人工影響天氣基本原理

人工影響天氣基本原理第十一章人工影響天氣基本原理人工影響天氣和氣候既是人類千百年來(lái)的古老愿望，又是今天迅速發(fā)展著的一門新興學(xué)科。一切人為影響(有意識(shí)的和無(wú)意識(shí)的)天氣和氣候的活動(dòng)都屬于這門學(xué)科的研究范疇。人工影響天氣是建立在云降水物理學(xué)基礎(chǔ)上的一門應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，在深入研究云動(dòng)力學(xué)和微物理學(xué)特征及其相互制約關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)云降水的形成和發(fā)展變化規(guī)律，因勢(shì)利導(dǎo)，施加人工影響，以便使天氣狀況向人們所希望的方向演化。前面已經(jīng)講過(guò)，能否降水與云中微物理?xiàng)l件及過(guò)程有關(guān)，能否降大量降水則與云的宏觀條件有關(guān)。除了少數(shù)情況外，人工影響天氣實(shí)際上就是人工影響云，一方面改變?cè)浦形⑽锢項(xiàng)l件及過(guò)程，另一方面通過(guò)第一方面的作用促使云中宏觀動(dòng)力過(guò)程產(chǎn)生相應(yīng)變化?，F(xiàn)階段人工影響天氣主要致力于在適宜的地理背景和自然環(huán)境中，選擇適當(dāng)?shù)脑企w部位進(jìn)行人工催化作業(yè)，以達(dá)到(1)增(加降)雨(雪)；(2)消霧、消云，(3)抑制冰雹等目的。盡管在方法技術(shù)上并不完全成熟，還處于科學(xué)研究和應(yīng)用試驗(yàn)相結(jié)合的階段，但已經(jīng)取得了一定的成效。有些國(guó)家已形成了人工增雨、防雹和消霧的業(yè)務(wù)體系，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類抗拒自然災(zāi)害有促進(jìn)作用。在過(guò)去的40多年中，播云技術(shù)作為增加降雨量、抑制冰雹增長(zhǎng)的一種方法得到了發(fā)展。播云增加的雨量是有一定比例的，在比較成功的地區(qū)，增加量約為5%-20%。這些增加的水量降落在農(nóng)田地區(qū)，對(duì)農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收會(huì)有很大的幫助；如果降落在山區(qū)，則有利于水力發(fā)電和灌溉；在重要林區(qū)，人工增雨為撲滅森林火災(zāi)起了關(guān)鍵作用。我國(guó)先后有20個(gè)省、市、自治區(qū)開展人工防雹，多數(shù)地區(qū)取得了一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，在一些有專業(yè)技術(shù)人員參加組織試驗(yàn)的防雹地區(qū)，初步統(tǒng)計(jì)資料分析表明，雹災(zāi)面積減少40%—80%。然而必需認(rèn)識(shí)，播云技術(shù)具有不確定性，應(yīng)用時(shí)務(wù)必慎重決策。下面簡(jiǎn)單介紹人工影響云、霧和降水的基本原理及方法。1.增加降水當(dāng)云中既有足夠大的水滴或冰質(zhì)粒，就有可能發(fā)生云水轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生降水。但降水能否長(zhǎng)時(shí)間維持，這就要看有無(wú)充分水汽供應(yīng)，這就牽涉到云中氣流、云體厚度和生命期等宏觀條件。這■就是說(shuō)，能否降水與云中微物理?xiàng)l件及過(guò)程有關(guān)，能否產(chǎn)生大量降水，則與云的宏觀條件有關(guān)。所以降水問(wèn)題是一個(gè)宏微觀物理過(guò)程相結(jié)合的問(wèn)題。目前人工降水的基本思想是向某些發(fā)展降水尚缺某些條件或降水效率不高的云中播撒催化劑，改變構(gòu)成云體的云質(zhì)粒相態(tài)或譜分布，促使云體膠體不穩(wěn)定發(fā)展，并進(jìn)而由微物理過(guò)程的變化間接引起宏觀動(dòng)力過(guò)程產(chǎn)生變化，最終出現(xiàn)降水或使降水增大。1.1.冷云人工增雨的原理冷云是指溫度低于0C。的云。在這類云中過(guò)冷水滴、冰晶和水汽三者共存，產(chǎn)生降水的關(guān)鍵是云中冰水轉(zhuǎn)化。早在1935年貝吉龍(Bergeron)提出如下的理論假說(shuō)：由于同溫度下冰面飽和水汽壓小于水面飽和水汽壓，當(dāng)實(shí)際水汽壓介于兩者之間時(shí)，過(guò)冷云中的冰晶將不斷奪取空氣中多余的水汽，水滴則不斷蒸發(fā)，冰晶則通過(guò)凝華迅速增長(zhǎng)。此即冰晶效應(yīng)。這種水滴不斷蒸發(fā)、冰晶不斷長(zhǎng)大的過(guò)程，即冷云中冰水轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為貝吉龍過(guò)程，我們也稱作蒸凝過(guò)程，它是冷云降水的核心，是近代人工影響冷云降水的物理基礎(chǔ)。過(guò)冷云中無(wú)冰晶時(shí)，它是相當(dāng)穩(wěn)定的。設(shè)法改變?cè)苾?nèi)相態(tài)結(jié)構(gòu)，在云中制造適當(dāng)?shù)谋?，破壞其微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。一旦出現(xiàn)了冰水共存狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)蒸凝過(guò)程，產(chǎn)生冰水轉(zhuǎn)化。冰晶長(zhǎng)大成為降水粒子后，可以通過(guò)與過(guò)冷水滴碰凍結(jié)淞增長(zhǎng)，降至暖區(qū)融化后，再經(jīng)重力碰并進(jìn)一步長(zhǎng)大，最后形成較大的降水質(zhì)粒。所以人工影響冷云降水的基本思路是：1） 冷云中降水質(zhì)粒是由冰晶效應(yīng)形成的，要求降水性冷云中必須存在足夠數(shù)量的冰晶；2） 自然界有些冷云不能產(chǎn)生降水或降水效率不高，就是由于云中缺少足夠數(shù)量的冰晶；3） 人工地引進(jìn)一定數(shù)量的冷云催化劑，如干冰、AgI，使云中產(chǎn)生足夠數(shù)量的冰晶，使云內(nèi)降水形成過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。4） 過(guò)量播撒冷云催化劑，產(chǎn)生的冰晶數(shù)量特別多，數(shù)密度很大，使它們不能夠增長(zhǎng)得足夠大，可以利用這種方法延緩或阻止降水的發(fā)展。上述播云，使云內(nèi)產(chǎn)生最佳冰晶數(shù)密度，促進(jìn)降水形成的概念，稱為靜力催化。在溫度低于零度的云中，當(dāng)有過(guò)冷卻水滴存在時(shí)，就具有熱力學(xué)相態(tài)的不穩(wěn)定性。一旦有冰晶形成，水汽將通過(guò)擴(kuò)散作用消耗過(guò)冷卻水滴并促使冰晶迅速增長(zhǎng)。在過(guò)冷卻云體的上部，大約每立方米有1000個(gè)冰晶就足以引起降水發(fā)展。當(dāng)溫度為-20C?；蚋鸵恍r(shí)，將因自然核的作用而形成冰晶。在溫度稍高一些的云中，人工引入冰晶，只要其濃度達(dá)到每立方米1000個(gè)，就可以促進(jìn)降水發(fā)展。人工降水試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)云頂溫度高于-10C或低于-24C。