人工增雨雪所用催化剂对环境和人体健康的影响

摘 要：通过对人工影响天气所用催化剂种类、作用原理的系统分析，得出其对环境和人体健康不会造成危害的结论。

关键词：人工增雨（雪）；催化剂；环境；人体健康；影响

中图分类号：P481 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.029

人工影响天气是指为避免或者减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过人工干预的方式对局部大气的云物理过程进行影响，实现增雨（雪）、防雹、消雾、消云减雨等目的的活动。由于近几年来，我国降水偏少，适时实施人工增雨（雪），充分利用空中水资源，最大限度地增加降水，以缓解我国地下水资源缺乏状况，成为首要工作[1-3]。

1 人工增雨（雪）所用催化剂种类

实施人工增雨（雪）作业，就是采用人为的办法对一个地区上空可能下雨或正在下雨的云层施加影响，开发云中潜在的降水资源，使降水量增加[4]。目前，人工增雨（雪）所用催化剂主要分为3类：成核剂、制冷剂和吸湿剂。前二者用于冷云催化，后者用于暖云催化[5]。

1.1 成核剂

成核剂（人工冰核）是人工影响天气试验和作业中应用最广、成效最明显的催化剂，包括无机类和有机类，目前人工增雨（雪）应用最多的是无机类的碘化银（AgI）。

1.2 制冷剂

人工增雨（雪）作业应用的制冷剂有干冰（固态CO2）、液氮（液态N2）、液态二氧化碳、液态丙烷。应用最广泛的是干冰，应用装备为飞机。飞机播撒时，干冰用量为102～1013 g·km-1，在-20 ℃云层高度向下播撒，要求在0 ℃高度以上汽化消失。使用干冰催化能产生大量冰晶[4]。

1.3 吸湿剂

在暖云催化中常用的催化剂有食盐、氯化钙、硝酸铵和有机化合物尿素。这些物质具有强吸湿性，可在低于水面饱和条件下吸湿凝结增长。

2 人工增雨（雪）所用催化剂的作用原理

我国人工增雨（雪）所用催化剂主要是成核剂和制冷剂，采用向空中增加凝结核的办法达到增加降水的目的。目前使用的催化剂主要有碘化银、干冰和液氮等化学物质，它们适用于云中温度低于0 ℃的冷云催化。最常用的冷云催化剂碘化银和干冰在应用上各有所长。碘化银可从云的上风方、云底甚至地面烧烟播撒，作用时间长，可使云内水汽和过冷水充分转化成冰晶；干冰催化作用的温度较高，成核率基本上与温度无关，无副作用，但必须在云体上部播撒，作用时间集中，近于瞬时产生冰晶[5]。干冰和液氮的增雨（雪）一般都是通过飞机直接播撒到云中的，只要在零下温度层就可成为冰晶核。

吸湿剂中的食盐具有腐蚀剂，剂量较大时对农作物有损害；而硝酸铵、尿素虽无腐蚀性，又无毒性，还具有一定肥效，但成本太高，目前人工增雨（雪）作业不采用此类催化剂。

天津地区实施人工增雨作业所用的催化剂是碘化银等成核剂。碘化银为淡黄色粉末，具亲水性，能溶于添加增溶剂，易制备成高度分散的气溶胶。制备碘化银气溶胶主要有两种方法：燃烧法和爆炸法。燃烧法又分溶液燃烧法和焰剂燃烧法。溶液燃烧法主要用于飞机播撒，也可用于地形云人工增雨。焰剂燃烧法主要用于飞机发射或下投焰弹，也有火箭焰弹和高炮焰弹。爆炸法目前应用在人工增雨、防雹“三七”高炮炮弹上[6]，它爆炸后产生碘化银气溶胶，但其成核率偏低。

一般来说，1 g碘化银物质在-15 ℃环境下可形成1010～1013个冰晶核[7]，大量人工冰核在云中水汽、过冷水充足的情况下，会长大成较大的冰粒子，下落到地面成为雨或雪。这是由于碘化银的晶体结构与冰晶相似，因此可以充当人工冰晶。

