第一章人工影响天气简介
1概述
人工影响天气是指在一定的有利时机和条件下，通过人工催化等技术手段，对局部区域内大气中的物理过程施加影响，使其发生某种变化，从而达到减轻或避免气象灾害的一种科技措施。目前，人工影响天气主要是指人工增雨和人工消雹，当然也可以扩展到人工消雨、消雾、防霜、人工引雷等方面。
瑞典科学家贝吉龙等1933 年提出，在大部分形成降水的混合云中，降水的形成主要取决于云中是否有足够数量的冰晶，能否通过冰水转化过程形成大水滴。到1946 年，美国科学家雪佛尔和冯纳格相继提出，可以在冷云中通过播撒干冰或碘化银的方法，适当增加云中的冰晶数量，促使降水的形成。这些研究指出了人工增雨的基本科学原理，开创了人工增雨作业的历史。有关人工消雹的研究工作也于20 世纪50 和60 年代达到了高潮，其理论依据是前苏联科学家苏拉克维奇提出的所谓“过量播撒”理论。该理论认为，冰雹一般是在冰雹云中一个范围不很大的冰雹累积带中由初始冰雹胚胎碰并周围的水滴或冰晶而增长形成的。如果在这一冰雹累积带中增加大量的冰雹胚胎，造成这些冰雹胚胎争食该区域中有限的水滴或冰晶资源，就能有效抑制大冰雹的生长，从而达到减轻冰雹灾害的目的。 2人工增雨防雹的基本原理
自然降水的产生，不仅需要一定的宏观天气条件，还需要满足云中的微物理条件，比如：0℃以上的暖云中要有大水滴；0℃以下的冷云中要有冰晶，没有这个条件，天气形势再好，云层条件再好，也不会下雨。然而，在自然的情况下，这种微物理条件有时就不具备；有时虽然具备但又不够充分。前者根本不会产生降水；后者则降雨很少。此时，如果人工向云中播撒人工冰核或吸湿性颗粒，使云中产生凝结、
凝华的冰水转化过程或促使形成许多大云滴，再借助水滴的自然碰并过程，就能使降雨产生或使雨量过大。人工增雨分冷云催化和暖云催化，我国基本上多数地方是冷云催化（含混合云），华南极少部分云属于暖云催化。所谓冷云，就是云中温度在零度以下，混合云就是云中上部温度在零度以下；暖云就是云中温度高于零度。地面摄氏零度的水是要结冰的，高空摄氏零下十几度依然有液态水，这就是过冷水。过冷水遇到凝结核或附着物会瞬间成冰，尤其是在摄氏零下7到零下11度之间，过冷水极易快速结冰。在过冷云中启动降水产生的因子是水向冰转化的冰晶效应，冰晶效应迅速地使冰粒子长成可以发生重力碰并的大小，而成为降水粒子。据高空探测得知，自然云中自然凝结核很少，形不成冰晶直至长成雨滴。因此，在过冷云中如果因为缺乏冰晶或冰晶甚少而不能降水或降水强度甚弱的话，可以通过人工向云中播撒催化剂，如碘化银、干冰、液氮等，增加云内冰晶浓度以引发云层降水或增大其降水强度，这就是冷云催化原理。要促使暖云增加降水，可以在云中播撒直径略大于0.04毫米的水滴,使它们同云滴碰并,长成雨滴而降落到地面。此法效率很低，每克水大约只能形成几百万个雨滴胚胎。如果播撒大小适当的吸湿性盐粒，也能促成雨滴的生成，且效率比播撒水滴高，每克食盐大约能形成几千万个雨滴胚胎，再通过碰并过程形成雨滴。目前，暖云催化主要是向云中播入一定大小的吸湿性颗粒，如食盐、氯化钙等，造成云滴谱的变化，促进碰并过程的发生，从而引发暖云降水或增大其降水强度。
人工防雹就是采用人为的办法对一个地区上空可能产生冰雹的云层施加影响，使云中的冰雹胚胎不能发展成冰雹，或者使小冰粒在变成大冰雹之前就降落到地面。由于产生冰雹的主要条件是云中要有上下强烈运动的气流，并且蕴涵大量水分，只有这样，云中小的冰雹胚胎才有发展成冰雹的足够水分供应，才有机会捕捉云中水分使自身不断增大。因此，人工防雹的原理是设法减少
