(啊,好久木有寫科普文了,一方面因為懶,另一方面確實也不知道該寫點什麼了……

這是一篇跟科普中國合作的文章,寫了很久很久,也查了不少資料,講道理,人工增雨這件事要說清楚還真是有點難,總之,跟你想得完全不一樣就是了)

主要內容提要:

1、人工增雨基本原理:採用人為方法對空中可能下雨或者正在下雨的雲層施加某種影響,以達到增加降水量的目的,只有在雲已經降水或者近於降水的條件下,人工方法才能發揮作用;

2、人工增雨的常用方法:一般採用飛機、高炮、火箭等增雨裝備將增雨催化劑送到雲中;

3、人工增雨的作用:國際上普遍認同的作業區的增雨效果為7%—20%,當然也會對增雨作業區的周圍區域產生影響。

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你是不是也曾有過這樣的念頭:氣象局當真不考慮人工降雨嗎?這個天簡直熱炸了;

或者是這樣的抱怨:今天這雨怕不是人工降下來的吧!突然爆炸下雨沒有一點點防備,可把我淋壞了;

當然還有給氣象部門支招的:以後再報暴雨什麼的,不下你們就自己人工降下來好了。

如此種種,不勝枚舉。

那麼我來總結一下,在你眼裡,人工增雨大概就是只要朝天上打一炮,晴空萬里立刻就變成了瓢潑大雨。

沒錯,就像這樣:

(圖片來源:電影《戰狼》視頻截圖)

然後幾分鐘的時間裡,叢林里由光影流轉變成了大雨如注,太陽還沒來得及隱到雲層里。

(圖片來源:電影《戰狼》視頻截圖)

不得不承認,這樣的太陽雨現象,在夏天確實常見;但若要人工實現,是真的難如登天。

如果我說,根本沒有「人工降雨」這回事,你們會不會大失所望?事實上,你所認為的「人工降雨」,正確說法其實是「人工增雨」。那麼,它是否真的像你想像的那般神奇?且讓我們看一看。

人工增雨的基本原理

人工增雨是人工影響天氣諸多方式里的一種,指採用人為方法對空中可能下雨或者正在下雨的雲層施加某種影響,以達到增加降水量的目的。此處劃重點:只有在雲已經降水或者近於降水的條件下,人工方法才能發揮作用,而不是你想像的讓大晴天變出一朵雲來下雨,這道理就像要你從海綿里擠水,擠出水的前提是海綿里有水啊……

雲是由水滴和冰晶組成的。只是在大部分情況下,這些雲粒子太小,無法形成降水。而人工增雨的關鍵就是要想方設法幫助這些小的雲粒子長大,以形成降水。

為達到增加降水的目的,人工增雨小分隊的工作人員會人為地向雲中引入一些物質,這些物質就叫作催化劑。傳統催化劑一般分為三類:致冷劑、人工冰核和吸濕劑。其中前兩類用於冷雲(溫度低於0℃的雲,水滴和冰晶並存),而吸濕劑則用於暖雲(溫度高於0℃的雲,僅含有水滴)。

先來說說冷雲催化。冷雲催化的核心就是增加雲中冰晶的數量,以通過冰晶的增長來增加降水效率。增加冰晶數量又可以通過兩種方法來實現,一種是通過播撒製冷劑直接降低雲內溫度,我們非常熟悉的乾冰就是這一類製冷劑,用它來降溫效果絕佳;而另一種方法則更加簡單粗暴又有效,就是直接在雲內播撒人工冰核,例如大家熟知的碘化銀。經過催化劑催化作用的雲會產生大量冰核,隨後它們就會通過複雜的雲物理過程轉化成冰晶,冰晶再長大降落,如此一來,降水效率便會相應增加。

暖雲中沒有冰晶,又如何增加降水?我們當然也有辦法。暖雲降水靠的就是大水滴,那麼增加雲內的大水滴不就行了?沒錯,這是最直接的思路,也是暖雲催化的方法之一。當然,整個過程並不只是向雲中播撒大水滴那麼簡單了,我們還需要吸濕劑的輔助。吸濕劑一旦進入雲內,就能夠迅速充分吸收雲內的小水滴,再將自身發展壯大形成大水滴,最終降落成我們能看到的雨。

人工增雨基本原理和方法示意圖(圖片來源:《人工影響天氣技術與管理》)

人工增雨的常用方法

那麼,氣象部門究竟又是怎麼把這些能增雨的好東西送到雲里去的呢?這時候就輪到我們的飛機、高炮、火箭等裝備霸氣登場了。等等,氣象部門還有火箭?聽起來好厲害的樣子!當然,不是你想的那個火箭,而是下圖這樣的增雨火箭……

(圖片來源:陳飛 拍攝)

小皮卡馱著的就是增雨火箭架了,正在向天空奮勇前進的就是我們的增雨火箭彈,裡面可裝的都是滿滿的碘化銀呢!這是基層氣象部門最常用的增雨作業方式,那麼當小火箭把人工增雨炮彈送上天之後,又發生了什麼?

增雨炮彈最高可以飛行抵達7到8公里的高空。在升空之後炮彈分離,碘化銀進入雲層中,開始發生一系列可以增雨的物理變化;幾乎與此同時,炮彈內置的降落傘會打開,有效降低速度,隨後炮彈殘骸緩慢降低至地面。(你沒看錯,增雨炮彈還自帶降落傘,是不是很高級呀!)饒是如此,人工增雨作業還是存在一定的危險性,畢竟那增雨炮彈是個鐵傢伙,分量可不輕,所以增雨地點通常都會選在空曠無人的地方,以求將安全隱患降低至最小。

作業播撒層起始高度和有效作業距離示意圖

人工增雨的作用

說了這麼多,一個關鍵問題來了:折騰這麼一大圈,人工增雨究竟有多大作用?真的會像大家一般想像的那樣,一炮上去,雷聲大作,小雨變成暴雨?可能再一次要讓你們失望了。

研究表明,國際上普遍認同的作業區的增雨效果為7%—20%。也就是說,假設目標雲朵本來就要下10毫米的降水,那麼增雨後最大可能的降水量為10.7毫米到12毫米,也就是增加了這麼一丟丟。所以,你對氣象部門「呼風喚雨」的幻想,是不是也該破滅了?

當然你們是知道的,大氣是一個整體,所謂牽一髮而動全身。人工增雨不僅會對作業區產生影響,也會對周圍的其他地方產生影響,尤其是作業區的下方向區域。一般來說,下游區同樣會產生增雨效應,不過這個過程太過複雜,科研工作者們也一直在探索。

最後補充一點,人工增雨除了技術上的難題外,還有很多業務流程上的工作。一般來說,要實施一場增雨作業通常要經過幾個過程:調查作業需求——等待天氣時機——發布作業公告——申請作業空域——實施增雨作業——作業信息上報。任何一個環節出現問題都可能導致人工增雨無法順利實施,而且這其中很多因素是氣象部門難以掌控的,有的時候也真的會遭遇「彈在架上,卻無法發射」的窘境。

所以你們看,人工增雨,真的需要天時地利人和的絕佳時機,哪裡是你想增雨就能增呢?

出品:科普中國

製作:馬肉肉

監製:中國科學院計算機網路信息中心

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