多少年来,人们就渴望着有一天天气能按照人们的意愿而变化:呼风即来风,唤雨雨即临;风力的大小,雨量的多少都能由人工加以控制,这该有多好啊!在科学技术不发达的年代里,这只不过是一种神话而已;但是随着科学技术的发展,人工影响局部天气工作开始了,呼风唤雨在一定条件下成为可能。
什么叫做人工影响局部天气呢?那就是用人工方法,使局部天气朝着人们意愿的方向发展,产生有利的天气,避免不利的天气,进而达到改造气候的目的。天气的变化是具有很大的范围和能量的,现阶段人们还难以随心所欲地直接控制天气的变化,但是随着气象科学的不断发展,现在已经找到一些途径,在一定的气象条件下,只要消耗很小的能量,就可以在局部范围内,促使某些已经存在的天气过程朝着人们意愿的方向发展,这就是人工影响局部天气。
在我国,目前开展较为普遍的是人工消雹和人工降水工作。对于经常出现冰雹和干旱的地区来说,开展这一工作有着很大的经济意义。
先说说人工消雹。人工消雹在200多年前就有人开始尝试。消雹其实只起对雹“以大化小,以小化了”的作用。具体地说,就是向云中施放碘化银或碘化铅等催化剂,它们会使云中冰晶数目增多,冰晶形成雹胚时会消耗大量的过冷云滴,结果使所有的雹胚都无法长得太大。雹块下降时有的会融化,这就形成了水滴,或者缩小成小冰雹,于是消雹的目的就达到了。和人工降雨一样,也有使用吸湿性物质消雹的,如食盐,它们会吸收云中的水分,使雹胚不至于膨胀得太大,及时降落到地面。
能下冰雹的积雨云云内一般分为3层,底部温度在0℃以上,主要是由水滴组成;顶部温度在-20℃以下,几乎全部是由冰晶组成。在这些部位上升气流一般不强,即使有上升气流,但是水碰水,冰碰冰,也不大容易形成冰雹。只有积雨云的中部(即温度从0~20℃的区域)上升气流特别强,而且是冰水共存区,在强的上升气流的作用下,冰碰水是最易冻结而形成冰雹的,所以一般把这个部位称为“雹灶”。如果用特制的火箭或高射炮炮弹把碘化银等化学药剂发射到积雨云中的“雹灶”,这就往往会促使这里的过冷水滴变成冰晶,这样就可以逐步改变冰水共存的状态,从而破坏生成冰雹的条件,使积雨云中的冰晶、过冷水滴不是变成冰雹而是变成雨降下来。
消雹可以利用飞机、高射炮、火箭等。在雷达的监测下,利用高射炮、火箭发射人工成冰剂,在我国与前苏联(现在以俄罗斯为主)比较常见。俄罗斯有专用消雹火箭和专用雷达。此雷达能在300千米以内确定是否有冰雹,并能确定雹区面积、移动速度、降雹强度,甚至可以算出冰雹的平均直径来。
需要澄清的一点是,人工消雹也可以采用空中爆炸作业的方法。爆炸发生后,由于冲击波的作用,大冰雹会粉碎,过冷却云却会直接冻结下降,于是消雹的目的也就达到了。
此外,在易受冰雹危害的地区,多种块根作物(如白薯、土豆等),小面积的秧苗或苗圃也可采用搭架覆盖的办法;对于水稻秧苗亦可采用灌水的办法;对于接近成熟的作物则应及早组织收割,做到熟一块收一块,这些都是减少或避免损失的好办法。
