暖云人工增雨

1、暖云人工降雨進(jìn)展代君梅南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)，南京210044摘 要：人類對(duì)天氣現(xiàn)象的探索和研究就從沒停止過(guò)，大自然的奧秘對(duì)人類的吸引是從不間斷的，而因?yàn)槿?類的智慧，人類逐漸能夠影響天氣，利用天氣。目前我國(guó)人工影響天氣規(guī)模、經(jīng)費(fèi)投入已達(dá)世界之最，人 工影響天氣工程正在建設(shè)之中，人工增雨也正在研究中。論文簡(jiǎn)要回顧了我國(guó)云物理研究和人工影響天氣 的的科學(xué)原理，更加深入的研究了暖云增雨機(jī)制，使得暖云增雨機(jī)制更好的為人類服務(wù)，并且思考我國(guó)人 工降雨中的暖云增雨在新形勢(shì)下進(jìn)一步的發(fā)展的問(wèn)題，這顯得尤為重要。論文針對(duì)人工影響天氣的發(fā)展歷 史和現(xiàn)代暖云增雨作業(yè)的問(wèn)題和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并且為以后作業(yè)活動(dòng)過(guò)

2、程提供很好的幫助，以達(dá)到利用現(xiàn) 代技術(shù)為人類造福的目的。關(guān)鍵詞：暖云增雨人工降雨人工影響天氣云物理1引言自古代以來(lái)，人類就在不斷探索大自然的奧秘，天氣狀況更是人們所關(guān)心的，因此，人 工影響天氣一直是人類所研究的課題，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人類如今在遵守自然 規(guī)律的前提下，已經(jīng)可以簡(jiǎn)單的影響天氣變化了，人工增雨這項(xiàng)技術(shù)的使用必將為中國(guó)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展增光添彩，亦將為世界的和平與穩(wěn)定做出貢獻(xiàn)。出于農(nóng)業(yè)發(fā)展和抗旱的需要，1958年起我國(guó)開展云霧和降水學(xué)以及人工影響天氣研究。 中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所氣象研究室（中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所前身）組建了一支強(qiáng)大 的科技力量，開展了一系列云霧降水的觀測(cè)、人

3、工影響天氣的野外和室內(nèi)試驗(yàn)，如云的宏觀 發(fā)展過(guò)程、云滴譜的觀測(cè)研究、飛機(jī)人工增雨試驗(yàn)、高山融冰化雪試驗(yàn)、土炮防雹試驗(yàn)和消 霧試驗(yàn)等。與此同時(shí)，開始建立暖云室和冷云室，開展暖云催化劑、冷云催化劑和沖擊波作 用等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)1。暖云對(duì)大氣起著重要的動(dòng)力和熱力作用，暖云形成的降水對(duì)人類的生命和日常活動(dòng)具有 重要作用和影響。云中潛熱釋放是大氣中各種尺度天氣現(xiàn)象的重要能量來(lái)源，從單塊積云到 中尺度系統(tǒng)直至全球大氣環(huán)流，云的輻射特征很大程度上控制著地球氣候并可能影響氣候變 化。云的潛熱釋放、成云致雨以及輻射作用都受云內(nèi)微物理過(guò)程影響，這些過(guò)程包括暖云粒 子和冰相粒子的形成、增長(zhǎng)及其間相互作用2。2人工影響天氣

4、的科學(xué)基礎(chǔ)人工影響天氣是指為避免或者減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下，通過(guò) 科技手段對(duì)局部大氣物理、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行人工影響，實(shí)現(xiàn)增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜 等目的的活動(dòng)，簡(jiǎn)稱人影3。人工影響天氣是建立在云降水物理學(xué)基礎(chǔ)上的一門應(yīng)用科學(xué)技 術(shù)，它還涉及到中尺度和邊界層氣象學(xué)、天氣預(yù)報(bào)、大氣擴(kuò)散和湍流、物理化學(xué)、氣溶膠物 理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和觀測(cè)儀器等方面的研究。這些學(xué)科的進(jìn)展都會(huì)促進(jìn)人工影響天氣 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，但最重要的還是云降水物理學(xué)的研究.呼風(fēng)喚雨、祛災(zāi)避害是人類長(zhǎng)期以來(lái)夢(mèng)寐以求的美好愿望。1946年11月13日，美國(guó) 實(shí)施了人類首次對(duì)過(guò)冷云進(jìn)行的科學(xué)催化試驗(yàn)，在地面即可

