【摘要】人工影響天氣是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和天氣調(diào)節(jié)應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)代科學(xué)，在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮著十分重要的作用，我國(guó)高度重視其研發(fā)和運(yùn)用?；诖耍疚脑谌斯び绊懱鞖庾鳂I(yè)取得成績(jī)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了人工影響天氣作業(yè)特種裝備研發(fā)現(xiàn)狀和運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】人工影響天氣；特種裝備；作業(yè)裝備；研發(fā)現(xiàn)狀；運(yùn)用進(jìn)展

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.037

Research and Development Status and Application Progress of Special Equipment for Weather Modification

YIN Bang-ning

（Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.，Ltd.，Xinyu 338000，China）

Abstract：Weather modification is the most widely used modern science in agricultural production and weather regulation. It plays a very important role in promoting social and economic development and disaster prevention and reduction. China attaches great importance to its research，development and application. Based on the achievements of weather modification operations，this paper focuses on the analysis of the status quo and application of special equipment for weather modification operations.

Key words：weather modification；special equipment；operation equipment；R&D status；application progress

人工影響天氣技術(shù)稱之為人影技術(shù)，是從20世紀(jì)40年代逐步發(fā)展而形成的一種人工干預(yù)天氣的科學(xué)方法。通常情況下，按照作業(yè)操作形勢(shì)可以將涉及人影作業(yè)裝備劃分為空中作業(yè)型和地面作業(yè)型[1]。不管是選擇何種類型的作業(yè)裝備，均要選用催化劑。因此，有關(guān)學(xué)者也將催化劑看作是特殊的人影作業(yè)裝備。

1人工影響天氣作業(yè)取得的成績(jī)

1958年的首次飛機(jī)人工增雨作業(yè)，開(kāi)啟了我國(guó)現(xiàn)代人工影響天氣事業(yè)發(fā)展的壯闊歷程。60年來(lái)，人工影響天氣作業(yè)在抗旱防雹、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減災(zāi)增收、為三江源等重要生態(tài)保護(hù)區(qū)增添活水、應(yīng)對(duì)大面積干旱、森林草原火災(zāi)等自然災(zāi)害中起到重要作用。

黨的十八大以來(lái)，在黨中央、國(guó)務(wù)院的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，在各級(jí)各部門和軍隊(duì)的大力支持下，我國(guó)人影事業(yè)快速發(fā)展。特別是2015年中國(guó)氣象局實(shí)施《人工影響天氣業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃》以來(lái)，人影工作在組織管理體系、現(xiàn)代業(yè)務(wù)體系、科技支撐體系以及安全監(jiān)管體系建設(shè)方面取得顯著成績(jī)。

2018年9月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)召開(kāi)人工影響天氣工作座談會(huì)，會(huì)議充分肯定人影發(fā)展成就與經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步分析形勢(shì)、明確任務(wù)，推動(dòng)人影事業(yè)在新起點(diǎn)上開(kāi)創(chuàng)新局面，并明確要堅(jiān)持服務(wù)全面建成小康社會(huì)和全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家目標(biāo)，堅(jiān)持基礎(chǔ)性、公益性工作定位，完善體制機(jī)制，強(qiáng)化能力建設(shè)，科學(xué)作業(yè)、精準(zhǔn)作業(yè)、安全作業(yè)，全面提升人影工作質(zhì)量和效益[2]。通過(guò)不懈努力，我國(guó)已初步建立以國(guó)家級(jí)為引領(lǐng)、省級(jí)為骨干、市縣為基礎(chǔ)，具有中國(guó)特色的現(xiàn)代人影業(yè)務(wù)體系，扎實(shí)推進(jìn)了監(jiān)管能力、裝備保障水平和彈藥質(zhì)量的穩(wěn)步提高，有效提升了業(yè)務(wù)能力、科技水平和安全保障[3]。

2人工影響天氣空中作業(yè)裝備現(xiàn)狀及運(yùn)用

2.1作業(yè)飛機(jī)

