


入冬以來(lái),我國北方大部地區長(cháng)時(shí)間未出現大面積有效降水,氣象干旱無(wú)情地肆意蔓延。2月上旬,恰逢兩次降水天氣過(guò)程,利用天氣形勢,各地紛紛開(kāi)展了人工增雨(雪)作業(yè),在一定程度上緩和了此前的旱情。2月下旬北方冬麥區又將有一次明顯降水過(guò)程。
雪如期而至了,但人們不禁要問(wèn),人工增雨(雪)所增加的降水量如何得知?作業(yè)的成本有多少,是否合算?對環(huán)境是否會(huì )造成不利影響?對于這些公眾關(guān)注的問(wèn)題,本期天氣視點(diǎn)邀約中國天氣網(wǎng)首席氣象專(zhuān)家李小泉與南京信息工程大學(xué)副教授楊軍,為您解開(kāi)人工增雨(雪)的神秘面紗。

李小泉,中國天氣網(wǎng)首席氣象專(zhuān)家、正研級高工,曾任中央氣象臺臺長(cháng),原中國氣象學(xué)會(huì )氣候與長(cháng)期天氣預報專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副主任委員。
楊軍,氣象學(xué)博士,南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院副教授,碩士生導師。主要研究方向:云霧降水物理與人工影響天氣、中小尺度數值模擬等。

但是如何知道增加的降水量是多少呢?李小泉認為,評估人工增雨、增雪效果是一個(gè)世界性難題,因為作業(yè)時(shí)不能準確區分哪塊雪是人工增的,哪一塊是自然降的。“具體來(lái)說(shuō),人工增雨(雪)作業(yè)后,一次降水過(guò)程的出現,我們把實(shí)際測量到的降水量定為R,未受人工增雨(雪)影響的降水量為r,增加的量就是R-r,但是這個(gè)r卻很難得到精確的數值。”
據楊軍介紹,數十年來(lái),我國各地人影部門(mén)及氣象院校紛紛在做著(zhù)這一項目的研究,已經(jīng)基本掌握了一些測定方法。目前普遍采取的方法有3種——歷史對比、隨機檢測及數值模擬。
“總體來(lái)說(shuō),我們都是利用這3個(gè)方法對人工增雨(雪)進(jìn)行評估。一般來(lái)說(shuō),當人工增雪的條件合適時(shí),在影響區域內增雪量可達到6%~25%,有時(shí)甚至會(huì )更多”,楊軍給出了一個(gè)范圍。中國氣象局近日公布,在2月北方旱區的兩次降水天氣過(guò)程中,氣象部門(mén)積極實(shí)施人工影響天氣作業(yè),平均增雨(雪)效果為16%~17%。
增了多少雨(雪)誰(shuí)知道?
中國天氣網(wǎng)微博網(wǎng)友“tabbycat”提出,怎樣科學(xué)地評估增加了多少降雪?另一位網(wǎng)友“dongxin1983”提問(wèn)道,一次能增多少,如何確認哪些是本應下的,哪些是增出來(lái)的?
人工增雨(雪),顧名思義,就是用人為手段增加云的降水量。運用云和降水物理學(xué)原理,通過(guò)向云中撒播催化劑(鹽粉、干冰或碘化銀等),使云滴或冰晶增大到一定程度,降落到地面,形成降水。從事人工增雨(雪)的部門(mén)主要是氣象局人工影響天氣辦公室,簡(jiǎn)稱(chēng)“人影部門(mén)”。隨著(zhù)“人工增雨(雪)”這個(gè)詞出現的頻率不斷增加,人們對于它的概念已并不陌生。

