人工影響天氣：圓夢“呼風喚雨”

趙嫣嫣+蘇正軍

“高天上流云，落地化甘霖”這句家喻戶曉的歌詞，蘊含著大自然樸素的科學規(guī)律。風調雨順、國泰民安是歷朝歷代人民的心愿，也是氣象工作者心中最關心的、最想圓的夢。

在平時的生活中，每當出現(xiàn)不利或者可能的災害性天氣現(xiàn)象時，我們就希望能夠采取人工影響天氣的措施來趨利避害、減少損失。例如，通過人工增雨（雪）、防雹、消霧等作業(yè)，可以有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、為水庫增蓄、改善生態(tài)環(huán)境、撲滅草原或森林火災、保障大型社會活動以及交通運輸安全等。那么，人工影響天氣究竟影響的是什么？拿什么來影響？如何影響呢？

影響的是什么？

影響天氣的目標，就是希望避免或者減輕氣象災害性天氣。要改變天氣過程的發(fā)展和演變，并向人們預期的方向轉變，有兩種方法：借助外力施加能量或借助大氣運動的自身規(guī)律。

可否從能量角度直接改變天氣？

自然降水蘊含的能量是十分巨大的。例如，在10平方千米范圍內，下一場1小時降雨量為20毫米的雷陣雨是常有的事，這樣一次過程總的降水量就是20萬立方米。假如降水形成高度是2千米，就意味著1小時內云要將20萬立方米的水提升2千米再灑下來。為了提升這些水，需要做的功是3.92×1012焦耳（1噸石油完全燃燒產(chǎn)生的能量是8.4×105焦耳），約合467萬噸石油的能量。由此看來，直接耗費如此巨大的能量來制造或消滅一個天氣過程是不現(xiàn)實的，經(jīng)濟上也是不合算的。

借助大氣自身的發(fā)展演變規(guī)律

影響天氣，歸根到底就是影響組成云的基本元素：小水滴、冰晶、空氣和水汽，進而希望發(fā)生連鎖反應，以影響降水和天氣過程。實施的途徑是利用云的微物理過程。例如，在溫度低于0℃的云中，存在著大量未凍結的水滴，利用播撒人工冰核催化劑的方式，可使水滴轉化為冰晶并釋放潛熱，從而改變云的微物理過程和熱力、動力結構。用這種方法進行人工影響天氣，耗費比較小，效益卻可能很大。

人工影響天氣也稱為播云作業(yè)，即用飛機、火箭或地面發(fā)生器等手段向云中播撒一定的物質，改變云的微結構，使云、霧、降水等天氣現(xiàn)象發(fā)生改變。播撒過程就是人工影響作業(yè)，播撒的物質就是人工影響天氣催化劑。

“四兩撥千斤”的催化劑

可以說，催化劑是人工影響天氣外場試驗和作業(yè)的著力點，起著“四兩撥千斤”和“牽一發(fā)而動全身”的作用。人們根據(jù)云的情況（性質、高度、厚度、濃度、范圍等），分別向云體播撒人工冰核、致冷劑、吸濕性催化劑和水霧等，進而改變云滴的大小、分布和性質，干擾云中氣流，改變浮力平衡，加速其生長過程，達到降水的目的。

影響天氣的其他方法

除播撒催化劑外，用加熱空氣的方法消霧或防霜凍，也有一定效果，但耗費很大，只能用于很小的范圍，如機場跑道的消霧和果園的防霜凍。此外，通過向上噴射的高溫氣流，可以促使空中或云中的局部空氣產(chǎn)生對流運動，增加局部地區(qū)的水汽凝結和降水。通過改變地面狀態(tài)或在空氣中播撒碳黑微粒，可以吸收更多的太陽輻射，從而改變局部地區(qū)空氣的熱力結構。目前，這些方法還處于探索階段。

我國古籍記載：明太祖洪武年間，河北磁縣南來村已開始使用土炮轟擊雹云，來消滅冰雹?？茖W意義上的人工影響天氣是從20世紀40年代開始的，經(jīng)過70多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的成果。那么，變幻莫測的天氣，是怎樣服從了人的調遣的呢？

高空的云有暖型云（云內溫度在0℃以上）和冷型云（云內溫度在0℃以下）。

對冷型云的人工增雨，常常是播撒致冷劑和人工冰核，增加云中冰晶濃度，以彌補云中冰核的不足，達到降雨目的。

對暖型云的人工增雨，則是向云中播撒吸濕劑和水霧，加強云中碰并，促使云滴增大。

人工防雹就是采用人為的辦法，對一個地區(qū)上空可能產(chǎn)生冰雹的云層施加影響，使云中的冰雹胚胎不能發(fā)展成冰雹，或者使小冰粒在變成大冰雹之前就降落到地面。

人工影響天氣已經(jīng)深入到人們生活的方方面面，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、環(huán)境科學的發(fā)展，對防止和減輕大氣災害的要求日益提高。“工欲善其事，必先利其器”，隨著催化工具和技術方法的不斷發(fā)展和進步，我國人工影響天氣的能力也在逐步提高。

大氣降水都來自空中的云，確切地講，都來自空中的水汽。有人把云中的水比喻為一座天然大水庫中的水，閘門開啟得小，流出的水量就少。人工增雨通過向云中釋放適當?shù)拇呋瘎埂八畮臁钡拈l門開大一點，以便讓水多流出來一些?！熬灰婞S河之水天上來，奔流到海不復回”，人工影響天氣已逐漸成為人們開啟“空中水庫”閘門的鑰匙。

人工影響天氣（包括人工增雨）目前還處在試驗研究階段，雖然取得了一些可喜的進展，但是諸如實施人工影響作業(yè)后，雨量的凈增量、落區(qū)、時效，以及撒播催化劑的種類、時機、方法等方面，都還需要進一步的研究。要達到按照人們自己的意志實現(xiàn)“呼風喚雨”的夢想，仍需做長期的努力。

TIPS：大氣中如何成云下雨？

云是空氣垂直運動的結果，隨著空氣上升，地面的水汽被夾帶著一起上升。在這個過程中，一部分水汽蒸發(fā)掉，一部分則升入云中冷卻、凝結，成為云中水汽的一部分。高空的云是否下雨，不僅取決于云中水汽的含量，還決定于云中供水汽凝結的凝結核的多少。即使云中水汽含量特別大，若沒有或僅有少量的凝結核，水汽是不會充分凝結的，也不能充分地下降。即使有的小水滴能夠下降，也終會因太小、太少，而在降落過程中蒸發(fā)。

產(chǎn)生冰雹的主要條件：云中要有上下強烈運動的氣流，并且蘊涵大量水分，只有這樣，云中小的冰雹胚胎才有發(fā)展成冰雹的足夠的水分供應，才有機會捕捉云中水分使自身不斷增大。

人工防雹的原理：設法減少或切斷向小雹胚的水分供應，一般需要向云中播撒足夠量的催化劑，以產(chǎn)生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚競爭水分的優(yōu)勢，從而抑制雹塊的增長。該理論形象一點地說，就像我們正月十五做元宵，如果一次加入元宵芯子數(shù)目太多，那么所有元宵都“長不大”。人工防雹也是用相似原理，通過引入過量人工冰胚，達到抑制冰雹生長、降低冰雹災害的目的。

防雹的方法：用高炮或火箭將裝有碘化銀的彈頭發(fā)射到冰雹云的適當部位，以噴焰或爆炸的方式播撒碘化銀，或用飛機在云層下部播撒碘化銀。