人工增雨對農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)的影響研究

王澤豪

摘要：水資源是人類賴以生存的物質(zhì)，對農(nóng)業(yè)來說尤為重要。隨著近年來生態(tài)環(huán)境逐漸被破壞，自然災(zāi)害發(fā)生的概率也大大增加，水資源對農(nóng)業(yè)的影響愈發(fā)明顯。為應(yīng)對氣候干旱對農(nóng)業(yè)的影響，人工增雨技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文簡單介紹了人工降水在緩解農(nóng)業(yè)干旱方面所起的作用。

關(guān)鍵詞：人工降水；農(nóng)業(yè)；防災(zāi)減災(zāi)

干旱是我國最主要的自然災(zāi)害之一。以2006年為例，重慶遭遇了百年來最嚴(yán)重的旱災(zāi)；2009年，中國多地遭遇50年來最嚴(yán)重旱災(zāi)，安徽、河南兩省受災(zāi)嚴(yán)重；2010年春季，云南、廣西兩省遭遇嚴(yán)重春旱，干旱造成了重大損失。目前隨著對大氣水資源和人工降水的認(rèn)識和研究不斷提高，人工降水已成為抗旱蓄水的重要手段。

人工降雨是指利用自然降水的原理和人工降雨的某些條件，使云滴迅速凝結(jié)、碰撞并形成雨滴后上升和下降到地面的過程。根據(jù)不同云層的物理特性，可利用飛機(jī)或火箭向云層中噴灑各種催化劑，主要包括碘化銀、鹽粉、干冰等，以增加降雨量，達(dá)到緩解農(nóng)田干旱、提高灌溉和水庫的供水能力的效果。

在一定條件下，人工云的形成可以促進(jìn)增加降水。自然降雨不會產(chǎn)生催化云，但在水量大的情況下，可以通過刺激自然降雨云來增加降雨，從而提高水資源利用效率。然而，這種不自然的云提供的水很少。

在旱季，降水云的缺乏減少了種植的機(jī)會，限制了它作為輔助工具的使用，因此不能用于抗旱。如果當(dāng)?shù)貎λ肯鄬^高，節(jié)水設(shè)施相對完善，可以在干旱前的降雨高峰期進(jìn)行人工降雨，人工降雨效果較好。因此，在抗旱過程中，不應(yīng)盲目依靠人工降雨，而應(yīng)積極開發(fā)水利設(shè)施，提高周邊蓄水能力，采取綜合抗旱措施。

人工增雨是一項技術(shù)性很強(qiáng)的工作，因此對作業(yè)地點的確定、作業(yè)云體的選擇、作業(yè)時間的把握等方面都有著嚴(yán)格的要求，此外，必須確保附近人員的安全。因此，應(yīng)該綜合考慮各種因素，而不是僅僅遵循理論要求。在選擇操作地點和時間時，應(yīng)優(yōu)先考慮安全，只有在保證安全的前提下，科學(xué)合理地選擇作業(yè)時間和地點，才能最大限度的實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。在人工降雨作業(yè)前，時間的選擇非常重要，只有抓住機(jī)遇，人工降雨才能發(fā)揮出最好的效果。當(dāng)云層較低、冰晶濃度較低時，催化劑可適當(dāng)擴(kuò)散，提高冰晶濃度，當(dāng)冰晶濃度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)值時進(jìn)行人工降水，此時降水效果為最佳。

2.1 冷暖催化理論增雨

冷催化和熱催化是指通過種子催化劑等技術(shù)手段在一定時間和有利條件下對局部物理過程的影響。目的是人為增加降雨，防止冰雹，消除霧霾。目標(biāo)大氣中的水將凝結(jié)成微小的水滴漂浮在空氣中。在寒冷的云層中如果有冰晶，冰上飽和水蒸氣的壓力低于表面飽和水蒸氣的壓力，冰晶迅速長大，就會下雨。在溫暖的地區(qū)或沒有冰晶的云中，云滴的大小各不相同，大的云可能與小的云碰撞，形成雨滴落在地面上。

人工降水是指利用干冰、碘化銀等催化劑，在云層中形成大量人工冰晶，利用天然冰晶缺乏的優(yōu)勢，促進(jìn)降水。大量的實驗研究表明，對于適合人工降水的云，適當(dāng)?shù)拇呋椒梢栽谶m當(dāng)?shù)牡攸c和時間達(dá)到增加降水量的目的。如果控制和使用不正確，實際效果便會大大降低，在特殊情況下甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)面影響。因此，了解和掌握正確的人工降雨條件和催化方法是關(guān)鍵。

2.2 層狀冷云人工增雨技術(shù)

層狀冷云是華北旱季和春秋季人工降水的主要目標(biāo)。云層的表面含水量很低，催化部分有限。在以往的降雨方式中，人工增雨只能實現(xiàn)1～10毫米的降水量，這與實際需求相差甚遠(yuǎn)，因此，我們需要建立一種新的人工增雨方式，選擇新的催化條件，進(jìn)行人工增雨。

