近年來，人工影響天氣逐漸進(jìn)入公眾視野，甚至多次登上“熱搜”。

2019年2月13-14日，“貧雪”了一個(gè)冬天的北方終于下雪了，情人節(jié)當(dāng)天北京故宮的雪景更是刷爆了朋友圈。然而，就在人們喜迎瑞雪之時(shí)，不少地方也流傳著這樣的消息：這次下雪是人工增雪，人工增雪用的炮彈含碘化銀，降雪“有毒”、對身體健康有害。

2020年12月2日，一條閱讀量高達(dá)1.2億的話題——“河南的雪是人工降雪”沖上微博熱搜。網(wǎng)友“炸鍋了”：讓我開心的一場雪，莫不是假的？那真是下了個(gè)“寂寞”！

2021年3月伊始，一則關(guān)于人工影響天氣的消息再次登上熱搜，不過這次的消息令人痛心：江西省吉安縣境內(nèi)發(fā)生人工增雨作業(yè)飛機(jī)墜毀事件，機(jī)上5名人員全部遇難！一時(shí)間很多網(wǎng)民開始評論：江西真的需要人工增雨嗎？為什么非要在陰雨天（惡劣的天氣條件下）開展飛機(jī)增雨作業(yè)？

從這一系列的新聞熱搜事件，能夠看出：公眾一方面體會(huì)到了人工影響天氣帶來的天氣福利，對此的關(guān)注度漸增；另一方面，對人工影響天氣缺乏足夠的科學(xué)認(rèn)識，甚至還存在誤解。

人工影響天氣

人工影響天氣（以下簡稱“人影”）是指在一定的有利時(shí)機(jī)和條件下，通過人工催化等技術(shù)手段，對局部區(qū)域內(nèi)大氣中的物理過程施加影響，使其發(fā)生某種變化從而達(dá)到減輕或避免氣象災(zāi)害的一種科技措施[1]。

人影作業(yè)主要包括人工增雨（雪）、人工防雹、人工消云減雨、人工消霧等。

其中，人工增雨（雪）是最常見的一種人工影響天氣類型，是在有利于降水的天氣條件下，采取人工干預(yù)的方法，在自然降雨（雪）之外再增加部分降雨（雪）的一種科學(xué)手段。

人工增雨（雪）

l 人工增雨（雪）≠人工降雨（雪）

不管是人工影響天氣、還是人工增雨（雪）的科學(xué)定義，從中都可以看出：人影作業(yè)必須基于合適的天氣條件，采取合適的措施來影響天氣和增加雨雪，而不是憑空制造雨雪。

很多人把人工增雨（雪）理解為人工降雨（雪），一個(gè)“增”，一個(gè)“降”，一字之差，概念完全不同，差在哪里？差在人為力量和自然力量相比，是微乎其微，非常渺小的。怎么通過人工干預(yù)的方式，使降水能在自然降水的前提下，再增加一些，這才是我們說的人工增雨或者人工增雪。

簡單來講就是，人工增雨（雪）只能“錦上添花”，而不是很多人理解的“無中生有”。

因此人工增雪（增雨）的品質(zhì)和自然降雪（降雨）是一樣的，不是“假雪”，不是“下了個(gè)寂寞”，而是“下得很真實(shí)”。

l 向天“要水”，沒有想象的那么容易

天上的一朵朵云，如何才能變成一滴滴雨/一片片雪？

首先讓我們看看云的降水機(jī)制。

云是空氣垂直運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，隨著空氣的上升，地面的水汽也被夾帶著一起上升，在這個(gè)過程中，一部分水汽蒸發(fā)掉，一部分則升入空中，通過降溫冷卻而凝結(jié)成小水滴、凝華成小冰晶等，從而形成云。

但并非所有的云，都可以化成雨雪。像下面這樣晴空萬里或者藍(lán)天白云，都是無法經(jīng)過人工影響而化作雨雪的云。

無法幻化成雨雪的藍(lán)天白云

n 空中有朵雨做的云——找到合適的云

要想實(shí)現(xiàn)增雨（增雪），首先得有一團(tuán)合適的云。一般來說，當(dāng)云的厚度超過兩千米，缺乏冰晶（凝結(jié)核）或大水滴卻擁有豐富的水汽和小云滴，而且云體外面仍然有充足的水汽源源不斷補(bǔ)給，這樣的云才能夠通過“審核”，被認(rèn)定具備增雨（增雪）潛力。

