（第一节）人工影响天气简介
气象用通俗的话来说，它是指发生在天空中的风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、闪电、打雷等一切大气的物理现象。本丛阐述了气象与人类生活的关系及影响。
人工影响天气，就是在一定的有利时机和条件下，人们通过一定科学技术手段，对大气施加影响。希望大气向着人们希望的方向转化，以达到防灾减灾的目的。人工影响天气的科学基础，就是通过在大气中播撒各种催化剂，使大气中的云物理结构发生变化，从而达到降雨、除雾、防雹、消除雷电等效果，达到减轻或避免气象灾害目的的一种科技措施。
科学的人工影响天气是在美国的诺贝尔奖获得者朗格缪尔指导下，于20世纪40年代末在实验室的试验基础上发展起来的。1946年美国的谢弗用干冰对层积云进行催化试验，发现云中过冷却水滴很快转化为成群的冰晶，不断增大并从云底下落，在云中留下一个明显的空洞。接着，谢弗和万涅古特发现了可使过冷云中产生冰胚的催化剂---碘化银。至今，与某些化学物质复合产生的碘化银仍然是普遍使用的播云催化剂。
我国是一个农业大国，也是世界上气象灾害发生最严重的国家之一，早在1958年我国就已经开始了大规模的现代人工降雨试验，现在广泛实施人工影响天气已经成为了防灾减灾工作的一项重要措施。截止2005年底，已有1952个县开展了人工影响天气作业。全国从事人工影响天气作业的人员已经超过2.7万人。很多地区利用飞机、高炮、火箭等运载工具向云中播撒碘化银、干冰等催化剂进行人工防雷、防雹作业，在农田进行人工防霜，以及在机场进行人工消雾等。
（第二节）人工影响天气的目标及途径
自然云雨过程蕴藏着巨大的能量，全球年降水总量释放的潜热为1.24×1024J，而1980年世界能耗约5×1020J，仅及前者的万分之四。中等强度的台风所具有的总能量十分惊人，相当于100颗氢弹爆炸所释放的能量。即使单个的大型风暴所转换的能量，也与中等量级的氢弹爆炸释能相当。考虑到人工向大气输送能量的动能转化效率很低（大约3％），虽然在特定条件下人工释放大量能量也可使局部天气发生变化，如大气层核武器试验在一定大气层结下可伴有阵雨产生，大型炼油厂火灾也可伴生积云，但若以人工影响天气为目的，用上述直接输能方式进行试验，不仅耗费极大，没有社会经济效益，而且其预定目标也不是总能实现的。人们意识到人工影响天气的可能途径，不是人工直接向自然界提供能量，而是如何引入触发机制，促使自然能量再分配，使人工影响起到牵一发而动全身的功效，引导自然能源为我所用。目前已经确认了一些大气过程中的不稳定因素，使人工干预的目的就在于通过对不稳定因素的较小扰动，改变其自然演变进程。常使用向云中播撒凝结核或冰核的方法改变云的微物理结构或动力学条件，以达到防雹、增加降水、消雾等目的。
随着人工影响天气试验和业务工作的开展，从探测分析天空云水资源，探讨降水潜力入手，通过理论和实验研究，发展了人工影响天气试验设计原理，探索和检测新的催化剂配方和机理研究，提高了作业的技术水平。由于自然降水过程的复杂性，降水量自然变率很大，而且目前人工影响天气的效果并未超出自然变率，因此必须用统计分析方法对人工影响的效果作出统计学评估。但即使最完善的统计方法，也不能取代试验的物理推断。物理的和统计的以及两者相结合的检验，是人工影响天气效果评价的基本方法。近年来又发展了人工影响天气的数值试验和数值模拟，关键在于提出定量的人工催化假设，包括云、降水定量预报，催化对象选择，作业假设和技术方案制定以及效果检验方法确定。
（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－NH4I－NH4ClO4－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－NH4I-BiI3-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。
（第四节）我国人工影响天气活动及发展前景
我国有组织的现代人工影响天气活动始于1958年。为缓解当年夏季吉林省出现的60年未遇的大旱，在吉林市政府主持下用飞机在云内播撒干冰促进降水。同期进行的还有甘肃人工降雨、高山融冰化雪和河西水库防止蒸发的综合性考察试验、武汉飞机人工降雨试验等。广东省于1958年末开展了用飞机播撒盐粉对暖云的催化，并于1960年应越南政府要求，受中央气象局委派，广东省气象局派员到越南进行飞机人工降雨作业，这是我国第一次到国外实施人工影响天气作业。经过40多年的努力和发展，也走过一些弯路，至今已逐步形成了以雷达为主要实时探测和指挥依据、以飞机播撒为主体的人工降雨催化作业系统和以37高炮含碘化银弹入云内爆炸法为主体的人工防雹作业系统，建立了以高频电话为主的通讯指挥网络。目前全国开展人工影响天气业务的省、市、自治区正在国家气象局“关于当前开展人工影响天气工作的原则意见”的指导下，为开创新的局面，促进人工影响天气工作健康发展，稳步前进而努力工作着。
人工影响天气的前景非常乐观。近半个世纪以来，人们进行了大量的试验和作业，对不同的云系都进行了相当长时期的试验，包括地形云、不同季节的对流云和层状云以及雹暴和热带气旋，其中相当一部分得到了统计学或物理学上有效的证据，表明播云增加了降水，抑制了雹灾。国际科学界公认的在以色列对冬季对流云进行的随机人工增雨试验，历时15年，计779个试验日。其中催化日425个，增加降水13—15％，统计检验效果显著，并获得相应的物理解释。许多人工影响天气试验和作业，始终受到用户的支持，如前苏联的防雹计划和美国地形云增雨计划。我国福建古田水库流域人工降雨试验，从1975年至1986年共进行了12年，取得了年平均增雨20％的统计结果，还结合云物理观测和数值试验，给出了初步的物理解释。
我国是一个自然灾害频发的国家。近50年来，气象、地震、水患（洪涝）、海洋、地质、农业和林业等七大方面20多种突发性自然灾害，每年造成数万人丧生、数百亿元直接经济损失，其中气象灾害占60％以上。在国家有关部门的支持下，2001年启动了西北地区人工增雨（一期）工程建设，在黄河上游建立了人工增雨试验基地，改装了新型作业探测飞机，并在人影作业中发挥了作用。各地在人工增雨和防雹机理、人工增降作业综合技术、防雹作业条件识别技术、云数值模拟技术、催化剂及其新型催化工具、人工消雾、人工消云、云物理探测设备等方面的科研和技术开发工作，都取得了一批成果，并在外场作业中得到应用，提高了作业的科技水平。
我国人工影响天气的国际交流与合作得到加强。近年来，加强了与俄罗斯、以色列、美国等国的学术交流。我国越来越多的人影专家和技术人员参加了国际学术交流活动，向一些亚洲和非洲国家提供了人影技术支持。我国科学家还担任了世界气象组织云物理和人影专业委员会的成员。国内的人影科学技术交流和经常性的科学研讨活动也日益活跃。通过日益频繁的交流，进一步把握了国际人影科技发展的新动向，提高了我国人影科技工作的水平，也提高了我国在这一领域的国际地位和影响。