時(shí)，播撒無(wú)效；云頂溫度處于-10C°~-24C。時(shí)，播云有效。因此，把-10C。?-24C。的溫度范圍稱為播云溫度窗。胡志晉(1986)利用比較完整的層狀云模式進(jìn)行人工催化數(shù)值試驗(yàn)表明，當(dāng)云中冰晶濃度達(dá)到5/L,而過(guò)冷水含量?jī)H為0.05g/m3時(shí)，催化后冰晶濃度可增大到20/L,降水量可增加16%,人工增雨的水分除冰水轉(zhuǎn)化外，主要來(lái)自水汽凝華。即使有些層狀冷云人工增雨的潛力很小，仍存在著降水隨時(shí)空分布的人為調(diào)整問(wèn)題。播云不僅能改變各種物理過(guò)程的時(shí)間進(jìn)程，也能改變降水的落區(qū)。干冰(固體CO2)和碘化銀(AgI)是促使形成冰晶的主要催化劑。CO2升華的平衡溫度是-78C,這一溫度甚至低于水的勻質(zhì)核化凍結(jié)溫度。把顆粒狀干冰噴射至過(guò)冷卻云中，在它下降的路徑上，將促使大部分云滴產(chǎn)生凍結(jié)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明，可以通過(guò)燃燒某些銀的化合物使之產(chǎn)生AgI質(zhì)粒煙劑入云。雖然AgI的成核效率在陽(yáng)光曝曬下會(huì)受到損失，同時(shí)也可能在較暖的溫度下被沾濕，但觀測(cè)表明，AgI質(zhì)粒至少在某些條件下確實(shí)是一種有效的冰晶源。有二種方法可以增加云內(nèi)冰晶。(1)撒播冷凍物質(zhì)以降低局部云體的溫度，使冰核發(fā)生作用或促成云滴自生凍結(jié)。干冰是常用的冷凍劑。干冰在1個(gè)大氣壓下表面溫度低達(dá)-78C。，升華熱為572.9KJ/kg(水:2834KJ/kg)。干冰周圍的空氣被劇烈冷卻，在-40C。等溫面所包圍的空間，云滴同質(zhì)核化為冰晶（自發(fā)凍結(jié)核化閾溫為-40C。）,水汽在較高過(guò)飽和度下凝結(jié)于微小水滴之上（異質(zhì)；同質(zhì)閾濕為800%）,隨后又同質(zhì)核化為冰晶。所以干冰撒入云內(nèi)后可產(chǎn)生大量冰晶。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，升華1g干冰可產(chǎn)生1010~1012個(gè)冰晶。用干冰影響過(guò)冷云時(shí)，常把它破碎成直徑為幾厘米的小塊，從飛機(jī)上投放在云的過(guò)冷部位，或?qū)⒏杀b入金屬網(wǎng)內(nèi)，置于機(jī)艙外面，飛機(jī)穿云時(shí)，經(jīng)過(guò)過(guò)冷部位而發(fā)生作用。干冰的缺點(diǎn)是貯運(yùn)不便，不能在地面對(duì)云作業(yè)。但具有無(wú)毒和成冰閾溫高等優(yōu)點(diǎn)。（2）播撒其微粒能充當(dāng)有效冰核的物質(zhì)，如碘化銀（AgI）、介乙醛、間苯三酚和硫化銅等。這類物質(zhì)雖然很多，但作為冷云催化劑（能在過(guò)冷云中產(chǎn)生冰晶的物質(zhì)）以碘化銀的性能為最好。因?yàn)榈饣y的成冰閾溫高達(dá)-4C左右，成核率（一克催化劑產(chǎn)生的冰晶數(shù)）高達(dá)1012~1015個(gè)/克（因制備方法不同而異），其它物質(zhì)皆不如AgI好。碘化銀系淡黃色粉末，能溶于碘化鉀或碘化鈉的丙酮溶液中，也易溶于液氨中，在600C以上的高溫中可汽化。以上性質(zhì)常被利用來(lái)獲取碘化銀微粒。碘化銀的撒播方法很多，在空中，當(dāng)飛機(jī)穿越云層時(shí)燃燒碘化銀的丙酮溶液，碘化銀先升華成為蒸汽，蒸汽冷卻凝華成大量碘化銀微粒（其尺度一般為0.5?15頃）。也可以把碘化銀和其它燃燒劑一起制成焰彈，從云頂或云側(cè)發(fā)射入云。在地面作業(yè)中，將碘化銀的丙酮溶液噴入高溫爐中燃燒，所產(chǎn)生的碘化銀微粒隨風(fēng)擴(kuò)散，有一部分進(jìn)入云中。這種方法雖然簡(jiǎn)便，但碘化銀的利用率不高。在我國(guó)更多的是用高炮或火箭發(fā)射裝有碘化銀的炮彈，直接送入云內(nèi)過(guò)冷部位。人工使云中產(chǎn)生冰晶所能造成的效應(yīng)還取決于所播的云是層狀還是積狀。若有一塊層狀云，云頂呈過(guò)冷卻狀態(tài)，但云體尚未超越-15甘的高度，這種云由于溫度相對(duì)地高了一些，自然冰核不足，自然降水過(guò)程必然進(jìn)行得很緩慢。若在這類云的云頂附近，播撒AgI或干冰以引入冰晶，就可能促成云產(chǎn)生本來(lái)不會(huì)出現(xiàn)的降水。但是由于層狀云中液水含量較低，所以形成的降水量很少。假如由于大尺度氣象因素的作用，使得云體持續(xù)維持，則可以進(jìn)行重復(fù)播撒，以便增加累計(jì)降水量。若層狀云的云頂溫度已經(jīng)低于-15C。，那么并不需要通過(guò)播云就能開始降水。但是在某些情況下，通過(guò)播云可以稍稍改變降水的地理分布。例如可以促使雨或雪下落在分水嶺地段，而不是下風(fēng)方向幾英里處。對(duì)于云體比較小、生命期比較短的積狀云來(lái)說(shuō)，播云可以促使凍結(jié)現(xiàn)象早一些出現(xiàn)，而且出現(xiàn)凍結(jié)的高度也可以比自然凍結(jié)高度低一些。但是若要求對(duì)云的發(fā)展產(chǎn)生更明顯的影響，就不是那么容易的了除非是非常特殊的情況。至多，播云可以促使云體產(chǎn)生本來(lái)不會(huì)下降的少量雨雪，或者促使云體比不播云時(shí)稍早一些出現(xiàn)降水。長(zhǎng)時(shí)間維持的大積雨云，可以產(chǎn)生自然降水，對(duì)它播撤冰核不能改變?cè)企w的降水總量。與凍結(jié)作用相伴的是融化潛熱的釋放，它表征著過(guò)冷卻云中固有的潛熱不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性可以通過(guò)播撒凍結(jié)核或干冰來(lái)觸發(fā)，從而為上升氣流提供浮力，在某些云中，這種作用對(duì)形成降水具有決定性意義。在某些情況下，由于上空存在著薄的逆溫層的阻擋作用，積云的垂直發(fā)展受到一定限制，而播云釋放的附加潛熱可能相當(dāng)充分，它在少數(shù)這類例子中，曾促使云體穿透這種逆溫層向上作進(jìn)一步的發(fā)展。1.2.云的動(dòng)力催化原理上述靜力催化原理，著眼于影響云的微物理過(guò)程。若能影響云的動(dòng)力過(guò)程，促進(jìn)云體宏觀發(fā)展，那么降水量有可能較大地增加，因?yàn)樾纬筛蟮脑企w，能產(chǎn)生更多的凝結(jié)物，由于它們的尺度大，可能更有效的利用這些凝結(jié)物。即使降水效率維持不變，由于云體大，生命周期長(zhǎng)，降水總量也會(huì)增加。用什么樣的方法進(jìn)行播云能促進(jìn)云體發(fā)展、增加降水量呢？目前主要通過(guò)過(guò)量播撤人工冰核(102—104/L)，使過(guò)冷水滴全部冰晶化，釋放大量?jī)鼋Y(jié)潛熱，使云上升得更高，發(fā)展得旺盛。云模式計(jì)算表明，將云的溫度增高0.5?1.0C,就可能引起云體明顯的改變。外場(chǎng)試驗(yàn)證明，為促進(jìn)動(dòng)力效應(yīng)而催化對(duì)流云時(shí)，的確出現(xiàn)云大幅度的增長(zhǎng)。這種過(guò)程對(duì)含有大云滴的過(guò)冷水云最有效，因?yàn)榇笤频慰梢杂行У夭东@冰核，而冰核幫助水滴快速凍結(jié)。