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人工影响天气科学问答

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-03-19  来源:学习强国  浏览次数:875

 


 缺水,是一个全球性问题——世界资源研究所的报告显示,全球约四分之一的人口面临极度缺水危机;联合国教科文组织统计,非洲每年数千人死于水资源缺乏,约有3亿人因为缺水而生活在贫困中。


我国也是全球人均水资源最匮乏的国家之一,且水资源在时间、空间上分布极不均匀,区域性干旱时有发生,严重制约经济社会发展。


这就需要寻找可用之水。来自海洋和陆地的水蒸发成为水汽进入大气,部分水汽在天空冷却凝结成云。其中,一部分云发展壮大后又形成水(雪)降落到地面,但还有很大一部分云由于缺乏动力等条件不能成长为可降水的云。因此,需要人类对空中的云进行催化,盘活空中“无形水库”的资源。


中国气象局人工影响天气中心最新研究表明,大气水凝物(云水)年平均总量约8万亿吨到10万亿吨,其更新周期平均仅5小时至8小时;大气水凝物总量中,有一部分仍留在空中没有形成地面降水,即云水资源,其年平均总量约2万亿吨到3万亿吨。可见,“空中水库”资源丰富、更新快,是可挖掘的“富水矿”。


实际上,开发空中云水资源,也成为各国缓解水资源危机的重要方法。


何时开展|越是阴雨天,越是好条件


在一定程度上,人工增雨可以实现“化云为雨”,但并不意味着可以“随心所欲”和“呼风唤雨”,也不是每一朵云都可以化成雨。


首先看自然降水的原理,云中水如何变成地上一滴雨?需要三个基本条件:云水丰富、凝结核充足(有足够的冰晶)、有上升运动。


具备增雨条件的云,分为冷云(温度低于0℃)和暖云(高于0℃)。


其中,冷云催化是目前世界各国相对成熟和通用的技术。通过向云中播撒碘化银成冰剂,产生大量的人工冰核,冰核通过不同的机制转化成冰晶,冰晶吸附过冷水滴表面的水分子增长,当冰晶增长到一定程度就会降落,从而引发云层降水或增加降水强度。或者向云中播撒干冰、液氮、液态二氧化碳等制冷剂,在其周围形成-40℃的区域,即利用制冷剂在云中生成冰晶,引发冰晶效应而下雨。在冷云催化过程中,冰晶凝华释放潜热,使云体温度升高,释放被“束缚”的云中潜力,使降雨加强。


暖云的云物理结构稳定,其中的雨滴小且均匀,缺乏直径100微米以上的大水滴,且受到上升气流托举而难以产生降水。但是,通过向云中播撒盐粉等吸湿剂,可以把那些小水滴团结起来,吸湿性凝结核在相对湿度接近100%的云雾环境中能增长成直径超过40微米的大水滴,促进碰并增长形成雨滴,在重力作用下降落下来。


从理论上来说,人工增雨的前提是要有云水含量丰富而凝结核不足的云,而晴天的小朵积云由于云水储备不足、动力条件差而被“嫌弃”。


当然,是否适合作业,不能仅凭肉眼的观察来决定,还需要天气雷达、气象卫星、探空仪等多种手段组成的“透视眼”,才能判定其是否符合作业要求。


前景几何|解需水之难


一份来自市场需求的调研报告显示,人工影响天气在缓解干旱保障粮食安全、森林防火、生态保护、水资源安全等方面前景持续向好,且潜力巨大。实际上,它在一定程度上起着调节云水资源季节性和地区性分布不均的作用。不仅是农业生产,在森林防火、生态恢复(修复)等方面,人工影响天气都被视为最直接、最有效,也是投入成本最低的一种增加降水的方式。


农业用水——在气候变化大背景下,气象干旱多发频发,影响越来越广泛。2017年春季,东北、华北遭遇干旱。旱区气象、农业农村等部门抓住5月下旬有利天气过程,实施32架次飞机作业和626次火箭作业,累计增雨作业面积73.7万平方公里。


森林防火——人工增雨作业是有效扑灭林火的手段之一。2018年6月2日,内蒙古自治区呼伦贝尔市额尔古纳市和根河市发生火灾,过火面积近千公顷。在自然降雨和人工增雨的共同影响下,5日7时至6日7时,呼伦贝尔大部分地区出现小到中雨天气,部分地区大雨、局地暴雨。6日,火灾东南线明火已实现合围,扑火工作取得决定性胜利。


生态保护和修复——在重点生态修复区实施人工增雨作业,成为最经济有效的方法之一。近年来,气象部门在三江源实施人工增雨作业工程。卫星遥感监测显示,2004年以来,三江源地区黄河源扎陵湖和鄂陵湖水体面积呈先增后减再增的波动变化趋势,2020年扎陵湖和鄂陵湖水体面积较历年(2004年至2019年)平均分别增加2.6%和1.2%,湖泊面积总体呈波动增加的变化趋势。


在全球气候变暖的背景下,水资源紧缺的矛盾愈发突出。利用人工影响天气技术,改变局地云层条件增加地面有效降水,将是缓解水资源供需矛盾成本低、收益大的重要方式之一。

 
 

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