人工影響天氣作業裝備研發和應用進展

加勇次成 措姆 楊剛 益西卓瑪

摘 要 人工影響天氣科學是廣泛應用于農業生產和天氣調節的現代科學，對經濟發展和抗災減災具有非常重要的作用。目前，我國正在積極發展人工影響天氣科學技術，尤其重視對其作業裝備的研發和應用。基于此，結合西藏自治區氣象局人工影響天氣中心數據信息，對人工影響天氣科學不同的作業裝備進行介紹，探討其研發及應用進展。

關鍵詞 人工影響天氣；作業裝備；研發；應用

中圖分類號：P48 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.072

人工影響天氣，簡稱人影，是20世紀40年代發展起來的一種通過人工方式改變天氣狀況的現代科學技術。通常來說，人影作業裝備依照作業形式可以分為空中作業裝備與地面作業裝備兩種。無論是哪種作業裝備，都不可避免地會用到催化劑。因此，催化劑也可以算作人影作業裝備的一種。

1 空中作業裝備的研發和應用進展

1.1 飛機

人工影響天氣空中作業離不開飛機，如果沒有飛機，一系列人影空中作業都無法得以展開。飛機用于人工影響天氣作業的歷史已經非常久遠，事實上，歷史上第一次人影作業就是通過飛機完成的。1946年，美國科學家謝弗利用飛機把約1.35 kg干冰投入到過冷層狀云之中，幾分鐘過后，云下就出現了降雪。自此之后，對人影作業飛機的研究就一直在不斷展開。美國首先在1947—1952年率先展開了人工影響天氣計劃，投入了大量軍用飛機用于研究。目前，美國人影作業飛機的研究及應用已經相當成熟，不僅擁有大量人影作業飛機，而且這些飛機還分為不同的類型，可以滿足不同的人影作業要求。與此同時，世界最先進的大氣探測飛機也是由美國建造，在負荷量、航程、飛行時間、飛行高度等方面都處于世界先進水平，可以很好地完成人影作業[1]。我國人工影響天氣空中作業起步較晚，1958年才首次利用杜-2飛機完成人工增雨實驗。之后，全國各地陸續引進、改進、研發新作業飛機，為我國人影空中作業的進步作出了極大貢獻。近年來，我國正在深入研究無人機在人影作業方面的應用，并取得了一定的成績。

1.2 機載作業設備

機載作業設備是指搭載在作業飛機上的人影作業設備，是完成人影空中作業的關鍵。機載作業設備性能越好，人影作業的作用也就越明顯，對天氣的調節作用也就越強。基于機載作業設備的作業類型，可以大致將其分為燃燒器、發射器、播撒器和發生器幾種，不同的機載作業設備適用于不同的催化劑與作業要求。其中燃燒器和發射器組合而成的作業設備是作業效率高、作業成本低的常用設備，但在很長一段時間內，燃燒器的成核率偏低，導致人影空中作業失敗。燃燒器通常使用AgI做催化劑，一開始，美國就通過不同含量的AgI焰彈進行對燃燒器和發射器進行試驗，發現燃燒器中的溫度保持在一定溫度之上時，AgI焰彈的成核率會顯著提升，進而保證人影空中作業的有效性。之后經過長時間的研究和應用，焰彈燃燒器和發射器已成為人影空中作業的重要機載作業設備，在產生降雨方面有著重要作用。我國的AgI焰彈燃燒器及發射器應用起步晚，1985年自美國引進E-16型發生器之后才算正式展開。目前。我國已有大量自研AgI焰彈發生器用于實際作業之中，對我國人影作業的發展和進步有著積極意義。另外，在操作性高但作業效率偏低的播撒器方面，我國也在大力展開研究，研發了許多性能更好的播撒器，并在人工消云作業方面取得了良好成績。

