人工影响天气的进展

第三节　人工影响天气的进展

人工影响天气是建立在云降水物理学基础上的一门应用技术科学，只有深入研究云动力学和云微物理特征及其相互制约，才能根据云降水的形成和发展变化规律，因势利导、施加人工影响，以便取得实际成效。

现阶段人工影响天气主要致力于在适宜的地理背景和自然环境中，选择适当的云体部位进行人工催化作业，以达到增雨防雹消雾的目的，尽管在方法技术上并不完善，处于科学研究和应用试验相结合的阶段，但已取得了一定的成效。不少国家，包括我国已基本形成了人工降雨、消雾和防雾的业务体系，对国民经济发展和人类抗拒自然灾害有着促进作用，已成为一种减灾抗灾的方法和实施手段。

阳光、空气和水是一切生物赖以生存的根本，而云雨过程正是全球水分循环中最活跃的环节。鉴于当前世界各地淡水资源紧张的情况，开发和利用大气水资源的课题已经提到议事日程。目前人工影响天气工作可局部地人为加速大气中的水循环，以增加循环水量，促使形成有利分布。最近二三十年来人工影响天气的科学技术水平有了很大的提高，主要表现在下列几个方面。

1．探测技术

常规气象雷达技术进一步发展，如，发展了雷达体积扫描和计算机识别雷达回波单体等技术，这些技术可应用于整个风暴生命期中跟踪单体的发展演变；若将其与探空和飞机观测结合则可提高雷达回波（CAPPI）的作用，有利于具体判别人工降雨潜势，尤其是连续地用于分辨中尺度结构对人工影响天气的重要作用。

雷达对降雨质粒的回波信号中，除了强度和量外，还包含质粒运动、形状和谱分布等多种信息，对这些信息的提取，要求具有特殊功能的雷达。20世纪70年代以来先后发展和应用了多普勒雷达、双波长雷达、偏振波雷达技术。其中单部多普勒雷达可测量大范围稳定降水区中的气流场结构，从而可推断冷暖平流、锋面过境、急流的情况，并可用于探测和警戒龙卷风、冰雹等强烈灾害性天气。多部（2—3部）多普勒雷达测量比较精确，但资料收集和处理非常复杂，需配备高速度大容量计算机，目前只用于试验研究场合。双波长雷达可探测冰雹但尚不能对冰雹出现的云内区域进行界定，而且自双波长雷达产生至今已30多年，其测雹性能仍需认真研究。偏振波雷达发展前景较好，既可用作云内出现冰雹的判据，还可以确定冰雹在云内部位及霰雹发展过程。未来发展趋势为多参数雷达综合测定，并以微机控制进行综合实时分析。

微波辐射计与雷达配用联合测定大气中的水汽和云中液态水含量，近年来广泛应用于人工降雨作业。其他尚有卫星探测大面积降水分布等。

2．催化剂

冷却催化剂包括致冷剂和人工冰核。致冷剂，尤其是干冰丸应强调气态至固态的自发匀质核化，与过冷云中有无外来核或过冷水滴多少基本无关。近年来人们对人工冰核的研究已从寻找高效有机人工冰核又回复到以碘化银为主体，优选配方，寻找具有最佳催化性能的复合核上来。关心的焦点是不仅提高核化率还应提高其速率，考虑到凝结———冻结机制比较有利，在复合核中添加吸湿性物质使之从接触核化机制变成凝结———冻结机制。评价人工冰核的依据可包括：成冰阈温、成核率随温度的变化、核化速率、核化机制。具体的可推荐的催化剂为：AgI－NH₄INH₄ClO₄－NaClO－H₂O－丙酮，燃烧生成AgI· AgCl₄NaCl适应性最广，如积云、层状云催化以及云外引入（地面、云底及云顶以上），尤其适用于夏季南方冷云人工降雨。其他还有层状云催化可用AgI－NH₄I－NH₄ClO₄ －H₂O－丙酮，燃烧生成AgI·AgCl，以及AgI－NH₄IBiI₃－H₂O－丙酮，燃烧生成AgI·Bi₂O₃或AgI·BiO₂，前者为凝结———冻结机制，后两者为接触核化机制。

美国曾对人工生物冰核进行了野外试验，用飞机按播撒碘化银的常规方法和播撒率，播撒一种含假单胞菌的具有类冰结构的细菌蛋白，商品名为Snomax干粉，当它进入云下上升气流区或云中过冷区，可明显看到在暖于－5℃的云中出现冰晶化。这种生物核，水分子易在其上附着，在0—5℃即陇成核，起凝结—冻结机制，90%的冰晶可在3—5分钟内形成，在－5℃－7℃时的效率比碘化银高得多，与干冰相当，但性能稳定，可在云底高于0℃下播撒，比干冰易分散和携带。

3．人工降雨试验设计和检验评价

早期的人工降雨试验主要关注催化作业的可见变化和定性分析，其后发展单个响应变量（地面平均降水量）的概念模式，包括随机化设计，这些均属于所谓黑箱试验，只规定输入（核）和测定一种输出（地面降水），其间的过程及其演化一概不清楚。实际上催化播云可以有多种原理和方法，而且播云的结果可以出现正效应、负效应或无效应，对比黑箱试验很难作出科学的解释。单纯的统计检验不能提出物理上有依据的催化概念，即使象各种“播云窗”这样的指标，也是试验中探测的参数，而不是直接的催化效应的物理测定。虽然后来在“黑箱”试验的同时，也对云系的重要特征进行了平行的物理研究，但仍不属于针对基本概念进行统计试验的完整的组成部分，当然它有助于从物理上解释所得统计结果，使统计评价具有坚实的物理基础。

随着近年来探测技术和仪器装备的迅速发展，有关人工降雨效果评价已趋于直接测定播云假设物理过程演变链的多个响应变量，把物理机制纳入完整的统计设计之中作为其主要部分。实际上已从“黑箱”进入“灰箱”向“白箱”发展。