基本介紹
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概念
“人工影響天氣”是指為避免或者減輕氣象災害，合理利用氣候資源，在適當條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進行人工影響，實現增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動。
人工影響天氣是為防禦災害，氣象部門開出了一個“藥方”，即以人工方式對天氣進行一定程度的影響，如“打散”即將落下冰雹的雲、為乾旱地區進行人工增雨等，以達到防災減災的效果。
科學的人工影響天氣是在美國的諾貝爾獎獲得者朗格繆爾指導下，於20世紀40年代末在紐約一家實驗室的實驗基礎上發展起來的。
1946年美國科學家謝弗用乾冰對層積雲進行了實際催化實驗，發現雲中過冷卻水滴很快轉化為成群的冰晶，不斷增大並從雲底下落，在雲中留下一個明顯的空洞。這次成功的試驗對人工影響天氣是一個有利的推動。接著，謝弗和萬涅古特發現了可使過冷雲中產生冰胚的催化劑---碘化銀。至今，與某些化學物質複合產生的碘化銀仍然是普遍使用的播雲催化劑。
基本原理
實施方法
人工影響天氣的途徑，主要是利用雲的微物理過程。例如在溫度低於0°C的雲中存在著大量未凍結的水滴，利用播撒成冰催化劑（見播雲催化劑）可使水滴轉化為冰晶並釋放潛熱，從而改變雲的微物理過程和熱力、動力結構。用這種方法進行人工影響天氣，耗費比較小，效益可能很大。
催化劑分類
按對象的性質不同，播雲所用的催化劑也不同,其催化過程可分為兩類：
①冷雲催化。溫度為0～-30°C的雲中，往往存在過冷卻水滴，若在這種雲中播撒碘化銀或固體二氧化碳（又稱乾冰）等成冰催化劑，可以生成大量的人工冰晶。這類催化劑的成冰效率很高，1克催化劑就可生成數量級為1萬億個的冰晶，使1立方公里雲體內產生濃度為1個/升的冰晶。在某些雲中，人工冰晶通過伯傑龍過程可形成降水，從而達到人工降水的目的。在強對流雲中，人工冰晶能長大成冰雹胚胎，同自然冰雹爭奪水分，使各個冰雹都不能長成危害嚴重的大雹塊，這樣可達到防雹的目的。在過冷雲（霧）中，人工冰晶使雲（霧）滴蒸發而自身長大下落，又可達到消雲（霧）的目的。在冷雲催化過程中釋放的巨大潛熱會改變雲的熱力、動力過程，著力於這種動力效應的催化稱為動力催化。動力催化可使某些對流雲的雲體發展而增加降水。在颱風雲系某些部位的動力催化，可能改變颱風的環流結構而削弱其最大風力，從而減輕颱風造成的災害。
人工影響天氣
人工影響天氣②暖雲催化。在雲中播撒直徑略大於0.04毫米的水滴,使它們同雲滴碰並，長成雨滴而降落到地面。此法效率很低，每克水大約只能形成幾百萬個雨滴胚胎。如果播撒大小適當的吸濕性鹽粒，也能促成雨滴的生成，且效率比播撒水滴高，每克食鹽大約能形成幾千萬個雨滴胚胎，再通過碰並過程形成雨滴，此法可促使暖雲增加降水。在暖霧或某些暖雲中播撒鹽粒使霧滴或雲滴蒸發，鹽粒吸濕長大下落，也可達到消霧或消雲的目的。
播雲的方式
①地面播撒,通過空氣運動，帶入雲中。此法雖然簡易，但催化劑從何處入雲，能有多少入雲，都很難掌握。
②將催化劑裝入火箭彈頭或高射炮彈內,發射到雲中的預定部位。此法雖迅速和直接，但是載量有限。
③用飛機將催化劑直接播入雲內。此法機動性強，載量也大，但有時受飛行安全的限制。
除播雲方法外,用加熱空氣的方法消霧或防霜凍，也有一定效果。但此法耗費很大,只能用於很小的范，如機場跑道的消霧和果園的防霜凍。此外，用向上噴射的高溫氣流以促使空中或雲中的局部空氣產生對流運動，增加局地的水汽凝結和降水；改變地面狀態或在空氣中播撒碳黑微粒以吸收更多的太陽輻射，改變局地空氣的熱力結構。這些方法還處於探索階段。