但是如何知道增加的降水量是多少呢?李小泉認為,評估人工增雨、增雪效果是一個(gè)世界性難題,因為作業(yè)時(shí)不能準確區分哪塊雪是人工增的,哪一塊是自然降的。“具體來(lái)說(shuō),人工增雨(雪)作業(yè)后,一次降水過(guò)程的出現,我們把實(shí)際測量到的降水量定為R,未受人工增雨(雪)影響的降水量為r,增加的量就是R-r,但是這個(gè)r卻很難得到精確的數值。”
據楊軍介紹,數十年來(lái),我國各地人影部門(mén)及氣象院校紛紛在做著(zhù)這一項目的研究,已經(jīng)基本掌握了一些測定方法。目前普遍采取的方法有3種——歷史對比、隨機檢測及數值模擬。
歷史對比,此方法適用于長(cháng)期對比,例如以“年”為單位,對比人工增雨(雪)后的年份比過(guò)去無(wú)人工作業(yè)年份的量增加了多少。在某些年份,突發(fā)事件可能導致降水量極大或極小,因此歷史數據需要長(cháng)期性和極高的準確性。在2003年,福建省三明市氣象局曾利用當年所有影響該市的熱帶氣旋進(jìn)行人工增雨作業(yè),經(jīng)市防汛及氣象部門(mén)系統分析與評估,認定人工增雨后全年降水量比常年平均自然降水量增加6%~30%,抗旱、防火效果明顯。
隨機檢測,即在同時(shí)受一次降水過(guò)程影響的兩塊區域,一塊嘗試人工增雨(雪)作業(yè),一塊不進(jìn)行人工作業(yè),然后對比之后各自降水量的變化。這個(gè)方法最能直接測算出人工增雨(雪)的增加量。但當旱情肆虐時(shí),增雨(雪)時(shí)機稍縱即逝,為了使每一片土地盡可能地得到雨水滋潤,人影部門(mén)會(huì )抓住所有機會(huì ),在所有可能的區域進(jìn)行作業(yè)。因此這種方法目前主要只在氣象院校的科研活動(dòng)中使用。
數值模擬,是走在尖端行列的一個(gè)科技手段。它根據大氣運動(dòng)規律和降水機制建立方程組,定量地預報催化及不催化情況下云的發(fā)展和降水的差異,再與實(shí)測結果相比較,從而確定增雨(雪)效果。目前,該方法還在不斷研發(fā)和逐步完善中。
“總體來(lái)說(shuō),我們都是利用這3個(gè)方法對人工增雨(雪)進(jìn)行評估。一般來(lái)說(shuō),當人工增雪的條件合適時(shí),在影響區域內增雪量可達到6%~25%,有時(shí)甚至會(huì )更多”,楊軍給出了一個(gè)范圍。中國氣象局近日公布,在2月北方旱區的兩次降水天氣過(guò)程中,氣象部門(mén)積極實(shí)施人工影響天氣作業(yè),平均增雨(雪)效果為16%~17%。


以浙江省義烏市氣象局2004年的統計數據為例,為實(shí)施人工增雨,義烏市有關(guān)部門(mén)購置了火箭發(fā)射架、一輛工具車(chē)和衛星定位儀,這3項固定投資共計約22萬(wàn)元,另外每發(fā)射一枚火箭彈需要的成本約為2000元。當年義烏共進(jìn)行13次作業(yè),發(fā)射181枚火箭彈,平均每次作業(yè)的成本約3萬(wàn)元。
3萬(wàn)元只是義烏這個(gè)城市作業(yè)一次的成本,當進(jìn)行大面積人工增雨(雪)作業(yè)時(shí),所需的花費會(huì )呈幾十倍乃至百倍增長(cháng)。
“只看到投入,卻不與產(chǎn)出做對比,恐怕有失公允。”楊軍認為,在許多干旱事件中,人工增雨(雪)作業(yè)大大減少了各方面損失,如果任由旱情發(fā)展,損失將無(wú)法預計。
李小泉也表達了相同的觀(guān)點(diǎn),目前國內人工增雨投入產(chǎn)出比在1:30以上,而在大部分情況下都遠遠高出這個(gè)數字。
3萬(wàn)元只為一場(chǎng)雨,值嗎?
人工增雨(雪)作業(yè)確實(shí)能有效增加降水量,但這么做是否合算?人工增雨(雪)的成本有多少呢?
李小泉指出,我國進(jìn)行人工增雨通常采用的方法,并不是通過(guò)高炮或飛機撒播冷卻劑在云中形成降雨,而是由火箭炮向云層播撒冷卻劑。由于火箭在地面發(fā)射,操作比較簡(jiǎn)單,“把車(chē)開(kāi)到一個(gè)地方,架起來(lái)就可以打”。它的優(yōu)勢是機動(dòng)、靈活,不受云層類(lèi)型的限制,攜帶量較大,催化劑載荷量大。另外,使用火箭彈進(jìn)行人工增雨的成本也相對較低。