對(duì)于層狀云，大氣通常處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，人工引起的微小的溫度變化，只能把原來(lái)很慢的每秒幾厘米的上升速度變?yōu)槊棵?米左右，因此只能引起很弱的嵌入對(duì)流。所以，靜力催化仍然是影響層狀云降水最常用的方法。下面是由伍德雷和薩克斯（WoodleyandSax,1976）所提出的積云動(dòng)力催化一系列過(guò)程的假設(shè)：1） 在積云中大約-10C。層加人碘化銀，這個(gè)區(qū)域被認(rèn)為有大量的過(guò)冷液態(tài)水。2） 這種催化導(dǎo)致水到冰的轉(zhuǎn)變，隨著凍結(jié)潛熱的釋放,云體浮力增加。3） 浮力引起上升氣流加強(qiáng)，并貫穿整個(gè)云直到云底。4） 上升氣流的加強(qiáng)，使得進(jìn)入云底的潮濕空氣人流增加。5） 潮濕空氣人流的增加，最終會(huì)導(dǎo)致更多的降水。6） 適當(dāng)?shù)拇呋?，有可能引起相鄰云的合并?） 合并的云系尺度增大，引起總降水量的增加。積云動(dòng)力催化的基本原理：在云中引入催化劑，形成冰晶或水滴，進(jìn)行這些微物理過(guò)程時(shí)，會(huì)釋放出尤潛熱，從而可影響云的上升氣流，使云內(nèi)上升氣流加強(qiáng)，云的發(fā)展速度加快，水分積累加大，這樣可使原來(lái)不產(chǎn)生降水的積云產(chǎn)生降水，使本來(lái)可能有降水的積云，增加降水量。積云的動(dòng)力催化，將云滴的相變和積云的流場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，將云的微物理過(guò)程和云的宏觀動(dòng)力過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，這人工影響云的發(fā)展提供了一個(gè)新的理論設(shè)想。動(dòng)力催化和靜力催化的異同：相同點(diǎn)1） 影響區(qū)域都是過(guò)冷水云區(qū)域2） 影響的對(duì)象都是過(guò)冷卻云滴3） 使用的催化劑都是冷云催化劑不同點(diǎn)1） 目的不一樣：靜力催化一把過(guò)冷卻云層中的云水變成降水質(zhì)粒；而動(dòng)力催化一是用過(guò)冷云滴凍結(jié)時(shí)釋放的潛熱加強(qiáng)上升氣流，使積云發(fā)展。2） 劑量不一樣：靜力催化一每立方米只需103?104個(gè)冰核；而動(dòng)力催化一要使過(guò)冷水滴盡快地冰晶化，必須大劑量播撒，一般每立方米需105~106個(gè)冰核，與靜力催化有一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。積云的動(dòng)力催化，將云滴相變和積云的流場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，將云的微物理過(guò)程和云的宏觀動(dòng)力過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，為人工影響云的發(fā)展提供了一個(gè)新的理論設(shè)想。但動(dòng)力催化的野外試驗(yàn)并不令人十分滿意。1.3.暖云人工增雨的原理暖云是整個(gè)云體溫度在0C。以上的云，通常也把云頂溫度雖在0C。以下，但云頂還是由過(guò)冷卻云滴組成的云也稱暖云。暖云有層狀，也有積狀。暖層云的主要特點(diǎn)是，云頂高度比冷云低，未達(dá)到0C。層高度，或者雖過(guò)0C。層，但尚未出現(xiàn)冰晶。上升氣流在這類云中不太強(qiáng)（約為10cm/s）。在這類云中，自然降水形成過(guò)程是：上升氣流攜帶水汽人云，以凝結(jié)核為核心，通過(guò)凝結(jié)過(guò)程生成云滴，并通過(guò)凝結(jié)和碰并過(guò)程增長(zhǎng)為雨滴，然后下落至地面形成降水。此過(guò)程關(guān)鍵是要形成一些足以引起重力碰并的大云滴，這里大鹽核起著決定性作用。計(jì)算表明，暖層云形成的降水只能是毛毛雨，而且要求云維持3-4小時(shí)以上。暖積云一般具有較大的垂直厚度，較強(qiáng)的上升氣流和較高的液水含量。在這類云中碰并過(guò)程是形成降水的的主要機(jī)制。與暖層云相比，它形成降水的時(shí)間短，雨滴大。這主要是由于暖積云內(nèi)上升氣流旺盛，外界水分能大量輸入云滴能很快增大，較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的大云滴，足以引起碰并增長(zhǎng)。大量觀測(cè)事實(shí)表明，大陸性暖積云很難產(chǎn)生降水，降水機(jī)率不高；而海洋性暖積云則易產(chǎn)生降水，降水機(jī)率很大。這是由于大陸性暖積云的滴譜很窄，云滴大小較均勻，微結(jié)構(gòu)處于膠性穩(wěn)定狀態(tài)，碰并過(guò)程進(jìn)行的很慢。而海洋性暖積云的滴譜較寬，云體內(nèi)含有較多的大水滴，能夠產(chǎn)生碰并過(guò)程，故容易產(chǎn)生降水?？梢?，大水滴的存在是暖云降水的關(guān)鍵。由于暖云降水的形成過(guò)程是先由凝結(jié)和湍流碰并等過(guò)程在云內(nèi)產(chǎn)生一批較大的水滴，然后這批大水滴靠重力碰并過(guò)程而迅速長(zhǎng)大為雨滴。因此，在因?yàn)槿狈Υ笏味荒芙邓蚪邓畯?qiáng)度不大的云內(nèi)，人工地引進(jìn)大水滴或可以產(chǎn)生大水滴的物質(zhì)就可以誘發(fā)降水或增大降水的強(qiáng)度。這是暖云人工增雨的原理。利用吸濕性物質(zhì)催化暖云降水在國(guó)內(nèi)外都做過(guò)不少試驗(yàn)，通常采用的是食鹽。我國(guó)安徽、湖南、上海等地均試驗(yàn)過(guò)，效果是明顯的。食鹽具有很強(qiáng)的吸濕性，可溶于水。將鹽粒引入云中后，開始它吸收水汽形成鹽溶液滴，其表面飽和水汽壓低于純水滴的表面飽和水汽壓，在相對(duì)濕度大于78%的情況下，就由凝結(jié)作用迅速成長(zhǎng)，并通過(guò)碰并過(guò)程進(jìn)一步長(zhǎng)大成雨滴。云中引入鹽粒后，影響其成長(zhǎng)的因素主要是云中的上升氣流速度、液水含量大小及云體厚度等自然條件，同時(shí)引人鹽粒的大小、濃度及催化部位、時(shí)間也直接影響人工催化的效果。對(duì)于某一自然情況確定的具體催化對(duì)象來(lái)講，肯定存在一種最適合的鹽粒大小、濃度、催化部位及催化時(shí)間，按照這個(gè)最佳方案進(jìn)行催化，可以得到最好的效果。但這個(gè)問(wèn)題定量的計(jì)算很少，所需資料不充分，理論上尚未解決，技術(shù)上也有一定困難。1960年廣東、湖南用鹽粉催化暖積云試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從云頂播撒大顆粒（半徑大于100微米）、大劑量（10kg/km）鹽粉，效果十分顯著，可以得到大量降水。不過(guò)，由于播撒的顆粒大、劑量大，這種方法的經(jīng)濟(jì)效益是很低的。而且鹽粒有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是它具有腐蝕性，對(duì)地面物易造成損害。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，尿素和硝酸銨是比較有效的暖云催化劑，如果將兩者混合，比單獨(dú)使用它們效果更好。從飛機(jī)上直接將水撒進(jìn)云內(nèi)，許多地方進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。