人工影響天氣作業(yè)裝備研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展

加勇次成 措姆 楊剛 益西卓瑪

摘 要 人工影響天氣科學(xué)是廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和天氣調(diào)節(jié)的現(xiàn)代科學(xué)，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和抗災(zāi)減災(zāi)具有非常重要的作用。目前，我國正在積極發(fā)展人工影響天氣科學(xué)技術(shù)，尤其重視對其作業(yè)裝備的研發(fā)和應(yīng)用?；诖耍Y(jié)合西藏自治區(qū)氣象局人工影響天氣中心數(shù)據(jù)信息，對人工影響天氣科學(xué)不同的作業(yè)裝備進(jìn)行介紹，探討其研發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 人工影響天氣；作業(yè)裝備；研發(fā)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.072

人工影響天氣，簡稱人影，是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的一種通過人工方式改變天氣狀況的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。通常來說，人影作業(yè)裝備依照作業(yè)形式可以分為空中作業(yè)裝備與地面作業(yè)裝備兩種。無論是哪種作業(yè)裝備，都不可避免地會(huì)用到催化劑。因此，催化劑也可以算作人影作業(yè)裝備的一種。

1 空中作業(yè)裝備的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展

1.1 飛機(jī)

人工影響天氣空中作業(yè)離不開飛機(jī)，如果沒有飛機(jī)，一系列人影空中作業(yè)都無法得以展開。飛機(jī)用于人工影響天氣作業(yè)的歷史已經(jīng)非常久遠(yuǎn)，事實(shí)上，歷史上第一次人影作業(yè)就是通過飛機(jī)完成的。1946年，美國科學(xué)家謝弗利用飛機(jī)把約1.35 kg干冰投入到過冷層狀云之中，幾分鐘過后，云下就出現(xiàn)了降雪。自此之后，對人影作業(yè)飛機(jī)的研究就一直在不斷展開。美國首先在1947—1952年率先展開了人工影響天氣計(jì)劃，投入了大量軍用飛機(jī)用于研究。目前，美國人影作業(yè)飛機(jī)的研究及應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，不僅擁有大量人影作業(yè)飛機(jī)，而且這些飛機(jī)還分為不同的類型，可以滿足不同的人影作業(yè)要求。與此同時(shí)，世界最先進(jìn)的大氣探測飛機(jī)也是由美國建造，在負(fù)荷量、航程、飛行時(shí)間、飛行高度等方面都處于世界先進(jìn)水平，可以很好地完成人影作業(yè)[1]。我國人工影響天氣空中作業(yè)起步較晚，1958年才首次利用杜-2飛機(jī)完成人工增雨實(shí)驗(yàn)。之后，全國各地陸續(xù)引進(jìn)、改進(jìn)、研發(fā)新作業(yè)飛機(jī)，為我國人影空中作業(yè)的進(jìn)步作出了極大貢獻(xiàn)。近年來，我國正在深入研究無人機(jī)在人影作業(yè)方面的應(yīng)用，并取得了一定的成績。

1.2 機(jī)載作業(yè)設(shè)備

機(jī)載作業(yè)設(shè)備是指搭載在作業(yè)飛機(jī)上的人影作業(yè)設(shè)備，是完成人影空中作業(yè)的關(guān)鍵。機(jī)載作業(yè)設(shè)備性能越好，人影作業(yè)的作用也就越明顯，對天氣的調(diào)節(jié)作用也就越強(qiáng)?；跈C(jī)載作業(yè)設(shè)備的作業(yè)類型，可以大致將其分為燃燒器、發(fā)射器、播撒器和發(fā)生器幾種，不同的機(jī)載作業(yè)設(shè)備適用于不同的催化劑與作業(yè)要求。其中燃燒器和發(fā)射器組合而成的作業(yè)設(shè)備是作業(yè)效率高、作業(yè)成本低的常用設(shè)備，但在很長一段時(shí)間內(nèi)，燃燒器的成核率偏低，導(dǎo)致人影空中作業(yè)失敗。燃燒器通常使用AgI做催化劑，一開始，美國就通過不同含量的AgI焰彈進(jìn)行對燃燒器和發(fā)射器進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)燃燒器中的溫度保持在一定溫度之上時(shí)，AgI焰彈的成核率會(huì)顯著提升，進(jìn)而保證人影空中作業(yè)的有效性。之后經(jīng)過長時(shí)間的研究和應(yīng)用，焰彈燃燒器和發(fā)射器已成為人影空中作業(yè)的重要機(jī)載作業(yè)設(shè)備，在產(chǎn)生降雨方面有著重要作用。我國的AgI焰彈燃燒器及發(fā)射器應(yīng)用起步晚，1985年自美國引進(jìn)E-16型發(fā)生器之后才算正式展開。目前。我國已有大量自研AgI焰彈發(fā)生器用于實(shí)際作業(yè)之中，對我國人影作業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步有著積極意義。另外，在操作性高但作業(yè)效率偏低的播撒器方面，我國也在大力展開研究，研發(fā)了許多性能更好的播撒器，并在人工消云作業(yè)方面取得了良好成績。

