浅谈人工影响天气作业技术在生态环境建设中的应用.pdf

196196综述作者简介李莎（1 9 7 0），女，汉族，四川自贡人，本科，工程师。研究方向：人工影响天气作业。0引言我国自 1 9 5 8 年开始开展人工影响天气试验，由于大众对防雹、抗旱、生态环境保障等方面的需求日益迫切，促使人工影响天气技术与设施设备的现代化水平实现了显著提升。目前，历经 6 5 年的发展，我国人工影响天气实现了长足的发展，尽管各地区发展情况不尽相同，但是基本都已经形成了相对完善的人工影响天气技术及业务管理体系，人工影响天气作业效果也显著提升，且在防灾减灾、农业生产、气候调节、生态环境建设等诸多方面日益发挥着不可替代的重要作用。1人工影响天气作业原理人工影响天气作业原理是根据自然界降水形成机制，人为补充某些形成降水的必要条件，按照不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭、烟炉、高炮等人工影响天气作业装备向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂，并借弹药爆炸动力，促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴，降落到地面。总之，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理过程进行人工干预，实现增雨（雪）、消雾、生态修复等生态环境建设目的。2人工影响天气作业在生态环境建设中发挥的积极作用人工影响天气作业开发空中云水资源，可在自然降雨（雪）基础上增加1 0%2 0%降雨（雪）量，从而增加河流、湖泊、森林、草原、水田等用水量，起着调节云水资源季节性和地区性分布不均的作用，保障生态环境良性循环。同时能改善空气质量，为市民健康保驾护航。2.1增加森林生态系统固碳量人工影响天气作业开发空中云水资源，能增加森林降水，促进植物生长，提高植物生产力和生物量，增加森林生态系统固碳量，削减碳峰值。2.2进行森林防灭火人工影响天气作业开发空中云水资源，能进行森林防灭火，不仅可以有效改善空气当中的相对湿度，还能使区域温度大幅降低，进而达到预防火灾，保护森林资源的目的。而且，在降低森林固碳排放量，控制碳峰值方面发挥重要作用。2.3改善空气质量人工影响天气作业开发空中云水资源，能改善空气质量，削减 P M 2.5 和 O3峰值，为市民健康生活，提供优良空气和蓝天白云的环境。2.4改善土壤湿度人工影响天气作业开发空中云水资源，适当增加降雨量能调节土壤湿度，促进植被生长，减少沙漠化。2.5维持水系良性循环人工影响天气作业开发空中云水资源，增加的降雨量可以与地表水系形成循环和补充机制，有效地避免水分蒸发导致的水系减少与干涸现象。同时能增加地表湖泊面积及河水径流量，维持地下水位稳定。2.6防御冰雹灾害人工影响天气作业能防御冰雹灾害，主要是将人工冰核撒播至冰雹云层当中，使其形成人工冰雹胚，在云层冷水抑制效应的作用下，将会对冰雹的产生起到一定的抑制作用。另外，还可以将巨盐核撒播至冰雹云层当中，使其形成云滴，这一方法既能够在一定程度上减缓冰雹的增长速度，又能有效控制冰雹灾害的程度，最终达到防雹减灾的目的。除此之外，还可以在云层当中设置相应的干扰系统，加速冰核在云层当中的冻结速度，以最大限度地减轻冰雹灾害的危害，保护森林、经济林木、特色农产品等植物植被，维护生态环境体系良性循环。3人工影响天气作业技术在生态环境建设中的具体应用目前比较成熟的人工影响天气技术有地面烟炉作业、车载火箭作业、固定火箭作业、高炮作业、飞机作业和无人机作业三个类型六种方式。经过 1 0 年时间的运用，我浅谈人工影响天气作业技术在生态环境建设中的应用李莎吴小东张德元雷理（泸州市气象局，四川泸州646000）摘要：人工影响天气作业不仅可以增加降雨（雪）量，还可以防御冰雹灾害，保护植物植被免受雹灾。