5、看到云層轉(zhuǎn)化雪晶形成的雪幡。 此試驗(yàn)結(jié)果引起廣泛的重視，推動(dòng)了人工影響天氣試驗(yàn)的迅速發(fā)展。隨著“連鎖反應(yīng)假設(shè) 以及“隨機(jī)碰撞”理論的提出，為解決暖云降水機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。人工影響天氣的愿望在一 定程度上得以實(shí)現(xiàn)4。目前，全世界有20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開展人工影響天氣的試驗(yàn)和作業(yè)。1958年我國(guó)吉林 等省為緩解旱情進(jìn)行了飛機(jī)人工增雨試驗(yàn)，從而揭開了我國(guó)人工影響天氣的序幕。我國(guó)是世 界上人工影響天氣規(guī)模最大的國(guó)家之一，并成為各級(jí)政府防災(zāi)減災(zāi)的一項(xiàng)重要而有效的手 段。中華人民共和國(guó)氣象法及人工影響天氣管理?xiàng)l例的頒布實(shí)施，為人工影響工作 提供了法律保障。人工影響天氣在緩解或解除旱情、森林滅火、機(jī)場(chǎng)消霧、保障

6、大型活動(dòng)等 方面起到越來(lái)越重要的作用5。3云物理機(jī)制云中粒子和微物理結(jié)構(gòu)粒子譜。20世紀(jì)60年代的觀測(cè)研究揭示了我國(guó)南方層狀云、濃積云的滴譜、云滴濃 度和含水量的一些基本特征。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)我國(guó)南方層狀云中云滴譜寬，濃積云中云滴譜很寬， 并有第二峰值出現(xiàn)。出現(xiàn)雙峰時(shí)，總是伴隨著云滴譜的加寬。雙峰譜往往在鋒區(qū)云中出現(xiàn)， 在雨強(qiáng)比較大而且變化又劇烈的云中也易出現(xiàn)。大云滴。大云滴的觀測(cè)分析結(jié)果對(duì)人工播撒大云滴催化降雨有指導(dǎo)意義。暖云中大云滴 的存在（濃度達(dá)3102m-3）是產(chǎn)生降雨的必要條件，但不是充分條件。降雨還應(yīng)有其他條 件配合，如要有合適的云中上升氣流、含水量和云厚等。因此，不管云中實(shí)際條件，一律用

7、 人工播撒大云滴催化降雨是有問(wèn)題的。云中粒子增長(zhǎng)及降水形成機(jī)制云滴增長(zhǎng)。20世紀(jì)60年代初，提出了云滴增長(zhǎng)隨機(jī)過(guò)程理論以及暖云降水微觀機(jī)制 模式，認(rèn)為云中湍流以及起伏的規(guī)律是暖云降水微觀機(jī)制中一個(gè)極其重要的因子。宏觀條件 除了通過(guò)平均氣流場(chǎng)外，還通過(guò)湍流和微觀過(guò)程緊密的相互制約。在暖性薄云中，在垂直氣 流有起伏條件下，云滴通過(guò)重力碰并增長(zhǎng)，云厚1.7km的暖云也可以產(chǎn)生降雨。有云泡結(jié)構(gòu) 的對(duì)流云中，云厚只有1km也能產(chǎn)生峰值半徑為0.9mm的雨滴，從而解釋了薄云降水的觀 測(cè)事實(shí)湍流交換和夾卷作用對(duì)凝結(jié)平衡譜的影響較大;在各種碰并過(guò)程對(duì)云滴譜展寬的作用 中，以重力碰并作用最為顯著。小尺度湍流碰并

