人工增雨對霧霾空氣環境質量影響的研究

曹景一

內蒙古自治區赤峰氣象局，內蒙古赤峰 024000

在北方地區，每到冬季都會出現霧霾天氣，對人們的正常生活來說有很大的負面影響。眾所周知，出現霧霾的主要原因是空氣中的PM2.5含量增加，進而出現霧霾極端天氣，對人們正常的交通出行造成阻礙。除此之外，還會危害人們的身體健康，不利于經濟生產活動的順利開展。一些北方地區的城市都在想盡各種方法改善空氣質量，盡可能減少霧霾天氣的發生。

人工增雨主要是指通過人為的方式，使云層迅速凝結，以此形成降雨的過程。在具體實施的過程中，既需要分析天氣的變化，又需要結合一系列先進手段予以實施，人工增雨在整個過程中起到重要作用。此外，我國水資源呈現時空分布不均的特點，通過采用人工增雨的方式能夠改善霧霾天氣，在提高環境質量的同時，有針對性地滿足農業發展的用水需求。當前，加強對人工降雨作業的研究，提高成功率，是學術研究的重點問題。

1 霧霾的成因及危害

1.1 霧霾形成的原因

影響因素主要有2個方面：一方面是既有的自然界的氣象因素，另一方面是人類活動而導致的人為因素。

（1）氣象因素。氣象因素中的濕度、溫度、風速、風向等都是致使霧霾出現的原因。風速越小，污染物擴散速度放慢，再加上受到當前建筑物高度越來越高的影響，且樓層之間的距離不斷縮小，導致城市內部氣流被阻塞，穿堂風轉變為靜風，空氣中懸浮的顆粒物無法及時進行擴散。當顆粒物不斷地聚集以后，出現霧霾天氣。除此之外，逆溫層也是形成霧霾的重要因素。逆溫層猶如覆蓋在城市上空的“鍋蓋”，影響大氣的垂直運動，懸浮在空中的顆粒物無法飄向高空，最終在低空領域和地面形成了類似于薄霧的狀態。發生逆溫的大氣層叫“逆溫層”，厚度可從幾十米到幾百米。逆溫層形成后，近地層大氣穩定，不容易上下翻滾而形成對流，這樣就會使低層，尤其是近地面層空氣中的污染物和粉塵在低層堆積，增加大氣低層和近地面層的污染程度。通俗來說，逆溫層就像一層厚厚的被子蓋在地面上空，使得大氣層低空的空氣垂直運動受到限制，污染物不能向上擴散，“無路可走”又向下蔓延，即空氣中懸浮微粒難以向高空飄散而被阻滯在低空和近地面層，由此產生了霧霾[1]。

（2）人為因素。當前，我國工業化發展速度不斷加快，在以往的發展過程中，人們尚未認識到保護環境的重要性，工業發展以犧牲環境為代價。工廠的數量越來越多，并且很多工廠在整個經營與管理的過程中為了牟取私利，往往將過濾不合格的黑煙排放至空氣中，嚴重地破壞了生態環境，導致空氣中PM2.5的濃度不斷增加，出現霧霾天氣。受到地理環境的影響，我國北方地區往往冬季天氣寒冷，供暖是北方地區冬季的必備條件，在供暖的過程中燃燒大量煤炭，釋放出的廢氣會加劇空氣中PM2.5的濃度。

除此之外，隨著人們生活水平的提升，私家車越來越多，汽車尾氣排放是加重霧霾的重要原因。乘坐公共交通的人越來越少，很多人乘坐私家車上班出行，汽車尾氣的排放量增加，尾氣中包含的化石燃料和硫化物等物質排放在空氣中，為PM2.5濃度的增加提供了來源，由此出現霧霾天氣[2]。

1.2 霧霾的危害

（1）對人體的危害。霧霾天氣的存在，對人們事體具有很大的危害，會給人們的身體帶來很大損傷。霧中所含的酸、堿等物質，尤其是霾，對人們身體的危害更大。霧霾中的顆粒物直徑相對較小，通過呼吸進入人體，對氣管、肺部都具有嚴重損害。除此之外，有學者發現，在霧霾高發區域，患有肺癌的人也會增多。霧霾中的一系列有害物質，通過呼吸系統會進入人們血液，會嚴重影響人體的正常新陳代謝，不利于人們的身體健康[3]。

（2）對農業的危害。霧霾天氣的出現會影響農作物生長過程中正常的光合作用，霧霾天氣會阻礙陽光的照射，如果霧霾天氣持續時間很長，則對農業發展十分不利。因為農作物在整個生長過程中需要充足的陽光，霧霾天氣的出現會縮短農作物吸收陽光時間，降低農作物的產量。除此之外，霧霾所包含的硫酸、硝酸等酸性物質會腐蝕農作物，不利于農作物的正常生長[4]。

（3）對交通的危害。霧霾天氣對交通的影響最直接、最明顯。由于霧霾天氣的出現能見度極低，很容易出現交通堵塞，造成交通事故，導致高速公路、機場關閉，影響人們的正常生活和出行[5]。

