人工影响天气

[拼音]：rengong yingxiang tianqi

[外文]：weather modification

人们通过研究和实验，应用一定的技术方法，使某些局地天气现象朝有利于人类的方向转化，以达到预定目的的改造自然的科学技术措施。又称人工控制天气，是人工降水、人工防雹、人工消云、人工消雾、人工削弱台风、人工防霜冻和人工抑制雷电等的总称。

自然天气过程的能量十分巨大。一次风暴凝结的水量约为 1000万吨的量级，其凝结潜热为2.5×1016焦耳，相当于燃烧 480万桶石油的热量。台风中的水汽每分钟释放的潜热，相当于爆炸20个百万吨级核弹所放出的能量。如果直接耗费如此巨大的能量来制造或消灭一个天气过程，实际上是不大可能的，经济上也是不合算的。所以必须寻找自然天气过程中可利用的条件，用少量的耗费促使它们向预定方向转化。人工影响天气的途径，主要是利用云的微物理过程。例如在温度低于 0°C的云中存在着大量未冻结的水滴，利用播撒成冰催化剂（见播云催化剂）可使水滴转化为冰晶并释放潜热，从而改变云的微物理过程和热力、动力结构。用这种方法进行人工影响天气，耗费比较小，效益可能很大。

方法

人工影响天气最主要的方法是播云，即用飞机、火箭或地面发生器等手段向云中播撒碘化银等催化剂，改变云的微结构，使云、雾、降水等天气现象发生改变。按对象的性质不同，播云所用的催化剂也不同，其催化过程可分为两类：

（1）冷云催化。温度为0～-30°C的云中，往往存在过冷却水滴，若在这种云中播撒碘化银或固体二氧化碳（又称干冰）等成冰催化剂，可以生成大量的人工冰晶。这类催化剂的成冰效率很高，1克催化剂就可生成数量级为1万亿个的冰晶，使1立方公里云体内产生浓度为1个/升的冰晶。在某些云中，人工冰晶通过伯杰龙过程可形成降水（见云和降水微物理学），从而达到人工降水的目的。在强对流云中，人工冰晶能长大成冰雹胚胎，同自然冰雹争夺水分，使各个冰雹都不能长成危害严重的大雹块，这样可达到防雹的目的。在过冷云（雾）中，人工冰晶使云（雾）滴蒸发而自身长大下落，又可达到消云（雾）的目的。在冷云催化过程中释放的巨大潜热会改变云的热力、动力过程，着力于这种动力效应的催化称为动力催化。动力催化可使某些对流云的云体发展而增加降水。在台风云系某些部位的动力催化，可能改变台风的环流结构而削弱其最大风力，从而减轻台风造成的灾害。

（2）暖云催化。在云中播撒直径略大于0.04毫米的水滴，使它们同云滴碰并，长成雨滴而降落到地面。此法效率很低，每克水大约只能形成几百万个雨滴胚胎。如果播撒大小适当的吸湿性盐粒，也能促成雨滴的生成，且效率比播撒水滴高，每克食盐大约能形成几千万个雨滴胚胎，再通过碰并过程形成雨滴，此法可促使暖云增加降水。在暖雾或某些暖云中播撒盐粒使雾滴或云滴蒸发，盐粒吸湿长大下落，也可达到消雾或消云的目的。

播云的手段有三种：

（1）地面播撒，通过空气运动，带入云中。此法虽然简易，但催化剂从何处入云，能有多少入云，都很难掌握。

（2）将催化剂装入火箭弹头或高射炮弹内，发射到云中的预定部位。此法虽迅速和直接，但是载量有限。

（3）用飞机将催化剂直接播入云内。此法机动性强，载量也大，但有时受飞行安全的限制。

除播云方法外，用加热空气的方法消雾或防霜冻，也有一定效果。但此法耗费很大，只能用于很小的范，如机场跑道的消雾和果园的防霜冻。此外，用向上喷射的高温气流以促使空中或云中的局部空气产生对流运动，增加局地的水汽凝结和降水；改变地面状态或在空气中播撒碳黑微粒以吸收更多的太阳辐射，改变局地空气的热力结构。这些方法还处于探索阶段。