按照上述標(biāo)準(zhǔn)，適合人影作業(yè)的云，主要有層狀云和對流云兩大類。

其中層狀云主要包括低云族（云底高度在2500米以下的云）中的雨層云、層積云和層云，以及中云族（云底高度在2500米至6000米的云）中的高層云。

對流云是對流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的積云、積雨云、濃積云等的統(tǒng)稱，相較于層狀云系，對流云的云體發(fā)展更為旺盛，云中的上升氣流更強(qiáng)，云團(tuán)也更加不穩(wěn)定。

下面這些就是適合人影作業(yè)的云。

雨層云

層積云

積雨云

通過觀察這些云，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，適合人影作業(yè)的云，要么是“陰云密布”的云，要么是“層層疊疊遮天蔽日”的云，要么就是對流發(fā)展很旺盛，容易產(chǎn)生“電閃雷鳴”的云。 說到這里，也可以解答公眾對于江西人影作業(yè)飛機(jī)“為什么要在陰天開展作業(yè)”的疑問了。

可以這么認(rèn)為，人工增雨的最有利時(shí)機(jī)，對于飛行來說往往是最不利時(shí)機(jī)。飛機(jī)在云層中可能會(huì)遇到飛機(jī)積冰、顛簸、雷電等多種風(fēng)險(xiǎn)，既要保證增雨效果，又要保證飛行安全，這對飛行人員的心理素質(zhì)和技術(shù)都提出了很高的要求。

人影作業(yè)中的機(jī)翼和機(jī)窗積冰

從某種意義上說，人影工作者正是“防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)線的逆流勇士”，再次，向這些可愛的“天氣逆行者”致敬！

n “鹵水點(diǎn)豆腐”——“化云為雨”的催化劑

選定了合適的云，判斷有適合進(jìn)行人工增雨（雪）的條件，接下來就要進(jìn)行最關(guān)鍵的一步——如何“化云為雨（雪）”？

這就需要催化劑了。人影作業(yè)中使用的催化劑就像“鹵水點(diǎn)豆腐”中的“鹵水”一樣，能讓云中的小水滴或者小冰晶通過不斷的碰并凝聚而迅速長大變重，等長到足夠重，云中的上升氣流再也托不住它們時(shí)，就能“幻化”成雨雪，降落到地面了。

適合人影作業(yè)的云按照性質(zhì)不同，分為冷云和暖云。冷云和暖云的降水機(jī)制不同，需要的催化劑種類也有所不同。

暖云里充滿小水滴，溫度在0℃以上，上升氣流的托舉使它們漂浮在空中掉不下來。要讓這些小水滴掉落到地面形成降雨，就得靠具有吸濕性的催化劑，稱之為“吸濕劑”。

當(dāng)吸濕性的食鹽、尿素、氯化鈣、硝酸銨等進(jìn)入云中，那些小小的水滴會(huì)快速成長為直徑幾十微米以上的大云滴，隨著它們的“體重”暴增，上升氣流給的支撐終于抵不住重力的作用，只好掉了下來，最終形成降雨。

冷云的溫度在0℃以下，云里有許多閃亮的小冰晶和過冷云滴，但由于它們又小又輕，在上升氣流的托舉下，也不會(huì)掉下來。這時(shí)候就需要（干冰、液態(tài)氮等）“制冷劑”和（碘化銀等）“結(jié)晶劑”。

當(dāng)干冰、液態(tài)氮和碘化銀等進(jìn)入云中合適的位置，便會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的人工冰核，冰核轉(zhuǎn)化成冰晶，冰晶吸附水汽，凝華增長，或碰到過冷卻云水，使其逐漸消耗轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮谋?。?dāng)冰晶增長到一定程度，上升氣流再也無法托住它們時(shí)，便降落下來，變成雨（雪）。

n “爆款”裝備——把催化劑“送”到云中

找到了合適的云，選定了合適的催化劑，那怎么把催化劑送到云中呢？接下來就輪到這些“爆款”裝備上場了。

想要影響高空的天氣，沒有高科技裝備怎么行！

我國早已構(gòu)建實(shí)施了集飛機(jī)和地面的立體化人影作業(yè)系統(tǒng)。“爆款”裝備主要包括人影作業(yè)飛機(jī)（主要有：“運(yùn)-12”、“新舟60”以及“空中國王”這幾個(gè)型號），地面高炮、火箭以及地面煙爐。