大家知道,有雨必先有云,但是有云不一定有雨。自然界过冷云降雨(或雪)是由于云中除小水滴外,还有足够的冰晶——饱和水汽或过冷却水滴在冰核(不溶于水的尘粒)作用下凝华或冻结而形成的冰相胚胎。过冷云中水滴的水分子会不断蒸发并凝华到冰晶上,冰晶不断长大以至下落为雪;如果云下气温高于0℃,它们就会融化成雨。如果自然界这种云雾中缺少足够的冰晶,因云中水滴十分细小,能够长期稳定地在空气中悬浮而降不下来,于是就只有云而无雨。这时候如果向这种云雾中播撒碘化银粒子,则能产生很多冰晶,云中水滴上的水分经蒸发、凝华迅速转化到这些人工冰晶上,使冰晶很快长大产生降雪;如果地面气温较高,雪降落过程中边融化边碰撞合并为水滴,最终成为降雨。这就是人工降雨。
人工降水是根据降水形成的原理,人为地补充某些形成降水的必需条件,促使云滴加速凝结或并合增大而形成降水。
我们经常可以碰到密云不雨的情况,不能造成冰水共存这种适宜云滴凝结(凝华)而增大的条件,或者缺少大水滴,而不能迅速增大成为降水。那么,怎样设法增加云中的冰晶和大水滴呢?目前通常使用的办法是在云内播撒干冰和碘化银,促使云中冰晶增多。干冰就是固体二氧化碳,颜色洁白很像冰,它本身的温度很低(-78℃),是一种很好的制冷剂,当它升华时,要吸收大量热量,使周围的空气温度降到很低,这样就可以使云中的过冷水滴迅速地冻结成为许多细小的冰晶,或者使云中的水汽直接凝华为冰晶,造成冰水共存的情况。碘化银的微粒是性能良好的凝华核,只要温度达到-4℃时,水汽就会以它为核心而凝华成冰晶,而且在空中维持较长时间也不会失效。如果把它撒入云中,也能促使过冷水滴冻结,或使水汽凝华成冰晶,造成云中冰水共存的情况。
促使云滴之间相互并合的方法目前主要是在云中撒播盐粉,因为食盐的微粒吸湿性很强,在它吸收水分后,能迅速成长为大水滴,造成云中大小水滴并存的情况,这样,大的水滴就容易由于不断并合其他小的水滴而形成降水。此外,还可利用声波(包括超声波和次生波)的振动促使云滴相互并合。因为声波在空气中传播时,会使空气中各种质点随着振动,大云滴的惯性大,振动时位移小;小云滴惯性小,振动时位移大。这样大小不同的云滴就可能因位移的程度不同而发生碰撞,因而并合增大形成降水。
一般来说,对低而厚的云进行人工催化效果最好。通常在云中播撒催化剂的部位是干冰、碘化银等撒在云中过冷水滴区内,盐粉则应撒于温度高于0℃的云体中。目前在我国进行冷云的人工催化工作时,主要是使用干冰和碘化银或盐粉。在撒播方法上,一般多采用飞机撒播的方法。另外也可用小型火箭或气球携带;火箭、气球在一定的高度上爆炸后,催化剂则借爆炸力散布于云中。还有一种方法是将碘化银或盐的溶液在高温炉上化为蒸汽,借上升气流将其吹送入云中。
无论用哪种办法进行人工降水,云的存在是根本的条件,这是内因;而向云中喷撒催化剂则是外因,外因必须通过内因才能起作用,所以说它是有一定局限性的。
人工降雨设施
人工降水的试验和理论研究工作是从20世纪40年代才开始的。60多年来,各国在这方面的工作都有很大进展。从技术方法上看,基本上还是处于被动的地位,“影响”只能在一定的已有气象条件下进行,人们还不能预先创造某种有利条件,用催化的方法进行人工降水,充其量也只能将云中的大部含水量降到地面上来,而不能从无到有地“造”出雨来。人们要“从自然里得到自由”,就必须在影响某些天气过程的微物理过程的同时,设法制约大气的运动状态,从而真正实现呼风唤雨,驱云消雾的伟大理想。虽然实现这一理想可能还要经历一个漫长而艰巨的过程,但是我们相信这一天终究会到来的。