今年是人工影響天氣事業(yè)60周年——科技助力化云為雨
人工影響天氣火箭增雪作業(yè)現(xiàn)場。 郭靜原攝
人工影響天氣飛機(jī)作業(yè)時(shí)，登機(jī)技術(shù)人員實(shí)時(shí)查看探測儀器數(shù)據(jù)。 郭靜原攝
天上的朵朵白云，如何才能變成地上的綿綿細(xì)雨？有時(shí)，云會自己長大、成熟，然后化為雨水；但有時(shí)，云長得太慢，地上的動植物干渴難耐，怎么辦？
隨著科技不斷發(fā)展，飛機(jī)、火箭、高炮、煙爐等五花八門的裝備搭配上“風(fēng)味”不同的催化劑——在特定天氣條件下，“化云為雨”已經(jīng)成為可能
如今，人工增雨技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)生活中。除了在干旱時(shí)增雨，人工影響天氣還能增雪、消雹、消霧和防霜凍等。
今年是人工影響天氣事業(yè)60周年。60年前，在對抗旱減災(zāi)的希冀中，“人影”工作應(yīng)時(shí)而生；60年后，在人與自然和諧共處、趨利避害的可持續(xù)發(fā)展中，“人影”工作還將向天空延展出更美的畫卷。
摸清天氣的“脾性”
人類自古便祈天求雨。隨著科技的發(fā)展，人類終于在20世紀(jì)開始真正了解天氣的“脾性”，開創(chuàng)了人工影響天氣新紀(jì)元
在古代，每逢久旱不雨，古人會祈天求雨，古籍中對此多有記載。17世紀(jì)，清代《廣陽雜記》載有：“夏五、六月間，常有暴風(fēng)起，黃云自山來，必有冰雹，土人見黃云起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去。”這是歷史上第一次清楚記載用土炮轟擊雹云，以減輕冰雹對農(nóng)作物收成的影響。
祈雨可能要憑運(yùn)氣，但土炮轟擊則有些誤打誤撞——在合適的天氣條件下，火藥的顆粒物會讓雨形成得更容易些，或是由于爆炸擾亂局地氣流，從而引發(fā)降雨。
科學(xué)家開始真正了解天氣的“脾性”，是在1938年，美國科學(xué)家霍爾頓在麻省理工學(xué)院試驗(yàn)站用吸濕性物質(zhì)播入暖霧中消霧，這是首次符合物理原理并獲得成功的人工影響天氣科學(xué)試驗(yàn)。緊隨其后，1946年，美國人文森特·謝弗發(fā)現(xiàn)干冰能夠提供大量冰晶，英國人馮內(nèi)古特則找到了有效的、可以作為冰核的物質(zhì)——碘化銀。這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了具有現(xiàn)代科學(xué)意義的人工影響天氣新時(shí)代——若是把干冰和碘化銀送入充滿水汽的云中，人工影響天氣便可不拘泥于論文里。
我國最初的人工影響天氣試驗(yàn)當(dāng)屬20世紀(jì)50年代的山西消雹。1950年7月6日的《山西日報(bào)》記載，“為防春雹，開春就部署土炮土槍，并由民兵組成觀天組、炮手組等。特別是當(dāng)年5月25日天氣陡然悶熱，武鄉(xiāng)縣151個(gè)村莊警覺起來，當(dāng)西北方黑云壓頂移來時(shí)，上千門土炮土槍齊擊云體，迫使雹云四散。”科學(xué)家認(rèn)為，云底與地面間的氣流可以被土炮干擾，進(jìn)而起到四兩撥千斤的作用，改變天氣形態(tài)。
而由民間試驗(yàn)轉(zhuǎn)為正式作業(yè)發(fā)生在1958年的吉林。那年，吉林省自春迄夏降水稀少，農(nóng)田缺水，水庫容水不足，發(fā)電也困難。吉林省氣象局開始考慮模仿國外的辦法人工增雨。
當(dāng)時(shí)，他們一方面請?zhí)K聯(lián)專家協(xié)助制造干冰，一方面又學(xué)習(xí)了剛編譯的世界氣象組織人工影響天氣資料，還爭取到中國科學(xué)院地球物理研究所的協(xié)助。終于，在有利天氣條件下，氣象部門采用飛機(jī)在云中播撒干冰的方式，造雨成功，開創(chuàng)了我國飛機(jī)播撒干冰人工影響天氣的第一步。
