人工影響天氣技術(shù)原理及其應(yīng)用

人工影響天氣技術(shù)原理及其應(yīng)用摘要：人工影響天氣技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和天氣調(diào)節(jié)方面均發(fā)揮著十分重要的作用。隨著社會的不斷發(fā)展和人類對天氣過程的認(rèn)識不斷加深，社會大眾和各個行業(yè)對天氣、氣候的敏感性逐漸增強(qiáng)，人工影響天氣技術(shù)也不斷完善。本文在探討人工影響天氣技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，分析了人工影響天氣的具體應(yīng)用，并給出了幾點提升人工影響天氣質(zhì)量對策，僅供相關(guān)部門進(jìn)行參考借鑒。關(guān)鍵詞：人工影響天氣技術(shù)原理應(yīng)用對策刖言人工影響天氣是人類通過現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段對局部天氣過程進(jìn)行影響，進(jìn)而實現(xiàn)人工增雨、防雹、消霧等目的活動。我國是世界上受氣象災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國家之一，開展人工影響天氣作業(yè)，可以有效降低干旱、冰雹、霧霾等天氣帶來的危害，是確保水資源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需求，也是保證我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。1、人工影響天氣技術(shù)原理1.1暖云人工增雨的原理整個云體溫度超過0°C的云稱之為暖云，雖然云頂溫度在0°C以下，但云頂因過冷卻云滴組成的云也被稱之為暖云。對于這種類型云的自然降水形成過程是:氣流在上升過程攜帶一定量的水汽進(jìn)入到云中，通過凝結(jié)而形成云滴，在凝結(jié)與碰并過程的共同作用下形成雨滴，最終則會降落到地面形成了降水天氣。暖云降水是凝結(jié)與湍流的碰并后，會有較大的水滴出現(xiàn)在云內(nèi)，之后較大水滴因重力的碰并，體積迅速增加就形成了雨滴。若是云內(nèi)因缺乏大水滴而不能降水或者降水強(qiáng)度較小，通過人工方式引入大水滴或者是產(chǎn)生大水滴的物質(zhì)就能產(chǎn)生降水天氣或者增加降水強(qiáng)度，這就是暖云人工增雨的原理。1.2云的動力催化原理在冷云催化的作用下，會有大量的冰晶出現(xiàn)在云中，該過程中會有潛熱釋放出來，進(jìn)而對積云的宏觀動力進(jìn)行改變，之后則會出現(xiàn)降水天氣。云內(nèi)、云外間的溫度差會產(chǎn)生浮力，在很大程度上決定積云中上升氣流速度。尤其是對于發(fā)展較為旺盛的積雨云來說，其內(nèi)涵蓋的過冷水滴數(shù)量較多。若是將大量成冰的催化劑播撒到這種云中，會在短時間內(nèi)造成過冷水滴凍結(jié)，并釋放大量潛熱，在冰粒表面凝華的水汽也會釋放潛熱。過冷水滴凍結(jié)和冰粒凝華中釋放的潛熱，會造成云中局部的溫度增加0.5°C左右，這將加大浮力而促進(jìn)某些積云的上升氣流速度增大，云的體積擴(kuò)展，其生命期延長，云體內(nèi)的水分總量加大，降落到地面上的云水量隨之增加。1.3冷云人工增雨天氣原理人們習(xí)慣將溫度不高于0C的云稱之為冷云。這種類型的云中同時存在過冷水滴、冰晶和水汽，對云中的冰水進(jìn)行轉(zhuǎn)化是降水天氣產(chǎn)生的關(guān)鍵。早在1935年貝吉龍（Bergeron）就提出了以下的理論假說：在溫度一定的情況下，冰面飽和水汽壓要比水面飽和水汽壓低，若是實際的水汽壓在這兩者之間，空氣中多余的水汽將會被過冷云中的冰晶不斷奪取，此時水滴不斷向外蒸發(fā)，而冰晶則因凝華作用迅速增長，進(jìn)而出現(xiàn)冰晶效應(yīng)。在水滴蒸發(fā)和冰晶長大的過程中，也就是冷云中冰水的轉(zhuǎn)化，這就是貝吉龍過程，也被稱之為蒸凝過程，是冷云降水的核心所在，在近代人工影響冷云降水中發(fā)揮著重要作用。若是將一定量的催化劑播撒在0?30C的過冷卻云中，此時將會有大量的人工冰晶生長，在經(jīng)過貝吉龍過程后就會產(chǎn)生降水，進(jìn)而實現(xiàn)人工增雨的目的。1.4人工防雹原理1.4.1播撒過量的催化劑在冰雹云的中上部往往是冰雹生長區(qū)，這里的累積帶上有很大的過冷卻水存在。若是氣流在累積帶上運(yùn)動，其上升速度很慢，再加上溫度較低，進(jìn)而產(chǎn)生了雹胚，之后與過冷水滴發(fā)生多次碰撞，體積不斷增加。在強(qiáng)大上升氣流的影響下，雹胚表面有大量的液態(tài)水包裹，進(jìn)而形成冰雹。若是將大量的人工冰雹胚胎引入到該累積區(qū)內(nèi)，并將水分濃度減少到一定數(shù)值，就會抑制冰雹的形成。1.4.2云中爆炸將人工增雨防雹炮彈朝云中發(fā)射，在爆裂的過程中會形成強(qiáng)烈的沖擊波，冰雹將會出現(xiàn)振動，同時還會降低云層中過冷卻液態(tài)水含量，進(jìn)而造成冰雹變軟并阻值體積的再次擴(kuò)大。1.5人工消霧霧是接近地面的云，分為冷霧、暖霧和冰霧。