8、可以加速大云滴的增長(zhǎng)，電碰并作用不大。4暖云增雨機(jī)制及方法我國(guó)是世界上的人口大國(guó)，各種資源的消耗量都大的驚人，水資源也一樣，因此，我國(guó) 想到了利用人工增雨的方法來(lái)增加水量的方法。我國(guó)最早的人工降雨是始于20世紀(jì)5O年代， 無(wú)論從規(guī)模還是數(shù)量上來(lái)說(shuō)，我國(guó)都是人工影響天氣變化的大國(guó)，而自從人工增雨技術(shù)的引 入，我國(guó)的旱澇災(zāi)害明顯減少，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量上升。而近年來(lái)由于人工增雨技術(shù)的不斷成熟，其 作用已經(jīng)不僅僅作用于農(nóng)業(yè)了，對(duì)于森林火災(zāi)的救護(hù)，生態(tài)建設(shè)，增加水資源方面多做出了 突出的貢獻(xiàn)。這也印證了科技的發(fā)展是為人類服務(wù)的這句話。人工增雨是指在自然降雨之外，利用現(xiàn)有的氣象條件，通過(guò)人工于預(yù)的方法，使其再增

9、加一部分降雨的科學(xué)手段。其原理是利用飛機(jī)、增雨火箭或高射炮將催化劑發(fā)射到云層中， 對(duì)局部范圍內(nèi)的云層中的水含量進(jìn)行催化，使云層中的水滴增多并使其重量增加，去掉蒸發(fā) 的一部分，大部分就降落到了地面，形成了降水8。暖云中水滴大小均勻，不易障水。影響 暖云障水的基本原理就是向云中撒人水漓，改變?cè)频巫V分布的均勻性，破壞其穩(wěn)定狀態(tài)，促 使碰并過(guò)程進(jìn)行，導(dǎo)致降水形成。目前采用的方法有：1、吸濕性物質(zhì)影響暖云降水，如將鹽粉粒引人云中，使它吸收水汽形成鹽溶液滴，鹽滴迅 速凝結(jié)增長(zhǎng)，進(jìn)一步由碰并作用增大成雨而下降到地面。2、直接利用大水滴影響廈云陴水，即從飛機(jī)上直接將水撤進(jìn)廈云內(nèi)影響陴水。20世紀(jì)60年代，在湖

10、南和廣東開展的暖云人工降雨試驗(yàn)沒有采用國(guó)外的小鹽粒、小劑 量、云底播撒的作業(yè)方法，而是采用在對(duì)流性暖云頂部反復(fù)播撒顆粒很大的鹽粒，得到明顯 的人工降水效果。提出了催化暖云降水的方法和指標(biāo)，增雨效果為7%。以后建立了一維鹽 粉催化積云的數(shù)值模式9,模擬研究了鹽粉催化暖積云的效果，其中包括催化可以提高降水 機(jī)率、使積云初始回波高度降低、催化高度影響增雨效果，催化高度低的效果較好等;還模 擬研究了鹽粉對(duì)不同為物理特性的擊暈的催化。二維模式鹽粉催化研究1。表明，在適合的條 件下，鹽粉催化后約半小時(shí)可出現(xiàn)增雨，增雨量為10%50%，是播撒量的幾千倍。用直徑 小的鹽粉催化增雨效率高，但在云中生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)，一

11、般采用幾十微米到100Mm直徑的鹽粉 為宜。理論研究結(jié)果表明，在對(duì)流性暖云人工降水作業(yè)中，鹽粉的播撒部位和顆粒大小對(duì)播撒 效率和降水效果有很大影響。它依賴于云的厚度、含水量、上升氣流及云生命時(shí)間等條件， 對(duì)于不同的對(duì)流云，有不同的播撒高度、劑量和顆粒大小的最佳播撒方法咨 暖云增雨的微 物理過(guò)程有：云滴的活化，云雨滴通過(guò)水汽凝結(jié)、碰并和破碎而增長(zhǎng)等過(guò)程，具體有：（1） 云滴通過(guò)水汽凝結(jié)的增長(zhǎng)過(guò)程；（2）雨滴通過(guò)水汽凝結(jié)的增長(zhǎng)過(guò)程；（3）云滴之間的碰并過(guò)程；（4）云雨滴的自動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程；（5）雨滴碰并云滴過(guò)程；（6）雨滴的碰并過(guò)程；（7）雨滴的碰撞一 破碎過(guò)程；（8）雨滴破碎成形成云滴的過(guò)程；（9）