金風(fēng)玉露一相逢
要實(shí)現(xiàn)化云為雨，需要4類技術(shù)支撐：一是快速精準(zhǔn)的作業(yè)條件判識技術(shù)；二是科學(xué)高效的催化和播撒；三是空地一體化指揮；四是效果檢驗(yàn)
并非所有的云，都可以化成雨水。晴空萬里，天上點(diǎn)綴的絲絲縷縷輕薄白云，就無法經(jīng)人工影響化作雨水。
“地球水循環(huán)系統(tǒng)周而復(fù)始，作為淡水資源最重要的來源，大氣降水實(shí)際上來自海洋和陸地水的蒸發(fā)。”中國氣象局人工影響天氣中心主任李集明告訴經(jīng)濟(jì)日報(bào)記者，當(dāng)水汽上升，會在天空冷卻凝結(jié)成云，再以雨、雪等形式降落地面，滲入土壤或形成徑流匯入江河湖海；當(dāng)水分再次蒸發(fā)，會補(bǔ)給大氣水汽，循環(huán)不止。而空中云水資源主要分布于對流層大氣中，也就是中低層云里。
據(jù)他總結(jié)，人工影響天氣需要4類技術(shù)支撐：一是快速精準(zhǔn)的作業(yè)條件判識技術(shù)；二是科學(xué)高效的催化和播撒；三是空地一體化指揮；四是效果檢驗(yàn)。要想實(shí)現(xiàn)增雨，首先得有一團(tuán)合適的云體。一般來說，當(dāng)云的厚度超過2000米，缺乏冰晶卻擁有豐富的過冷水，且云體外具有充足的水汽通過輻合抬升源源不斷補(bǔ)給，就算通過“審核”，認(rèn)定具備增雨潛力。
但天高云淡，肉眼無法辨別云里的情況，負(fù)責(zé)“審核”的重任就落在了現(xiàn)代化探測設(shè)備上。目前，這項(xiàng)任務(wù)由天氣雷達(dá)、探空儀、地球靜止衛(wèi)星、極軌衛(wèi)星、探測作業(yè)飛機(jī)等組成的綜合監(jiān)測系統(tǒng)具體執(zhí)行，由它們鎖定合適的、可以作業(yè)的目標(biāo)云。當(dāng)目標(biāo)云“現(xiàn)身”，時(shí)機(jī)出現(xiàn)，只待“金風(fēng)”“玉露”一相逢，便可化云為雨。
據(jù)青海省人工影響天氣辦公室副主任王黎俊介紹，人影作業(yè)還得依靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷——當(dāng)作業(yè)條件成熟后，提出包括催化劑量、作業(yè)設(shè)備和作業(yè)時(shí)機(jī)等在內(nèi)的作業(yè)方案，向空管部門申請作業(yè)空域。目標(biāo)是在時(shí)機(jī)未“溜走”之前，把催化劑送到云中，像“鹵水點(diǎn)豆腐”一樣，把云“催化”成雨水。
有時(shí)，碰到強(qiáng)對流云產(chǎn)生閃電，派出飛機(jī)作業(yè)很危險(xiǎn)，工作人員則會計(jì)算好方位，在作業(yè)點(diǎn)用火箭發(fā)射架向空中發(fā)射含有催化劑的火箭彈。當(dāng)火箭彈抵達(dá)預(yù)定目標(biāo)云位置，催化劑自動點(diǎn)燃，且隨著火箭彈沿途播撒，完成催化作業(yè)。
在山區(qū)等特殊地形中，則建有增雨煙爐，催化劑在煙爐燃燒后裊裊升空，直抵云中；還有一種高炮裝備，它的主要任務(wù)是對付冰雹——將炮彈攜帶的人工冰晶打入目標(biāo)云中，與自然雹胚競爭周圍環(huán)境中有限的水分資源，從而抑制冰雹增長，把危害嚴(yán)重的大雹塊“扼殺”在搖籃里。
“一般情況下，當(dāng)催化劑成功送達(dá)15分鐘至20分鐘后，降雨的效果便開始顯現(xiàn)。”王黎俊說。
科學(xué)利用云水資源