和其他學科關係人工影響天氣涉及多種學科和技術。它的理論基礎是大氣科學，特別是雲和降水物理學。它在試驗設計和效果檢驗中，廣泛套用數理統計的成果。在播雲催化劑的研究過程中，要用到結晶學和表面化學等學科的知識。催化劑在空中和雲中的擴散，涉及了大氣湍流和小尺度運動。在觀測技術方面，涉及氣象要素和雲中微粒的測量技術、氣象雷達（包括都卜勒雷達、雙波長雷達）技術、微波探測技術（見微波大氣遙感）、氣象衛星測量以及示蹤劑測量、超微量化學分析等。在播雲技術方面，涉及火箭、炮彈和煙火劑等的設計和製作問題。在數值模擬的進展方面，則依賴於電子計算機的發展狀況。從另一方面說，人工影響天氣的開展，也促進了大氣科學及有關領域的發展。
分類
人工防雹增雨
是目前套用最為廣泛的一種人工影響天氣方式，在我國大部分地區已經投入使用，創造了巨大的經濟和社會效益。所採取的主要方式有：一、向雲中撒播碘化銀等成冰催化劑，使雲中產生大量人工冰雹胚胎顆粒，與自然冰雹胚胎爭奪雲中的過冷水滴（溫度低於0℃而不結凍的水滴），大大降減小冰雹的體積。當小冰雹落到溫度高於0℃的暖雲中時，冰雹融化成雨，即使未全融化，也大大減輕了危害程度。當雲中接近降水條件時，向雲中撒播的製冷劑產生的冰晶，能迅速粘合周圍的小水滴，形成降水粒子，迅速凝結，形成降水；同時，冰晶釋放出來的潛熱可升高雲體溫度，增進對流發展，增加降水的機率。二、在雲的下部撒播大小適宜、數量足夠的鹽分、尿素等吸濕顆粒，這些顆粒因吸濕而產生大的水滴，促進暖雨的發展，減少過冷水滴的數量，奪取了冰雹增大所需的水分，遏制了冰雹的發展。三、沿用傳統的火箭或高炮轟擊雹雲，爆炸產生的衝擊波可改變雲中的上升氣流，震碎發展中的冰雹顆粒，起到減小冰雹危害、增加降水的目的。此種方法的作用機制目前眾說紛紜，還沒有形成一致的意見。當前我國普遍採用高炮或火箭發射碘化銀炮彈的辦法進行人工防雹增雨作業，正是採用了以上科學的方法，每年都為各地帶來巨大的經濟和社會效益。
人工消霧
是指用人工影響的方式消除局部區域內的霧滴以提高能見度的辦法，多用在機場、港口等公共場所。對於溫度低於0℃的過冷霧和溫度高於0℃的暖霧，因其主要成分不同需區分對待：過冷霧一般由過冷水滴組成，可用撒放乾冰等成冰催化劑的辦法，增加空氣中的冰晶數量，吸收空氣中的冷水滴，冰晶長大下落使濃霧消散，這種方法目前在各大機場投入套用後，效果十分顯著。對暖霧來說，有以下幾種消除的辦法：一、加熱法：通過燃燒或釋放高溫氣體加熱空氣，使霧消散；二、吸濕法：向霧中撒播大小適宜的氯化鈉、尿素、氯化鈣等吸濕性物質，吸收空氣中的小水滴；三、擾動法：加強空氣的對流，促進霧滴蒸發，使霧消散。以上方法因成本、技術等方面原因還處於試驗階段，只有少數機場投入使用。
為了滿足某種需要，可以採用某些方法使局部區域內的雲體消散，增大垂直能見度。在溫度低於0℃的雲中，撒播乾冰等成冰催化劑，在雲中產生大量的冰粒，使雲中的過冷水滴蒸發，冰晶凝華下落，使雲層局部消散。當前，有關部門已經做過類似嘗試，效果不錯。
人工消雨
人工消雨是通過在降水雲團的上游地區採用大範圍、大規模的人工增雨作業，使天氣系統的能量加速擴散，同時使空中水滴提前快速形成，並且提前降落地面。這種方式可以使一些降水提前降落，從而保證了預定的好天氣。
形成降水要有兩個條件，一是雲中要有充足的水汽，二是要有適當多的凝結核。因此，人工降雨的方法就是向雲中引入人工凝結核。一般是採用飛機、火箭、高炮、氣球和在上升氣流區地面燃燒碘化銀等手段，把催化劑送入雲中。飛機一般飛到6000米左右高度穿雲播撒催化劑。火箭、高炮則直接轟擊雷雨雲適當部位，彈頭裝載碘化銀送入雲中。氣球下掛碘化銀焰彈，升入雲中零度層以上燃燒，把催化劑釋放出來。對溫度在零上的暖雲一般使用吸濕性物質如鹽粉、尿素、氯化鈣等，使雲中水汽變成大水滴下落成雨。對於溫度低於零度的冷雲則播撒人工晶核碘化銀等，或者播撒乾冰、液體氮氣等，使冷雲中冰晶數量增加而提高降水效率。
