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今年是人工影響天氣事業60周年——科技助力化雲為雨
2018-09-15 07:56:54 來源: 經濟日報
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  人工影響天氣火箭增雪作業現場。 郭靜原攝

  人工影響天氣飛機作業時,登機技術人員實時查看探測儀器數據。 郭靜原攝

  天上的朵朵白雲,如何才能變成地上的綿綿細雨?有時,雲會自己長大、成熟,然後化為雨水;但有時,雲長得太慢,地上的動植物幹渴難耐,怎麼辦?

  隨著科技不斷發展,飛機、火箭、高炮、煙爐等五花八門的裝備搭配上“風味”不同的催化劑——在特定天氣條件下,“化雲為雨”已經成為可能

  如今,人工增雨技術已廣泛應用于我們的生産生活中。除了在幹旱時增雨,人工影響天氣還能增雪、消雹、消霧和防霜凍等。

  今年是人工影響天氣事業60周年。60年前,在對抗旱減災的希冀中,“人影”工作應時而生;60年後,在人與自然和諧共處、趨利避害的可持續發展中,“人影”工作還將向天空延展出更美的畫卷。

  摸清天氣的“脾性”

  人類自古便祈天求雨。隨著科技的發展,人類終于在20世紀開始真正了解天氣的“脾性”,開創了人工影響天氣新紀元

  在古代,每逢久旱不雨,古人會祈天求雨,古籍中對此多有記載。17世紀,清代《廣陽雜記》載有:“夏五、六月間,常有暴風起,黃雲自山來,必有冰雹,土人見黃雲起,則鳴金鼓,以槍炮向之施放,即散去。”這是歷史上第一次清楚記載用土炮轟擊雹雲,以減輕冰雹對農作物收成的影響。

  祈雨可能要憑運氣,但土炮轟擊則有些誤打誤撞——在合適的天氣條件下,火藥的顆粒物會讓雨形成得更容易些,或是由于爆炸擾亂局地氣流,從而引發降雨。

  科學家開始真正了解天氣的“脾性”,是在1938年,美國科學家霍爾頓在麻省理工學院試驗站用吸濕性物質播入暖霧中消霧,這是首次符合物理原理並獲得成功的人工影響天氣科學試驗。緊隨其後,1946年,美國人文森特·謝弗發現幹冰能夠提供大量冰晶,英國人馮內古特則找到了有效的、可以作為冰核的物質——碘化銀。這一發現開創了具有現代科學意義的人工影響天氣新時代——若是把幹冰和碘化銀送入充滿水汽的雲中,人工影響天氣便可不拘泥于論文裏。

  我國最初的人工影響天氣試驗當屬20世紀50年代的山西消雹。1950年7月6日的《山西日報》記載,“為防春雹,開春就部署土炮土槍,並由民兵組成觀天組、炮手組等。特別是當年5月25日天氣陡然悶熱,武鄉縣151個村莊警覺起來,當西北方黑雲壓頂移來時,上千門土炮土槍齊擊雲體,迫使雹雲四散。”科學家認為,雲底與地面間的氣流可以被土炮幹擾,進而起到四兩撥千斤的作用,改變天氣形態。

  而由民間試驗轉為正式作業發生在1958年的吉林。那年,吉林省自春迄夏降水稀少,農田缺水,水庫容水不足,發電也困難。吉林省氣象局開始考慮模倣國外的辦法人工增雨。

  當時,他們一方面請蘇聯專家協助制造幹冰,一方面又學習了剛編譯的世界氣象組織人工影響天氣資料,還爭取到中國科學院地球物理研究所的協助。終于,在有利天氣條件下,氣象部門採用飛機在雲中播撒幹冰的方式,造雨成功,開創了我國飛機播撒幹冰人工影響天氣的第一步。

  金風玉露一相逢

  要實現化雲為雨,需要4類技術支撐:一是快速精準的作業條件判識技術;二是科學高效的催化和播撒;三是空地一體化指揮;四是效果檢驗

  並非所有的雲,都可以化成雨水。晴空萬裏,天上點綴的絲絲縷縷輕薄白雲,就無法經人工影響化作雨水。

  “地球水迴圈係統周而復始,作為淡水資源最重要的來源,大氣降水實際上來自海洋和陸地水的蒸發。”中國氣象局人工影響天氣中心主任李集明告訴經濟日報記者,當水汽上升,會在天空冷卻凝結成雲,再以雨、雪等形式降落地面,滲入土壤或形成徑流匯入江河湖海;當水分再次蒸發,會補給大氣水汽,迴圈不止。而空中雲水資源主要分布于對流層大氣中,也就是中低層雲裏。