消冷霧主要是向霧中播撒碘化銀成冰劑或者干冰、液氮、丙烷等致冷劑，產(chǎn)生大量冰晶，迅速增長沉降，以減輕霧的濃度。消暖霧主要有三種方法：在霧中播撒氯化鈣溶液和鹽粉等吸濕劑，以形成大滴沉降減小霧濃度；向霧區(qū)噴射高溫氣體，以加熱蒸發(fā)霧滴；用螺旋槳攪動，使上下干濕空氣混合，消除霧氣，改善能見度。消冰霧原則上也使用加熱法。1.人工影響天氣的應(yīng)用2.1糧食增產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中受氣象條件的影響較大，尤其是氣象災(zāi)害會直接作用到農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)上，能否對水資源進(jìn)行合理開發(fā)利用，對糧食增產(chǎn)有重要的保障作用。在《全國新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009一2020年）》中就已經(jīng)明確指出了要對人工增雨和人工防雹能力加強(qiáng)建設(shè)，對相關(guān)的業(yè)務(wù)體系不斷進(jìn)行完善，以期為人工影響天氣工作的開展提供有效的服務(wù)保障，由此不難發(fā)現(xiàn)人工影響天氣在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位。冰雹是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)災(zāi)害性天氣之一，以春、夏季頻繁出現(xiàn)，具有明顯的季節(jié)性和局地性特征，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的危害不容小覷。若是冰雹天氣出現(xiàn)在農(nóng)作物生長期和成熟期內(nèi)，輕則會影響農(nóng)作物產(chǎn)量，重則會造成絕收，嚴(yán)重影響著農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入水平。干旱也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要災(zāi)害性天氣，特別是以春旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害最大，不利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)農(nóng)作物的形成。在防雹和抗旱減災(zāi)過程中，人工影響天氣是唯一的技術(shù)保障手段，也是最經(jīng)濟(jì)的方法。因此，應(yīng)選用科學(xué)有效的技術(shù)手段，對現(xiàn)有的人工影響天氣不斷進(jìn)行完善，增強(qiáng)作業(yè)水平，以降低干旱、冰雹對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，積極創(chuàng)造和調(diào)節(jié)有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象條件。2.2緩解水資源短缺中的應(yīng)用對于地球上大多數(shù)的生命類來說，水、空氣和陽光是其賴以生存的重要資源。我國國土資源遼闊，人口眾多，因水資源時空分布不均，使得人均水資源占有量只有2100立方米左右，還不足世界平均水平的30%，是世界上缺水最為嚴(yán)重的國家之一，區(qū)域性和季節(jié)性缺水問題較為突出，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活工作的正常開展極為不利。因工業(yè)化城鎮(zhèn)發(fā)展進(jìn)程不斷加快和人口數(shù)量的增加，水資源短缺的問題日益突出。尤其是在人口密集的城市中，水資源短缺會造成居民生活用水緊張。而在有利的天氣形勢下，通過人工影響天氣技術(shù)對空中云水資源進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以結(jié)合不同地理區(qū)域氣候背景和服務(wù)保障需要，開展有針對性的人工增雨作業(yè)，提升區(qū)域內(nèi)降水量和降水強(qiáng)度，進(jìn)而緩解水資源緊張的問題。因嚴(yán)峻的水資源短缺問題，早在《全國抗旱規(guī)劃》中就已經(jīng)提出了通過人工影響天氣對空中云水資源進(jìn)行開發(fā)。加強(qiáng)規(guī)模化、常態(tài)化人工影響天氣作業(yè)，可以增加缺水地區(qū)的降水量，通過儲備水資源，可以在一定程度上解決水資源不足方面的問題，使社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。2.3人民生活和交通運(yùn)輸中的應(yīng)用不利的氣象條件會對社會大眾生活的方方面面產(chǎn)生影響。為了緩解因水資源短缺而造成的部分河流斷流以及水庫蓄水嚴(yán)重不足的問題，迫切需要對空中云水資源進(jìn)行科學(xué)有效地開發(fā)，提升降水量，減少居民用水緊張的問題。