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对人工增雨几个科学问题的认识
由于抗旱减灾和缓解水资源短缺的迫切需求,近年来我国开展了大规模的人工增雨工作,受到了社会各界的广泛关注,国内外新闻媒体对我国人工增雨工作表示了极大的兴趣,并进行了多方面的报道。同时,也对人工增雨提出了一些问题和疑虑,笔者根据长期从事人工影响天气科学研究的体会,就有关问题谈一些认识。
人工增雨不像激发薄云降水那么简单,它有一系列科学技术问题需要解决。首先,自然降雨云中一般都有一定数量的冰晶或者大水滴,有的部位有的时段自然冰晶很多,过冷云滴很少,增加冰晶很难使降水增加,要达到增雨的目的必须选择合适的云中部位和时机,及时适量地播撒催化剂。为此必须对云雨有一定的科学认识并进行实时细致的监测和判别;其次是如何把催化效果同自然降雨区别开来。自然降雨的分布很不均匀,随时间变化很大。催化可能造成百分之几十的增量很难从比它们大得多的自然变化中区分开来。统计学家建议采用随机试验,即随机确定一部分作业机会不催化而留下作对比,从而评估催化效果。这种方案要损失一部分增雨机会,往往被用户拒绝。除了统计方法以外,观测催化以后云中特性的变化,如冰晶增加、回波增强、云顶增高、生命史延长等也可以给出催化作用过程链的物理证据。数值模式计算得出自然云和催化后的结果也有重要参考价值,可同实测结果相互校验。
我国人工影响天气工作从1958年开始,作为公益事业,人工增雨工作在抗旱、缓解水资源短缺和一些特殊需要(如扑灭林火)的强烈推动下,达到了很大的规模。据统计,1995年至2003年,全国有23个省(区、市)共组织实施飞机人工增雨作业4231架次,累计飞行9881小时,开展了高炮、火箭增雨作业,作业区总面积达300余万平方公里,在减轻和缓解干旱对国民经济特别是农业生产带来的不利影响方面发挥了显著的作用。我国人工影响天气作业的规模已居世界首位,其中人工增雨是最重要的项目。
人工增雨作业是否会“截住”下游的降雨是很多人关心的一个问题。空中水资源不是像河水那样可以直接利用的水资源。空中水汽只有在大气的上升运动中才能冷却凝结,一部分成为云滴。云滴经过一系列物理过程有一部分形成雨雪,下落到地,才成为可用的水资源。所以降水只是水汽的一小部分。在大范围降水过程中水汽是不断补充,上升气流是不断变化,云系也是不断更新的。如今年7月的降雨,从电视的卫星云图上就可以看到一条东北-西南向的云带横跨中国,从西向东移动。实际上,这是西北干冷和东南暖湿空气的交汇处,有利于上升气流的发展。形成云雨的水汽并不是从西北来,而是从西南或东南方来,它们不断上升凝结成云,部分形成降雨。从雷达回波上更可以看到云带是由较小的云体组成,云体都在不断生消更新,所以它不是像河水那样的上游截留下游就会减少的简单问题。
人们普遍担心上游地区通过催化作业增加了雨量会使下游地区雨量减少。这就涉及人工增雨作业对大范围区域降雨量的影响问题。实际上,在一定距离之外,下游降水的云体往往不是上游催化的云体,所谓“几个地方争一片云”的说法不够科学。催化对水汽的影响也比较小,因为降雨量只是水汽通量的一小部分,而催化增雨量又相当于降水的一小部分。目前还没有证据表明上游地区进行人工增雨会掠夺下游空中水资源。我国人工增雨主要采用的是干冰、液氮、碘化银等具有很高成冰能力的催化剂。干冰、液氮汽化后成为二氧化碳和氮气,它们都是空气