如何“呼风唤雨”?

Artificial weather

人工影响天气




什么是人工影响天气

    人工影响天气是指在适当的天气条件下,通过人为手段使天气现象朝着人们预定的方向转化。国际人工影响天气从20世纪50年代开始兴起,期间开展了一些著名的科学实验,推动了人工影响天气的发展。我国也紧随国际的步伐,开展了对人工影响天气的研究,经过持续的场外、室内试验,已经初步形成了以飞机、高炮和火箭为主要手段的人工增雨和防雹作业体系。在21世纪初,由于抗旱防灾、减灾和改善生态环境的需要,人工影响天气的服务范围不断扩大,已延伸至人工消减雨、消雾和森林防火等领域。

    2019年的四川省凉山州木里县雅砻江镇森林火灾中,在四川省气象局人影办公室指挥协调下,三星通航开展了空中增雨作业,为正处于旱季的凉山地区“创造”出3.5毫米雨量,有效降低了火的蔓延速度。今年我国台湾省遇到了几十年罕见的旱情,其南部地区的主要水库在3月份有效蓄水量存量低于二成,是否可以通过人工增雨“创造”降水来缓解旱情呢?需要注意的是,人工影响天气不等于人工制造天气,需要在特定的条件下才能顺利开展,并达到预期效果。那什么才是适宜人工增雨作业条件呢?


人工增雨作业

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What is weather modification



降雨的条件

1、自然降雨

    降水是云中的水分以液态或固态的形式降落到地面的现象,降水形成需三个基本的条件:充足的水汽;气块能够被抬升并冷却凝结;较多的凝结核。自然降水过程一般分为成云和降水两个阶段,成云过程是由于大气中气块被抬升冷却,使空气中的水汽达到饱和或过饱和状态,降水过程是大小云滴经过碰并过程、冰水转化增长成降水粒子。


降雨机理示意图


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2、人工增雨条件、方式

  我们无法改变自然降水的成云阶段,只能依靠自然,选择可以产生降水的对象进行人工影响。我们可以在具有潜力的云体中,播撒冷云催化剂(干冰、人工冰核)或暖云催化剂吸湿性核(如盐粒)加快云滴凝结或合并增大,形成降水。

  人工增雨的作业方式有:地面布置AgI燃烧炉为主手段的地面增雨(适应于经常有地形云发展、交通不便的山区)、高炮和火箭为主的地面作业(适应于在固定目标区作业,有强对流云情况下的催化作业)、飞机催化作业。飞机催化作业灵活机动、可以精确把握催化位置,并且在催化作业前可利用飞机上装载的粒子探头如降水成像仪、云组合探测仪、气溶胶探测仪等进行空中探测,得到云中各个粒子浓度的含量,把握合适的催化部位和催化时机,为人工增雨作业提供一定的帮助,减少人工增雨作业的盲目性。


机载探测探头

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Conditions of rainfall



飞机探测试验研究

   由于气象条件和云系的结构的不同,各地的云的微物理特征也不尽相同,利用飞机探测可以准确的得出云中的小云粒子、大云粒子、降水粒子、气溶胶粒子的粒子浓度、有效直径和粒子谱分布等,从而分析各个物理量的特征,得出适宜当地人工增雨的时机。现阶段,已经有很多的学者利用飞机探测实验数据,对当地的云微物理特征进行了一定的分析,下面简单列举了在河北、广西、四川地区的一次探测结果研究分析。

    河北:河北省春季层状云降水系统存在不确定性,存在较强降水云带。研究得出冷云中冰晶尺度随高度降低而增大,在3400-3100m冰晶增长最快,冰晶粒子易于攀附和粘连。冰晶浓度在4400m处最大,液水含量在4000m处最大,且由于冰晶消耗过冷水,所以较大冰晶浓度值对应的过冷水含量较少。

    广西:探测资料分析得出层状暖云垂直方向上分层明显,无降水云一般为单层或两层结构但间距有大有小,而降水云中多为两层及以上构成且层间间距较小,在云顶附近出现逆温。云滴浓度在接近地面的下层云底最大,液水含量和云滴有效直径在云底出现最小值,且随高度先增加后减小,一般在云层中部出现峰值区。

    四川:利用飞机穿云观测探测结果表明,云系为上冷下暖的混合云系,暖层厚约3200m,过冷层较薄为1800m。探测云系顶部为播种层,有较多的冰晶,冰晶作为凝结核向下播撒,冰晶在过冷层迅速增加,掉到0℃层以下,冰晶融化为水滴。同时,暖层中存在启动碰并的降水元,暖云过程得以启动。


Research on aircraft detection test



一次飞机探测的介绍

   根据三星通航公司在四川盆地地区进行的一次飞机观测探测资料,分析得出此次飞机几乎处于冷云中飞行。首次入云高度为4976m,最低入云高度为2363m,期间穿越753m厚的层状云,上升阶段0℃高度层为3339m,下降阶段0℃高度层为2574m。且此次飞行大多处于可播区,小部分处于强可播区,在可播区内含有丰富的云水区,过冷水含量均值约为0.2g/cm3,温度约为-5℃。根据CIP粒子图像可知,在本次飞行中,存在冰晶含量丰富的播撒层,为人工增雨作业时机的判断提供了一定的帮助。


cip粒子图像 

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(文章来源:航空气象创新应用联合实验室微信公众号)





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