3 人工增雨（雪）所用催化剂对环境和人体健康的影响分析

3.1 人工增雨（雪）所用催化剂的属性

在联合国环境保护署制定的清洁水法案中，碘化银被列为一种有毒物质。碘化银为碘和银的化合物，不容易溶于水，见光分解为碘离子和银离子，遇热又结合成碘化银化合物。银离子属于重金属离子，毒性很大，对微生物和鱼类的危害特别大，人体长期接触银离子可出现中毒现象。但在自然环境中，银离子非常容易形成不溶于水的化合物，对环境的影响将大大减小，因此银离子几乎不可能通过陆地或水中的食物链积聚，达到能危害生物和动物的程度。干冰、液氮很容易蒸发形成二氧化碳和氮气，它们的本身就是空气的组成部分，对环境和人体都不会产生影响[8]。

3.2 人工增雨（雪）催化剂对人体和环境的影响

人工增雨（雪）是一个微物理过程，所用催化剂不会发生化学变化而产生新物质。干冰和液氮对环境和人体不会产生影响。虽然碘化银中的银离子是重金属，但它很难以银离子的状态存在，同时碘化银用量很小，分散在很大的区域里面，单位面积的含量微乎其微，并不会造成环境污染。在人工增雨（雪）作业过程中，每次需要大约10～50 g碘化银，而且用在很大的范围内，所以单位面积的残留量会很少，因此不存在人体长期或大量接触银的问题。

例如，北京在2011年年初实施的人工增雪作业中，燃烧了1 200多个碘化银烟条，每根烟条大概含碘化银11 g，大约用了13 kg碘化银，此次作业区面积约1万km2，每平方公里仅有1.3 g，属于微量，用仪器都很难检测出来。

再如，从2003年开始，北京市人影办每年夏季均在密云和官厅水库区域进行较频繁的蓄水型人工增雨作业。在每半年对水库水体进行检测的数据显示，夏季水库中银离子的含量几乎无变化，而且含量极低[9]，远远低于国家标准和国际卫生组织标准[10]。

美国、前苏联等国家做过监测，发现长期进行人工增雨作业的区域在水体和土壤中累积的银离子仍不超过国际卫生组织标准，所以人工影响天气使用的催化剂不会造成环境污染。

4 结 论

人工增雨（雪）作业中使用的催化剂——碘化银，在自然条件下，银离子非常容易形成不溶于水的化合物，且由于用量很小，作用范围广，从短期和长期来看，不会对环境和人体造成危害，这一点在国际和国内的监测数据中均得到证实。

参考文献：

[1] 冯正勇，安惠文.天津市宝坻区人工影响天气现状及展望[J].北京农业，2011（12）：158-159.

[2] 张婷，张行才.人工增雨研究综述[J].山西农业科学，2008（3）：87-90.

[3]张洪涛.山西省气象为社会主义新农村建设服务规划[J].山西农业科学，2009（9）：62-66.

[4] 吴潭龙.发展人工增雨 开发空中水源[J].山西农业科学，1992（4）：33-34.

[5] 中华人民共和国气象局科技发展司.人工影响天气岗位培训教材[M].北京：气象出版社，2003：155-162.

[6] 马官起.人工影响天气三七高炮实用教材[M].北京：气象出版社，2005：206-209.

[7] 气象局. 人工增雨所用催化剂对环境影响微不足道[EB/OL].[2012-06-05]. http：//www.chinanews.com/gn/2012/06-05/3939341.shtml.

[8] 吴兑.人工增雨催化剂对环境的影响甚微[J].广东气象，2005（3）：16.

[9] 秦长学，张蔷，李书严，等.密云水库蓄水型增水作业效果分析[J].气象科技，2005，33（S）：74-77.

[10] 金银龙. GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》释义[M].北京：中国标准出版社，2007.