大霧等復(fù)雜天氣的出現(xiàn)會對航空、鐵路、公路等交通運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，需要及時采取科學(xué)有效的技術(shù)手段進(jìn)行緩解。近些年來，霧霾等天氣的出現(xiàn)威脅著人體生命健康、交通運(yùn)輸、城市環(huán)境，春季和秋季是霧、霾天氣的高發(fā)期，會導(dǎo)致航班延誤、高速公路堵塞，而在機(jī)場和高速公路上開展人工消霧作業(yè)，可以有效降低霧、霾天氣對社會生產(chǎn)及社會大眾的危害。1.加強(qiáng)人工影響天氣對策3.1緊扣重點，增強(qiáng)服務(wù)水平①強(qiáng)化為農(nóng)服務(wù)。應(yīng)提前制定出科學(xué)有效的人影作業(yè)年度實施方案和關(guān)鍵農(nóng)事季節(jié)作業(yè)計劃，對干旱、冰雹等災(zāi)害性天氣進(jìn)行實時監(jiān)測，不斷完善作業(yè)布局，在有利的天氣形勢下積極開展人工影響天氣作業(yè)，降低氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害。②加大云水資源開發(fā)。做好空中云水資源的監(jiān)測評估工作，結(jié)合生態(tài)保護(hù)及城市建設(shè)需求，在水源涵養(yǎng)地、城鎮(zhèn)等生活影響區(qū)積極開展人工增雨（雪）作業(yè)。③做好突發(fā)事件和重要活動保障工作。針對大范圍的重大干旱、森林火災(zāi)、空氣污染等事件，應(yīng)提前做好作業(yè)預(yù)案，對工作機(jī)制不斷進(jìn)行完善，第一時間開展人工影響天氣作業(yè)，確保重大活動可以順利進(jìn)行。3.2夯實基礎(chǔ)，提升服務(wù)能力①加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。政府部門應(yīng)加大資金投入力度，做好地面流動作業(yè)點標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和改造，增強(qiáng)人工影響天氣作業(yè)覆蓋率和安全性水平。及時更新老舊設(shè)備，增強(qiáng)人影作業(yè)自動化水平。②強(qiáng)化作業(yè)體系建設(shè)。為了增強(qiáng)人工影響天氣作業(yè)預(yù)警預(yù)報水平，應(yīng)盡快建立布局合理、專業(yè)化程度高的人工影響天氣綜合觀測網(wǎng)絡(luò)。③提升科技支撐能力。氣象部門可在社會中公開招聘優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)人員，加大人工影響天氣基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，加強(qiáng)與高校、科研所等的溝通交流，積極開展多領(lǐng)域、多學(xué)科的技術(shù)研發(fā)工作。3.3加強(qiáng)保障，優(yōu)化運(yùn)行管理①增加投入力度。政府部門應(yīng)對人工影響天氣加大政策支持力度，將人工影響天氣工作中的經(jīng)費(fèi)列入到同級的財政預(yù)算中來，結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展實際，穩(wěn)定增加人工影響天氣投入。做好重點工程建設(shè)，不斷拓寬投入渠道，并通過引入社會資金，對當(dāng)?shù)刂饕芤嫘袠I(yè)的投入機(jī)制不斷進(jìn)行完善；為了提升資金的使用效益，需對經(jīng)費(fèi)進(jìn)行科學(xué)管理。②加強(qiáng)人才隊伍建設(shè)。應(yīng)通過多種方式加大高層次科技人才的引進(jìn)和培養(yǎng)，對從業(yè)人員加強(qiáng)繼續(xù)教育和在職培訓(xùn)，對現(xiàn)有的人才培養(yǎng)機(jī)制不斷進(jìn)行完善，盡快打造出一支綜合素質(zhì)高、結(jié)構(gòu)合理的人影作業(yè)隊伍。對人影作業(yè)人員的管理和激勵機(jī)制進(jìn)行完善，并將其逐步納入到公益性崗位管理中來，還要加大相關(guān)津貼補(bǔ)貼、社會保障等的配套政策，以穩(wěn)定作業(yè)隊伍。③完善相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)根據(jù)本地實際，制定出與之相關(guān)的配套規(guī)章制度。對人影標(biāo)準(zhǔn)化體系加強(qiáng)建設(shè)，完善作業(yè)資質(zhì)和資格管理制度，對作業(yè)裝備和相關(guān)設(shè)施的準(zhǔn)入條件進(jìn)行規(guī)范。加強(qiáng)行政執(zhí)法監(jiān)督，定期開展執(zhí)法檢查工作，以保證人工影響天氣工作順利進(jìn)行。結(jié)論：綜上所述，在全球氣候變暖、水資源日益短缺、干旱災(zāi)害逐年加劇的大背景下，人工影響天氣技術(shù)在擁有廣闊、良好發(fā)展前景的同時，也背負(fù)著沉重的責(zé)任。相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)人工影響天氣技術(shù)的研究，將人工影響天氣的社會效