人工消雨的原理與人工降雨近似，但也有所區別。人工消雨有兩種方式。一是在目標區的上風方，通常大約是60—120公里的距離，進行人工增雨作業，讓雨提前下完；二是在目標區上風方，通常大約是30—60公里的距離，往雲層里超量播撒冰核，使冰核含量達到降水標準的3至5倍，冰核數量多了，每個冰核吸收的水分就少，無法形成足夠大的雨滴。通俗來講，就是讓雨“憋著不下”。
人工削弱颱風
工削弱颱風,向颱風中特定部位的對流雲播撒大量的成冰催化劑，改變颱風的某些結構，使最大風力減弱，以減輕其危害。有人估計，如果颱風最大風力減弱10%，就會使災情減輕20%。所以人工削弱颱風試驗，都是以削弱颱風眼周圍的最大風力為目標。
人工削弱颱風的原理
在颱風眼周圍的雲牆和離颱風眼稍遠的螺旋狀雲系內，播撒大量的碘化銀（見播雲催化劑），使雲中產生大量冰晶和凍滴，釋放凍結潛熱，促進對流雲發展，從而使水汽進一步凝結而繼續釋放潛熱，造成該區域的氣溫上升，這樣，低層氣壓降低，就可以使颱風眼附近的氣壓梯度變小,最大風力減弱(見圖)。同時,由於主要上升氣流區向外圍擴展，低層入流區也隨之外移，根據角動量守恆原理，這將使最大水平風速減小。理論模式的計算結果表明，用催化的方法，能使颱風眼壁向外擴展10公里，並使海面最大風速減小3～4米/秒(6～8%)。
人工削弱颱風試驗
美國在1947年10月對颱風進行了首次播雲嘗試。在60年代和70年代，又先後對4個颱風進行了8次有計畫的播雲試驗，其中 4次在播撒碘化銀後，最大風速減小了10～30%。但由於颱風風速的自然變率較大，最大風速的這種減小，還不能完全肯定是播雲的效果。在80年代,美國對颱風又作了進一步探測,發現颱風的雲牆和螺旋狀雲系內過冷水含量很少(一般小於 0.5克/米3)，冰晶濃度很高(1～200個/升)，雲內的鉛直氣流較弱(一般小於3～5米/秒)，估計人工播撒成冰劑很難產生明顯的熱力效應，所以用人工播雲法削弱颱風的可行性又受到了懷疑。
影響
中科院寒區旱區環境與工程研究院研究員陳廣庭在接受《北京科技報》採訪時曾對這一現象表示擔憂：“從理論上講，在一定時期內，同一片雲系的雲水資源如果沒有及時從大氣循環中得到補充，其擁有的空中水資源就是恆定的，如果在一個地方實施人工增雨，雲系下游的地方降雨就要減少，下游即使實行人工增雨，成效也會受到影響。”如果雲水資源爭奪是地方協調的缺失，那么發生在昌平崔村鎮真順村的“小插曲”就反映出作業人員管理的問題。
從環境方面來看，人工影響天氣的技術是沒有任何危害的，重要目的是為了獲得更多的水資源，以滿足人類最基本的生活。大氣中7%的懸浮微粒物例如霾是由人類活動產生的，人工增雨也會產生一定的顆粒。但是由於打入大氣中的物質已大大超出了可吸入顆粒物的粒徑，所以少量使用是對大氣和空氣沒有明顯影響的。
研究歷程
人工影響天氣是人類自古以來的理想，17世紀末,中國清代的《廣陽雜記》就載有：“夏五、六月間，常有暴風起，黃雲自山來，必有冰雹，土人見黃雲起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去。”這是中國古代用土炮防雹的生動描述。1946年，美國科學家I.朗繆爾等根據冰晶在降水形成過程中的重要作用，提出了人工產生冰晶影響冷雲降水的構想，他的助手V.J.謝弗和B.馮內古特，發現將乾冰碎粒和碘化銀煙粒引入充滿過冷水滴的雲室里，能夠產生大量的冰晶。