1964年上海曾對(duì)三塊厚度1.7km的云進(jìn)行撒水試驗(yàn)，這三塊云相距不到lkm，先對(duì)中間一塊撒水，3-4分鐘內(nèi)即消散，其余兩塊無(wú)甚變化，再對(duì)右邊一塊撒水，不久亦消，而左邊那塊未作業(yè)的云仍然無(wú)變化。實(shí)踐證明，對(duì)于厚度較大的云直接播撒水滴影響暖云降水是有效的，而對(duì)厚度小的云塊撒水后易造成云消。在云體產(chǎn)生降水以前，云體內(nèi)部總是處于膠性穩(wěn)定狀態(tài)：云滴具有被降水質(zhì)粒掃掠的潛在可能性，這種過(guò)程之所以很少出現(xiàn)，原因在于通過(guò)云滴碰并增長(zhǎng)的大滴在數(shù)量上不足。在暖云的自然降水過(guò)程中，大約要106個(gè)云滴才能增長(zhǎng)變成一個(gè)雨滴。這就是說(shuō)大約每立方米需要有200個(gè)這樣的雨滴。為了在暖云中增進(jìn)雨量，可以在云底以上的上升氣流區(qū)中引入接近于上述數(shù)密度的大滴，這些水滴具有一定的上升機(jī)會(huì)，可在整個(gè)上升和下落的路徑上兼并云滴。開始時(shí)，這些水滴的尺度必須達(dá)到足以處于有利的增長(zhǎng)狀態(tài)，但是也不能太大，以免在進(jìn)入云中后很快就落出云外。如果采用大滴播云，那就需要較多的水量，以使播撒的大滴的數(shù)密度合適。一個(gè)兼顧兩方面的適于播撒的水滴，其尺寸范圍大概是20~30微米。人們?cè)捎蔑w機(jī)在云底飛行噴射水滴的方法，進(jìn)行了一些試驗(yàn)，企圖依靠擴(kuò)散作用把水滴散布到整個(gè)上升氣流區(qū)中去。這些試驗(yàn)表明有時(shí)可以增進(jìn)一定數(shù)量的降水，但還不能作出明確的結(jié)論。另一種方法是把鹽質(zhì)粒播撒到云底附近，以便提供形成云滴所必須的核。通常大一些的鹽質(zhì)粒對(duì)形成云滴比較有利，因?yàn)楫?dāng)它形成溶液滴后，可以具有比較大的臨界半徑。由核化理論可知，臨界半徑r*按照r*^r3/2的關(guān)系隨鹽質(zhì)粒半徑的增大而增大。大的鹽質(zhì)粒（可能是海鹽）其自然背景濃度約每立方米100個(gè)。因此在播撒鹽質(zhì)粒時(shí)，必須考慮播撒的總數(shù)至少要與此相當(dāng)或者超過(guò)此值一個(gè)數(shù)量級(jí)。在理論上，播撒鹽質(zhì)粒比播撤水滴效率高，因?yàn)椴ト鳆}質(zhì)粒只要很小的數(shù)量就可以產(chǎn)生同樣數(shù)量的收集滴。已有的試驗(yàn)表明：云和降水是可以人工影響的，但對(duì)增水作業(yè)應(yīng)選擇的時(shí)機(jī)、云的部位、催化劑的劑量等等問(wèn)題都還提不出明確的答案。增水的效果也因自然降水的變率很大而人們又未能掌握降水的規(guī)律性而處于爭(zhēng)論之中。所有這些都有待進(jìn)一步研究。2.消霧和消云基于我們的社會(huì)對(duì)于運(yùn)輸系統(tǒng)的依賴性，霧歷來(lái)就是人們想要進(jìn)行人工影響的重點(diǎn)，就沒(méi)有什么奇怪的了。事實(shí)上，霧曾經(jīng)是第一批經(jīng)過(guò)科學(xué)地設(shè)計(jì)過(guò)的人工影響天氣計(jì)劃中的題目。在一個(gè)到1938年才公諸于眾的、具有歷史意義的計(jì)劃中，Houghton和Radfordm提出了幾個(gè)在機(jī)場(chǎng)上消暖霧的合理而又可行的方法。成功地進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，但是未能繼續(xù)下去，因?yàn)楫?dāng)時(shí)認(rèn)為儀表著陸系統(tǒng)將使消霧變得沒(méi)有必要。第二次世界大戰(zhàn)期間霧的問(wèn)題的嚴(yán)重性使得英國(guó)發(fā)展了一種叫做“FIDO"（集中消霧系統(tǒng)）的加熱消霧法。英國(guó)和美國(guó)一直到1953年以后才放棄了FIDO系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，主要原因是認(rèn)為它對(duì)商業(yè)航空來(lái)說(shuō)費(fèi)用實(shí)在太高，不可能在常規(guī)業(yè)務(wù)中使用。隨著噴氣化時(shí)代的到來(lái)，霧的問(wèn)題又尖銳地提了出來(lái)，消暖霧的研究活動(dòng)得到了大大的加強(qiáng)。雖然所采用的消暖霧的基本概念并不是新的，但為了使這些技術(shù)切實(shí)可行卻盡量采用了一些新技術(shù)。在消霧的歷史上，具有里程碑意義的事件仍然是1946年Schaefer博土的干冰試驗(yàn)。從那以后他們的結(jié)果所說(shuō)明的理論成了此后進(jìn)行的多種人工影響天氣計(jì)劃的基礎(chǔ)。但這個(gè)理論被可靠地應(yīng)用到業(yè)務(wù)上的只有過(guò)冷層云和消霧。催化消云霧的思路與人工增進(jìn)降水的思路非常相似。把大質(zhì)?；虮艘朐浦?，使它掃并云滴，從而促使局部范圍出現(xiàn)短時(shí)的晴空。霧的物態(tài)不同，消霧方法也各異。霧以水霧和冰霧為主，混合霧很少見。水霧又分（過(guò)）冷霧和暖霧二種。把碘化銀和干冰用于消除過(guò)冷卻霧和過(guò)冷卻低云，已經(jīng)獲得了一定的成功。但實(shí)驗(yàn)表明影響暖霧比較困難。自從1938年以來(lái)，相繼進(jìn)行了多次試驗(yàn)，但迄今還沒(méi)有能把這種方法付諸業(yè)務(wù)使用。冰霧是北方某些地區(qū)冬季常見的一種現(xiàn)象，如何消除冰霧也是一個(gè)沒(méi)有解決的問(wèn)題。2.1.消霧的概念消霧的目的是改善能見度。下式中定義的能見度V為一個(gè)黑色的目標(biāo)以地平方向的天空為背景在白天能夠看到（對(duì)比感閾為0.02時(shí)）的距離，即式中N為霧滴或冰晶的數(shù)濃度，r為霧滴半徑，K是霧滴的散射效率，并對(duì)所有的霧滴求和。對(duì)于可見光和球形霧滴，散射效率為常數(shù)，約等于2。從方程看出，要改善能見度就必須或是減少霧滴的數(shù)濃度，或者減小它的半徑，或者兩者兼而有之。由于能見度和半徑之間的平方成反比關(guān)系，例如，半徑減小到原來(lái)的1/3,能見度就要增加為原來(lái)的9倍。另一方面，數(shù)濃度減小到原來(lái)的1/3，能見度只能增加為原來(lái)的3倍。2.2.消霧的主要途徑：物理消除法旨在減少霧滴數(shù)濃度的人工影響方法便是物理消除法。曾經(jīng)提出過(guò)許多關(guān)于霧滴的物理消除途徑。一般說(shuō)來(lái)，這些方法可以分為：1）使空氣中懸浮的霧滴或冰晶沉降到地面上的方法；滴的靜電沉降和用屏蔽、擋板和森林過(guò)濾的方法屬于第一種類型的物理消除方法。2）使霧滴相互凝聚或者與為此引進(jìn)的大滴碰并，然后在重力作用下下落的方法；霧用超聲波使霧滴并合以及播撒帶電的（或中性的顆?；蚪凶龆嘟殡娰|(zhì)的）有機(jī)化合物使霧滴消除的方法屬于第二種類型。3）以及用差不多同樣體積的純凈空氣整個(gè)取代有霧空氣的方法。對(duì)小塊地面霧使用大風(fēng)扇的方法是最后一種物理消除法。凡用物理消除法消霧都必然要直接作用于空氣本身。因?yàn)殪F滴的數(shù)濃度小，清除和凝聚的方法是無(wú)效的。使用過(guò)濾法和取代法所需的設(shè)備太大，也不實(shí)用。根據(jù)這些理由，物理消除法到目前為止還沒(méi)有切實(shí)可行的辦法。