飛機(jī)具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，可以向云中預(yù)定部位直接播入催化劑，由于播撒均勻且覆蓋范圍較廣，是向云內(nèi)播撒催化劑的最佳平臺(tái)[4]。在開(kāi)展人工影響天氣的過(guò)程中，在對(duì)探測(cè)和作業(yè)中的飛機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)需要將有效載重、最大航程、最大升限、續(xù)航時(shí)間、巡航速度等技術(shù)性能考慮進(jìn)去。對(duì)西方國(guó)家來(lái)說(shuō)，以美國(guó)為首的在大氣、海洋領(lǐng)域的飛機(jī)航空探測(cè)與監(jiān)測(cè)方面具有很強(qiáng)的能力。二十世紀(jì)40年代至50年代間，由于聯(lián)邦政府的支持，美國(guó)通用電氣公司主導(dǎo)開(kāi)展了第一個(gè)人工影響天氣計(jì)劃，該計(jì)劃在當(dāng)時(shí)被稱之為卷云計(jì)劃，當(dāng)時(shí)投入的作業(yè)裝備具有多種不同的類型，包括有B-25和B-17軍用飛機(jī)、自動(dòng)化干冰播撒器、AgI煙發(fā)生器以及K型飛艇和焰彈等。而在之后的人工影響颶風(fēng)計(jì)劃中，通過(guò)分層飛行的方式開(kāi)展了積云隨機(jī)動(dòng)力催化和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)使用的飛機(jī)數(shù)量則達(dá)到了6架。目前，美國(guó)國(guó)家大氣海洋局則擁有12架氣象監(jiān)測(cè)和人影天氣飛機(jī)；美國(guó)人影天氣公司的改裝飛機(jī)達(dá)到了8架，主要負(fù)責(zé)世界范圍內(nèi)的人影天氣業(yè)務(wù)，飛機(jī)上的大氣、云物理探測(cè)設(shè)備、GPS定位等系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平較高，其在全球范圍內(nèi)執(zhí)行的人影天氣任務(wù)較多，同時(shí)還獲得了中國(guó)試航許可證。蘇聯(lián)的人影天氣飛機(jī)數(shù)量和性能也在世界上遙遙領(lǐng)先，同時(shí)構(gòu)建了專門的飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室，飛機(jī)機(jī)型種類較多，同時(shí)還對(duì)獨(dú)特的人影天氣設(shè)備和綜合測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了研發(fā)。

我國(guó)自1958年在吉林省首次使用杜-2飛機(jī)開(kāi)展人工增雨作業(yè)實(shí)驗(yàn)以來(lái)，各地陸續(xù)利用C-47，圖-2，轟-5、殲教-5、IL-12、An-2、Li-2等飛機(jī)開(kāi)展人工增雨作業(yè)。1981年在“北方層狀云人工降水試驗(yàn)研究”項(xiàng)目中對(duì)PMS系統(tǒng)進(jìn)行了引進(jìn)，同時(shí)對(duì)一架IL-14飛機(jī)進(jìn)行了改裝；1986年新疆引進(jìn)PMS系統(tǒng)并對(duì)AN-26飛機(jī)進(jìn)行改裝；1988年，全國(guó)不同區(qū)域借助于飛機(jī)相繼開(kāi)展了人工增雨作業(yè)，自此之后對(duì)飛機(jī)的需求量不斷加大。進(jìn)入到1990年以后，人工增雨作業(yè)中主要選用An-26、Twin Otter和Y-12型號(hào)的飛機(jī)。而在2002年，中國(guó)氣象科學(xué)院購(gòu)買了新型PMS，同時(shí)對(duì)1架Cheyenne-ⅢA飛機(jī)進(jìn)行了改裝，此時(shí)可以實(shí)時(shí)傳輸空地資料，實(shí)時(shí)識(shí)別可催化云區(qū)云參量和實(shí)時(shí)指揮探測(cè)作業(yè)。當(dāng)前，我國(guó)主要利Y-7、Y-12、An-26、Y-8、Cheyenne-ⅢA、Citation X等不同飛機(jī)機(jī)型開(kāi)展云物理觀測(cè)和人工增雨作業(yè)。

近年來(lái)，通過(guò)無(wú)人駕駛飛機(jī)的方式對(duì)人工影響天氣進(jìn)行探測(cè)和作業(yè)，則成為實(shí)驗(yàn)的新方向。無(wú)人駕駛就相當(dāng)于運(yùn)輸系統(tǒng)，只是靈活性水平較高，可以在低空飛行安全有限的山區(qū)，將自身的作用充分發(fā)揮出來(lái)。自20世紀(jì)90年代初期，我國(guó)就開(kāi)始研制和實(shí)驗(yàn)無(wú)人機(jī)，其中W-2000是當(dāng)時(shí)最具代表性的，其有效載荷達(dá)到了180 kg，而續(xù)航時(shí)間在12 h左右；GT300油動(dòng)航拍無(wú)人機(jī)則屬于中長(zhǎng)距、中低空的航空平臺(tái)，續(xù)航時(shí)間和載荷均較大，通過(guò)攜帶碘化銀的方式開(kāi)展人工增雨，且在人工增雨和航拍中的優(yōu)勢(shì)較為明顯；目前已有多種無(wú)人機(jī)可攜帶碘化銀、鹽粉、尿素、液化丙烷、干冰等催化劑執(zhí)行人工增雨、消霧作業(yè)，并承擔(dān)一定的探測(cè)任務(wù)。

