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人工影响天气

人工影响天气

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,在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响,实现增雨雪、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。人类在人工影响天气的发展上有很长的历史,避雷针的发明就是最早的尝试。

目录

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1 简介
2 技术背景
  1. 2.1 原理
  2. 2.2 涉及技术
3 历史
  1. 3.1 起始
  2. 3.2 尝试
  3. 3.3 发展
4 方法
5 应用
  1. 5.1 国外应用
  2. 5.2 中国应用
6 难点
7 政策影响

人工影响天气 - 简介

人工影响天气

人工影响天气(weathermodification)指用人为手段使天气现象朝着人们预定的方向转化,如人工增雨、人工防雹、人工消云、人工消雾、人工削弱台风、人工抑制雷电、人工防霜冻等。人类活动无意识地使天气发生变化,如都市对天气的作用等,不属于人工影响天气,而称为人类对大气的无意识影响。

现代人工影响天气的原理是基于自然云和降水的形成过程建立的,通过飞机、火箭等运载工具向云中播撒催化剂促进云水向降水的转化过程和提高转化效率,如播撒碘化银催化剂,形成大量的人工冰晶,促进云中过冷水冰晶化而形成降水。通过飞机向云中播撒吸湿性催化剂(氯化钠等盐粒子)促进云滴粒子形成的核化和碰并过程,产生降水粒子。

人工影响天气 - 技术背景

原理

人工影响天气

人工影响天气主要是利用云(雾)的微物理不稳定性。例如在温度低于0℃的冷云中往往存在着大量未冻结的水滴,播撒成冰催化剂可使它们转化为冰晶以促进水滴的形成,释放的潜热会改变云的热力、动力结构,在不同场合下可以促进降水、减少冰雹、消云(雾)或者减小台风风力;在暖云(雾)中播撒大小适当的盐粉可以促进雨滴的生成,在不同场合下可以促进降雨或者消云(雾)。

涉及技术

人工影响天气涉及多种学科和技术。它的理论基础是大气科学,特别是云和降水物理学。它在试验设计和效果检验中,广泛应用数理统计的成果。在播云催化剂的研究过程中,要用到结晶学和表面化学等学科的知识。催化剂在空中和云中的扩散,涉及了大气湍流和小尺度运动。在观测技术方面,涉及气象要素和云中微粒的测量技术、气象雷达(包括多普勒雷达、双波长雷达)技术、微波探测技术(见微波大气遥感)、气象卫星测量以及示踪剂测量、超微量化学分析等。在播云技术方面,涉及火箭、炮弹和烟火剂等的设计和制作问题。在数值模拟的进展方面,则依赖于电子计算机的发展状况。

人工影响天气 - 历史

从避雷针开始,到往云层里播撒食盐、干冰和碘化银,影响天气的尝试,几乎可以说古已有之。

起始

人类最早影响天气的科学尝试,也许应该追溯到避雷针。避雷针一般认为是富兰克林在1749年发明。实际上首次有科学根据的人工影响天气建议是美国气象学者伊斯派于1839年提出的,他认为在潮湿的空气中可用烈火产生上升气流来造云致雨。

尝试

使用炮击消除冰雹最早的尝试是在1896年,一位意大利市长斯汀格使用一个2米高的大炮产生冲击波来消除冰雹,在实验的2年之内没有雹灾发生。1918年,法国科学家把装满液化气体的炮弹发射到空中。1921年和1924年,美国科学家两次用飞机向云层播撒带电沙粒,试图促使云层碰撞而降雨。这些实验基本上都失败了。

发展

1946年,美国科学家I.朗缪尔等根据冰晶在降水形成过程中的重要作用,提出了人工产生冰晶影响冷云降水的设想,他的助手V.J.谢弗和B.冯内古特,发现将干冰碎粒和碘化银烟粒引入充满过冷水滴的云室里,能够产生大量的冰晶。同年11月,谢弗进行了第一次对自然云层的人工催化试验。他用飞机将3磅干冰碎块投入云顶温度为-20°C的过冷层状云中,5分钟后,云下出现了降雪。此试验结果引起广泛的重视,推动了人工影响天气试验的迅速发展。

到了20世纪60年代,美国科学家J.辛普森进行了动力催化试验,获得一定程度的成效。苏联科学家Γ.Κ.苏拉克韦利泽等,用冷云催化方法进行了大规模防雹试验。全世界大约已有80个国家或地区开展过这种试验研究,其中规模较大的国家有美国、苏联、中国、澳大利亚、法国等。中国从20世纪50年代开始,在大多数的省(自治区)开展了人工降水或防雹试验,有些单位还进行过消雾、消云和抑制雷电的试验。

人工影响天气 - 方法

人工影响天气

人工影响天气最主要的方法是播云,即用飞机、火箭或地面发生器等手段向云中播撒碘化银等催化剂,改变云的微结构,使云、雾、降水等天气现象发生改变。

按对象的性质不同,播云所用的催化剂也不同,其催化过程可分为两类:

