上，常规的是通过飞机、高炮、火箭、地面烟炉等向云中播撒催化剂——通过不同“风味”催化剂的搭配，在特定的天气条件下，使“化云为雨”成为可能。

我国气象部门常见催化作业的方式是以高炮和火箭为主的地面作业。高炮作业是在地面利用高炮向空中具有一定条件的目标云发射含有催化剂的炮弹，炮弹在云中爆炸，把炮弹中的催化剂播撒在云中，以影响云的物理过程。火箭作业是在地面或在地面附近的某个平台上，利用火箭发射架向空中具有一定条件的目标云发射含有催化剂的火箭弹，火箭弹在到达空中的某一位置以后，弹体内的催化剂被自动点燃，随着火箭弹在云中的飞行，催化剂沿途燃燒播撒，以影响云的物理过程。正常情况下，火箭弹头会在空中爆炸成非常小的碎片，弹体会在空中爆炸自毁或者通过降落伞落到地面。为保障安全，作业时会避开人口密集区和重要设施区，在空旷的区域进行发射。

高炮（图片来源：中国气象网）

地面烟炉作业对地形条件要求最为苛刻。它通常用于山区地形云作业，需设置在山体的迎风坡面，作业人员通过燃烧含催化剂的焰条，将人工冰核送入云中。一般而言，地面燃烧炉主要用于交通不便的山区或是较难申请空域作业的地区。如今烟炉作业已经实现自动化操作——焰条装入后，只要通过手机发送指令，进行远程控制即可开始作业。一根焰条能持续燃烧十多分钟，经验丰富的作业人员会根据实际情况判断需要燃烧多少根焰条。催化剂有时会顺着气流直接进入烟炉上空的云层，有时会随着地形爬坡，继而影响下游地区的天气。

相较于地面人工影响作业来说，飞机人工增雨作业具有播撒范围广、催化剂影响范围大等特点，但为了确保飞行安全，它主要适用于稳定的层状云系的连续增雨作业。此外，飞机上还可以装载探测仪器，以便进行云微结构的观测和催化前后云的宏观、微观状态变化的追踪监测。目前，我国的增雨飞机型号主要有新舟60、空中国王350（进口）和运-12等。

当然，人工增雨作业后也不一定就会下雨，有时会出现云中降雨的现象——在降落过程中，有些小冰晶会直接蒸发，无法到达地面形成有效降雨。同时，人工增雨作业后，也不一定会立竿见影地形成降雨，通常作业的有效时间为3小时左右，有时会达到6小时。

增雨烟炉

新舟60 增雨飞机

能否人工消雨

我们能够实现人工增雨，那能不能进行人工消雨呢？答案是肯定的。2008年，为确保北京奥运会开幕式顺利进行，北京市气象局人工影响天气团队就成功消减了降雨。

一般来说，人工消雨有两种方式：其一，是让雨提前降落，其本质原理和人工增雨类似。通常是在目标地区的上风方60～120千米的距离处，进行人工增雨作业，让雨提前下完。其二，是让雨“憋着不下”。通常是在目标区上风方30～60千米的距离处，往云层里超量播撒冰核，使冰核含量达到降水标准的3～5倍，冰核数量多了，每个冰核吸收的水分就少，就无法形成足够大的雨滴。

人工消雨作业的大致流程如下：首先，要对天气状况及其变化趋势进行细致的观测和预测，判断是否存在降雨的可能；如果发现有降雨的可能，则需要进一步了解本次天气系统对本地可能的影响趋势——何时、何地可能产生降雨。之后，就要针对拟保护地区制定人工消雨方案。一有作业条件，就立即启动飞机或地面火箭和高炮等设备进行作业。如果是受移动天气系统的影响，那么就在拟保护地区的上游地区进行人工增雨作业，让本地未来的可能降雨在其上游地区提前降落到地面，从而达到减缓或消除拟保护地区降雨的目的。如果是局部云系发展产生降雨，则需对目标云系进行过量播撒作业，以充分“争食”云中的水分，使云滴很难增大成为雨滴降落到地面，从而达到减弱或消除降雨的目的。

人工消雨是個大工程，需要动用许多飞机、地面高炮和火箭，针对范围小、强度弱的降水天气过程会取得比较理想的效果。但如果遇上强降水天气过程，那么就目前的技术手段而言，还达不到理想的人工消雨的效果。

某地气象台使用的增雨防雹火箭弹

人工增雨是否会污染环境

人工增雨能够有效地抗旱降温，但也不禁让人担心：向云中播撒各种催化剂，会不会污染环境，特别是会不会对人体健康造成危害呢？

气象专家介绍，人工增雨（雪）使用的催化剂通常分为三类：第一类是可以大量产生凝结核或凝华核的碘化银等成核剂；第二类是可以使云中的水分形成大量冰晶的干冰等制冷剂；第三类是可以吸附云中水分变成较大水滴的盐粒等吸湿剂。以常用的冷云催化剂为例，其主要成分是干冰和液氮，汽化后将成为二氧化碳和氮气，都是空气的主要组成元素，因此它们都是“生态安全催化剂”，不会污染环境。此外，人工影响天气作业使用的碘化银用量非常小，作业区域水体和土壤中积累的银离子浓度远低于世界卫生组织规定的危害浓度，因此人工增雨不会对自然环境造成污染。

作业人员在发射火箭弹实施人工增雨

由于人工增雨作业后，公众不能区分该降雨是人工增雨，还是自然降水，所以如何评估人工增雨（雪）效果成为一个世界性难题，目前科学家还只能通过雷达监测等手段进行估测。但国内外大量人工增雨（雪）外场科学试验长期统计结果表明，正确地运用人工催化技术，可增加的降水量一般为自然降水量的6%～25%，其效益还是非常可观的。

需要提醒大家的是：利用高炮、火箭进行人工增雨作业具有一定的危险性，所以一般在作业前，气象部门会通过媒体发布作业公告，告知公众作业时间、区域及注意事项，禁止无关人员进入作业区域。同时，还须提醒公众注意的是：如果发现增雨火箭弹残体或故障弹，那么应立即向当地公安部门或气象部门报告，不可擅自靠近、拆除、搬动或储藏。