林娜 陈小敏
在自然降水過程中,云的降水效率差别很大,遇到云中某些条件不具备,比如暖云①云滴过小,或是冷云②中缺少冰晶作为凝结核,就有大量的云水无法形成降水落到地面。人工增雨就是根据云性质的不同,向云中投放适当的催化剂,改变云中的微物理条件,触发和增强云中自然降水的机制,起到催化降水的作用。
对于不同类型的云,需要投放不同的催化剂来提高降水的概率。例如需要大云滴大量产生的暖云降水,就要投放盐粒等吸湿剂,以吸附云中水分使云滴变大;对于依赖冰晶效应的冷云降水,就要播撒以碘化银为主的成核剂或者以干冰为主的制冷剂,使云中凝结核充足,充分利用过冷水③来提高降水的效率。这种把云当作土壤,把人工投放的催化剂当作雨滴种子的做法就被称为“播云催化(Cloudseeding)”。
大家有时候会听到“砰砰”的高炮声音,就知道是在人工增雨。除了高炮,火箭、碘化银燃烧炉和飞机也是现在常用的输送催化剂的手段。
在地面布设的增雨高炮或者火箭,弹头内装填适量碘化银,从地面发射到云中适当的部位,碘化银会以烟雾形式喷撒,或随弹头爆炸播撒。碘化银燃烧装置需要布设在上升气流旺盛的位置,通常在高山迎风坡,通过上升气流将碘化银烟雾送入云中。飞机增雨则是将催化剂烟条或者焰弹悬挂在机翼下方,在机舱内遥控烟条燃烧或者焰弹的发射。当然,在飞机上也可以向云中播撒小颗粒状的干冰或液氮等冷却剂或吸湿性粒子。
我国第一次尝试科学人工增雨是在1958 年的夏天。当时吉林省遭受到60年未遇的大旱。在一次有利的天气条件下,空军飞行员驾驶图-2 型轰炸机,在云层播撒了将近200 公斤食盐。此后,我国许多地区都陆续开展了人工增雨和防雹试验,同时也为抗旱增雨、减轻气象灾害提供了保障性服务,积累了丰富的实践经验。随着云微物理、动力学和云- 气溶胶相互作用等领域的基础理论、观测仪器,尤其是数值模拟的显著发展,人工增雨有了更广泛的科学依据和支撑。
在我国,气象部门已建立了北京平谷、河北栾城等云雾物理实验室,拥有多个外场试验基地和试验站,能不间断地开展对流云、层状云、地形云等飞机- 地面综合观测试验,提炼出了典型云系的作业指标和技术方法。雷达、探空、地面遥感、飞机和地面外场观测和数值模拟相结合,也为人工增雨能够科学地实施提供了综合的参考依据。人影关键技术研究也取得多项成果,自主研发的3 公里精细化云降水数值预报系统投入业务运行。国产新型高效催化剂研发取得突破性进展,催化效率提高100 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,已达到世界领先水平。
人工增雨是人们为了减缓干旱、开发利用空中云水资源,缓解水资源短缺的一种积极尝试。目前,我国人工影响天气服务领域已经拓展到农业抗旱减灾、云水资源开发、江河湖泊蓄水、生态环境建设、改善空气质量、应对突发污染事件、城市降温等多领域。其实说到底,真正“润物细无声”的不是雨,而是科技。