①冷云催化。温度为0~-30°C的云中,往往存在过冷却水滴,若在这种云中播撒碘化银或固体二氧化碳(又称干冰)等成冰催化剂,可以生成大量的人工冰晶。这类催化剂的成冰效率很高,1克催化剂就可生成数量级为1万亿个的冰晶,使1立方公里云体内产生浓度为1个/升的冰晶。在某些云中,人工冰晶通过伯杰龙过程可形成降水,从而达到人工降水的目的。在强对流云中,人工冰晶能长大成冰雹胚胎,同自然冰雹争夺水分,使各个冰雹都不能长成危害严重的大雹块,这样可达到防雹的目的。在过冷云(雾)中,人工冰晶使云(雾)滴蒸发而自身长大下落,又可达到消云(雾)的目的。在冷云催化过程中释放的巨大潜热会改变云的热力、动力过程,着力于这种动力效应的催化称为动力催化。动力催化可使某些对流云的云体发展而增加降水。在台风云系某些部位的动力催化,可能改变台风的环流结构而削弱其最大风力,从而减轻台风造成的灾害。

②暖云催化。在云中播撒直径略大于0.04毫米的水滴,使它们同云滴碰并,长成雨滴而降落到地面。此法效率很低,每克水大约只能形成几百万个雨滴胚胎。如果播撒大小适当的吸湿性盐粒,也能促成雨滴的生成,且效率比播撒水滴高,每克食盐大约能形成几千万个雨滴胚胎,再通过碰并过程形成雨滴,此法可促使暖云增加降水。在暖雾或某些暖云中播撒盐粒使雾滴或云滴蒸发,盐粒吸湿长大下落,也可达到消雾或消云的目的。

播云的手段有三种:

①地面播撒,通过空气运动,带入云中。此法虽然简易,但催化剂从何处入云,能有多少入云,都很难掌握。

②将催化剂装入火箭弹头或高射炮弹内,发射到云中的预定部位。此法虽迅速和直接,但是载量有限。

③用飞机将催化剂直接播入云内。此法机动性强,载量也大,但有时受飞行安全的限制。

除播云方法外,用加热空气的方法消雾或防霜冻,也有一定效果。但此法耗费很大,只能用于很小的范围,如机场跑道的消雾和果园的防霜冻。此外,用向上喷射的高温气流以促使空中或云中的局部空气产生对流运动,增加局地的水汽凝结和降水;改变地面状态或在空气中播撒碳黑微粒以吸收更多的太阳辐射,改变局地空气的热力结构。这些方法还处于探索阶段。

人工影响天气 - 应用

国外应用

人工影响天气操作

引导天雷
最早的人工引雷实验应该是法国人做的。但纽曼等人利用火箭拖导线技术,于1960年在美国最早实现了真正实用意义上的人工引雷。20世纪70年代,研究者们发现用红外或紫外激光也能实现引雷。

阻止飓风
20世纪60年代美国军方秘密启动了"风暴狂人"项目,试图在大西洋上使用人工降雨技术来改变飓风的生成规律。这个计划只对少数的飓风进行了测试,因为资料还未解密,至今也不清楚该项目是否成功。

气象武器
1967-1972年,美国曾进行过"中间人-爱国者行动",利用飞机播撒干冰的方法人工降雨,延长雨季,用于截断越南的"胡志明小道"。这一行动先后出动2600架次飞机,造成山洪暴发,杀伤巨大。1978年,一项国际条约禁止将人工影响天气用于军事和敌对目的。

中国应用

中国最早做的人工降雨是在1958年,吉林省这年夏季遭受到60年未遇的大旱。这次作业用的是食盐,由空军二航校的飞行员周正驾驶一架杜-2型轰炸机,在云层播撒了将近200千克。杜-2型轰炸机是当时解放军的主力机型,这次行动也是一次准军事行动。

1987年5月,大兴安岭特大火灾中发射了降雨弹4700发,据说在一定程度上减小了火势。20世纪90年代,国外对人工影响天气的兴趣开始减小。2009年2月,中国北方地区发生了38年罕见的干旱,很多地方使用碘化银炮弹促使增加降水,使人工增雨在中国成为新话题。

人工影响天气 - 难点

人工影响天气系统

自然天气过程的能量十分巨大。一次风暴凝结的水量约为 1000万吨的量级,其凝结潜热为2.5×1016 焦耳,相当于燃烧 480万桶石油的热量。台风中的水汽每分钟释放的潜热,相当于爆炸20个百万吨级核弹所放出的能量。如果直接耗费如此巨大的能量来制造或消灭一个天气过程,实际上是不大可能的,经济上也是不合算的。所以必须寻找自然天气过程中可利用的条件,用少量的耗费促使它们向预定方向转化。人工影响天气的途径,主要是利用云的微物理过程,用这种方法进行人工影响天气,耗费比较小,效益可能很大。

人工影响天气 - 政策影响

国务院办公厅2012年8月印发关于进一步加强人工影响天气工作的意见,意见明确,到2020年,建立较为完善的人工影响天气工作体系,基础研究和应用技术研发取得重要成果,基础保障能力显著提升,协调指挥和安全监管水平得到增强,人工增雨(雪)作业年增加降水600亿吨以上,人工防雹保护面积由2011年的47万平方公里增加到54万平方公里以上,服务经济社会发展的效益明显提高。

意见称,中国积极运用现代科技手段,开展人工增雨(雪)、防雹、消雾、消云减雨、防霜等作业,取得了明显成效,在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态以及保障重大活动等方面发挥了重要作用。

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