先來一觀他們的“颯爽英姿”吧。

“新舟60”人影作業(yè)飛機(jī)

“運(yùn)-12”人影作業(yè)飛機(jī)

“空中國王”人影作業(yè)飛機(jī)

地面高炮

新型人影火箭

地面煙爐

最終要派出哪款裝備，那還是有講究的。

派飛機(jī)：層狀云相對比較穩(wěn)定，云系持續(xù)時(shí)間長，云中有一定的過冷水，所以適合開展飛機(jī)冷云催化作業(yè)。工作人員會(huì)派出“新舟60”、“空中國王”等高性能作業(yè)飛機(jī)、“運(yùn)-12”飛機(jī)等執(zhí)行任務(wù)，它們裝載著催化劑以及各種云降水觀測儀器和設(shè)備，直接飛到云中，像播撒種子那樣，把催化劑播撒在云中。

飛機(jī)作業(yè)因其作業(yè)時(shí)間長、播撒面積廣、增雨（雪）效率高等特點(diǎn)，是目前最為常用的人工增雨（雪）手段。

作業(yè)人員在給飛機(jī)裝催化劑焰條 （飛機(jī)型號：運(yùn)-12）

飛機(jī)在云層中播撒碘化銀（飛機(jī)型號：空中國王）

用火箭：對流云的上升氣流很強(qiáng)，生命周期短；有時(shí)候，碰到強(qiáng)對流云，還會(huì)產(chǎn)生很多雷電，飛機(jī)入云作業(yè)就很危險(xiǎn)了。工作人員會(huì)計(jì)算好方位，在作業(yè)點(diǎn)用火箭發(fā)射架向空中發(fā)射含有催化劑的火箭彈。當(dāng)火箭彈抵達(dá)預(yù)定的目標(biāo)云位置，催化劑自動(dòng)點(diǎn)燃，隨著火箭彈沿途燃燒，“線源播撒”催化劑。

靠煙爐：安靜燃燒的地面煙爐是最“沉默”的人影裝備。增雨煙爐一般被安裝在山區(qū)等特殊地形中，山區(qū)海拔高度較高、氣溫低，空中水汽含量大，由此而形成的地形云具有更高的增雨潛力。煙爐會(huì)被選址在最大上升氣流區(qū)，這有助于煙爐內(nèi)催化劑燃燒后隨著上升氣流順利將人工冰核帶入云中。

煙爐人影作業(yè)的成本低、指揮環(huán)節(jié)少，且不受空域和時(shí)間限制，還可遠(yuǎn)程操控，可以有效彌補(bǔ)飛機(jī)、火箭、高炮等人影作業(yè)方式的局限性，提升復(fù)雜地形區(qū)域的人影作業(yè)效果和覆蓋面[2]。

一般情況下，催化劑成功送至云中15分鐘至20分鐘后，增雨（雪）的效果就很明顯了。

用高炮：還有一種裝備是高炮，在人工增雨（雪）作業(yè)中一般不會(huì)被用到，它主要被用來對付冰雹。

冰雹常產(chǎn)生于發(fā)展旺盛的對流云中，云中有強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的垂直氣流，并且蘊(yùn)含大量水分。云中小的冰雹胚胎通過捕捉吸收云中水分，促使其自身不斷長大，直至變成冰雹降落到地面。

利用高炮將裝有碘化銀催化劑的炮彈發(fā)射到冰雹云的適當(dāng)部位，一方面，炮彈在云層中爆炸，產(chǎn)生的沖擊波會(huì)對云層內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干擾[3]。另一方面，當(dāng)然也是最重要的方面，炮彈中的碘化銀催化劑擴(kuò)散到云層中，會(huì)使云內(nèi)產(chǎn)生過量的人工冰核，這些人工冰核也會(huì)一起來“爭食”云中的水分。這樣雙管齊下，就能抑制冰雹胚胎增長，把一個(gè)個(gè)“大塊頭”化成“小塊頭”或者直接轉(zhuǎn)化成雨水落下來。

所以說，不管是人工增雨（雪）還是人工消雹，都沒有想象的那么容易。

一次完整的人影作業(yè)，首先要經(jīng)過工作人員一系列復(fù)雜的判斷，作業(yè)條件成熟，迅速提出包括作業(yè)時(shí)機(jī)、作業(yè)部位、催化劑量和作業(yè)裝備等在內(nèi)的作業(yè)方案，并向空管部門申請作業(yè)空域。目標(biāo)是，在時(shí)機(jī)未“溜走”之前，把催化劑送到云中，像“鹵水點(diǎn)豆腐”一樣，把云“幻化”成雨雪；或者把危害嚴(yán)重的大雹塊“扼殺”在搖籃里。