蒸發(fā)法蒸發(fā)法是減小霧滴半徑的方法。蒸發(fā)法是屬于最有希望的消霧途徑。因?yàn)殪F是一種水滴和冰晶的懸浮物，它們和空氣中的水汽處于平衡狀態(tài)。霧滴可以采取從空氣中去掉一部分水汽，或增大空氣貯存外加汽態(tài)水的容量的辦法使其蒸發(fā)。1）可以使水汽在吸濕性物質(zhì)上凝結(jié)，這些物質(zhì)在未飽和大氣中對(duì)水汽具有特殊的親合力。象氯化鈣、氯化鈉和尿素這樣一些化學(xué)干燥劑，就是用作這種吸濕性物質(zhì)的例子。2）通過(guò)加熱來(lái)提高霧環(huán)境的溫度，就是增加含霧空氣的水汽容量的最明顯的方法。3）用自然干空氣或人為地提供干空氣使之與霧混合，以造成促使霧滴蒸發(fā)所必需的非飽和環(huán)境是另一種方法。阻止法現(xiàn)在為止所敘述的人工影響方法都是使已生成的霧消散。另外一種人工影響霧的概念是防止霧的產(chǎn)生。要做到這一點(diǎn)就要控制水汽、核和（或）生成霧所需的冷卻過(guò)程。在露天水面使用阻止蒸發(fā)的化學(xué)物質(zhì)以及減少人為的水汽來(lái)源，是一些可能控制水汽的方法。已經(jīng)提出過(guò)，可以用阻礙凝結(jié)的化學(xué)物質(zhì)來(lái)對(duì)付自然凝結(jié)核，以防止霧的發(fā)生。然而事實(shí)證明，這個(gè)方法只是使霧準(zhǔn)遲10分鐘左右生成，而且一旦霧最后終于生成，就比不處理的情況要濃得多。也有人提出輻射霧所需的夜間冷卻條件可以通過(guò)人為地制造一個(gè)云層以大大地減小地面輻射輸出的辦法來(lái)加以抑制。防止法的作業(yè)規(guī)模一般比只企圖消除一部分霧所用的物理消除法和蒸發(fā)法的規(guī)模大一兩個(gè)量級(jí)。，所以，防止法只是對(duì)于消霧法不適合的情況和（或者）水汽源與凝結(jié)核的大小及數(shù)量都很有限的情況才適用。湍流的影響幾種消霧方法所造成的霧消區(qū)的范圍和時(shí)間，在很大程度上取決于霧層中的湍流強(qiáng)度。如果一種消霧方法能夠有效地實(shí)施的話，那么，它造成霧消區(qū)所需的時(shí)間應(yīng)該比由于湍流擴(kuò)散使霧重新填補(bǔ)霧消區(qū)所需要的時(shí)間少得多。這兩個(gè)相反過(guò)程的相對(duì)速率就決定著霧消區(qū)的有效時(shí)間。一般說(shuō)來(lái)，在這個(gè)方面，蒸發(fā)法優(yōu)于物理消除法，因?yàn)榻?jīng)過(guò)消霧的空氣降低了相對(duì)濕度，因而部分地減小了湍流的限制作用。由于擴(kuò)散的時(shí)間與霧消區(qū)寬度的平方成正比，所以這個(gè)因素的影響隨著霧消區(qū)的擴(kuò)大而變得次要。消過(guò)冷霧原理在對(duì)各種天氣現(xiàn)象實(shí)施人工影響活動(dòng)中最簡(jiǎn)單的莫過(guò)于過(guò)冷的霧和層云。其原因就在于這樣一個(gè)事實(shí)：過(guò)冷霧雖然是膠性穩(wěn)定的，但是處于熱力亞平衡狀態(tài)。過(guò)冷水滴的能級(jí)高于更穩(wěn)定的冰相的能級(jí)。只需加入很小的能量便可使過(guò)冷水滴轉(zhuǎn)化成更穩(wěn)定的冰相，最后導(dǎo)致霧的消散。人工消霧的過(guò)程基于冰面上的平衡水汽壓比同溫度下水面上的小這樣一個(gè)物理事實(shí)。當(dāng)冰晶引入過(guò)冷卻的、對(duì)水已達(dá)飽和的霧中時(shí)，水汽在冰晶上凝華使冰晶增長(zhǎng)，從而使水滴蒸發(fā)。當(dāng)冰晶增長(zhǎng)時(shí)，在湍流混合的作用下，冰晶在霧中擴(kuò)散，而這種湍流混合因該空間里水轉(zhuǎn)化為冰所釋放的凍結(jié)潛熱而局部地被加強(qiáng)。冰晶以大約1米/秒的速率向側(cè)面擴(kuò)散，只有當(dāng)冰晶濃度由于降落而大大減小的時(shí)候才會(huì)停止。在10到20分鐘以后，冰晶開始到達(dá)地面。開始引進(jìn)冰晶后一個(gè)小時(shí)咸一個(gè)小時(shí)以上，沉降一直繼續(xù)。根據(jù)霧的厚度、溫度和風(fēng)的情況，有用的霧消區(qū)可在30到60分鐘時(shí)間里形成。一條航線上播撒的冰晶通?？梢援a(chǎn)生1—2英里寬的霧消區(qū)。方法：制造引起人工消霧過(guò)程所需的冰晶，可以采用兩種方法。第一種方法就是播撒晶體結(jié)構(gòu)和冰很相似的、直徑約1微米的粒子。這些粒子用來(lái)作為冰可以在其上生長(zhǎng)的胚胎。這種粒子叫做冰核或凍結(jié)核，冰開始生長(zhǎng)的過(guò)程就叫做異質(zhì)核化。碘化銀是一種最常用的人工冰核。碘化鉛或某些有機(jī)物質(zhì)也被認(rèn)為是有效的成核物質(zhì)。它們?cè)谝?C。以下的溫度時(shí)是有活性的。第二種將冰晶引入過(guò)冷霧中的方法就是均質(zhì)核化。使空氣局部冷卻到-40C以下，從而產(chǎn)生冰晶，在這個(gè)臨界溫度時(shí)，無(wú)需特殊核的幫助，冰的成核作用就可以自然發(fā)生。產(chǎn)生均質(zhì)核化所必需的冷卻是通過(guò)播撒干冰來(lái)實(shí)現(xiàn)的。干冰就是固體二氧化碳，可以在-80C的低溫下存在，或者通過(guò)噴撒到霧中的丙烷這樣的冷卻劑的很快蒸發(fā)和膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種產(chǎn)生冰晶的方法對(duì)于溫度高達(dá)-1C時(shí)還是有效的。消暖霧暖霧是屬于大氣中最穩(wěn)定的云系，和過(guò)冷霧相比較，在暖霧中沒(méi)有可供人工消霧過(guò)程利用的潛在的相態(tài)不穩(wěn)定。消暖霧的方法必須帶點(diǎn)“蠻力”性質(zhì)。消霧所需能量都必須由消霧的方法來(lái)提供。所以必須周密設(shè)計(jì)，才能使得消暖霧的方法實(shí)施得可靠、合算并且又沒(méi)有壞的副作用。過(guò)去幾年中關(guān)于消暖霧方法的研究是從人工消霧過(guò)程的計(jì)算模式模擬和野外試驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行的，通過(guò)使水滴蒸發(fā)以改善暖霧中能見度的有效方法有三種：使霧和上面的較干而暖的空氣機(jī)械混合，直升飛機(jī)下攪混合；用吸濕性物質(zhì)使空氣干燥，產(chǎn)生有實(shí)用價(jià)值的霧消區(qū)所需播撒的吸濕性物質(zhì)的量與該物質(zhì)的粒子大小、化學(xué)性質(zhì)、霧的含水量以及周圍風(fēng)場(chǎng)有關(guān)。這些因素對(duì)消霧過(guò)程的影響已經(jīng)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬研究和野外試驗(yàn)互相促進(jìn)的辦法作出估計(jì)。播撒粒子越小，達(dá)到一定能見度所需吸濕性物質(zhì)的量也就越少，但粒子在霧中呆的時(shí)間就越長(zhǎng)。然而，如果吸濕性粒子太小了，它們將懸浮在霧中使能見度反而變壞。另一方面，粒子太大了，在霧中降落得太快，水來(lái)不及在粒子上充分凝結(jié)。粒子最合適的大小應(yīng)該是它能長(zhǎng)到足夠大以便.從霧中降落出來(lái)，并且使用盡可能少的吸濕性物質(zhì)使其能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間里產(chǎn)生所要求的能見度。