人工影響天氣是科技型公益性事業(yè),是氣象防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和提高人民生活質(zhì)量、合理開(kāi)發(fā)利用氣象資源、生態(tài)建設(shè)與保護(hù)等的一項(xiàng)重要科技手段。是為避免或者減輕氣象災(zāi)害,合理利用氣候資源,在適當(dāng)條件下通過(guò)科技手段對(duì)局部大氣的物理、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行人工影響,實(shí)現(xiàn)增雨雪、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動(dòng)。
一、人工影響天氣服務(wù)內(nèi)容
利用人為活動(dòng)影響天氣,以實(shí)現(xiàn)局部大氣系統(tǒng)向有利于人類(lèi)生產(chǎn)生活的方面轉(zhuǎn)化,減輕或避免氣象災(zāi)害對(duì)人類(lèi)的影響是進(jìn)行人工影響天氣的出發(fā)點(diǎn)。
人工影響天氣主要服務(wù)的內(nèi)容有:增雨抗旱,防雹減災(zāi),河流和水庫(kù)增水,高山增雪,森林防火、滅火,植樹(shù)造林、植被恢復(fù),濕地保護(hù),機(jī)場(chǎng)、公路消霧,人員財(cái)產(chǎn)安全和重大社會(huì)活動(dòng)保障,減輕城市空氣污染,減輕公共突發(fā)污染事件影響,軍事活動(dòng)保障等。
二、冰雹災(zāi)害的特點(diǎn):
我州是冰雹災(zāi)害的高發(fā)地區(qū),年平均日在40天左右,冰雹災(zāi)害的發(fā)生有四個(gè)特點(diǎn):
1.重雹災(zāi)區(qū)并非雹日高頻區(qū)。冰雹災(zāi)造成的損失受多方面因素的影響,降雹頻數(shù)、雹塊大小、密度,農(nóng)作物種類(lèi),經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度等是雹災(zāi)損失的重要衡量因子。
2.伴隨的多種強(qiáng)烈天氣現(xiàn)象加劇了雹災(zāi)的嚴(yán)重性(雹災(zāi)發(fā)生時(shí)的伴隨大風(fēng)、暴雨加大了雹災(zāi)的損失)。
3.冰雹災(zāi)害具有明顯的局地性、離散性和廣泛性
4.冰雹天氣災(zāi)害具有突發(fā)性、短時(shí)性。冰雹天氣過(guò)程形成時(shí)間短、移速快,降雹時(shí)間短。
三、冰雹的形成和人工防雹:
人工防雹中,催化技術(shù)是影響防雹效果的關(guān)鍵,而與催化技術(shù)直接相關(guān)的問(wèn)題是冰雹形成的物理過(guò)程。雷達(dá)觀測(cè)表明,冰雹云體發(fā)展強(qiáng)烈,初始回波一般出現(xiàn)在5~6km高度,處于發(fā)展階段的對(duì)流云強(qiáng)回波區(qū)也在5~6km高度,冰雹云的回波頂高約12km,強(qiáng)度50dBz,30dBz回波頂高9km
從各種粒子形成過(guò)程歸納冰雹云中的微物理過(guò)程是:
(1)首先由水汽核化和衍生產(chǎn)生冰晶,前者產(chǎn)生的冰晶濃度比后者大2-3個(gè)量級(jí)(前者為異質(zhì)核化后者為同質(zhì)核化)。
(2)冰晶形成后,主要通過(guò)凝華增長(zhǎng),并通過(guò)其自碰并、自動(dòng)轉(zhuǎn)換及受其接觸擾動(dòng)的過(guò)冷小雨滴凍結(jié)產(chǎn)生雪;雪主要通過(guò)撞凍過(guò)冷云水和凝華增長(zhǎng)。