在我國年均降水總量中，云降水效率約為40％至60％，如果能被充分科學(xué)利用，將極大解決我國的干旱問題
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國平均年降水總量約6萬億噸，而云降水效率約為40％至60％。可以看出，有大量的云水沒有降落到地面而是蒸發(fā)或移走了。
如此龐大的空中云水資源如果能被充分利用，將極大解決我國的干旱問題。中國氣象局應(yīng)急減災(zāi)與公共服務(wù)司副司長郭虎表示，60年來，人工影響天氣已經(jīng)成為防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)文明建設(shè)的有力手段，是為農(nóng)服務(wù)體系建設(shè)的重要內(nèi)容，也是保障水資源安全的有效途徑——
在旱災(zāi)雹災(zāi)肆虐期和關(guān)鍵農(nóng)時(shí)季節(jié)，跨區(qū)域調(diào)動飛機(jī)、火箭等作業(yè)裝備，人工增雨作業(yè)覆蓋面積約500萬平方公里，人工防雹作業(yè)保護(hù)面積達(dá)50萬平方公里，有力保障糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)作物安全。在三江源等重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)、華北等水資源嚴(yán)重短缺區(qū)、江河湖庫上游，開展大范圍、常態(tài)化生態(tài)修復(fù)型增雨作業(yè)，補(bǔ)充生態(tài)用水，擴(kuò)大湖泊濕地面積，增加草地生物量和覆蓋度。在重大森林火災(zāi)搶險(xiǎn)和國家重大活動天氣保障的關(guān)鍵時(shí)期，調(diào)集人工影響天氣作業(yè)力量，順利完成內(nèi)蒙古大興安嶺林火等重大災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)，以及國家各種重大活動的應(yīng)急保障任務(wù)。
“如今，我們自主研發(fā)的3公里精細(xì)化云降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)已投入運(yùn)行；國產(chǎn)新型高效催化劑研發(fā)取得突破性進(jìn)展，催化效率提高百倍以上；雷達(dá)指揮、自動發(fā)射、立體播撒的火箭作業(yè)系統(tǒng)研制成功，技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平并廣泛投入使用。”郭虎說，近年來，中國氣象局已為21個(gè)“一帶一路”沿線國家提供了80余次人工影響天氣技術(shù)服務(wù)，不斷擴(kuò)大國際合作。
或許有人還心存疑問：人類向云索取水資源，是否違背了自然規(guī)律？是否會加劇環(huán)境污染？科學(xué)家經(jīng)過多年研判，給出了否定答案：按照空中云水資源形成的條件和過程來看，它是一種可再生資源，且人工影響天氣作業(yè)常常是幾十公里的中小尺度，不會影響到整個(gè)氣候系統(tǒng)；此外，每次作業(yè)僅需少量催化劑，并且干冰和液氮這些催化劑在汽化后成為二氧化碳和氮?dú)猓粫廴经h(huán)境。
“我國水資源分布極不均勻，提高空中云水資源開發(fā)能力是大勢所趨。當(dāng)前，我國空中云水資源利用主要仍以防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急抗旱為主，并不斷向生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水資源開發(fā)等方向邁進(jìn)。”郭虎說。（記者 郭靜原）
