人影作业面面观

蔡兆鑫 高欣 范秀平

说到人影，大家并不陌生，它包含人工增雨、增雪、消雾、防雹等，尤其近些年，随着人工影响天气的频次、范围增多，甚至在保障国家或国际重大赛事、活动中取得明显效果，“人影”一词被大众广泛知晓。

目前，山西省开展人影作业的方式主要有地面高炮作业、地面火箭作业、山区烟炉作业以及高空飞机作业等。

高炮人影作业主要是指用37毫米增雨防雹高炮系统或57毫米增雨防雹高炮系统开展人影工作。37毫米、57毫米是炮弹的直径，因而又称三七高炮或五七高炮。电影《金刚川》里吴京和张译操作的37毫米高射炮，就是人影作业高炮的早期原型。

高炮人影作业在人工防雹方面具有明显优势。利用高炮将装有碘化银催化剂的炮弹发射到冰雹云的适当部位，炮弹在云层中爆炸，其冲击波会对云层内的气流运动产生干扰。同时，炮弹中的碘化银催化剂也被扩散到云层中，使云内产生更多的雨滴或小冰晶，大量的雨滴或冰晶都参与到捕捉云内水分的活动中，这样双管齐下，就能达到抑制雹胚增长或增加降水的目的。

高炮人影作业是一项技术性强、安全性要求很高的工作。所用弹药属于军事物资，发射和保管都必须严格遵守相关流程、规定。炮手必须经过专业培训并取得合格证才能上岗操作。一台炮车一般配有3～4名炮手，一炮手负责方向瞄准，二炮手兼任炮长，负责高低瞄准和击发，三炮手、四炮手负责装弹压弹。

当作业条件合适时，指挥中心会向作业站点发布作业指令。炮长就会按照上级指示下达“方向××，射角××，瞄准”的口令，随即一炮手、二炮手转动方向机、高低机使炮身指向目标。当被允许发射时，二炮手就会将装有碘化银催化剂的炮弹向目标云层发射出去。

高炮作业站点一般会根据当地天气、气候特点，兼顾考虑地形特征，多选择在冰雹云和增雨作业云系生成区域或经过频率最多的路径上，并且远离人群密集区和厂矿设备等重要区域。为了提高高炮作业的安全性，现在许多地方也研制出了可以自动发射高炮炮弹的装置，这样炮手们就可以远程操作炮车进行人影作业。

用于人影作业的火箭与电视上看到的那些动辄数层楼高的“大家伙”火箭有很大的区别。人影作业火箭大多属于无控火箭的一种，它体积小，重量轻，可以很方便地使用皮卡车之类的小型工具车将其快速运送到作业地点。

相较于发射卫星用的运载火箭，人影作业的火箭系统构造更为简单，一般由发射架、发射控制器和火箭弹组成。发射架可分为定向器、俯仰装置、方位机构和底盘四部分，定向器用于定向支撑、把握火箭弹出膛的射向及速度；俯仰装置用来调整定向器进行高低瞄准；方位机构用来对火箭系统进行方位调整。同一发射架一般可以发射不同型号的人影火箭弹。

发射控制器是火箭系统的中枢，它不仅具有保险装置还具备连发功能，可正确识别每一枚在架火箭弹的发射轨道、检测在架火箭弹是否具备发射条件。在每次开展人影作业前，作业人员都要打开发射控制器电源，来检测发射架各个通道参数是否符合规定要求。

运载火箭内装载的主要是燃料和氧化剂，而人影作业火箭弹除了燃料之外，还携带有催化剂装置，當进行人影作业时，火箭弹经过一个设定的延迟时间，到达指定云层中后会点燃催化剂，催化剂在云层中迅速被释放扩散，形成立体的三维空间催化带，所到之处必然影响到云的微物理结构，这样就达到增加降水或减弱、消除冰雹灾害的目的。

人影作业火箭弹根据其回收方式分为爆炸式火箭弹和伞降式火箭弹两种，爆炸式火箭弹在云中播撒完催化剂后，采取爆炸自毁的方式回收残骸，伞降式火箭弹则采用降落伞方式回收残骸。

当播撒结束后，若是爆炸式火箭弹，其单个残骸碎片一般不大于100克，会自由降落到地面。若是伞降式火箭弹，会在设定的开伞时间张开降落伞，并携带火箭残骸以不大于8米/秒的速度着陆。

目前，山西省也在一些市、县安装了人影数字化火箭作业系统，这种火箭作业系统可以通过指挥中心远程操控，实现火箭弹的弹道解算，对发射方位角、高低角、发射数、抛撒催化剂时间、开伞时间等项目进行自动操控。相比传统的火箭作业系统安全性更好，发射精度更高、作业面积更大。

