今年是人工影响天气事业60周年——科技助力化云为雨

人工影响天气火箭增雪作业现场。 郭静原摄

人工影响天气飞机作业时,登机技术人员实时查看探测仪器数据。 郭静原摄

天上的朵朵白云,如何才能变成地上的绵绵细雨?有时,云会自己长大、成熟,然后化为雨水;但有时,云长得太慢,地上的动植物干渴难耐,怎么办?

随着科技不断发展,飞机、火箭、高炮、烟炉等五花八门的装备搭配上“风味”不同的催化剂——在特定天气条件下,“化云为雨”已经成为可能

如今,人工增雨技术已广泛应用于我们的生产生活中。除了在干旱时增雨,人工影响天气还能增雪、消雹、消雾和防霜冻等。

今年是人工影响天气事业60周年。60年前,在对抗旱减灾的希冀中,“人影”工作应时而生;60年后,在人与自然和谐共处、趋利避害的可持续发展中,“人影”工作还将向天空延展出更美的画卷。

摸清天气的“脾性”

人类自古便祈天求雨。随着科技的发展,人类终于在20世纪开始真正了解天气的“脾性”,开创了人工影响天气新纪元

在古代,每逢久旱不雨,古人会祈天求雨,古籍中对此多有记载。17世纪,清代《广阳杂记》载有:“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。”这是历史上第一次清楚记载用土炮轰击雹云,以减轻冰雹对农作物收成的影响。

祈雨可能要凭运气,但土炮轰击则有些误打误撞——在合适的天气条件下,火药的颗粒物会让雨形成得更容易些,或是由于爆炸扰乱局地气流,从而引发降雨。

科学家开始真正了解天气的“脾性”,是在1938年,美国科学家霍尔顿在麻省理工学院试验站用吸湿性物质播入暖雾中消雾,这是首次符合物理原理并获得成功的人工影响天气科学试验。紧随其后,1946年,美国人文森特·谢弗发现干冰能够提供大量冰晶,英国人冯内古特则找到了有效的、可以作为冰核的物质——碘化银。这一发现开创了具有现代科学意义的人工影响天气新时代——若是把干冰和碘化银送入充满水汽的云中,人工影响天气便可不拘泥于论文里。

我国最初的人工影响天气试验当属20世纪50年代的山西消雹。1950年7月6日的《山西日报》记载,“为防春雹,开春就部署土炮土枪,并由民兵组成观天组、炮手组等。特别是当年5月25日天气陡然闷热,武乡县151个村庄警觉起来,当西北方黑云压顶移来时,上千门土炮土枪齐击云体,迫使雹云四散。”科学家认为,云底与地面间的气流可以被土炮干扰,进而起到四两拨千斤的作用,改变天气形态。

而由民间试验转为正式作业发生在1958年的吉林。那年,吉林省自春迄夏降水稀少,农田缺水,水库容水不足,发电也困难。吉林省气象局开始考虑模仿国外的办法人工增雨。

当时,他们一方面请苏联专家协助制造干冰,一方面又学习了刚编译的世界气象组织人工影响天气资料,还争取到中国科学院地球物理研究所的协助。终于,在有利天气条件下,气象部门采用飞机在云中播撒干冰的方式,造雨成功,开创了我国飞机播撒干冰人工影响天气的第一步。

金风玉露一相逢

要实现化云为雨,需要4类技术支撑:一是快速精准的作业条件判识技术;二是科学高效的催化和播撒;三是空地一体化指挥;四是效果检验

并非所有的云,都可以化成雨水。晴空万里,天上点缀的丝丝缕缕轻薄白云,就无法经人工影响化作雨水。

“地球水循环系统周而复始,作为淡水资源最重要的来源,大气降水实际上来自海洋和陆地水的蒸发。”中国气象局人工影响天气中心主任李集明告诉经济日报记者,当水汽上升,会在天空冷却凝结成云,再以雨、雪等形式降落地面,渗入土壤或形成径流汇入江河湖海;当水分再次蒸发,会补给大气水汽,循环不止。而空中云水资源主要分布于对流层大气中,也就是中低层云里。