  據他總結,人工影響天氣需要4類技術支撐:一是快速精準的作業條件判識技術;二是科學高效的催化和播撒;三是空地一體化指揮;四是效果檢驗。要想實現增雨,首先得有一團合適的雲體。一般來説,當雲的厚度超過2000米,缺乏冰晶卻擁有豐富的過冷水,且雲體外具有充足的水汽通過輻合抬升源源不斷補給,就算通過“審核”,認定具備增雨潛力。

  但天高雲淡,肉眼無法辨別雲裏的情況,負責“審核”的重任就落在了現代化探測設備上。目前,這項任務由天氣雷達、探空儀、地球靜止衛星、極軌衛星、探測作業飛機等組成的綜合監測係統具體執行,由它們鎖定合適的、可以作業的目標雲。當目標雲“現身”,時機出現,只待“金風”“玉露”一相逢,便可化雲為雨。

  據青海省人工影響天氣辦公室副主任王黎俊介紹,人影作業還得依靠工作人員的經驗判斷——當作業條件成熟後,提出包括催化劑量、作業設備和作業時機等在內的作業方案,向空管部門申請作業空域。目標是在時機未“溜走”之前,把催化劑送到雲中,像“鹵水點豆腐”一樣,把雲“催化”成雨水。

  有時,碰到強對流雲産生閃電,派出飛機作業很危險,工作人員則會計算好方位,在作業點用火箭發射架向空中發射含有催化劑的火箭彈。當火箭彈抵達預定目標雲位置,催化劑自動點燃,且隨著火箭彈沿途播撒,完成催化作業。

  在山區等特殊地形中,則建有增雨煙爐,催化劑在煙爐燃燒後嫋嫋升空,直抵雲中;還有一種高炮裝備,它的主要任務是對付冰雹——將炮彈攜帶的人工冰晶打入目標雲中,與自然雹胚競爭周圍環境中有限的水分資源,從而抑制冰雹增長,把危害嚴重的大雹塊“扼殺”在搖籃裏。

  “一般情況下,當催化劑成功送達15分鐘至20分鐘後,降雨的效果便開始顯現。”王黎俊説。

  科學利用雲水資源

  在我國年均降水總量中,雲降水效率約為40%至60%,如果能被充分科學利用,將極大解決我國的幹旱問題

  據相關統計,我國平均年降水總量約6萬億噸,而雲降水效率約為40%至60%。可以看出,有大量的雲水沒有降落到地面而是蒸發或移走了。

  如此龐大的空中雲水資源如果能被充分利用,將極大解決我國的幹旱問題。中國氣象局應急減災與公共服務司副司長郭虎表示,60年來,人工影響天氣已經成為防災減災、生態文明建設的有力手段,是為農服務體係建設的重要內容,也是保障水資源安全的有效途徑——

  在旱災雹災肆虐期和關鍵農時季節,跨區域調動飛機、火箭等作業裝備,人工增雨作業覆蓋面積約500萬平方公里,人工防雹作業保護面積達50萬平方公里,有力保障糧食生産和農業設施、經濟作物安全。在三江源等重點生態保護區、華北等水資源嚴重短缺區、江河湖庫上游,開展大范圍、常態化生態修復型增雨作業,補充生態用水,擴大湖泊濕地面積,增加草地生物量和覆蓋度。在重大森林火災搶險和國家重大活動天氣保障的關鍵時期,調集人工影響天氣作業力量,順利完成內蒙古大興安嶺林火等重大災害應急搶險,以及國家各種重大活動的應急保障任務。

  “如今,我們自主研發的3公里精細化雲降水數值預報係統已投入運作;國産新型高效催化劑研發取得突破性進展,催化效率提高百倍以上;雷達指揮、自動發射、立體播撒的火箭作業係統研制成功,技術達到世界領先水準並廣泛投入使用。”郭虎説,近年來,中國氣象局已為21個“一帶一路”沿線國家提供了80余次人工影響天氣技術服務,不斷擴大國際合作。

  或許有人還心存疑問:人類向雲索取水資源,是否違背了自然規律?是否會加劇環境污染?科學家經過多年研判,給出了否定答案:按照空中雲水資源形成的條件和過程來看,它是一種可再生資源,且人工影響天氣作業常常是幾十公里的中小尺度,不會影響到整個氣候係統;此外,每次作業僅需少量催化劑,並且幹冰和液氮這些催化劑在汽化後成為二氧化碳和氮氣,不會污染環境。

  “我國水資源分布極不均勻,提高空中雲水資源開發能力是大勢所趨。當前,我國空中雲水資源利用主要仍以防災減災、應急抗旱為主,並不斷向生態環境保護、水資源開發等方向邁進。”郭虎説。(記者 郭靜原)

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【糾錯】 責任編輯: 徐宙超
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