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原理篇:化云为雨,让梦想“有条件”地照进现实

来源:中国气象报   发布时间:2018年09月12日15:57
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中国气象报记者 张格苗

  天上的一朵朵云,如何才能变成地上的一滴滴雨?有时候,云会自己长大、成熟,然后变成雨水。有时候,云长得太慢,地上的动植物干渴难耐,等不及自然的恩赐。

  随着科技的发展,飞机、火箭、高炮、烟炉等“五花八门”的装备搭配上“风味”不同的催化剂,在特定天气条件下“化云为雨”已经成为可能。

  在专业术语上,这样的技术和行为被称为人工增雨。除了在干旱的时候增雨,如今的人工影响天气还能消雹、消云减雨、消雾和防霜冻等。

  风中有朵雨做的云

  并非所有的云,都可以化成雨水。晴空万里,天上飘着的丝丝缕缕轻薄白云,便是无法经人工影响而化作雨水的云。

  要想实现增雨,首先得有一团合适的云体。一般来说,当云的厚度超过两千米,缺乏冰晶却拥有丰富的水汽,且云体外面仍然有充足的水汽通过辐合抬升源源不断补给,就算通过“审核”,认定具备增雨潜力。

  云有冷暖之分。暖云里充满小水珠,温度在0℃以上,上升气流的托举使它们漂浮在空中掉不下来;冷云的温度在0℃以下,云里有许多闪亮的冰晶和冷却水珠,但由于它们又小又轻,在上升气流的托举下,也不会掉下来。这时候,就需要人工来帮忙了。

  但天高云远,肉眼自然无法辨别云里的情况,负责“审核”的重任就落在了现代化探测设备身上。目前,这项任务由天气雷达、探空仪、地球静止卫星、极轨卫星、探测作业飞机等组成的综合监测系统具体执行,它们最终会锁定合适的可以作业的目标云。

  当然,合适的目标云不是时时刻刻都存在的,需要等待时机。

  金风玉露一相逢

  目标云“现身”,时机出现,只待“金风”“玉露”一相逢。

  在人工影响天气作业指挥中心等待的工作人员判断,作业条件成熟,提出包括催化剂量、作业设备和作业时机等在内的作业方案,向空管部门申请作业空域。目标是,在时机未“溜走”之前,把催化剂送到云中,像“卤水点豆腐”一样,把云“幻化”成雨水。

  冷云和暖云的降水机制不同,需要的催化剂种类也有所不同。目前常用的催化剂有制冷剂(如干冰等)、结晶剂(如碘化银等)、吸湿剂(食盐、尿素等)等。

  制冷剂和结晶剂主要用于冷云。当干冰、液态氮和碘化银等进入云中,便会在短时间内产生大量的人工冰核,冰核转化成冰晶,冰晶吸附水汽,凝结增长,或碰到过冷却云水,使其变为冰晶。当冰晶增长到一定程度,上升气流已经无法托举住它们时,便降落下来,进入暖区融化成为雨滴。

  暖云则靠吸湿剂。当吸湿的食盐、氯化钙、尿素、硝酸铵等进入云中,使那些小小的水珠快速成长为几十微米以上的大云滴,“过度肥胖”的它们“体重”暴增,上升气流给的支撑终于抵不住重力的作用,只好掉了下来,便形成了降雨。

  催化剂如何才能到云里

  如果是层状的可降水云系,工作人员会派出“新舟60”高性能作业飞机、“空中国王”飞机等执行任务,它们直接飞到云中,像播撒种子那样,把催化剂播撒在云中。

  有时候,碰到强对流云,产生很多闪电,派飞机就很危险了,工作人员会计算好方位,在作业点用火箭发射架向空中发射含有催化剂的火箭弹。当火箭弹抵达预定的目标云位置,催化剂自动点燃,随着火箭弹沿途燃烧,“线源播撒”催化剂。

  在山区等特殊地形中,还建有增雨烟炉,催化剂在烟炉燃烧后袅袅升空,直到云中。

  还有一种装备是高炮,它的主要任务是对付冰雹。炮弹携带的人工冰晶打入目标云里,便开始与自然雹胚竞争周围环境中有限的水分资源,从而抑制冰雹增长,把危害严重的大雹块“扼杀”在了摇篮里。

  一般情况下,当催化剂成功送达15至20分钟后,降雨的效果便很显而易见了。

(来源:《中国气象报》2018年9月12日四版 责任编辑:王美丽)

  

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