12、云滴的退活化過(guò)程；（10）雨滴蒸發(fā)形成云滴 的過(guò)程125暖云降水作業(yè)中必須重視的問(wèn)題人工增雨作業(yè)必須重視的問(wèn)題人工增雨這項(xiàng)技術(shù)雖然是一項(xiàng)造福人類的科技成就，但凡 事都有利有弊，因此，在作業(yè)中的一些問(wèn)題還是要給予重視的。作業(yè)中對(duì)云層的選擇根據(jù)相關(guān)資料顯示與作業(yè)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，云層的選擇是人 工增雨取得何種效果的關(guān)鍵。要選擇適合作業(yè)和水汽較厚的云層進(jìn)行作業(yè)，帶有雷電的積雨 云是最佳的作業(yè)對(duì)象，此類云層本身就能降水，對(duì)其進(jìn)行作業(yè)就能得到中雨以上的理想效果。發(fā)射工具的選擇人工增雨作業(yè)中，催化劑的發(fā)射工具尤為重要。如空中有帶有雷 電的積雨云或者云團(tuán)比較完整清晰，這時(shí)就比較適合使用高射炮或增雨火箭進(jìn)行作業(yè)

13、因?yàn)榇?類云團(tuán)本身就能降水，只要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行催化，就能取得理想的效果。而如果空中不具有積雨 云，且云團(tuán)模糊不清，看不到邊際，這時(shí)如果還是采用高炮火箭等作業(yè)效果就不會(huì)很好了， 這時(shí)應(yīng)采用飛機(jī)進(jìn)行作業(yè)，飛機(jī)飛到云層中，通過(guò)拋灑干冰來(lái)催化云層中的冰晶，這時(shí)出現(xiàn)” 蝴蝶效應(yīng)”，降水順利完成。作業(yè)地點(diǎn)的選擇作業(yè)地點(diǎn)的選擇是人工增雨作業(yè)的關(guān)鍵所在，因?yàn)樽鳂I(yè)地點(diǎn)的選 擇直接關(guān)系到受益點(diǎn)。作業(yè)受到云速、風(fēng)速、作業(yè)點(diǎn)受益點(diǎn)距離的制約，因此，作業(yè)地點(diǎn) 要選擇在受益點(diǎn)的上風(fēng)向。另外，由于使用高炮或者火箭存發(fā)射完成后，其彈殼一般不會(huì)炸 毀，完成爆炸后會(huì)為重力作用落地面，因此，就要考慮彈殼的落回是否會(huì)對(duì)人、房屋等建筑 造

14、成損害，所以，人工增雨地點(diǎn)的選擇和時(shí)機(jī)的一樣，都足人工增雨作業(yè)中的關(guān)鍵，是人工 增雨作業(yè)能否完成及完成質(zhì)量的保障。作業(yè)時(shí)機(jī)的選擇由于受各種天氣條件的制約和影響，作業(yè)時(shí)機(jī)的選擇也是非常重 要的。作業(yè)提前可能造成雨量減少，作業(yè)滯后可能造成錯(cuò)過(guò)了最好的時(shí)機(jī)，都會(huì)影響降水的 效果，因此，掌握好時(shí)機(jī)在人工增雨作業(yè)中是很重要的一項(xiàng)工作。6研究思考鑒于我國(guó)水資源匱乏和旱災(zāi)不斷，從中央到地方各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、從國(guó)家及研究機(jī)構(gòu)到地方人 工影響天氣部門都應(yīng)重視人工影響天氣事業(yè)的發(fā)展，更要注重暖云增雨的研究。（1）暖云人工增雨是人工影響天氣的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。為了提高人工影響天氣的科學(xué)性，研 究新的人工影響天氣的原理和方法，就

15、需要進(jìn)一步研究暖云增雨的有關(guān)問(wèn)題。（2）充分利用人工增雨工程建設(shè)提供的有利條件，加強(qiáng)人工影響天氣核心技術(shù)研究，為人 工增雨工程取得好的效益提供技術(shù)保證。（3）對(duì)我國(guó)實(shí)施暖云增雨的地區(qū)，開展人工增雨的云中微物理?xiàng)l件的普查性研究。為了提 高人工影響天氣的科學(xué)性，研究新的人工影響天氣的原理和方法，需要進(jìn)一步尋找暖云增雨 的新方法。特別是針對(duì)不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同云系的人工增雨。通過(guò)對(duì)主要暖云的綜臺(tái) 觀測(cè)，研究暖云和降水的關(guān)系.建立符合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的降水模型，深刻了解和認(rèn)識(shí)暖云降水過(guò) 程及其對(duì)催化劑的反應(yīng)，探索人工影響天氣的物理機(jī)制和催化技術(shù)方法。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和理論分析，深入了解和認(rèn)識(shí)云與降水粒子的輻射