2 人工增雨對農業發展的作用

2.1 人工增雨的原理和必要性

在農業生產過程中，干旱問題十分常見，屬于嚴重的氣象災害，對我國農業生產具有嚴重的負面影響。若某地區長期出現少雨、高溫天氣，地區水資源短缺，土地中的含水量也會不斷下降，嚴重影響農作物的正常生長，導致農作物干枯死亡[6]。

人工降雨是緩解旱情，改善局部天氣狀態的重要方式。人工降雨在具體應用的過程中，結合自然降雨的相關原理，通過人工技術手段，促使云層產生降水。在人工降雨具體實施的過程中，需要結合某地區的云層狀態進行分析和判斷，分析降水條件，在恰當的時機，利用相關設備，將催化劑散播在云層，從而催化云層凝結，匯聚水滴，以此增加水分含量，達到降水的目的。

在農業發展的過程中，通過人工增雨的方法，有利于解決地區供水量不足的問題，保證農業在整個生產與發展的過程中有充足的水資源，實現農作物的增產增收，保障農民群眾的利益。同時，對居民的正常生活、改善生態環境等各個方面的影響都十分明顯，經濟效益、生態效益、環境效益良好。

2.2 有利于緩解旱情

眾所周知，我國水資源時空分布不均勻，北方地區相對干旱。在供水不足的情況下，農作物的生長會受到制約，出現枯萎，甚至死亡的現象，導致糧食產量下降。而通過人工增雨作業，有利于補充干旱地區的降水量，為農業資源用水提供水資源，滿足農作物生長對水分的需求，避免由于干旱因素而導致糧食出現減產的現象，對緩解旱情具有重要的作用。

2.3 優化灌溉條件

農作物在整個生長過程中需要充足的水資源作為支撐，尤其是干旱地區，更應不斷優化灌溉條件，合理利用耕地周圍的水資源。當前，農業灌溉采用方式為地表灌溉、噴灌、滴灌等。但是，若地區長期出現降水減少的情況，缺乏灌溉的水源無法滿足農作物對水分的需求。因此，在農業灌溉的基礎上，有針對性地利用人工增雨可以突破地域條件的限制，為農業提供水資源，同時可以減少水資源浪費的現象，對優化灌溉條件具有重要的意義。

2.4 改善生態環境

人工增雨對改善區域生態環境來說具有很好的效果，有利于減少干旱情況的發生。采用人工增雨的方式，可以為農作物的生長提供充足的水分，保證糧食產量，同時可以恢復部分地區水源涵養的功能。此外，還能夠不斷擴大水域面積，有效解決水資源短缺問題，既能滿足農業的正常需求，又可以恢復地區植被。利用人工增雨的方式，有利于降低氣溫，減輕高溫對農作物的負面影響。

3 人工增雨作業對空氣環境質量的影響

自20世紀50年代開始，俄羅斯等國家的科學家經歷了漫長的試驗過程，對增雨的特點展開分析。當前，隨著人工影響天氣技術的快速發展，有效地證實了通過人工行為能夠增加降雨，并且證明了人工增雨和人工消霧是減少霧霾的重要方式。當下，人工增雨活動已經被氣象部門廣泛應用，對消除霧霾有良好效果。

通過查閱相關數據資料發現，7—8月屬于PM2.5濃度最低的月份，而冬季則是濃度最高的季節。冬天，由于受到氣溫的影響，我國北方地區通常會采用煤炭進行取暖，導致空氣中的污染物不斷增多，嚴重影響了空氣環境質量。降水可以緩解霧霾天氣的發生，但我國降水時空分布不均，往往夏季降水多、秋冬季降水少，因此，采用人工增雨的方式，增加秋冬季降水，有利于更好地凈化空氣中的微塵。

大量試驗數據表明，采用人工增雨的方式，有利于減少霧霾天氣的出現。但是，在人工降雨實施階段，應結合天氣進行選擇，如風、雨就是重要的影響因素。在一定的風速下，有利于加快空氣的流動，能夠有效阻止污染物的快速擴散。

人工增雨在作業活動實施的過程中對空氣污染的指數有具體要求，可以選擇空氣污染程度適中時實施人工增雨活動，如此一來，有利于增強效果。通過人工增雨的方式，有利于減少大氣中的污染物、降低粉塵濃度、減少PM2.5含量，從而不斷提高空氣質量。

4 增強人工增雨效果的措施

當前，隨著時代的快速發展和信息技術的進步，受多種因素的影響，我國在人工增雨方面取得了較大成就。當前我國人工降雨技術已經相對成熟，但要想增強人工增雨的效果、改善霧霾天氣，還應當做好以下幾方面工作。