中尺度分層云系統(tǒng)數(shù)值模式：6個中尺度和大尺度大氣模式MM4和12個云降水預(yù)測模式的組合，考慮了21個云物理過程，實時系統(tǒng)開發(fā)了模式數(shù)據(jù)處理輸出產(chǎn)品顯示服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了模式的實時穩(wěn)定運行。

層狀云增雨新概念模型、條件判據(jù)和催化指標(biāo)體系：人工降水概念模型理論表明，利用Bergeron法可以將人工冰晶轉(zhuǎn)化為降水。更多的人造冰晶被引入，使部分過熱的水蒸氣進(jìn)入降水過程。過飽和水汽的垂直累積往往大于過冷水汽的垂直累積，上升氣流中降水增加的潛力保持不變。在催化的作用下，水汽凝結(jié)潛熱增加，空氣受熱10～1000，云團(tuán)上升速度增加10-2-10-1米/秒，促進(jìn)了催化區(qū)云團(tuán)的發(fā)展和降水。

根據(jù)上述概念模型，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和實踐經(jīng)驗，提出以下人工降水條件，在發(fā)展階段，云的速度深度增加，蒸發(fā)的云很低，云的重量很重，過冷云的厚度大，云計算集群的冷卻不足，厚冰的飽和水蒸氣價值非常高，這在冰晶濃度較低的地區(qū)更有利。

識別方法如下。

云降水的宏觀特征；云物理微觀特征，對冰面上過飽和水汽面積的檢測，特別是對高密度水汽的檢測具有參考價值，當(dāng)顆粒濃度低于閾值時，機(jī)載2D-C儀器顯示的天然冰晶較少，這可能會增加降雨。

2.3 動力催化增雨

在冷云的催化過程中，冷云中會形成許多冰晶，在這一過程中，會釋放大量的熱量，釋放的熱量就是云運動的驅(qū)動力。放熱時室內(nèi)外云層存在溫差，當(dāng)溫差達(dá)到一定值時，會產(chǎn)生浮力，導(dǎo)致積云上升。如果催化劑擴(kuò)散到云中，過冷的液滴釋放熱量并迅速冷卻。釋放的熱量會增大室內(nèi)外云團(tuán)的溫差，從而增加云團(tuán)的浮力、速度和體積，最終增加云團(tuán)的含水量和降水量。

3.1 緩解干旱情況

改革開放以來，中國發(fā)展迅速，隨著國家的發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生了一定的變化，尤其是近幾年我國礦業(yè)和水利工程建設(shè)逐漸增多，導(dǎo)致水質(zhì)以及環(huán)境污染十分的嚴(yán)重，洪澇、霧霾等自然災(zāi)害頻發(fā)，全國各地干旱的現(xiàn)象十分嚴(yán)峻，嚴(yán)重的制約了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。雖然近年來大力發(fā)展該技術(shù)，但仍然無法有效防止農(nóng)業(yè)干旱，作物的生長和生產(chǎn)仍然受到供水不足和水溫不適宜的影響。人工降水技術(shù)可以有效緩解干旱，及時為作物生長提供水分，為高產(chǎn)收獲奠定良好的基礎(chǔ)。一朵約30立方千米的云可以產(chǎn)生約52000噸的雨水，是干旱地區(qū)珍貴的液體黃金。西北和華北是受干旱影響最嚴(yán)重的地區(qū)，是開發(fā)利用空氣和水資源的重點研究區(qū)域。

3.2 降低地面高溫

持續(xù)干燥的天氣使氣溫不斷上升，長期高溫不可避免地會影響作物的生長，人工降雨可以有效降低溫度，為農(nóng)作物的正常生長提供保障，減少干旱對農(nóng)業(yè)的影響。干旱必定伴隨著高溫，持續(xù)的高溫不僅影響了農(nóng)作物的生長，也給人們的生活帶來了很多不便，人工降雨可以有效降低溫度，不僅有利于農(nóng)作物的正常生長，也有利于人們的出行、工作和生活，給人們帶來舒適的生活空間。

在長期干旱不降雨的情況下，農(nóng)田植被會受到一定程度的破壞，農(nóng)田中的養(yǎng)分會流失，空氣中的沙塵會增加，這將對農(nóng)田保護(hù)產(chǎn)生負(fù)面影響。人工降水已成為保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的重要措施。合理利用人工降水技術(shù)不僅可以減少干旱，還可以保護(hù)農(nóng)田，防止農(nóng)田結(jié)構(gòu)的破壞，為作物生長提供營養(yǎng)，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

3.3 濕度增加凈化空氣

天氣干燥而不下雨，空氣中的塵埃就會大大增加，雨水能有效凈化地面上的空氣和灰塵，起到凈化空氣的作用。此外，雨水會大大增加空氣中的濕度，使人感到清新舒適。

此外，人工降雨還可以消除或減少冰雹、霧、霜對農(nóng)業(yè)的影響。冰雹在形成過程中，人工降水會將冰雹轉(zhuǎn)化為降雨，使霧形成雨滴并迅速消散。

近年來，人工增雨和氣象保障服務(wù)在緩解水資源短缺、改善生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。