据他总结,人工影响天气需要4类技术支撑:一是快速精准的作业条件判识技术;二是科学高效的催化和播撒;三是空地一体化指挥;四是效果检验。要想实现增雨,首先得有一团合适的云体。一般来说,当云的厚度超过2000米,缺乏冰晶却拥有丰富的过冷水,且云体外具有充足的水汽通过辐合抬升源源不断补给,就算通过“审核”,认定具备增雨潜力。

但天高云淡,肉眼无法辨别云里的情况,负责“审核”的重任就落在了现代化探测设备上。目前,这项任务由天气雷达、探空仪、地球静止卫星、极轨卫星、探测作业飞机等组成的综合监测系统具体执行,由它们锁定合适的、可以作业的目标云。当目标云“现身”,时机出现,只待“金风”“玉露”一相逢,便可化云为雨。

据青海省人工影响天气办公室副主任王黎俊介绍,人影作业还得依靠工作人员的经验判断——当作业条件成熟后,提出包括催化剂量、作业设备和作业时机等在内的作业方案,向空管部门申请作业空域。目标是在时机未“溜走”之前,把催化剂送到云中,像“卤水点豆腐”一样,把云“催化”成雨水。

有时,碰到强对流云产生闪电,派出飞机作业很危险,工作人员则会计算好方位,在作业点用火箭发射架向空中发射含有催化剂的火箭弹。当火箭弹抵达预定目标云位置,催化剂自动点燃,且随着火箭弹沿途播撒,完成催化作业。

在山区等特殊地形中,则建有增雨烟炉,催化剂在烟炉燃烧后袅袅升空,直抵云中;还有一种高炮装备,它的主要任务是对付冰雹——将炮弹携带的人工冰晶打入目标云中,与自然雹胚竞争周围环境中有限的水分资源,从而抑制冰雹增长,把危害严重的大雹块“扼杀”在摇篮里。

“一般情况下,当催化剂成功送达15分钟至20分钟后,降雨的效果便开始显现。”王黎俊说。

科学利用云水资源

在我国年均降水总量中,云降水效率约为40%至60%,如果能被充分科学利用,将极大解决我国的干旱问题

据相关统计,我国平均年降水总量约6万亿吨,而云降水效率约为40%至60%。可以看出,有大量的云水没有降落到地面而是蒸发或移走了。

如此庞大的空中云水资源如果能被充分利用,将极大解决我国的干旱问题。中国气象局应急减灾与公共服务司副司长郭虎表示,60年来,人工影响天气已经成为防灾减灾、生态文明建设的有力手段,是为农服务体系建设的重要内容,也是保障水资源安全的有效途径——

在旱灾雹灾肆虐期和关键农时季节,跨区域调动飞机、火箭等作业装备,人工增雨作业覆盖面积约500万平方公里,人工防雹作业保护面积达50万平方公里,有力保障粮食生产和农业设施、经济作物安全。在三江源等重点生态保护区、华北等水资源严重短缺区、江河湖库上游,开展大范围、常态化生态修复型增雨作业,补充生态用水,扩大湖泊湿地面积,增加草地生物量和覆盖度。在重大森林火灾抢险和国家重大活动天气保障的关键时期,调集人工影响天气作业力量,顺利完成内蒙古大兴安岭林火等重大灾害应急抢险,以及国家各种重大活动的应急保障任务。

“如今,我们自主研发的3公里精细化云降水数值预报系统已投入运行;国产新型高效催化剂研发取得突破性进展,催化效率提高百倍以上;雷达指挥、自动发射、立体播撒的火箭作业系统研制成功,技术达到世界领先水平并广泛投入使用。”郭虎说,近年来,中国气象局已为21个“一带一路”沿线国家提供了80余次人工影响天气技术服务,不断扩大国际合作。

或许有人还心存疑问:人类向云索取水资源,是否违背了自然规律?是否会加剧环境污染?科学家经过多年研判,给出了否定答案:按照空中云水资源形成的条件和过程来看,它是一种可再生资源,且人工影响天气作业常常是几十公里的中小尺度,不会影响到整个气候系统;此外,每次作业仅需少量催化剂,并且干冰和液氮这些催化剂在汽化后成为二氧化碳和氮气,不会污染环境。

“我国水资源分布极不均匀,提高空中云水资源开发能力是大势所趋。当前,我国空中云水资源利用主要仍以防灾减灾、应急抗旱为主,并不断向生态环境保护、水资源开发等方向迈进。”郭虎说。(记者 郭静原)

来源:经济日报

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