或切断给小雹胚的水分供应，一般需要向云中播撒足够量的催化剂，以产生大量冰晶，迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚竞争水分的优势，从而抑制雹块的增长。观测结果表明，冰雹云的中上部存在着过冷水含量很大的累积带，为冰雹生长区。在累积带之上气流升速较小，温度又低，很容易产生雹胚，它们靠碰撞过冷水滴而长大。在强烈上升气流作用下，雹胚多次往返于液态水累积区，增大并生长成冰雹。人工通过“三七”高炮或火箭发射把装有碘化银的防雹弹发射到云中，增加冰雹胚胎，去争食有限的水分，抑制冰雹的生长或雹灾的形成。另外，由于人雨弹在云中爆炸，可以产生两种效应。一是爆炸后产生的冲击波产生震动效应，可以直接影响或干扰云中有组织的上升气流，进而阻止冰雹云的继续增长，同时也可使冰雹受到强烈震动后变软。二是爆炸使过冷水滴冰晶化，因而减少了云层中过冷却液态水的存在，起到抑制冰雹的生长或限制大冰雹形成的作用。
3人工增雨防雹作业条件与时机
我们知道，要想通过人工增雨的方式增加降水，必须有云，有云才能有雨，但不是所有的云都有降水潜力，只有那些有降水潜力和开发利用可能的云才可催化致雨，天高云淡是无法达到增雨目的的。一般说来，在降水性天气系统背景下，处于发展阶段的积雨云、浓积云，回波顶高处在-5℃ — -20℃之间，强度大于25dbZ，云层厚度在3公里以上，水汽含量为3克/立方米以上，适合开展人工增雨作业。在抗旱期间，云回波顶高在-5℃以上，强度大于25dbZ，处于发展阶段，出现雨幡或降水时，也可对大范围系统降水性层状云作业。降水过程过境后,处于减弱衰亡的对流云；一般性层状云等类均不利于增雨作业。
降雹是在强烈发展的由积雨云组成的雹暴系统中产生的强对流天气现象，是一种离散性较强的局部灾害性天气。造成这种天气的系
统与天气尺度的系统相比，水平尺度范围小，生命周期短，通常称为强对流中小尺度系统。中小尺度雹暴的产生与发展，是在一定的大尺度天气形势下发生发展的。这些大尺度天气形势，除存在有利于雹暴发生、发展的大气物理条件外，也基本上决定了它产生的强度和类别。根据多年来玉溪市降雹天气系统的统计分析，玉溪产生冰雹天气的天气形势主要有两高辐合型、低压环流型、副高南侧偏东气流型,其中副高南侧偏东气流型为主要形势，这些均可作为作业天气条件的选择依据。防雹作业时机的确定要依据实时雷达监测结果，结合其它可用的实时资料如实时天气图、云图、闪电监测结果、数值模拟结果等综合分析后做出选择。一般选择云体“跃增”阶段作业，应用雷达对云体回波连续跟踪，当发现雷达回波顶高、液态含水量等值跃增的情况时，作业可取得良好的效果。另外，当处于发展阶段的雹云移到作业范围内时，就应开展作业，宜早不宜迟，当大冰雹还未完全形成时，播撒一定量的催化剂就能起到过量播撒争食含水量的作用。 4玉溪市人工增雨防雹作业方式
目前我国人工增雨常用的方式有三种：一是以高炮和火箭为主的地面作业；二是以在地面布置AgI燃烧炉为手段；三是飞机催化作业。在固定目标区（如为水库增水）作业，特别是对飞机飞行安全有威胁的强大对流云进行的催化作业，宜选择以高炮和火箭为主的地面作业方式。在经常有地形云发展、交通不便的山区，宜选择在地面布置AgI燃烧炉为手段。这种方式的特点是催化剂主要依靠山区向阳坡在一定时段常有的上升气流输送入云实现增雨，不需要申请空域，具有很大的时空灵活性。由于燃烧炉需要依托上升气流，因此，要有合适的地形，才能有足够的上升气流，才能使碘化银烟剂正好抵达需要的高度和方位。其明显的缺点是难以确定催化剂入云的剂量。飞机催化作业的面比较宽，可以根据不同的云层条件和需要，选用暖云催化剂及其播撒装置，选用制冷剂及其播撒装置（如干冰、液氮），也可挂
载Agl燃烧炉、挂载飞机焰弹发射系统。还可装载探测仪器进行云微结构的观测和催化前后云宏、微观状态变化的追踪监测。不过不是所有的云都可以用来“播雨”的，一般说来低云族中的雨层云和层积云，或中云族中的高层云较为适宜；少云或者晴空条件下，就不能进行飞机人工增雨。飞机人工增雨作业高度一般在5000到6000米的高空，这样能增加１５％至２０％的降雨量。一架飞机可一次作业３小时，每天能作业７至８小时，飞机实施人工增雨投入大，作业效益高。 这三种方式各具特点，适宜性各有不同，我省人工增雨采用地面作业方式，发射装备主要以火箭为主。由于高炮和火箭对强对流云体作业比较适宜，目前我国人工防雹采用的是以高炮和火箭为主的地面作业方式。在我市，采用的发射装备有WR型火箭、BL型火箭、JFJ型火箭和三七高炮。