同年11月，謝弗進行了第一次對自然雲層的人工催化試驗。他用飛機將3磅乾冰碎塊投入雲頂溫度為-20°C的過冷層狀雲中，5分鐘後，雲下出現了降雪。此試驗結果引起廣泛的重視，推動了人工影響天氣試驗的迅速發展。到了60年代，美國科學家J.辛普森進行了動力催化試驗，獲得一定程度的成效。蘇聯科學家蘇拉克韋利澤等，用冷雲催化方法進行了大規模防雹試驗。全世界大約已有80個國家或地區開展過這種試驗研究，其中規模較大的國家有美國、蘇聯、中國、澳大利亞、法國等。中國從50年代開始，在大多數的省（自治區）開展了人工降水或防雹試驗，有些單位還進行過消霧、消雲和抑制雷電的試驗。
人工影響天氣
人工影響天氣在人工影響天氣的各項研究中，開展得最多的是人工降水。一些比較嚴格的試驗表明，在一定條件下，通過冷雲催化可以增加降水量10～20%。也有些試驗的效果不顯著，個別情況還反而減少了降水量。暖雲催化試驗進行得比較少，技術上也不太成熟。人工防雹的規模僅次於人工降水。60年代以來，蘇聯持續進行了多年的防雹試驗，他們宣稱用催化劑方法可使雹災的損失減少60～90%,但是由於缺乏嚴格的效果檢驗，未能得到一致的確認。中國、美國、瑞士等國所進行的大量防雹試驗，效果不一。70年代美國進行了“國家冰雹研究計畫”，結果防雹效果不好。人工消雲開展較少，在一定條件下可以消除局地的過冷層雲。在消除暖雲方面，也有一些試驗成功的例子。人工消霧開展得很早，40年代已經試驗用加熱法消除機場跑道上的霧，耗費雖大，但有相當成效。現在用乾冰或液化丙烷消除過冷霧的技術，已在一些機場投入業務使用。消暖霧以及人工削弱颱風、人工抑制雷電等，都尚處於探索試驗階段。
人工影響天氣的試驗曾經在一些國家廣泛開展。隨著試驗研究的深入，逐步認識到這項工作的複雜性：①人工影響天氣必須具備一定的自然條件，例如雲中必須存在過冷水滴，才能使冷雲催化奏效；
②因為雲中的動力過程和微物理過程十分複雜，兩者又互相影響，所以採用同樣的播雲方法，在不同的自然條件下，可能產生完全不同的效果,不同場合的播雲結果往往出入很大；
③因為天氣現象的自然變率很大，播雲造成的改變較小,要把人為的改變從自然變化中區分開來(即效果檢驗)是十分困難的。所以人們對於人工影響天氣的實際效果，常常存在著不同的看法和估價。人們正在著重進行有科學設計的專業試驗，通過大量試驗的統計分析、綜合觀測的物理分析、數值模擬的理論分析三個方面來檢驗效果，明確適宜的播雲條件，改進播雲技術，逐步認識自然規律，以提高人工影響天氣的實際效果。
中國研究
發展
1958年中國開始有組織地開展人工影響天氣工作，2018年是人工影響天氣60周年。
2008年北京奧運會開幕式時，氣象部門提前監測到北京房山區域有降雨雲，採取人工手段攔截，保證鳥巢滴雨未下。
中國自主研發的3公里精細化雲降水數值預報系統投入業務運行；國產新型高效催化劑研發取得突破性進展，催化效率提高100倍以上；雷達指揮、自動發射、立體播撒的火箭作業系統研製成功，達到世界先進水平並廣泛用於各地作業。
政策
國務院辦公廳關於進一步加強人工影響天氣工作的意見我國積極運用現代科技手段，開展人工增雨(雪)、防雹、消霧、消雲減雨、防霜等作業，取得了明顯成效，在服務農業生產、緩解水資源緊缺、防災減災、保護生態以及保障重大活動等方面發揮了重要作用。為進一步加強人工影響天氣工作，經國務院同意，國務院辦公廳出台了關於進一步加強人工影響天氣工作的意見。
2014年，國家發改委、中國氣象局共同印發《全國人工影響天氣發展規劃（2014—2020年）》，明確區域發展布局。目前，我國構建了國家、省、市、縣以及作業點五級有機銜接的組織領導體系。衛星、雷達、自動站以及人工增雨機載探測系統構成了綜合立體觀測網路，50多架作業飛機、6500多門高炮、8200多部火箭作業系統、5萬餘作業人員組成空地一體化協同作業體系，作業指揮系統省市縣全覆蓋。