和其他学科关系

人工影响天气涉及多种学科和技术。它的理论基础是大气科学，特别是云和降水物理学。它在试验设计和效果检验中，广泛应用数理统计的成果。在播云催化剂的研究过程中，要用到结晶学和表面化学等学科的知识。催化剂在空中和云中的扩散，涉及了大气湍流和小尺度运动。在观测技术方面，涉及气象要素和云中微粒的测量技术、气象雷达（包括多普勒雷达、双波长雷达）技术、微波探测技术（见微波大气遥感）、气象卫星测量以及示踪剂测量、超微量化学分析等。在播云技术方面，涉及火箭、炮弹和烟火剂等的设计和制作问题。在数值模拟的进展方面，则依赖于电子计算机的发展状况。从另一方面说，人工影响天气的开展，也促进了大气科学及有关领域的发展。

历史和现状

人工影响天气是人类自古以来的理想，17世纪末，中国清代的《广阳杂记》就载有:“夏五、六月间，常有暴风起，黄云自山来，必有冰雹，土人见黄云起，则鸣金鼓，以枪炮向之施放，即散去。”这是中国古代用土炮防雹的生动描述。1946年，美国科学家I.朗缪尔等根据冰晶在降水形成过程中的重要作用，提出了人工产生冰晶影响冷云降水的设想，他的助手V.J.谢弗和B.冯内古特，发现将干冰碎粒和碘化银烟粒引入充满过冷水滴的云室里，能够产生大量的冰晶。同年11月，谢弗进行了第一次对自然云层的人工催化试验。他用飞机将3磅干冰碎块投入云顶温度为-20°C的过冷层状云中，5分钟后，云下出现了降雪。此试验结果引起广泛的重视，推动了人工影响天气试验的迅速发展。到了60年代，美国科学家J.辛普森进行了动力催化试验，获得一定程度的成效。苏联科学家Γ.Κ.苏拉克韦利泽等，用冷云催化方法进行了大规模防雹试验。全世界大约已有80个国家或地区开展过这种试验研究，其中规模较大的国家有美国、苏联、中国、澳大利亚、法国等。中国从50年代开始，在大多数的省（自治区）开展了人工降水或防雹试验，有些单位还进行过消雾、消云和抑制雷电的试验。

在人工影响天气的各项研究中，开展得最多的是人工降水。一些比较严格的试验表明，在一定条件下，通过冷云催化可以增加降水量10～20％。也有些试验的效果不显著，个别情况还反而减少了降水量。暖云催化试验进行得比较少，技术上也不太成熟。人工防雹的规模仅次于人工降水。60年代以来，苏联持续进行了多年的防雹试验，他们宣称用催化剂方法可使雹灾的损失减少60～90％，但是由于缺乏严格的效果检验，未能得到一致的确认。中国、美国、瑞士等国所进行的大量防雹试验，效果不一。70年代美国进行了“国家冰雹研究计划”，结果防雹效果不好。人工消云开展较少，在一定条件下可以消除局地的过冷层云。在消除暖云方面，也有一些试验成功的例子。人工消雾开展得很早，40年代已经试验用加热法消除机场跑道上的雾，耗费虽大，但有相当成效。现在用干冰或液化丙烷消除过冷雾的技术，已在一些机场投入业务使用。消暖雾以及人工削弱台风、人工抑制雷电等，都尚处于探索试验阶段。

人工影响天气的试验曾经在一些国家广泛开展。随着试验研究的深入，逐步认识到这项工作的复杂性：

（1）人工影响天气必须具备一定的自然条件，例如云中必须存在过冷水滴，才能使冷云催化奏效；

（2）因为云中的动力过程和微物理过程十分复杂，两者又互相影响，所以采用同样的播云方法，在不同的自然条件下，可能产生完全不同的效果，不同场合的播云结果往往出入很大；

（3）因为天气现象的自然变率很大，播云造成的改变较小，要把人为的改变从自然变化中区分开来(即效果检验)是十分困难的。所以人们对于人工影响天气的实际效果，常常存在着不同的看法和估价。人们正在着重进行有科学设计的专业试验，通过大量试验的统计分析、综合观测的物理分析、数值模拟的理论分析三个方面来检验效果，明确适宜的播云条件，改进播云技术，逐步认识自然规律，以提高人工影响天气的实际效果。

参考书目

W.N.Hess，ed.，Weather andClimate Modification，John Wiley and Sons，New York，1974.