天时地利人和!人工增雨,不是你想增就能增

科普中国-科普融合创作与传播 2018-11-19

    出品:科普中国

    制作:马晨晨

    监制:中国科学院计算机网络信息中心     

    你是不是在夏天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:某影视片段)

    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。   

    (图源:作者制作)

    不得不承认,这样的太阳雨现象,在夏天确实常见;但是如果想人工搞出来,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,它是否真的像你想象的那般神奇?且让我们看一看。     

    一、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,而不是你想象的让大晴天变出一朵云来下雨……

    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,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,以期通过冰晶的增长来增加降水效率。增加冰晶数量又可以有两种方法来实现,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,我们还需要有吸湿剂的辅助。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。    

    (图源:作者制作)

    二、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、火箭等装备霸气上场了,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:连云港市气象局)

    小皮卡驮着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78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。 

    (图片来源:百度图片

    三、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象的那样,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,你对人类呼风唤雨的幻想,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,确实不是想增就能实现的啊!     

   (本文中标明来源的图片均已获得授权)

责任编辑:sun

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