除了高炮和火箭，还有一种经常用到的人影装备，那就是——地面催化剂发生器，由于它的外形以及作业时的状态与日常生活中的烟炉很像，所以这种人影作业方式又叫烟炉人影作业。

这种用于人影天气的烟炉一般安装在山区易形成地形云的迎风坡或是对流云形成、发展和气流上升的区域，亦或降水云系移动发展的主要路径上。为什么要这样选择呢？这是因为山区海拔高度较高、气温低，空中水汽含量大，地形云具有比其他地区更高的增雨潜力，而且迎风坡对气流的抬升作用有助于在近地层形成强劲的上升气流，这就为适时开展烟炉人影作业提供了时机。不管是针对地形云还是对流云，选址安装在最大上升气流区，有助于烟炉内的催化剂燃烧后随着上升气流将人工冰核带入云中，从而达到人工增雨、增雪或防雹的目的。

地面烟炉人影作业系统由远程遥控地面催化剂播撒装置和实时图像监控设备构成。当遇到有利的天气系统时，人影作业人员只需通过室内计算机指挥平台，即可远程操控点燃烟炉内的催化剂，烟炉上方霎时笼罩起袅袅飘动的烟雾，燃烧后的催化剂在上升气流的带动下逐渐升入适合冰晶生长的播云温度层内，继而增加云中雨（雪）滴凝结核，加大水滴降落速度和密度，为山区增雨、降低森林火险等级带来福音。

烟炉人影作业成本低、指挥环节少，且不受空域、时间限制，还可远程操控，不影响飞行器正常飞行，可以有效弥补飞机、火箭、高炮等人影作业方式的局限性，提升复杂地形区域的人影作业效果和覆盖面。2012年4月，山西省首台远程遥控人影烟炉完成联网调试，在娄烦县气象局投入业务使用。截至目前，山西省境内已布设上百台人影烟炉，持续为山西防灾减灾、农业增产、森林防火和生态环境建设等出力建功。

相比地面高炮人影作业和火箭人影作业，飞机在空中开展人影作业，有着许多无可比拟的优势。

首先，“带货”多。人影作业飞机一次可以携带的催化剂量远高于火箭弹或炮弹。以“运-12”人影作业飞机为例，一架飞机每次作业可以携带10～20根碘化银焰条，而1根焰条中碘化银的含量就相当于火箭弹的10倍以上，这有利于飞机在空中抓紧时机播撒足量的催化剂，促使数以亿计的冰核在空中迅速凝云聚水，为三晋大地降下甘霖。

其次，范围广。飞机人影作业可以直接进入云层播撒催化剂，因此受下垫面影响较小，不管是山区、平原还是河流、陆地，不管是城市还是乡村，在保障飞行安全的前提下，都可以根据降水云系特性和云系发展趋势，拓展空间作业范围，提高成云致雨能力，而且一次合理的飞机作业，影响面积往往可达数千平方千米，受益范围宽广。

再次，用途多。用于人影作业的飞机不同于我们日常乘坐的客机或是运输机。很多经过改装、验收合格的高性能人影飞机，除了可以携带碘化银催化剂，还可以携带焰弹、制冷剂或是暖云催化剂。这样当开展人影作业时，就可以有的放矢，针对暖云、冷云或是混合云播洒不同类型的催化剂来实现人工增雨的目的。同时，它的机舱内外挂接着各种观测仪器，可以在开展人影作业的同时，同步收集飞机飞行路线上所经过云层的液态含水量、气溶胶粒子浓度、冰晶形状等多项观测数据。这些数据不仅为开展合理有效的人影作业提供了可靠的依据，也为科研工作者研究云降水物理宏微观结构等提供了第一手的观测资料。

现在，山西省常年租用3架“运-12”飞机和1架高性能“空中国王”飞机（King-350）开展人影作业。山西的人影工作者也将持续在云水资源的研究和利用上下功夫，促进山西省人影工作迈上一个新的台阶。

近年来，新型人影作业方式也层出不穷，例如辽宁省喀左县气象局研究的“气球携带碘化银焰弹增雨雪新技术”、山西省临汾市的“消雾减霾聚能空气炮系统”等均在人影作业中发挥着不可小觑的作用。

2021年12月9日，中国气象局印发《“十四五”全国人工影响天气发展规划》，明确提出了“十四五”期间国家、区域和地方三级人影能力建设任务。山西省也将聚焦“两山七河一流域”生态气象保障、农业农村发展、重大应急保障等需求，进一步调整优化人影作业布局，为基本实现“保丰、增绿、减灾”目标，缓解农业旱情、保障春耕、降低森林火险等级、改善生态环境和空气质量等发挥积极作用。

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