人影作業(yè)的催化劑危害人體健康、污染環(huán)境？ 答案是否定的。

以常用的冷云催化劑來說，干冰、液氮汽化后成為二氧化碳和氮?dú)狻际强諝獾?/p>

主要組成部分，因此它們都是“生態(tài)安全催化劑”，不會(huì)污染環(huán)境。

對于大家關(guān)注的碘化銀催化劑，人影作業(yè)時(shí)，1克碘化銀催化劑在-15℃環(huán)境下可形成10 13~10 14個(gè)冰晶核，播撒少量的碘化銀催化劑就可以達(dá)到增雪（雨）的目的。

以2019年2月13-14日華北地區(qū)的人工增雪為例，根據(jù)增雪使用的碘化銀催化劑

用量和影響面積估算，即使全部碘化銀都降落到地面上，每平方公里也僅有0.21克碘化銀。按照降水量折合成銀離子濃度，銀離子含量約合0.000035毫克/升，這遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)和我國國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（均為0.05毫克/升），不會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成污染，也不會(huì)危害人體健康[4]。

人工影響天氣在中國的發(fā)展

人工影響天氣古代就有。

17世紀(jì)，清代《廣陽雜記》載有：“夏五、六月間，常有暴風(fēng)起，黃云自山來，必有冰雹，土人見黃云起，則鳴金鼓，以槍炮向之施放，即散去?！边@是歷史上第一次清楚記載用土炮轟擊冰雹云，以減輕冰雹對農(nóng)作物收成的影響。

我國最初的人工影響天氣試驗(yàn)當(dāng)屬20世紀(jì)50年代的山西消雹。1950年7月6日的《山西日報(bào)》記載，“為防春雹，開春就部署土炮土槍，并由民兵組成觀天組、炮手組等。特別是當(dāng)年5月25日天氣陡然悶熱，武鄉(xiāng)縣151個(gè)村莊警覺起來，當(dāng)西北方黑云壓頂移來時(shí)，上千門土炮土槍齊擊云體，迫使雹云四散?！盵5]

1958年8月8日，在吉林省首次開展的飛機(jī)人工增雨作業(yè)，開啟了我國現(xiàn)代人工影響天氣事業(yè)的新紀(jì)元。

而今作為開發(fā)利用空中云水資源的“主力”，氣象部門不負(fù)重托，積極開展人影作業(yè)，在防災(zāi)減災(zāi)、服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、助力生態(tài)文明建設(shè)和保障重大活動(dòng)等方面發(fā)揮了重要作用。2019年，我國人工增雨（雪）作業(yè)面積約508萬平方公里，防雹保護(hù)面積約66萬平方公里[6]。

2020年12月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2020〕47號）明確提出了人影工作的發(fā)展目標(biāo)：

到2025年，人工增雨（雪）作業(yè)影響面積達(dá)到550萬平方公里以上，人工防雹作業(yè)保護(hù)面積達(dá)到58萬平方公里以上。

到2035年，推動(dòng)我國人工影響天氣業(yè)務(wù)、科技、服務(wù)能力達(dá)到世界先進(jìn)水平。

參考資料

[1] 我們能控制天氣嗎？“解鎖”人工影響天氣.新華網(wǎng). 2019-04-30

[2] 地面煙爐“人影”作業(yè)，你不知道的那些事兒.科普微報(bào).2020-07-30

[3] 高炮“人影”作業(yè)，你不知道的那些事兒.科普微報(bào).2020-06-24

[4] 人工增雪催化劑影響健康？專家：微量碘化銀并無傷害.人民網(wǎng).2019-2-17

[5] 今年是人工影響天氣事業(yè)60周年.央廣網(wǎng).2018-09-15

[6] 一起來了解人影作業(yè)中的“鹵水”.科普微報(bào).2020-05-07

作者丨王恩眷 中國氣象局華風(fēng)氣象傳媒集團(tuán)

高欣 山西省氣象服務(wù)中心

審稿丨蔡淼 中國氣象科學(xué)研究院人工影響天氣中心高級工程師

文章由騰訊“全民愛科學(xué)”團(tuán)隊(duì)推出