2 地面作業(yè)裝備的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展

2.1 火箭與高射炮

由于地面作業(yè)可以避開高空環(huán)境威脅，故而非常適用于飛機(jī)難以展開作業(yè)的情況。早在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)就致力于研究人影作業(yè)火箭系統(tǒng)，從而彌補(bǔ)人影空中作業(yè)飛機(jī)無法完成的作業(yè)任務(wù)[2]。不過，當(dāng)時(shí)的火箭系統(tǒng)還處于研究的起步階段，導(dǎo)致研究成果并不能完全滿足作業(yè)要求，更無法廣泛應(yīng)用到實(shí)際作業(yè)之中。隨后在20世紀(jì)80年代，前蘇聯(lián)終于解決了作業(yè)要求問題，研發(fā)出能夠用于實(shí)際人影作業(yè)的火箭系統(tǒng)，但該系統(tǒng)成本過高，依舊無法廣泛應(yīng)用。到20世紀(jì)90年代，俄羅斯研發(fā)出能廣泛應(yīng)用的人影地面作業(yè)火箭系統(tǒng)。我國早在20世紀(jì)80年代便跟進(jìn)世界腳步，著力研究火箭系統(tǒng)，時(shí)至今日已經(jīng)研發(fā)并應(yīng)用大量人影作業(yè)火箭系統(tǒng)。同時(shí)，我國在人影作業(yè)高射炮研發(fā)與應(yīng)用方面也處于世界先進(jìn)水平。

2.2 地面發(fā)生器

地面發(fā)生器避免了使用火箭和高射炮，進(jìn)而能在不申請空域的前提下完成人影作業(yè)。但也正因如此，地面發(fā)生器僅適用于小范圍的低空增雨（雪）、防雹作業(yè)。地面發(fā)生器的研發(fā)與應(yīng)用工作早在20世紀(jì)50年代初就已在法國展開。我國隨后也投入到相應(yīng)的研究之中，到目前為止，我國已有大量不同型號(hào)的地面發(fā)生器投入實(shí)際人影作業(yè)，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展及防災(zāi)減災(zāi)作出了重要貢獻(xiàn)。

3 催化劑的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展

人工影響天氣科學(xué)形成以來，從一開始的干冰，到現(xiàn)在人工合成的各種催化劑，對催化劑的研發(fā)和應(yīng)用就一直是重中之重。就目前來說，催化劑主要可以分為冷云催化劑和暖云催化劑兩種。

3.1 冷云催化劑

冷云催化劑是人工影響天氣科學(xué)研發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)，其代表催化劑有AgI和干冰。將冷云催化劑播撒到冷云（-30～0 ℃）中，能夠?qū)⑵渲械倪^冷卻水滴變成人工冰晶，并在一系列反應(yīng)后形成降水，同是還能在不同云層環(huán)境下起到防雹和消霧的作用[3]。其中，AgI丙酮溶是催化劑研發(fā)的難點(diǎn)之一。美國為此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出不同的AgI丙酮溶液，并通過燃燒法將其應(yīng)用到實(shí)際作業(yè)之中。另外，AgI焰劑也是研發(fā)的重點(diǎn)，提升AgI焰劑的成核率一直都是國際性難題，全世界各國都對此進(jìn)行了大量研究，并取得了相應(yīng)成果。我國也有許多科學(xué)家對此展開了研究，大幅度提升了AgI焰劑的成核率。

3.2 暖云催化劑

暖云催化劑的工作原理與冷云催化劑截然不同，它是通過與云滴的接觸合并而形成雨滴，進(jìn)而形成降水。與此同時(shí)，暖云催化劑還能起到消霧和消云的作用。暖云催化劑主要包括NaCl、CaCl2、NH4NO3和NH2CONH2等。不過，暖云催化劑的作業(yè)效率偏低，而且使用條件范圍更小，其研究也相應(yīng)較少。對暖云催化劑的研究中主要集中在催化劑混合原料及其比例上，印度、南非、墨西哥、泰國及我國都對暖云催化劑的混合原料進(jìn)行了相應(yīng)研究，也在一定程度上提升了其適用性。近年來，暖云催化劑原料的平均粒徑有所提升，但還未達(dá)到其應(yīng)用的最佳粒徑。

4 結(jié)語

人工影響天氣對現(xiàn)代社會(huì)的重要程度越來越高，利用人影作業(yè)，人們可以實(shí)現(xiàn)增雨、防雹等目的，進(jìn)而起到保證農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)的作用。根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境與作業(yè)要求，選擇不同的作業(yè)方式、設(shè)備及催化劑，能最大程度提升作業(yè)效率。同時(shí)，不斷對當(dāng)前的人影作業(yè)裝備進(jìn)行改進(jìn)和研發(fā)，對我國人影作業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳薇.天水市人工影響天氣作業(yè)現(xiàn)狀及對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（2）：210，214.

[2] 潘繼鵬.讓人影裝備安全“卸任”[N].中國氣象報(bào)，2016-09-14.

[3] 鄭國光，郭學(xué)良.人工影響天氣科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國工程科學(xué)，2012，14（9）：20-27.

（責(zé)任編輯：趙中正）