消霧效率定義為一個(gè)給定量的吸濕性物質(zhì)所產(chǎn)生的地面最大垂直能見度和氯化鈉所產(chǎn)生的相應(yīng)能見度之比。其所以取氯化鈉作為標(biāo)準(zhǔn)■是因?yàn)樗呀?jīng)廣泛地用于消霧試驗(yàn)中。除了太貴的乙酰銨之外，所有比氯化鈉效率更高的吸濕性物質(zhì)都對(duì)動(dòng)植物有劇毒，或者對(duì)金屬表面有腐蝕作用，或者兩者都有。和氯化鈉的情況一樣，這些物質(zhì)不能在機(jī)場(chǎng)和其他公共場(chǎng)所?，F(xiàn)使用。在這些物質(zhì)中，只有硝酸銨一尿素一水在實(shí)際上被有限地用于那些腐蝕和（或）生態(tài)學(xué)的因素都不太要緊的地方。尿素是最好的、安全的吸濕性物質(zhì)。吸濕性物質(zhì)消霧效率氫氧化鋰4.10氯化銨’： 2.06?’氯化鋰1.88氫氧化鈉 1.85氫氧化鉀 1.31硝酸銨一尿素一水 1.17乙酰銨、 1.02氯化鈉1.00尿素0.93磷酸鈉 0.85硝酸銨 0.84氯化鈣0.62—(3)加熱空氣。最古老而且最有效的消暖霧的方法之一就是通過(guò)碳?xì)浠衔锏娜紵M(jìn)行地面加熱。必需提供足夠的熱能使霧滴蒸發(fā)，并使氣溫升高到使空氣足以容納下霧滴蒸發(fā)出來(lái)的水汽。根據(jù)物理學(xué)的基本定律計(jì)算這個(gè)熱量并不難。消冰霧目前，冰霧一旦形成以后，還沒(méi)有什么實(shí)用的消霧方法。雖然消暖霧的方法原則上也適用于冰霧，但要使這些方法在很低的溫度下仍舊行之有效，需要的能量很大，再加上后勤上的一些要求，使得這些方法在經(jīng)濟(jì)上是不可取的。但是，冰霧可以通過(guò)對(duì)導(dǎo)致冰霧形成的人為造成的核和水汽源實(shí)行控制的辦法來(lái)防止。3.抑制冰雹一般認(rèn)為冰雹有兩個(gè)發(fā)展階段，先是雹胚的形成階段，然后是從雹胚開始的雹塊增長(zhǎng)階段。在冰雹內(nèi)部通常存在著一個(gè)清晰的核心，冰雹就是圍繞這個(gè)核心而增長(zhǎng)的，這個(gè)核心稱為冰雹的胚胎，其直徑為2-3mm到10-15mm。冰雹胚胎既可是凍結(jié)的雨滴，也可能是霰粒（毫米大小的冰聚合物或淞附的冰晶）。降水過(guò)程自然演變，以至形成雨滴、冰晶、雪和霰粒，通常在主風(fēng)暴中強(qiáng)烈的上升氣流使小粒子沒(méi)有足夠的時(shí)間長(zhǎng)到雹胚大小，而從強(qiáng)烈的上升氣流中被驅(qū)逐出來(lái)，下落到較低的地方，然后在較弱的上升氣流中增長(zhǎng)成雹胚，并進(jìn)一步循環(huán)增長(zhǎng)到冰雹大小。比如超級(jí)單體雹云，由于上升氣流中心部位強(qiáng)度大，大量的小云滴會(huì)被氣流在短時(shí)間內(nèi)一直帶到-40C。以上高度，使云滴完全冰晶化，并被高層氣流帶出，形成廣闊的云砧，從而失去通過(guò)碰并增長(zhǎng)降落到地面的可能。但那些處在上升氣流邊緣部位的云滴，由于這里上升氣流較弱，有足夠的時(shí)間逐步長(zhǎng)大而不致升到-40C高度以上。一部分長(zhǎng)大的云滴隨著氣旋性轉(zhuǎn)向的氣流進(jìn)入胚胎簾，那里水量充足，上升氣流不很強(qiáng)，于是可以長(zhǎng)成毫米量級(jí)的胚胎。因此，超單體雹云的前懸回波具有供應(yīng)冰雹胚胎的作用。在這里不斷增大的胚胎因重量增大而下沉，從而掉人上升氣流區(qū)。以后經(jīng)過(guò)循環(huán)增長(zhǎng)形成冰雹降至地面。雹胚必須處在合適的位置和合適的時(shí)間才能變成為冰雹。它必須進(jìn)入合適的高度，這里有恰當(dāng)?shù)纳仙龤饬鲝?qiáng)度，有豐富的過(guò)冷水和足夠低的溫度環(huán)境，而且能保持相當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間，才能使冰雹增長(zhǎng)。人工抑制冰雹的基本物理設(shè)想有：在雹胚形成區(qū)，制造大量人工雹胚，促進(jìn)它們的競(jìng)爭(zhēng)，限制雹胚增長(zhǎng)。改變冰雹的的生長(zhǎng)環(huán)境；使雹胚的生長(zhǎng)因過(guò)冷水含量低、經(jīng)歷時(shí)間少而受抑制。動(dòng)力效應(yīng)，包括誘發(fā)下沉氣流以破壞雹云的自然發(fā)展過(guò)程，促進(jìn)大量小的對(duì)流云形成，以釋放對(duì)流不穩(wěn)定能量。播撒冰核催化劑抑制冰雹這個(gè)方法是前蘇聯(lián)提出的。它的基本思路是，認(rèn)為冰雹云中含水量很大，而自然雹胚數(shù)量不多，它們都能充分并合過(guò)冷水滴長(zhǎng)成大冰雹。為了抑制這些自然雹胚的增長(zhǎng)，向云中引進(jìn)大量人工胚胎，以爭(zhēng)食主上升氣流里可利用的云水，結(jié)果每一個(gè)雹胚都得不到充分的水分，從而使之不能長(zhǎng)成大冰雹。前蘇聯(lián)的這個(gè)抑雹原理是依據(jù)冰雹形成的累積帶理論而提出的，利用催化劑抑制冰雹包含有三個(gè)假設(shè)：雹云中存在一個(gè)液態(tài)水分累積區(qū)，它處在最大上升氣流層之上，那里積累了過(guò)冷卻水大水滴，含水量可達(dá)20-30g/m3,冰雹就生長(zhǎng)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)(稱為雹源)。積累的總液水量是有限的，它與最大上升氣流速度成比例，并認(rèn)為在冰雹生長(zhǎng)過(guò)程中總液水量不變，即NR3=常數(shù)(N是雹胚數(shù)濃度，R是冰雹半徑)。在大冰雹形成以前，向雹源內(nèi)引入大量人工冰核，增加雹胚濃度，可以限制冰雹的增長(zhǎng)。要增加多少人工胚胎才能起防雹作用(根據(jù)含水量不變的假設(shè)，提出冰雹半徑與冰雹濃度的關(guān)系式：其中RI、^為自然條件下生長(zhǎng)的冰雹均立方根半徑與濃度，RK、NK為人工播撤后冰雹的均立方根半徑與濃度。如在自然條件下冰雹濃度為1個(gè)/m3，則人工增加冰雹胚胎2個(gè)數(shù)量級(jí)(NK=100/m3)，就可導(dǎo)致冰雹的均立方根半徑減小4.5倍。如原來(lái)落地的冰雹直徑為1cm，則播云后將減小為0.22cm。圍繞上述催化抑雹原理，80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外做了許多用AgI進(jìn)行冷云催化數(shù)值模擬的工作。利用科學(xué)院大氣物理所三維冰雹云模式，對(duì)發(fā)生在陜西旬邑97728、河南北部98721、遼寧鞍山99715以及江蘇連云港98830等冰雹個(gè)例進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并重點(diǎn)討論了以下三個(gè)問(wèn)題：（1）雹云中是否有含水量的累積帶，（2）冰雹是否生長(zhǎng)于累積區(qū)內(nèi)，（3）針對(duì)累積區(qū)內(nèi)催化是否有效。模擬結(jié)果表明，雹云中存在一個(gè)液態(tài)水分累積區(qū)，位置在最大上升氣流層偏上一點(diǎn)，冰雹生長(zhǎng)于累積區(qū)中心的前上方；在雹云發(fā)展過(guò)程中，累積區(qū)里總液水量在變化，但一直保持著較大的含水量；在累積區(qū)中心、催化，可以起到減雹、增雨的效果；AgI主要起凝華核作用，接觸一凍結(jié)核化作用較弱；催化使雹云中增加了大量冰晶和雪花，它們與過(guò)冷雨滴的碰并使霰（冰雹胚胎）的數(shù)量增加，質(zhì)量減小，使過(guò)冷雨滴大量減少，因而既限制了霰向雹的轉(zhuǎn)化，又抑制了雹因碰凍過(guò)冷水滴而增長(zhǎng)，最終使落地冰雹數(shù)量減少，質(zhì)量減小，降雹動(dòng)能減小，降雨量略有增加。