□陳 蕓 陳隆財

我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家之一，干旱是我國最主要的一種自然災(zāi)害。例如，2006年，重慶遭遇了百年一遇的特大干旱；2009年，我國許多地方遭遇50年一遇的大旱，安徽、河南等地災(zāi)害嚴重；2010年春，云南、廣西等省遭受嚴重春旱等。干旱所造成的損失十分嚴重，越來越受到政府和公眾的關(guān)注。人類對有關(guān)人為干預(yù)降水形成過程的認識和研究在不斷提高，人工降雨已成為抗旱救災(zāi)、水庫蓄水的一種重要手段。

干旱和水資源短缺一直是困擾我國經(jīng)濟發(fā)展的一個重大難題。為緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源的短缺,自1958年起我國即廣泛開展了人工增雨,并受到各級政府的重視。

1 人工增雨冷暖催化理論

人工影響天氣是在一定的有利時機和條件下,通過播撒催化劑等技術(shù)手段,對局部區(qū)域大氣中的云霧降水物理過程進行影響,達到人工增雨、防雹、消霧等目的。大氣中的水汽在上升過程中凝結(jié)成細微的云滴,漂浮在空中。在溫度低于0℃的冷云中,云滴往往仍為過冷水滴。在這種冷云中,如果有冰晶存在,由于冰面飽和水汽壓低于水面飽和水汽壓,冰晶就會很快的凝華長大而云滴蒸發(fā),冰晶長大后可下落成雪。貝吉隆早在1935年就對冰水共存的混合云降水過程進行過研究,因此,這個過程也稱之為貝吉隆過程。雪在溫度高于0℃的暖區(qū)會溶化成雨。雪和雨在下落時都會碰撞并合云滴而進一步長大,最后降到地面。在暖區(qū)或者沒有冰晶的云中,云滴大小不一,大的云滴可能碰到小的云滴而長大成為雨滴,降落及地。

人工降水（人工增雨）是在自然冰晶不足的云中,播撤干冰、碘化銀等催化劑,產(chǎn)生大量人工冰晶,促進降水的發(fā)展。大量試驗研究表明,對于適合人工增雨的云,在適當部位適當時機采用適當?shù)拇呋椒梢赃_到增加降雨的目的。掌握和使用不當就會使實際效果大大降低、在特殊情況下還可能出現(xiàn)負效果。因此認識、掌握正確的催化條件和方法是人工增雨的技術(shù)關(guān)鍵,也是效果評估的前提。

2 層狀冷云人工增雨技術(shù)

層狀冷云是我國北方春秋旱季的主要降水云和人工增雨對象。觀測表明之中過冷水含量很少,可以催化的部位有限,根據(jù)經(jīng)典理論催化增雨量僅僅來自過冷水的轉(zhuǎn)化,在大多數(shù)降水層狀云中只能達到10-1mm的數(shù)量級,同生產(chǎn)需求和實際作業(yè)效果相差甚遠。因此必需研究建立新的人工增雨概念模型和相應(yīng)的新的催化條件判據(jù)和催化部位、劑量指標,研制實時監(jiān)測識別和催化決策技術(shù)系統(tǒng)。

中尺度層狀云系數(shù)值模式及其模擬預(yù)報的實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)中尺度層狀云系數(shù)值模式是將6個預(yù)報量的中尺度大氣模式MM4同12個云降水預(yù)報量的云物理模式結(jié)合起來,考慮了21種云物理過程。實時業(yè)務(wù)系統(tǒng)研制了模式輸入資料處理和輸出結(jié)果產(chǎn)品顯示服務(wù)系統(tǒng),實現(xiàn)了模式實時穩(wěn)定自動化的運行。

層狀云人工增雨的新概念模式、條件判據(jù)和催化指標體系。人工增雨概念模型經(jīng)典理論指出,催化引入的人工冰晶可以通過貝吉隆過程使過冷云水轉(zhuǎn)化為降水（雪、雨）。實際云中含水量觀測表明降水層狀云中過冷水垂直累積總量約為0.1mm左右,增雨潛力很小。數(shù)值模擬表明催化引入較多的人工冰晶可使部分冰面過飽和水汽轉(zhuǎn)化為降水,其垂直累積量往往大于過冷水量,在上升氣流中可維持增雨的潛力。催化后水汽的補充凝華潛熱可使空氣加熱10-1K的量級,導(dǎo)致云中升速加大10-2～10-1m/s的量級,促使催化區(qū)云和降水發(fā)展。

人工增雨條件和判別方法根據(jù)上述概念模型以及數(shù)值模擬的結(jié)果和實際作業(yè)經(jīng)驗提出了下列人工增雨條件：①云降水處于發(fā)展或持續(xù)階段,云中有比較深厚的上升氣流,云下蒸發(fā)較弱,云厚較大,過冷云層較厚,云底較低;②云中有過冷水,在較厚的層次里有較大的冰面過飽和水汽值,其中冰晶濃度較低的區(qū)域更為有利。

識別方法①云降水宏觀特征;②云物理微觀特征：探空（尤其是加密探空）監(jiān)測的冰面過飽和水汽區(qū)有參考價值。機載2D-C儀測到粒子濃度小于閾值時,說明自然冰晶較少,具有增雨潛力。

3 層狀云飛機人工增雨監(jiān)測識別技術(shù)

PMS粒子測量系統(tǒng)技術(shù)改造符合催化條件的人工增雨潛力區(qū)的最終識別依賴于飛機的云物理直接監(jiān)測。我國引進國際先進的PMS粒子測量系統(tǒng),不能在飛機上實時顯示處理,只能用于催化作業(yè)后的分析研究,而不能用于作業(yè)條件的實時識別。通過將原有的PMS粒子測量系統(tǒng)記錄部分的改造和研制的相應(yīng)軟件,實現(xiàn)了各種云物理觀測參量在微機上的實時處理和顯示,包括各種大小粒子的數(shù)濃度、不同直徑分級的平均直徑和含水量、云中溫度、高度、空速等,還可以顯示云中冰粒子和降水壩子的圖象。

GPS飛機定位和空地傳輸飛機測量是一維的,它的空間坐標隨時間而變,精確定位是綜合識別分析、效果檢驗等的基礎(chǔ)。過去的導(dǎo)航定位時空精度較差,新引進的地球定位系統(tǒng)（GPS）,高速采樣的數(shù)據(jù)直接進入機載微機,可以同其他物理參量的高速采樣值實時綜合分析顯示。所研制的空地傳輸系統(tǒng)（包括硬件和軟件）、可以將飛機觀測資料實時傳輸?shù)降孛?同時將地面資料（雷達、閃電等）供地空指揮人員使用。