投入力度
中國氣象局的資料表明：1999-2006 年，中國共人工增雨2500億噸，每年超過300億噸，計畫到2010年，每年增雨500 億噸。與此相關，每年在這方面的投資高達數億元，全國各地為此投入3.7 萬人、約7000 門高炮和5000 個火箭發射架。
主要案例
中國最早做的人工降雨是在1958年，吉林省這年夏季遭受到60年未遇的大旱。這次作業用的是食鹽，由空軍二航校的飛行員周正駕駛一架圖-2型轟炸機，在雲層播撒了將近200公斤食鹽。圖-2型轟炸機是當時解放軍的主力機型，這次行動也是一次準軍事行動。
1987年5月大興安嶺特大火災中發射了降雨彈4700枚，據說在一定程度上減小了火勢。20世紀90年代，國外對人工影響天氣的興趣開始減小。2009年2月，中國北方地區發生了38年罕見的乾旱，很多地方使用碘化銀炮彈促使增加降水，使人工增雨在中國成為新話題。
2008年北京奧運會，據中國官方披露數據顯示，開幕式當晚向天空打了1100多枚消雨火箭。
美國套用
美國的人工影響天氣有著較長的歷史，自上個世紀40年代現代科技發展以來就開始發展。但在當時有一定的爭議，因為起初雖然看似可以非常簡單地進行這項工作，但隨著對雲認識的不斷加深，人們逐漸意識到了其複雜性。在科學界，這是一個有難度的問題。在某些情況下，播雲技術可能並不能起作用，然而這些情況隨著地點、時間，都會發生改變。在過去的20年間，計算機技術有了迅猛的發展，我們可以利用其獲得更好的模式以及進行模擬。而都卜勒雷達和衛星雷達的出現，可以幫助我們進一步加深對雲的了解並知道降水如何形成。現代科技的發展也能幫助我們更好地去衡量我們所做工作的結果。但目前世界上大多數相關項目所使用的技術都是50年之前的，人們的相關知識並沒有與時俱進，所以對科學家以及項目執行者進行這一方面的培訓十分重要。
至於為什麼大多數項目使用的仍是50年前的技術，在我看來，有很大一部分原因是基於知識和研究沒有與時俱進。在過去的20年間，有很多研究為我們提供了新的技術和視野，目前我們需要考慮應該如何改進播雲技術，如何更有效率地進行這項工作。
由於目前我們預報天氣的能力還有限，所以播雲技術不會在所有的時間和區域都適用，但我們有了更好的監測和測量方法，可以更好地對一些天氣系統進行評估，我認為一個重要的問題就是對人工影響天氣的效果進行評估。很多國家都在從事人工影響天氣工作，但相關的效果評估做的很少，或者說他們欠缺一些相關評估的知識和經驗。但效果評估是十分重要的一部分，因為不論是要增雨還是消雨，都在於我們想要獲得或者消除多少的雨水，或者獲得每立方米的水要花費多少。現在，做效果評估的技術也比較可靠，但需要投入人力、設備等等。
在冬季增雪方面，我們進行得非常好，這也比較容易。對於夏季的雷暴天氣等，就比較困難了。因為我們還缺乏相關的了解和理論。而對於一些不能起作用的區域，我們也可以解釋這些原因。對於數據而言，我們使用類似醫學的體系來進行效果評估，看作業是否起到了作用。擁有的知識和理論越多，就可以更好地和模型相整合。但不論怎樣，這些都是以自然為基礎的。
在美國，人工影響天氣的項目約有36個，其中大部分在冬季實施，在美國西部以及山區，這些項目被用來增加冬天的降雪。這些項目都發展得比較成熟了，有一些已經有50多年的歷史。而在夏季，北達科他州會有一些人工消雹的項目，在德克薩斯州會有一些人工增雨的項目，這些項目都在使用效果評估以及播雲的最新技術。而隨著技術的進步，相關研究的投入也越來越多。