2 地面作業裝備的研發和應用進展

2.1 火箭與高射炮

由于地面作業可以避開高空環境威脅，故而非常適用于飛機難以展開作業的情況。早在20世紀60年代，前蘇聯就致力于研究人影作業火箭系統，從而彌補人影空中作業飛機無法完成的作業任務[2]。不過，當時的火箭系統還處于研究的起步階段，導致研究成果并不能完全滿足作業要求，更無法廣泛應用到實際作業之中。隨后在20世紀80年代，前蘇聯終于解決了作業要求問題，研發出能夠用于實際人影作業的火箭系統，但該系統成本過高，依舊無法廣泛應用。到20世紀90年代，俄羅斯研發出能廣泛應用的人影地面作業火箭系統。我國早在20世紀80年代便跟進世界腳步，著力研究火箭系統，時至今日已經研發并應用大量人影作業火箭系統。同時，我國在人影作業高射炮研發與應用方面也處于世界先進水平。

2.2 地面發生器

地面發生器避免了使用火箭和高射炮，進而能在不申請空域的前提下完成人影作業。但也正因如此，地面發生器僅適用于小范圍的低空增雨（雪）、防雹作業。地面發生器的研發與應用工作早在20世紀50年代初就已在法國展開。我國隨后也投入到相應的研究之中，到目前為止，我國已有大量不同型號的地面發生器投入實際人影作業，為我國農業發展及防災減災作出了重要貢獻。

3 催化劑的研發和應用進展

人工影響天氣科學形成以來，從一開始的干冰，到現在人工合成的各種催化劑，對催化劑的研發和應用就一直是重中之重。就目前來說，催化劑主要可以分為冷云催化劑和暖云催化劑兩種。

3.1 冷云催化劑

冷云催化劑是人工影響天氣科學研發和應用的重點，其代表催化劑有AgI和干冰。將冷云催化劑播撒到冷云（-30～0 ℃）中，能夠將其中的過冷卻水滴變成人工冰晶，并在一系列反應后形成降水，同是還能在不同云層環境下起到防雹和消霧的作用[3]。其中，AgI丙酮溶是催化劑研發的難點之一。美國為此進行了大量實驗，研發出不同的AgI丙酮溶液，并通過燃燒法將其應用到實際作業之中。另外，AgI焰劑也是研發的重點，提升AgI焰劑的成核率一直都是國際性難題，全世界各國都對此進行了大量研究，并取得了相應成果。我國也有許多科學家對此展開了研究，大幅度提升了AgI焰劑的成核率。

3.2 暖云催化劑

暖云催化劑的工作原理與冷云催化劑截然不同，它是通過與云滴的接觸合并而形成雨滴，進而形成降水。與此同時，暖云催化劑還能起到消霧和消云的作用。暖云催化劑主要包括NaCl、CaCl2、NH4NO3和NH2CONH2等。不過，暖云催化劑的作業效率偏低，而且使用條件范圍更小，其研究也相應較少。對暖云催化劑的研究中主要集中在催化劑混合原料及其比例上，印度、南非、墨西哥、泰國及我國都對暖云催化劑的混合原料進行了相應研究，也在一定程度上提升了其適用性。近年來，暖云催化劑原料的平均粒徑有所提升，但還未達到其應用的最佳粒徑。

4 結語

人工影響天氣對現代社會的重要程度越來越高，利用人影作業，人們可以實現增雨、防雹等目的，進而起到保證農業經濟發展、防災減災的作用。根據不同的作業環境與作業要求，選擇不同的作業方式、設備及催化劑，能最大程度提升作業效率。同時，不斷對當前的人影作業裝備進行改進和研發，對我國人影作業的發展有著重要意義。

參考文獻：

[1] 陳薇.天水市人工影響天氣作業現狀及對策[J].現代農業科技，2017（2）：210，214.

[2] 潘繼鵬.讓人影裝備安全“卸任”[N].中國氣象報，2016-09-14.

[3] 鄭國光，郭學良.人工影響天氣科學技術現狀及發展趨勢[J].中國工程科學，2012，14（9）：20-27.

（責任編輯：趙中正）