(啊,好久木有写科普文了,一方面因为懒,另一方面确实也不知道该写点什么了……

这是一篇跟科普中国合作的文章,写了很久很久,也查了不少资料,讲道理,人工增雨这件事要说清楚还真是有点难,总之,跟你想得完全不一样就是了)

主要内容提要:

1、人工增雨基本原理:采用人为方法对空中可能下雨或者正在下雨的云层施加某种影响,以达到增加降水量的目的,只有在云已经降水或者近于降水的条件下,人工方法才能发挥作用;

2、人工增雨的常用方法:一般采用飞机、高炮、火箭等增雨装备将增雨催化剂送到云中;

3、人工增雨的作用:国际上普遍认同的作业区的增雨效果为7%—20%,当然也会对增雨作业区的周围区域产生影响。

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你是不是也曾有过这样的念头:气象局当真不考虑人工降雨吗?这个天简直热炸了;

或者是这样的抱怨:今天这雨怕不是人工降下来的吧!突然爆炸下雨没有一点点防备,可把我淋坏了;

当然还有给气象部门支招的:以后再报暴雨什么的,不下你们就自己人工降下来好了。

如此种种,不胜枚举。

那么我来总结一下,在你眼里,人工增雨大概就是只要朝天上打一炮,晴空万里立刻就变成了瓢泼大雨。

没错,就像这样:

(图片来源:电影《战狼》视频截图)

然后几分钟的时间里,丛林里由光影流转变成了大雨如注,太阳还没来得及隐到云层里。

(图片来源:电影《战狼》视频截图)

不得不承认,这样的太阳雨现象,在夏天确实常见;但若要人工实现,是真的难如登天。

如果我说,根本没有「人工降雨」这回事,你们会不会大失所望?事实上,你所认为的「人工降雨」,正确说法其实是「人工增雨」。那么,它是否真的像你想像的那般神奇?且让我们看一看。

人工增雨的基本原理

人工增雨是人工影响天气诸多方式里的一种,指采用人为方法对空中可能下雨或者正在下雨的云层施加某种影响,以达到增加降水量的目的。此处划重点:只有在云已经降水或者近于降水的条件下,人工方法才能发挥作用,而不是你想像的让大晴天变出一朵云来下雨,这道理就像要你从海绵里挤水,挤出水的前提是海绵里有水啊……

云是由水滴和冰晶组成的。只是在大部分情况下,这些云粒子太小,无法形成降水。而人工增雨的关键就是要想方设法帮助这些小的云粒子长大,以形成降水。

为达到增加降水的目的,人工增雨小分队的工作人员会人为地向云中引入一些物质,这些物质就叫作催化剂。传统催化剂一般分为三类:致冷剂、人工冰核和吸湿剂。其中前两类用于冷云(温度低于0℃的云,水滴和冰晶并存),而吸湿剂则用于暖云(温度高于0℃的云,仅含有水滴)。

先来说说冷云催化。冷云催化的核心就是增加云中冰晶的数量,以通过冰晶的增长来增加降水效率。增加冰晶数量又可以通过两种方法来实现,一种是通过播撒制冷剂直接降低云内温度,我们非常熟悉的干冰就是这一类制冷剂,用它来降温效果绝佳;而另一种方法则更加简单粗暴又有效,就是直接在云内播撒人工冰核,例如大家熟知的碘化银。经过催化剂催化作用的云会产生大量冰核,随后它们就会通过复杂的云物理过程转化成冰晶,冰晶再长大降落,如此一来,降水效率便会相应增加。

暖云中没有冰晶,又如何增加降水?我们当然也有办法。暖云降水靠的就是大水滴,那么增加云内的大水滴不就行了?没错,这是最直接的思路,也是暖云催化的方法之一。当然,整个过程并不只是向云中播撒大水滴那么简单了,我们还需要吸湿剂的辅助。吸湿剂一旦进入云内,就能够迅速充分吸收云内的小水滴,再将自身发展壮大形成大水滴,最终降落成我们能看到的雨。

人工增雨基本原理和方法示意图(图片来源:《人工影响天气技术与管理》)

人工增雨的常用方法

那么,气象部门究竟又是怎么把这些能增雨的好东西送到云里去的呢?这时候就轮到我们的飞机、高炮、火箭等装备霸气登场了。等等,气象部门还有火箭?听起来好厉害的样子!当然,不是你想的那个火箭,而是下图这样的增雨火箭……

(图片来源:陈飞 拍摄)

小皮卡驮著的就是增雨火箭架了,正在向天空奋勇前进的就是我们的增雨火箭弹,里面可装的都是满满的碘化银呢!这是基层气象部门最常用的增雨作业方式,那么当小火箭把人工增雨炮弹送上天之后,又发生了什么?

增雨炮弹最高可以飞行抵达7到8公里的高空。在升空之后炮弹分离,碘化银进入云层中,开始发生一系列可以增雨的物理变化;几乎与此同时,炮弹内置的降落伞会打开,有效降低速度,随后炮弹残骸缓慢降低至地面。(你没看错,增雨炮弹还自带降落伞,是不是很高级呀!)饶是如此,人工增雨作业还是存在一定的危险性,毕竟那增雨炮弹是个铁家伙,分量可不轻,所以增雨地点通常都会选在空旷无人的地方,以求将安全隐患降低至最小。

作业播撒层起始高度和有效作业距离示意图

人工增雨的作用

说了这么多,一个关键问题来了:折腾这么一大圈,人工增雨究竟有多大作用?真的会像大家一般想像的那样,一炮上去,雷声大作,小雨变成暴雨?可能再一次要让你们失望了。

研究表明,国际上普遍认同的作业区的增雨效果为7%—20%。也就是说,假设目标云朵本来就要下10毫米的降水,那么增雨后最大可能的降水量为10.7毫米到12毫米,也就是增加了这么一丢丢。所以,你对气象部门「呼风唤雨」的幻想,是不是也该破灭了?

当然你们是知道的,大气是一个整体,所谓牵一发而动全身。人工增雨不仅会对作业区产生影响,也会对周围的其他地方产生影响,尤其是作业区的下方向区域。一般来说,下游区同样会产生增雨效应,不过这个过程太过复杂,科研工作者们也一直在探索。

最后补充一点,人工增雨除了技术上的难题外,还有很多业务流程上的工作。一般来说,要实施一场增雨作业通常要经过几个过程:调查作业需求——等待天气时机——发布作业公告——申请作业空域——实施增雨作业——作业信息上报。任何一个环节出现问题都可能导致人工增雨无法顺利实施,而且这其中很多因素是气象部门难以掌控的,有的时候也真的会遭遇「弹在架上,却无法发射」的窘境。

所以你们看,人工增雨,真的需要天时地利人和的绝佳时机,哪里是你想增雨就能增呢?

出品:科普中国

制作:马肉肉

监制:中国科学院计算机网路信息中心

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