以浙江省義烏市氣象局2004年的統計數據為例,為實(shí)施人工增雨,義烏市有關(guān)部門(mén)購置了火箭發(fā)射架、一輛工具車(chē)和衛星定位儀,這3項固定投資共計約22萬(wàn)元,另外每發(fā)射一枚火箭彈需要的成本約為2000元。當年義烏共進(jìn)行13次作業(yè),發(fā)射181枚火箭彈,平均每次作業(yè)的成本約3萬(wàn)元。
3萬(wàn)元只是義烏這個(gè)城市作業(yè)一次的成本,當進(jìn)行大面積人工增雨(雪)作業(yè)時(shí),所需的花費會(huì )呈幾十倍乃至百倍增長(cháng)。
“只看到投入,卻不與產(chǎn)出做對比,恐怕有失公允。”楊軍認為,在許多干旱事件中,人工增雨(雪)作業(yè)大大減少了各方面損失,如果任由旱情發(fā)展,損失將無(wú)法預計。
李小泉也表達了相同的觀(guān)點(diǎn),目前國內人工增雨投入產(chǎn)出比在1:30以上,而在大部分情況下都遠遠高出這個(gè)數字。人工增雨不僅可以緩解旱情,更主要的是能增加當地水庫的蓄水,為迎接未來(lái)的可能旱情做好準備。“水資源是無(wú)價(jià)的,一場(chǎng)降雨能很好地為農業(yè)生產(chǎn)服務(wù),還可以緩解電力供應緊張,補充地下水,使生態(tài)環(huán)境得到改善。”
誰(shuí)動(dòng)了我的“奶酪”?那么,人工增雨(雪)的背后,是周邊地區的氣候破壞嗎?其實(shí)不然。據李小泉介紹,人們可以從三個(gè)方面完全消除這樣的顧慮。
首先,中國氣象局人工影響天氣中心對于全國的空中水資源有著(zhù)統一的調度和協(xié)調,特別是在應對干旱時(shí),雨水會(huì )有計劃性的分配在一些具體區域上,從而保證大部地區的旱澇平衡。
其次,我國現在的人工增雨(雪)技術(shù)增加的降水量十分有限,平均增雨(雪)效果約16%到17%。隨著(zhù)大氣中不斷有水汽補充,對下游降水的影響也十分有限。
最后,現在一般所實(shí)行的人工增雨作業(yè)對雨水資源在空中的分布只會(huì )產(chǎn)生小范圍影響。目前還沒(méi)有從科學(xué)上找到證據證明,現在大規模的人工增雨能對天氣產(chǎn)生大范圍、跨區域的影響。人們沒(méi)有必要對人工增雨過(guò)于緊張。
誰(shuí)動(dòng)了我的“奶酪”?
“我說(shuō)咱們這兒怎么老不下雨,原來(lái)XX地方又在進(jìn)行人工增雨(雪)作業(yè),我們的雨又下在了他們的地盤(pán)上了。”這是我們常常聽(tīng)到的一種說(shuō)法。那么這種說(shuō)法對嗎?究竟是誰(shuí)動(dòng)了本屬于這些地區的“奶酪”呢?
2009年2月28日,廣西壯族自治區梧州市周邊的一些地區紛紛實(shí)行了人工增雨作業(yè),很多區域的降水量都在40毫米以上,然而梧州市卻只有部分地方有微量降雨。有人認為,這與其云系上游所在地區先行搶雨有關(guān),并且認為雖然3月1日梧州市同樣通過(guò)人工增雨獲得了寶貴雨水,但該地的行動(dòng)同樣會(huì )影響其云系下游的降雨分布。
針對這一看法,楊軍表示:“從理論上來(lái)講,在一定時(shí)期內,同一片云系的云水資源如果沒(méi)有及時(shí)從大氣循環(huán)中得到補充,其擁有的空中水資源就是恒定的,如果在一個(gè)地方實(shí)施人工增雨,其云系下游的地方降雨就必然要減少,下游即使實(shí)行人工增雨,成效也會(huì )受到影響。”