在超級(jí)單體中，美國(guó)學(xué)者認(rèn)為“胚胎簾”是冰雹胚胎生長(zhǎng)的源地，只有經(jīng)過(guò)胚胎簾的粒子才能長(zhǎng)成冰雹。根據(jù)這個(gè)理論，他們提出針對(duì)胚胎簾播撒的方法，即在“胚胎簾”部位及早作業(yè)，播撒催化劑以爭(zhēng)食云水，從而減小胚胎尺度，以防止大胚胎進(jìn)入冰雹生長(zhǎng)區(qū)。這個(gè)設(shè)想是有一定依據(jù)的，是比較合理的。但這顯然是一件棘手的事，因?yàn)閷?shí)時(shí)區(qū)分胚胎簾，并對(duì)之施行播撒是很困難的。為此，我們必須得到胚胎成長(zhǎng)區(qū)和軌跡的準(zhǔn)確估計(jì)，以便更準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行播撤。這就需要我們進(jìn)一步加強(qiáng)研究，增加對(duì)雹暴結(jié)構(gòu)和微觀物理過(guò)程的了解。促進(jìn)雹胚區(qū)早期降水這是很吸引人的防雹假說(shuō)。它認(rèn)為雹胚是在較小的發(fā)展著的云塔（風(fēng)暴的供水云）中形成的，這里上升氣流速度較小，溫度處在-20-0C。范圍，有過(guò)冷卻小水滴存在。在此區(qū)域播撒可形成混合云，冰晶迅速增長(zhǎng)至毫米尺度，加速降水過(guò)程。在這種情況下，由于一些降水粒子在它們被送到主上升氣流之前，將從雹胚源區(qū)落出，因此減少了對(duì)風(fēng)暴雹胚的供給，離開成雹過(guò)程。這種提早形成的雨，既消除了雹胚形成區(qū)的液態(tài)水，又誘導(dǎo)了下沉氣流，減弱了上升氣流。如果原供水云中上升氣流較強(qiáng)，催化產(chǎn)生的粒子作為雹胚也能參加競(jìng)爭(zhēng)起防雹作用。利用這種假說(shuō)進(jìn)行的一些催化作業(yè)獲得令人鼓舞的結(jié)果。3.3.減少冰雹生長(zhǎng)區(qū)水源供應(yīng)冰雹是由胚胎不斷與過(guò)冷水滴碰并而增長(zhǎng)大的。在冰雹生長(zhǎng)區(qū)，水源供應(yīng)非常充足，如果向云下部暖區(qū)引入吸濕性粒子，使該區(qū)云滴增大，促進(jìn)并合，加速暖云降水，就可以減少進(jìn)入過(guò)冷卻區(qū)的水滴。因此，這個(gè)方法旨在于改變冰雹胚胎的生長(zhǎng)條件，減少冰雹生長(zhǎng)區(qū)的水源供應(yīng)。前蘇聯(lián)曾用此法將食鹽送入雹云底部、中部及雷達(dá)最大反射區(qū)，同時(shí)使用成冰催化劑播入冰雹生長(zhǎng)區(qū)，使過(guò)冷水滴冰晶化，阻止冰雹生長(zhǎng)。吸濕性粒子的引入，有助于大滴的凝結(jié)增長(zhǎng)，同時(shí)，由于吸濕性粒子本身的凝結(jié)，也迅速地長(zhǎng)成30-40微米的大滴。劇烈的凝結(jié)增長(zhǎng)，自然導(dǎo)致碰并增長(zhǎng)的加強(qiáng)。這就大大增加特大滴的數(shù)量，將有利于云中暖區(qū)的降水過(guò)程，出現(xiàn)降水對(duì)云過(guò)早的“沖刷”。結(jié)果使云的過(guò)冷區(qū)液水大大減少，使冰雹的生長(zhǎng)條件變壞。如果同時(shí)使用成冰催化劑，引入冰雹生長(zhǎng)區(qū)（-6C。層及以上高度），引起過(guò)冷水滴的冰晶化，則更易阻止冰雹的生長(zhǎng)。這個(gè)方法是有一定事實(shí)依據(jù)的。眾所周知，海洋上雷雨云中降雹的概率遠(yuǎn)小于大陸，這是由于雷雨云中含有大量吸濕性鹽核，加強(qiáng)了云暖區(qū)的降水形成過(guò)程，從而不利于過(guò)冷區(qū)冰雹的生長(zhǎng)。在中緯度地區(qū)，夏季雷雨云中降雹的概率比春秋季少，這是由于夏季雷雨云中的暖區(qū)厚，含水量大，使暖區(qū)的降水形成過(guò)程大大加強(qiáng)，以致使云的過(guò)冷區(qū)供水條件變壞，不利于冰雹生長(zhǎng)?？傊?，在自然條件下，凡是有利于雷雨云暖區(qū)降水的因素，對(duì)冰雹的形成都不利。3.4.爆炸對(duì)冰雹云的動(dòng)力影響在人工抑雹的概念模型中，還有一種動(dòng)力催化效應(yīng)，包括引發(fā)下沉氣流使雹云解體，或激發(fā)大量小的對(duì)流云形成，以釋放對(duì)流不穩(wěn)定能量。我國(guó)使用的爆炸法，可屬此類。用爆炸方法防雹是我國(guó)的一個(gè)特點(diǎn)。早在一、二百年前，云南鶴慶、四川冕寧、陜西綏德以及甘肅的一些地方，農(nóng)民們就已采用土炮打雹。解放以后，雹災(zāi)較重的地區(qū)相繼有組織地開展了群眾性的人工防雹試驗(yàn)，爆炸方法進(jìn)一步廣泛采用，并取得一定效果。國(guó)外也有用爆炸方法防雹的，如意大利、法國(guó)、瑞土、澳大利亞、奧地利及肯尼亞等，一般采用帶有7TNT炸藥的火箭或炮彈發(fā)射到云中爆炸，以影響冰雹云?？夏醽喌膱?bào)告認(rèn)為，爆炸防雹取得了較好的效果。然而爆炸為什么能防雹？爆炸對(duì)云起什么作用？對(duì)冰雹形成過(guò)程有什么影響？這是人們十分關(guān)心的問(wèn)題，也是近年來(lái)為許多氣象工作者所注意并深入研究的問(wèn)題。首先，我國(guó)進(jìn)行了許多有關(guān)爆炸影響云霧降水和垂直氣流的試驗(yàn)。在進(jìn)行土炮和高炮人工降雨和防雹試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)有“炮響雨落”現(xiàn)象。炮響雹落或者炮后冰雹強(qiáng)度增大的現(xiàn)象也常有出現(xiàn)，這可能是爆炸產(chǎn)生的沖擊波，擾動(dòng)或改變了云中的上升氣流，從而破壞了降水粒子與上升氣流的平衡，導(dǎo)致粒子集中下落。炮響雨落（或雹落）的規(guī)律可以應(yīng)用于人工防雹，因?yàn)槲覀兛梢源偈股形葱纬杀⒌脑铺崆敖邓罎?，也可以促使云中已形成的冰雹降落在非農(nóng)業(yè)地段（如荒山、沙丘），以減輕農(nóng)田的冰雹災(zāi)害。為了探討爆炸對(duì)云和降水的影響，一些研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了專門的試驗(yàn)，結(jié)果表明。炮擊促進(jìn)了未降水對(duì)流云產(chǎn)生降水，已降水云增強(qiáng)了降水，炮后雨滴譜變寬，出現(xiàn)雙峰；雷達(dá)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，炮后雹云強(qiáng)度減弱，回波分裂、分叉，有的在炮擊部位出現(xiàn)回波窟窿；爆炸影響垂直氣流中懸浮的葵瓜子實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了葵瓜子降落現(xiàn)象，表明炮擊可以破壞粒子與垂直氣流之間的平衡狀態(tài)，雖然這個(gè)試驗(yàn)很粗糙，它沒(méi)有考慮相似模擬條件，但它比較直觀地模擬了冰雹云中與上升氣流成平衡狀態(tài)的粒子因炮擊突然失去“支撐”而落下，下落粒子拖帶周圍空氣，可以形成一股下沉氣流而引起云消?？茖W(xué)院大氣所為了研究沖擊波對(duì)氣流的影響，專門進(jìn)行了爆炸影響煙粒的實(shí)驗(yàn)。初步結(jié)果表明，炮擊后0.2-0.3秒，在爆炸波的作用下，出現(xiàn)煙道擺動(dòng)和升速減弱現(xiàn)象。