2.2機(jī)載作業(yè)裝備

實(shí)際上，碘化銀末端燃燒器、碘化銀焰彈發(fā)射器、碘化銀發(fā)生器、液態(tài)二氧化碳播撒器、LN播撒器以及鹽粉、尿素播撒器等均屬于機(jī)載作業(yè)裝備。美國(guó)冰晶工程公司研制的多種機(jī)載焰條和焰彈作業(yè)裝備，在人工防雹和人工增雨（雪）方面發(fā)揮著十分重要的作用；烏克蘭水文氣象科研所研制的SADU-1干冰播撒器，可以將播撒率控制在0.8～10 kg/min之間；蘇聯(lián)研制的機(jī)載碘化銀焰彈；俄羅斯研制的機(jī)載焰條播撒裝置和PV系統(tǒng)機(jī)載焰彈，這些都促進(jìn)了人工影響天氣的發(fā)展。1985年新疆維吾爾自治區(qū)從美國(guó)引進(jìn)了第一套機(jī)載碘化銀發(fā)生期；黑龍江省顏值的發(fā)射式焰彈播撒系統(tǒng)，可以裝設(shè)400枚炮彈，且焰彈點(diǎn)火有較高的成功率?？梢蚤_(kāi)展層狀云作業(yè)和積云外圍作業(yè)；北京理工大學(xué)研制的焰彈和焰火劑，點(diǎn)燃后焰火劑發(fā)煙時(shí)間及成核率均要高于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家；之后我國(guó)相繼研發(fā)的碘化銀焰劑、機(jī)載作業(yè)控制系統(tǒng)等均在人影作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。

3地面作業(yè)裝備的研發(fā)和運(yùn)用進(jìn)展

3.1火箭和高炮

借助于火箭、高炮向空中發(fā)射碘化銀催化劑，其主要特點(diǎn)是播撒集中、冰核濃度高，可以對(duì)目標(biāo)區(qū)范圍進(jìn)行有效控制，針對(duì)飛機(jī)難以進(jìn)入的對(duì)流云人工增雨和防雹作業(yè)中可以使用該種方式，但是對(duì)發(fā)射彈道的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性基準(zhǔn)是爆炸或燃燒功能的要求較高。針對(duì)含有碘化銀的炮彈、爆炸類火箭，其在冰雹生長(zhǎng)區(qū)或上升氣流區(qū)開(kāi)展的小部委、大劑量定點(diǎn)快速序列操作，可使云中胚胎數(shù)量大幅度增加，通過(guò)爭(zhēng)奪云中的含水量，以對(duì)云的微物理過(guò)程進(jìn)行改變，在短時(shí)間內(nèi)造成上升氣流結(jié)構(gòu)被破壞。蘇聯(lián)選用100 mm高射炮分別向雹云暖區(qū)和冷區(qū)輸送鹽粉和碘化銀，并借助于火箭向潛在雹暴過(guò)冷區(qū)引入冰核；德國(guó)在開(kāi)展防雹作業(yè)的過(guò)程中則利用火箭向冰雹云中播撒催化劑。蘇聯(lián)分別在20世紀(jì)60年代和70年代選擇第一代火箭系統(tǒng)開(kāi)展大尺度防雹作業(yè)，但是同強(qiáng)冰雹天氣作業(yè)要求間還有很大差距；80年代第二代火箭系統(tǒng)的研制，使得作業(yè)范圍達(dá)到了12 km，但需要投入較高的成本；90年代往后，俄羅斯研制的新一代火箭系統(tǒng)，有效提升焰劑效率、播撒精度、自動(dòng)化程度和安全環(huán)保水平，且投入成本也在下降。

由于增雨防雹火箭作業(yè)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以攜帶大量的催化劑、播撒路徑長(zhǎng)、成核率高、操作方便、流動(dòng)性強(qiáng)等。我國(guó)在20世紀(jì)80年代緊跟世界發(fā)展步伐，對(duì)多個(gè)系列火箭進(jìn)行研制，當(dāng)前已經(jīng)研發(fā)了大量的火箭系統(tǒng)，并在人工防雹增雨作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，我國(guó)在人影作業(yè)高射炮研發(fā)與應(yīng)用方面也處于世界先進(jìn)水平。

