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用炮彈打?人工增雨到底會不會污染空氣?

[ 來源:科普中國-科普融合創作與傳播 | 作者:本站 | 發布時間:2019-11-13 | 瀏覽:1028次 ]

出品:科普中國

制作:中國氣象報社

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

高炮、火箭、飛機……人工影響天氣的裝備聽起來就讓人感覺高大上!加上“呼風喚雨”,讓人感覺“神秘莫測”。其實,人工影響天氣主要是為了避免或者減輕氣象災害,合理利用氣候資源,在適當條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進行人工影響,實現增雨雪、防雹等。

那么,人工為何可以耕云播雨?人影作業中使用的催化劑會不會造成大氣污染?

人工影響天氣 古代就有

人工影響天氣,是在適當條件下通過科技手段對局部大氣的物理、化學過程進行人工影響,實現增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動。

自古以來,人們就幻想能夠控制天氣。中國清代的《廣陽雜記》就載有:“夏五、六月間,常有暴風起,黃云自山來,必有冰雹,土人見黃云起,則鳴金鼓,以槍炮向之施放,即散去。”意思是夏天,常有暴風雨,古人見黃色的云氣滾滾而來時就鳴鼓并用土炮向天空射去,使黃色的云氣散開以此達到防雹的效果。這是中國古代用土炮防雹的生動描述。

古人為了減輕冰雹對農作物收成的影響,采用主動的、人工可以控制的方法――用土炮轟擊雹云,希望達到防雹的目的。可以看到,我國勞動人民很早以前就有了想人為干預天氣的想法和實踐,但是由于當時科學技術的落后,這些實踐以失敗告終。

科學的人工影響天氣是在美國朗格繆爾指導下,于20世紀40年代末在實驗室的試驗基礎上發展起來的。

我國水資源非常短缺,但空中云水資源極為豐富。1958年8月8日,我國在吉林省首次開展飛機人工增雨作業,開啟了我國現代人工影響天氣事業的新紀元。

我們為啥可以“耕云播雨”?

首先讓我們看看云的降水機制。

云是空氣垂直運動的結果,隨著空氣的上升,地面的水汽也被夾帶著一起上升,在這個過程中,一部分水汽蒸發掉,一部分則升入云中,會冷卻而凝結,成為云中水汽的一部分。

高空的云是否下雨,不僅僅取決于云中水汽的含量,同時還決定于云中供水汽凝結的凝結核的多少。即使云中水汽含量特別大,若沒有或僅有少量的凝結核,水汽不會充分凝結,也不能充分地下降。即使有的小水滴能夠下降,也終會因太少太小,而在降落過程中中途蒸發。

人工增雨是如何實現的 (圖片來源:中國氣象報社)

基于這一點,人們根據云的情況(性質、高度、厚度、濃度、范圍等),在適當條件下通過人工干預的方式向目標云播撒適量的催化劑,以改變云滴的大小、分布和性質,加速其生長,達到降水目的。比如向云體播撒致冷劑(如干冰、丙烷等)、結晶劑(如碘化銀、碘化鉛、間苯三酚、四聚乙醛、硫化亞鐵等)、吸濕劑(食鹽、尿素、氯化鈣)和水霧等。

人工增雨是如何實現的(圖片來源:中國氣象報社)

高空的云有暖型云(整個云體溫度高于0℃,云滴的半徑一般很小。)和冷型云(溫度為0~-30°C的云,往往存在過冷卻水滴)。對冷型云的人工增雨,常常是播撒致冷劑和結晶劑,增加云中冰晶濃度,彌補云中凝結核的不足,達到降雨目的。對暖型云的人工增雨,通常向云中播撒吸濕劑和水霧,促使云滴增大從而降下水來。

人影作業的那些爆款裝備

想要影響高空的天氣,沒有高科技裝備怎么行!人們創造或利用了各具特點的人工影響天氣裝備。

飛機:人工增雨作業飛機是云內播撒催化劑的最佳方式。飛機適合于對層狀可降水云系的連續增雨作業。

圖片來源:中國氣象新聞網

不過,將飛機開到云中,并不等于播撒了催化劑,人們還需要多種機載裝備, 這些機載裝備包括碘化銀末端燃燒器、碘化銀焰彈發射器、液態二氧化碳播撒器、液氮播撒器等,適用于不同的作業目的。安裝有多種播撒裝置的飛機,可以將催化劑直接播入云中,還可裝載探測儀器對作業前后云的宏觀、微觀狀態變化進行追蹤監測。飛機作業機動性強 , 催化作業面積大,增雨效果好。

8月,湖北人工影響天氣中心工作人員進行飛機增雨作業準備。

圖片來源:中國氣象新聞網

火箭與高炮:這里的大炮不是打向敵人的炮,而是射向空中的云。與飛機作業相比,火箭和高炮作業播撒催化劑集中,形成的冰核濃度高,特別適合飛機難以進入的對流云工作。

2019年,安徽省含山縣氣象局向空中發射火箭彈。

圖片來源:中國氣象新聞網

人們利用火箭發射架向空中發射含有催化劑的火箭彈,一枚火箭彈中含有8到15克的碘化銀。火箭彈在到達七八千米高空的云中預定位置以后,催化劑被自動點燃,隨著火箭彈飛行沿途燃燒,“線源播撒”,隨風擴散。

高炮則是防雹專業戶,炮彈射向云中,在云中爆炸,把催化劑播撒開來,同時爆炸產生的沖擊震動也起到一定的消雹作用。

圖片來源:中國氣象報社

地面煙爐:火箭、高炮等人工影響天氣作業總會引發很大的動靜!相比之下, 安靜燃燒的地面煙爐是最“ 沉默”的人工影響天氣裝備。

圖片來源:中國氣象報社

人工增雨地面煙爐常用于山區地形云的作業。作業人員將其設置在迎風坡面后,根據氣象條件的變化,利用計算機發出檢測、點火信號,燃燒含催化劑的焰條,通過熱量產生的上升氣流將人工冰核送入云中。除了山區以外,對于較難或不能申請作業空域許可的城市及周邊區域,地面煙爐也是非常適宜的。

圖片來源:中國氣象報社

人影作業會污染大氣嗎?

許多人擔心人影作業中使用的催化劑會不會造成污染?

其實,人影作業采用的催化劑主要是干冰(固體二氧化碳)、液氮、碘化銀等,這些催化劑具有很高的成冰能力,每次作業只需要少量。以常用的冷云催化劑來說,干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮氣——都是空氣的主要組成部分,因此它們都是“生態安全催化劑”,當然不會污染環境。

另外,長期監測發現,飛機人影作業和火箭人影作業等使用的碘化銀用量非常小,作業區域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠低于世界衛生組織規定的濃度。所以,正確使用人影催化劑不會造成環境污染。

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