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大氣所提出爆炸影響冰雹云宏觀發(fā)展過(guò)程的物理設(shè)想：爆炸產(chǎn)生的沖擊波和爆炸碎片的高濃度粒子群作用，可以直接擾動(dòng)或改變?cè)浦性瓉?lái)的上升氣流。在爆炸高度以上，主要是促進(jìn)上升氣流，在一定條件下可以引起云頂向上發(fā)展；在爆炸高度以下，將誘發(fā)下沉氣流。由于擾動(dòng)了上升氣流，破壞了原來(lái)云中降水粒子落速與上升氣流的關(guān)系。如果原來(lái)降水粒子末速與上升氣流是平衡的，擾動(dòng)可以破壞平衡，造成粒子大量集中下落；如果原來(lái)降水粒子向上運(yùn)動(dòng)，爆炸可減弱上升氣流甚至轉(zhuǎn)變?yōu)橄鲁翚饬?，使得粒子停止上升甚至轉(zhuǎn)為下降。降水粒子的下降拖帶了空氣的下沉，在像冰雹云這樣不穩(wěn)定層結(jié)條件下已經(jīng)產(chǎn)生的下沉氣流將維持并加強(qiáng)，特別是水滴下沉?xí)r的蒸發(fā)吸熱，將促進(jìn)下沉運(yùn)動(dòng)，有可能引起較有組織的下沉氣流發(fā)展，進(jìn)而促使云體消亡。這樣，爆炸破壞了云的自然發(fā)展過(guò)程，或者產(chǎn)生不強(qiáng)烈的降雨、降雹，或者使冰雹云得不到進(jìn)一步發(fā)展。在尚未形成大雹塊的云中，有可能抑制冰雹的形成。爆炸為什么有動(dòng)力效應(yīng)？爆炸產(chǎn)物對(duì)氣流起什么作用？許煥斌對(duì)此作過(guò)系統(tǒng)分析。爆炸主要產(chǎn)物包括氣體、高速飛濺物、沖擊波和聲波。研究發(fā)現(xiàn)，爆炸氣體小于1升，其效應(yīng)可不計(jì)；飛濺物即爆炸碎片，約九塊，以高于聲速向四周飛行幾十米，對(duì)空氣產(chǎn)生曳帶，計(jì)算結(jié)果，拖曳作用很小，可忽略；沖擊波是一種非對(duì)稱波，波形中有一正超壓區(qū)和一負(fù)超壓區(qū)，在正超壓區(qū)給空氣以推力，而在負(fù)超壓區(qū)則是拉力，因正壓區(qū)的作用大于負(fù)壓區(qū)，總的效果是推力。在炸點(diǎn)下方，由低層來(lái)的上升氣流將受到抑制，從而影響氣流。聲波振動(dòng)，對(duì)降水粒子尺度來(lái)說(shuō)可引起粒子運(yùn)動(dòng)邊界層中的動(dòng)量交換，從而影響降水粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。聲波振動(dòng)可使繞流改善，使阻力減少，導(dǎo)致降水粒子末速變大，從而起到“潤(rùn)滑”作用。綜上所述，爆炸產(chǎn)生的沖擊波和聲波，可以對(duì)氣流產(chǎn)生制動(dòng)作用，對(duì)降水粒子的運(yùn)動(dòng)起潤(rùn)滑作用。3.5.爆炸對(duì)冰雹云微物理過(guò)程的影響爆炸沖擊波使冰雹破碎變軟國(guó)內(nèi)外經(jīng)常發(fā)現(xiàn)爆炸作業(yè)后冰雹破碎變軟的現(xiàn)象。有人用“空腔作用”來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象?？涨蛔饔檬菑乃W(xué)上引用來(lái)的，由于水中氣泡的存在，當(dāng)有振動(dòng)時(shí)，在氣泡表面產(chǎn)生很大的局部壓力，因此船舶的振動(dòng)引起空腔作用而對(duì)船殼有很大的損傷。由于冰雹內(nèi)含有液態(tài)水和氣泡，因此認(rèn)為爆炸沖擊波能使冰雹中產(chǎn)生空腔作用而使冰雹強(qiáng)度減弱，以致破碎、變軟。但也有人反對(duì)上述說(shuō)法。爆炸沖擊波觸發(fā)過(guò)冷水的凍結(jié)在一定條件下，爆炸沖擊波可以使過(guò)冷水滴凍結(jié)，引起冰晶化。美國(guó)利用公園里的噴泉做過(guò)實(shí)驗(yàn)。冬季從噴泉中發(fā)出大量過(guò)冷水滴，水滴尺度略大于500微m。用一個(gè)氣球在噴泉旁帶上一根火藥繩，用火藥繩的爆炸模擬閃電發(fā)出的沖擊波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，爆炸后立即有冰粒降落，一次爆炸后冰球陣雨持續(xù)了33秒，而在兩年中進(jìn)行的25次自然取樣中，從未發(fā)現(xiàn)過(guò)冰粒。實(shí)驗(yàn)還指出，當(dāng)溫度為一4C。時(shí)，觸發(fā)凍結(jié)的沖擊波臨界強(qiáng)度約為7克/厘米2,隨溫度降低而減小。爆炸沖擊波引起水滴凍結(jié)的作用機(jī)制，尚無(wú)一個(gè)比較成熟的說(shuō)法。黃世鴻近來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，超聲波和沖擊波不一定能觸發(fā)過(guò)冷水滴凍結(jié)，而超聲速氣流的絕熱膨脹冷卻作用卻是觸發(fā)產(chǎn)生冰機(jī)制。人工催化劑從前面介紹有關(guān)核化的知識(shí)可知，云滴凍結(jié)必須要有凍結(jié)核即冰核，若大氣中無(wú)冰核存在，凈純水凍結(jié)溫度在約一40C。，而自然冰核凍結(jié)的最高閾溫達(dá)一5C。，且大氣中這類冰核數(shù)量有限。有效的人工冰核必須具備凍結(jié)閾溫高和成冰性能好，才能在應(yīng)用上表現(xiàn)出它的潛力。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，至今國(guó)內(nèi)外在應(yīng)用上比較普遍和較為成熟的人工冰核和催化劑有碘化銀，干冰（固體COz）,液氮。國(guó)外還曾使用過(guò)丙烷。我國(guó)70年代還使用介乙醛。這些催化劑從成冰機(jī)理上可歸納成二類?！愂怯筛杀?78.5）、液體丙烷、液氮、液體空氣等組成的致冷劑。這些物質(zhì)融點(diǎn)和沸點(diǎn)低，在通常大氣溫度極易揮發(fā)，揮發(fā)過(guò)程導(dǎo)致很大的溫降，致使局部溫度迅速降至一40C。，甚至更低。在此低溫狀態(tài)，云滴發(fā)生均質(zhì)核化，同時(shí)產(chǎn)生極大的過(guò)飽和，水汽因此發(fā)生凝結(jié)一凍結(jié)，產(chǎn)生大量的冰胚，冰胚在過(guò)飽和條件下，增長(zhǎng)成冰晶。在這些致冷劑產(chǎn)生的冰晶中，由原來(lái)云滴凍結(jié)而成的僅是很小一部分，大量的冰晶是由空氣中的水汽在很低溫度下通過(guò)凝結(jié)一凍結(jié)產(chǎn)生的。第二類是以AgI為代表的固體物質(zhì)是有效的非均質(zhì)核化的成冰核。據(jù)廣泛的研究，這類物質(zhì)是比較多的，如碘化銀，氧化銅以及若干有機(jī)物。無(wú)機(jī)類：AgI、PbI2、CuS等有機(jī)類：介乙醛、間苯三酚等根據(jù)成冰閾溫和成冰率以及應(yīng)用方便程度，至今國(guó)內(nèi)外普遍使用AgI，其它物質(zhì)在應(yīng)用方面的可靠性尚未證實(shí)。AgI基本特性淡黃色粉末，難溶于水，易溶于液氨或丙酮溶液，熔點(diǎn)552C。，在660C。以上高溫可汽化。AgI有兩種晶體結(jié)構(gòu)：六方體和立方體。前者與冰結(jié)構(gòu)相似，晶格常數(shù)極為接近，故能起冰核作用，成冰閾溫比較高，低于-4C即可成冰。在-10C時(shí)，1克AgI可產(chǎn)生1012—1013個(gè)有效冰核，是一種高效催化劑。作用機(jī)制1） T<SC="0