4.1 意識到人工增雨的重要性

為了更好地發揮好人工增雨的重要作用，首先，需要從意識方面做好第一步工作，加大對人工增雨的宣傳力度，使人們意識到人工增雨對改善霧霾環境的積極作用及其重要性，更好地增強人們的整體意識。在具體實施過程中，需要明確規范人工增雨相關內容，做好宣傳與普及工作，普及人工增雨作業的流程、具體的技術要求等。其次，國家應加大對人工增雨研究的支持力度，以此提高增雨作業活動的成功率。除此之外，相關工作人員在整個工作活動實施過程中需要結合人工增雨作業活動，收集相關的數據資料，科學、合理地分析天氣情況，進而觀察是否符合人工增雨作業活動的要求。利用這樣的方式，增強人工增雨作業的效果，更好地優化空氣環境。與發達國家相比，我國在人工增雨作業方面的起步時間相對較晚，對此，可以有針對性地引進先進技術，汲取他國的先進經驗，結合我國自身實際情況，對相關的技術展開深入研究，突破研究瓶頸，以此更好地進行技術創新，提高空氣質量。

4.2 采用合理的冷卻劑

人工降雨在實施過程中，需要采用催化劑，而催化劑主要選擇的是碘化銀和干冰，不同環境下的選擇和不同的作業方法有著不同的效果。因此，在選擇催化劑前，應結合人工增雨的具體用途選擇催化劑的種類。例如，若氣層溫度低于-10 ℃，則應選擇干冰作為催化劑，因為干冰凝結云層的效率與溫度之間的聯系不密切，選擇干冰的特點相對明顯。在實施人工增雨活動之前，必須深入分析催化劑的種類，結合人工增雨的區域適當進行選擇。確保能夠充分發揮出人工增雨的作用，提升增雨的有效性。

4.3 選擇合適的人工增雨地帶

人工增雨地帶的選擇對增強人工增雨的效果、提高成功率、改善空氣環境具有十分重要的意義。因此，在整個增雨過程中，要選擇科學合理的增雨地帶。在選擇云層時，通常會選擇云層分布均勻、形狀起伏較為平緩的區域。飛機在播撒催化劑的過程中，應當結合云層區域進行深入分析，盡量選擇層積混合云，如此一來，可以取得最佳增雨效果。在選擇地帶的過程中，應巧妙地運用云層中的積水云，減少催化劑的使用，提高增雨工作效率。除此之外，在選擇增雨地帶的過程中，要結合相關數據展開深入分析，考慮地形因素，以此不斷增強作業效果。

4.4 集中播撒催化劑

在以往人工增雨的過程中，由于缺乏經驗和具體的實踐活動，會大面積撒播催化劑，這種操作方式不僅不會增強增雨效果，反而會浪費資源。因此，在播散催化劑的過程中，需要集中播散催化劑，確保在云層地帶可以形成足夠的降雨核，以此增強人工增雨的效果，盡可能地對空氣中的粉塵起到更大的沖刷作用，優化空氣環境。

4.5 合理選擇發射工具

發射工具的選擇對增強人工增雨作業效果具有十分重要的意義。在整個過程中，應當根據不同的云層選擇不同的發射工具。當出現積云雨與厚積云、云團形態相對清晰、水滴集中、對流相對旺盛時，可以選擇高山炮、火箭運載等方式開展人工增雨活動；若出現層狀云，體積相對寬大，位置相對較低，可以選擇利用飛機作業的方式開展人工增雨活動。總之，應結合云層的情況進行具體分析，合理選擇發射作業工具，以此增強人工增雨作業效果。

4.6 科學選擇人工增雨設備

在當前人工增雨設備中，增雨模擬器類型主要分為4種，如針頭式人工增雨設備、懸線式人工增雨設備、管網式人工增雨設備、噴嘴式人工增雨設備。不同的人工增雨設備適用于不同的條件，因此，在人工增雨過程中，需要根據具體的特點，綜合性地選擇人工增雨設備。考慮經濟因素、人文因素、自然因素等多項條件，結合不同人工增雨設備的特點，以此提升設備選擇的科學性。針頭式人工增雨設備優點相對明顯，比如增雨的范圍變化較廣、下限程度低、均勻性強、增雨穩定。但受到人工增雨中選擇水質的影響，可能會出現針頭堵塞、增雨不穩定的情況。再如管網式人工增雨設備，在實施人工增雨的過程中，操作性能較強、穩定性高、可承擔相對較大的面積，與天然增雨類似。選擇不同的人工增雨設備表現出來的雨滴初始速度、增雨的均勻性、應用條件等多方面存在相對較大的差異，在進行人工增雨的過程中，必須要科學、合理地選擇設備，保證增強人工增雨的效果。

5 結束語

在新時期發展的背景下，對空氣質量提出了更高的要求，霧霾對空氣質量環境和人類的身體健康具有負面影響，如何改善霧霾天氣，是當前應深入思考的問題。若放任其不斷惡化，會給國民經濟帶來不可估量的損失，因此，今后必須充分認識到霧霾治理工作的重要性，不斷改善環境，促進經濟與生態的可持續發展。

采用人工增雨作業的方式，有利于減少空氣中PM2.5的含量，對霧霾治理工作具有重要意義。今后，應當加大研究力度，充分增強人工增雨的效果，發揮出人工增雨對提高空氣環境質量的重要作用。然而，空氣質量的改善并不是一蹴而就的，需要全社會共同努力，既要加大技術研究力度，又要保護好生態環境，在各項技術手段、全民的共同努力下，不斷改善空氣質量環境，實現生態可持續發展。