?。?)冰晶和雪一方面向霰轉(zhuǎn)化,一方面與過(guò)冷雨滴接觸使雨滴凍結(jié)成凍滴,雨滴也可以核化形成凍滴,但前者產(chǎn)生凍滴無(wú)論從數(shù)量上還是質(zhì)量上比后者大得多。霰和凍滴數(shù)量上相差不大。
(4)霰主要通過(guò)收集過(guò)冷云水增長(zhǎng),而凍滴先以收集過(guò)冷雨水增長(zhǎng)為主,后以收集云水增長(zhǎng)為主,撞凍增長(zhǎng)是霰和凍滴的主要增長(zhǎng)過(guò)程。
(5)絕大部分冰雹以?xún)龅螢樵鲩L(zhǎng)核心。霰、凍滴的轉(zhuǎn)化質(zhì)量占雹總量的70%以上,雹的增長(zhǎng)也以撞凍過(guò)冷云水為主。
因此適量的冰晶、雪和豐富的過(guò)冷水的存在、尤其是雹云發(fā)展初期過(guò)冷雨水的存在是冰雹形成和增長(zhǎng)的重要條件。此外從各種粒子形成過(guò)程中,一方面看到了單個(gè)粒子的產(chǎn)生和增長(zhǎng)物理過(guò)程,另一方面也發(fā)現(xiàn)了各個(gè)物理過(guò)程之間的關(guān)系,可以用“冰晶-過(guò)冷水-雹胚-冰雹”這一鏈環(huán)來(lái)描述這些關(guān)系。
因此人工防雹的重要工作就是在雹云形成的前期和中期對(duì)雹云實(shí)施人工影響,向雹云中播撒大量的凝結(jié)核,通過(guò)大量凝結(jié)核的播撒,在雹云中造成有大量“吸水物爭(zhēng)水的場(chǎng)面”,使雹云中不能形成大冰塊并實(shí)現(xiàn)大雹塊向小雹和形成水滴降落到地面的有利于人類(lèi)生產(chǎn)、生活的結(jié)果。
實(shí)施人工防雹有以下幾方面的要求:
1.防雹的關(guān)鍵是對(duì)冰雹云催化要及時(shí)、準(zhǔn)確、足量。所謂及時(shí)就是催化時(shí)間要盡可能提前,若在雹云的發(fā)展階段早期催化,不但效果好,還可以節(jié)約催化劑;準(zhǔn)確即實(shí)施催化時(shí)要將催化劑播撒入雹云主上升氣流區(qū);足量即對(duì)雹云投放的催化劑要達(dá)到一定數(shù)量。另外炮彈爆炸后產(chǎn)生的沖擊會(huì)擾亂雹云內(nèi)有序的上升氣流,對(duì)對(duì)流發(fā)展有抑制作用。
2.可以用天氣雷達(dá)指揮催化作業(yè)。如用多普勒雷達(dá)可直接指示出上升氣流極值區(qū);用常規(guī)雷達(dá)可指示雹云發(fā)展階段的強(qiáng)回波中心的位置指示上升氣流極值區(qū)。
3.掌握對(duì)雹云催化的三要素后(及時(shí)、準(zhǔn)確、足量),選擇催化工具非常重要。要根據(jù)催化工具的特點(diǎn)和性能將催化三要素遵循的原則細(xì)化。目前普遍采用高炮和火箭作業(yè),要根據(jù)雹云的強(qiáng)回波中心高度和離開(kāi)炮點(diǎn)和火箭點(diǎn)的距離確定它們的發(fā)射角,原則是高炮的彈著點(diǎn)位于強(qiáng)回波中心部位,或火箭的催化段盡可能橫跨強(qiáng)回波中心或上升氣流極值區(qū)。但受作業(yè)點(diǎn)布設(shè)位置、作業(yè)點(diǎn)數(shù)量和現(xiàn)有技術(shù)的限制,防雹工作的成效還不能真正實(shí)現(xiàn)上述要求,還只能實(shí)現(xiàn)防雹減災(zāi)而不能完全避免雹災(zāi)造成的損失。