16、特性、云凝結(jié)核和凝 結(jié)增長(zhǎng)過(guò)程、雨滴碰并破碎過(guò)程等云物理過(guò)程；通過(guò)外場(chǎng)考察和數(shù)值模擬，深入了解和認(rèn)識(shí) 各類云的多尺度特征及其分布.它們的形成發(fā)展過(guò)程和多尺度相互作用等，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn) 研究，深入了解和認(rèn)識(shí)降水潛力與暖云增雨的可能性，為中尺度天氣預(yù)報(bào)和定量降水預(yù)報(bào)提 供新的思路和方法。通過(guò)先進(jìn)的資料同化技術(shù)使用各種實(shí)時(shí)觀測(cè)資料，改進(jìn)的暖云降水?dāng)?shù)值模式可以細(xì)致 全面地描述暖云與降水的關(guān)系。快速測(cè)定暖云與降水粒子的分布、相態(tài)、移速和演變以及氣 溶膠成分、云凝結(jié)核和滴譜、催化劑在云中擴(kuò)散情況等人工影響天氣綜合觀測(cè)技術(shù)裝備得到 明顯改進(jìn)，深入了解和認(rèn)識(shí)暖云與降水的自然變化規(guī)律和人工催化后的多尺度效應(yīng)，并

17、逐步 應(yīng)用于暖云降水的定量預(yù)報(bào)和人工影響天氣作業(yè)試驗(yàn)。發(fā)展實(shí)時(shí)的、有定量預(yù)測(cè)和控制的人工影響天氣作業(yè)效果檢驗(yàn)系統(tǒng)方法。隨著對(duì)暖云 降水的探化以及數(shù)值模擬和觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，物理學(xué)檢驗(yàn)在人工影響天氣作業(yè)效果檢驗(yàn)中的 權(quán)重將逐步加大，既客觀又實(shí)用的、物理學(xué)一數(shù)值模式一統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的作業(yè)效果檢驗(yàn)方法 得到廣泛的應(yīng)用，使人工影響天氣作業(yè)效果和效益不斷提高。7結(jié)語(yǔ)20世紀(jì)50年代，我國(guó)開拓出一個(gè)新的研究領(lǐng)域，云物理和人工影響天氣研究和試驗(yàn)在 中國(guó)拉開了序幕。至此，我國(guó)科技人員開展了一系列暖云降水的外場(chǎng)觀測(cè)研究和人工影響天 氣的外場(chǎng)試驗(yàn)研究。研究了暖云人工增雨理論和人工催化影響降水的機(jī)制，并且在暖云人工 增

18、雨作業(yè)中要注意一些問(wèn)題。暖云增雨雖然已逐步發(fā)展的較成熟，但是仍然需要深入的了解 和研究，要充分利用人工增雨工程建設(shè)提供的有利條件，加強(qiáng)人工影響天氣核心技術(shù)研究， 為暖云增雨取得好的效益提供技術(shù)保證。參考文獻(xiàn)1黃美元，沈志來(lái)，洪延超.半個(gè)世紀(jì)的云霧、降水和人工影響天氣研究進(jìn)展.大氣科學(xué)，2003 年7月，第27卷第4期2雷恒池，洪延超，趙震，等.近年來(lái)云降水物理和人工影響天氣研究進(jìn)展.大氣科學(xué)，2008, 32(4): 967-973國(guó)務(wù)院法制辦，中國(guó)氣象局.人工影響天氣管理?xiàng)l例.北京：2002年.4中國(guó)氣象局科技發(fā)展司.人工影響天氣崗位培訓(xùn)教材.北京：氣象出版社，2003： 44-172.5劉

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21、henomenon has never stopped, the mystery ofnature is uninterrupted on human attraction, because of human intelligence, human gradually can influence the weather,and use it. At present, the artificial influence weather in China, investment scale has reached the world, weather modification project is under construction, artificial rainfall is also being studied. The paper briefly reviews the scientific principle of weather in China Cloud Physics Research and artificial influence, more in-depth study of