3.2地面發(fā)生器

選擇地面發(fā)生器開(kāi)展人工增雨（雪）、防雹作業(yè)的過(guò)程中無(wú)需對(duì)空域進(jìn)行申請(qǐng)，同時(shí)還不用人工值守，可以長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)展播撒工作，在山區(qū)和城市周邊的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。地面發(fā)射器中的催化劑包括液態(tài)和固態(tài)兩種類型，液態(tài)主要包括碘化銀丙酮溶液，固態(tài)則為碘化銀焰條。在丙酮溶液中碘化銀的溶解度較小，長(zhǎng)期放置會(huì)沉淀，會(huì)降低播撒效果，因此前者需要通過(guò)人工操作；直接燃燒碘化銀焰條則較為方便，可通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程遙控作業(yè)，會(huì)使效率大幅度增強(qiáng)。

早在20世紀(jì)50年代法國(guó)人就開(kāi)展地面碘化銀發(fā)生器防雹催化實(shí)驗(yàn)；美國(guó)ICE公司研制的地面發(fā)生器可借助于遙控或人工方式將108根碘化銀焰條點(diǎn)燃，其播撒強(qiáng)度較大；俄羅斯研制的新型碘化銀發(fā)生器，可將催化劑發(fā)射到150～250 m高度后開(kāi)展爆炸播撒。針對(duì)地面發(fā)生器我國(guó)也進(jìn)行了大量研究，截止到當(dāng)前，我國(guó)已有大量不同型號(hào)的地面發(fā)生器投入實(shí)際人影作業(yè)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展及防災(zāi)減災(zāi)作出了重要貢獻(xiàn)。

4催化劑的研發(fā)和運(yùn)用進(jìn)展

自人工影響天氣科學(xué)形成以來(lái)，從開(kāi)始的干冰作為催化劑，到當(dāng)前通過(guò)人工合成的各種催化劑，研發(fā)和應(yīng)用催化劑一直是人工影響天氣作業(yè)裝備的重點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)前，催化劑主要包括冷云催化劑和暖云催化劑。其中冷云催化器是人影天氣科學(xué)研發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)，碘化銀和干冰這兩種催化劑是其的代表。通過(guò)向-30℃至0℃的冷云中播撒催化劑，可以將其中的過(guò)冷卻水滴轉(zhuǎn)化為人工冰晶，在一系列反應(yīng)之后則會(huì)出現(xiàn)降水，將其播撒到不同云層處，還能起到人工防雹和人工消霧的目的。其中碘化銀丙酮溶液是研發(fā)催化劑的難點(diǎn)之一。美國(guó)為此開(kāi)展了大量研究，并對(duì)不同的碘化銀丙酮溶液進(jìn)行了研發(fā)，同時(shí)利用燃燒法將其在實(shí)際的人工影響天氣作業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用。另外，研發(fā)碘化銀焰劑也是重點(diǎn)，如何有效增強(qiáng)碘化銀焰劑的成核率一直是世界性難題，世界范圍內(nèi)的專家及學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，并得出了很多有意義的研究成果。我國(guó)也有很多科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了研究，使得碘化銀焰劑成核率得到了有效提升。

實(shí)際上，暖云催化劑的主要工作原理是通過(guò)與云滴之間的接觸合并形成雨滴，隨后則會(huì)出現(xiàn)降水，同冷云催化劑工作原理有很大差異。借助于暖云催化劑還能起到消霧和消云的作用。暖云催化劑包括NaCl、CaCl2、NH4NO3和CH4N2O等，由于暖云催化劑作業(yè)效率不高，且使用條件范圍較小，對(duì)其研究也不多。在研究暖云催化劑的過(guò)程中，其重點(diǎn)是催化劑混合原料和對(duì)應(yīng)比例，而印度、南非、墨西哥、泰國(guó)及我國(guó)針對(duì)暖云催化劑的混合原料也開(kāi)展了相關(guān)研究，有效增強(qiáng)了暖云催化劑的適用性水平。近些年來(lái)，針對(duì)暖云催化劑原料的平均粒徑也得到了增強(qiáng)，但是同最佳粒徑狀態(tài)之間還有一定差距。

5結(jié)論

綜上所述，人工影響天氣在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中的作用愈發(fā)明顯，通過(guò)人影作業(yè)可以實(shí)現(xiàn)增雨和防雹等目的，以充分發(fā)揮出其在農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展和氣象防災(zāi)減災(zāi)中的作用。將不同作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而選擇合適的作業(yè)方式、作業(yè)設(shè)備和催化劑，可有效提升作業(yè)效率。與此同時(shí)，通過(guò)積極改進(jìn)和研發(fā)當(dāng)前人影作業(yè)裝備，可有效推動(dòng)我國(guó)人工影響天氣工作順利開(kāi)展。

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【作者簡(jiǎn)介】

印邦寧，男，1994年出生，助理工程師，研究方向?yàn)槿斯び绊懱鞖馓胤N裝備維護(hù)研發(fā)和火工品測(cè)發(fā)控技術(shù)等工作。

（編輯：李鈺雙）