同樣的故事也在當年的華北和西北干旱區上演。整個(gè)2月,陜西西安、咸陽(yáng)等7個(gè)地市的90余個(gè)縣紛紛開(kāi)展地面人工增雨作業(yè),增加的降水對緩解當地旱情確實(shí)發(fā)揮了重要作用,但是其降雨分布極不平衡。截至2月26日上午,有的地方降水量達10-15毫米,而陜西南部和北部的部分地區降水量不足1毫米。此外,在2月7日至8日,華北干旱區各省市也紛紛利用有利天氣條件實(shí)施人工增雨作業(yè),山西、河北和河南的一些地方的降水量達到10毫米以上,其他許多地區的降水量卻依然不足0.1毫米。
李小泉也指出,如果一個(gè)處在云水資源上游的地方實(shí)施人工增雨作業(yè),那么處在下游區域的一些地方實(shí)施人工增雨時(shí)降雨量會(huì )大大減少,甚至根本不會(huì )下雨。
那么,人工增雨(雪)的背后,是周邊地區的氣候破壞嗎?其實(shí)不然。據李小泉介紹,人們可以從三個(gè)方面完全消除這樣的顧慮。
首先,中國氣象局人工影響天氣中心對于全國的空中水資源有著(zhù)統一的調度和協(xié)調,特別是在應對干旱時(shí),雨水會(huì )有計劃性的分配在一些具體區域上,從而保證大部地區的旱澇平衡。
其次,我國現在的人工增雨(雪)技術(shù)增加的降水量十分有限,平均增雨(雪)效果約16%到17%。隨著(zhù)大氣中不斷有水汽補充,對下游降水的影響也十分有限。
最后,現在一般所實(shí)行的人工增雨作業(yè)對雨水資源在空中的分布只會(huì )產(chǎn)生小范圍影響。目前還沒(méi)有從科學(xué)上找到證據證明,現在大規模的人工增雨能對天氣產(chǎn)生大范圍、跨區域的影響。人們沒(méi)有必要對人工增雨過(guò)于緊張。
“云的運動(dòng)是大自然中氣流運動(dòng)的結果,就現在而言,我們人類(lèi)的人工增雨作業(yè)對氣團運動(dòng)的影響是非常小的。因為它一直處于飄浮運動(dòng)之中,你怎么能將某一個(gè)云團變成自己的空中水庫呢?” 楊軍表示,人工增雨是一項科學(xué),我們應該認識到它的作用,但是也不能過(guò)于夸大,產(chǎn)生一些幻想。“大自然有它自己的運行規律,很多人夢(mèng)想著(zhù)如同神話(huà)中說(shuō)的一樣能呼風(fēng)喚雨,這是很不現實(shí)的,這是應該予以破除的科學(xué)迷信。”


人工增雨(雪)既然有這么多好處,那是不是每逢干旱出現時(shí),我們就可以使用呢?答案必然是否定的,雨雪當然不是想下就能下,人工增雨對于水汽條件的要求其實(shí)是相當高的。
“進(jìn)行人工增雨(雪)作業(yè)有一個(gè)至關(guān)重要的條件,是空中必須要有云,要有大量富含水汽的云。沒(méi)有這個(gè)條件,旱災再?lài)乐匾膊荒芡ㄟ^(guò)人工增雨(雪)作業(yè)來(lái)解決問(wèn)題。” 楊軍說(shuō):“解決我國的旱災問(wèn)題,最主要的還是節約用水并使用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行灌溉。大氣水資源雖然可以通過(guò)人工增雨(雪)的方式進(jìn)行利用,但不是解決干旱問(wèn)題的根本方法。”
此外,人工增雨(雪)火箭彈的事故雖然會(huì )偶爾發(fā)生,但專(zhuān)家表示人們不必過(guò)于擔心,隨著(zhù)科技手段的日新月異,人工增雨(雪)作業(yè)的安全性也在不斷提高。據文獻資料《新型人工增雨炮彈性能分析》顯示,新型人工增雨炮彈的技術(shù)改進(jìn),對于突破爆炸破片超標的瓶頸有著(zhù)重要意義,使新型人工增雨炮彈引信更加可靠,提高了引信發(fā)火可靠性,提高了使用安全性和產(chǎn)品本身的性能價(jià)格比,對人工影響天氣事業(yè)無(wú)疑可以起到更好的保障作用。
人工增雨(雪)想說(shuō)愛(ài)你不容易
人工增雨(雪)既然有這么多好處,那是不是每逢干旱出現時(shí),我們就可以使用呢?答案必然是否定的,雨雪當然不是想下就能下,人工增雨對于水汽條件的要求其實(shí)是相當高的。
“進(jìn)行人工增雨(雪)作業(yè)有一個(gè)至關(guān)重要的條件,是空中必須要有云,要有大量富含水汽的云。沒(méi)有這個(gè)條件,旱災再?lài)乐匾膊荒芡ㄟ^(guò)人工增雨(雪)作業(yè)來(lái)解決問(wèn)題。” 楊軍說(shuō):“解決我國的旱災問(wèn)題,最主要的還是節約用水并使用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行灌溉。大氣水資源雖然可以通過(guò)人工增雨(雪)的方式進(jìn)行利用,但不是解決干旱問(wèn)題的根本方法。”
關(guān)于人工增雨(雪)作業(yè)是否會(huì )污染環(huán)境,目前社會(huì )上也仍舊存在爭議。楊軍解釋道,人工影響天氣作業(yè)中經(jīng)常使用的干冰、液氮、碘化銀等催化劑,并不會(huì )造成環(huán)境污染。干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮氣,它們都是空氣的組成部分,對環(huán)境不會(huì )產(chǎn)生影響。碘化銀中的銀離子是重金屬,但碘化銀用量極小,飛機飛一架次所用的碘化銀大約在200克到300克,一枚高炮炮彈只含有1克碘化銀,一枚火箭彈里邊大概只含8克到15克的碘化銀,這個(gè)量的碘化銀分散在很大的區域里面,其單位面積的含量微乎其微。
北京市人工影響天氣辦公室也證實(shí)了這一看法,他們在長(cháng)年開(kāi)展人工增雨作業(yè)的密云水庫等區域進(jìn)行過(guò)監測,結果表明銀離子含量遠遠低于國家規定的標準,達不到污染的程度。
雖然人工增雨不會(huì )帶來(lái)環(huán)境污染,但是它自身可能給人們的安全帶來(lái)一定的威脅。
2011年1月28日傍晚,李先生一家過(guò)完年回到家鄉安徽省亳州市渦陽(yáng)縣,他發(fā)現房頂出現了一個(gè)大洞,并且在屋內水泥地上插著(zhù)一根長(cháng)長(cháng)的像鐵管一樣的東西,家具和墻上都發(fā)現了被損壞的痕跡。李先生把那根插在地上的管子拔出來(lái)后才發(fā)現,這管子竟是類(lèi)似炮彈一樣的東西。他說(shuō)幸好當時(shí)家里沒(méi)人,不然后果不堪設想。
據知情人士介紹,這個(gè)所謂的“炮彈”應該是人工增雨的火箭彈,而火箭彈尾部的減速傘上也有數字編號。據李先生的家人介紹,當時(shí)發(fā)現火箭彈的時(shí)候,尾部的減速傘并沒(méi)有打開(kāi),如果打開(kāi)了就不會(huì )給他家造成那么大的損失。

人工增雨(雪)火箭彈的事故雖然會(huì )偶爾發(fā)生,但專(zhuān)家表示人們不必過(guò)于擔心,隨著(zhù)科技手段的日新月異,人工增雨(雪)作業(yè)的安全性也在不斷提高。據文獻資料《新型人工增雨炮彈性能分析》顯示,新型人工增雨炮彈的技術(shù)改進(jìn),對于突破爆炸破片超標的瓶頸有著(zhù)重要意義,使新型人工增雨炮彈引信更加可靠,提高了引信發(fā)火可靠性,提高了使用安全性和產(chǎn)品本身的性能價(jià)格比,對人工影響天氣事業(yè)無(wú)疑可以起到更好的保障作用。
李小泉也表示,人工增雨(雪)作業(yè)對于安全性的要求還是很高的。首先要對作業(yè)的下墊面(人工影響的區域)進(jìn)行全面調查。例如這個(gè)地區原來(lái)沒(méi)有住人,現在有了居民,那么火箭發(fā)射仰角就可能要進(jìn)行相應的調整,從而縮小影響區域;另外,在確定了火箭作業(yè)區域和范圍后,人影部門(mén)在作業(yè)前會(huì )發(fā)布一個(gè)安民告知,通知相關(guān)區域的民眾提前做好準備。
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