目前比较成熟的人工影响天气技术有地面烟炉作业、火箭作业、高炮作业、飞机作业和无人机作业。本文针对常见的人影作业技术展开阐述，探讨它们在生态环境建设中的作用，希望这些技术在生态环境建设中得到更有效的运用。关键词：作业技术；生态环境；人工影响天气作业中图分类号：P48文献标识码：A文章编号：2096-0743（2023）16-0196-03197197综述们发现不同类型人工影响天气作业技术有各自性能特长。不同人工影响天气作业技术可以在不同生态环境建设中充分发挥它不同的作用，现归纳如下：3.1地面烟炉作业技术适用于保护原始森林生态系统、改善空气质量的人工增雨（雪）地面烟炉作业是人影作业技术中的新技术，需安装在高山迎风坡，具有不受空域申请限制、太阳能自动供电、远程监控、作业过程无明火等优点。地面烟炉作业原理是通过远程无线网络电子点火，燃烧焰条，依靠迎风坡上升气流将碘化银颗粒或盐粉等催化剂带到高空云层中，补充高空云层形成降水的机制，从而增加降雨（雪）量。地面烟炉作业技术适合用于我国原始森林抗旱、森林防灭火以及空域申请困难城镇的增雨（雪），使用此作业技术需要关注以下技术要点。3.1.1地面烟炉作业点选址必须合理第一，选址需在保护区上风向。分析保护区 2 0 年以上的主导风向，并制作出风向玫瑰图，确定保护区多年上风方向路径，沿此路径部署地面烟炉作业点。第二，选址需在保护区附近海拔 1 0 0 0 米以上山体迎风坡。地面烟炉作业燃烧焰条产生的“烟”在自然条件下能够到达的高度具有局限性，将烟炉建在高山迎风坡，借迎风坡上升气流辅助地面烟炉作业的催化剂上升到高空云层中。在无海拔 1 0 0 0 米以上山体的城镇，可将烟炉建在海拔 5 0 0 米以上山体迎风坡。上述结论主要是分析了泸州市主城区近五年来开展地面烟炉作业资料而得。泸州市主城区为丘陵地形，主城区附近上风风向无海拔 1 0 0 0 米以上山体，为开展地面烟炉作业改善空气质量，泸州市在主城区附近多个海拔 5 0 0 米高左右山体迎风坡处修建了 1 1个地面烟炉作业点。经过 5 年的运用，分析作业次数、时间、降水及空气质量等 7 8 4 组资料，我们发现地面烟炉作业对空气质量改善有效率为 7 4%。3.1.2地面烟炉作业焰条选择地面烟炉作业焰条分为冷云焰条和暖云焰条，冷云焰条适用于温度0 以下的冷云层，所用催化剂为碘化银“结晶剂”，催化剂进入云层催化冷云形成冰晶，当冰晶增长的重量大于重力时下落成为雨。暖云焰条适用于温度 0 以上的暖云层，催化剂为食盐、尿素、氯化钙、硝酸铵等“吸湿剂”，催化剂进入云层使小水滴快速吸湿变成大水滴，“体重”暴增大于重力，下落成雨。使用冷云焰条和暖云焰条选择方法：使用探空资料，进行区域、高度插值后确定当地不同季节 0 温度层的平均高度，再结合地面烟炉作业点催化剂能达到的高度，确定使用冷云焰条或暖云焰条。3.1.3选择正确的地面烟炉作业条件地面烟炉作业条件：一是作业点附近地面风速小于0.7米/秒。作业前后风速大于 0.7 米/秒不利于燃烧焰条的催化剂颗粒上升到高空云层中，不能充分发挥增雨效果。二是作业开始时间需在降水初期且未来 6 小时降水预报量在 0.2 毫米以上。因分析历史资料发现，当 6 小时降水量小于 0.2 毫米进行地面烟炉作业时，不能有效降低空气中P M 2.5 浓度，作业时产生的催化剂颗粒反而会增加空气中P M 2.5 浓度。3.2火箭作业技术适用于保障江河湖泊、水库、沼泽地等生态系统用水火箭增雨作业技术自动化程度高，操作简单，可实现车载，方便移动，能在不同地区实现运用。火箭增雨作业原理是在地面使用网络遥控点燃火箭弹，火箭弹燃烧自身携带由燃烧剂和氧化剂组成的推进剂，依靠自身喷出高速气体射流，直接产生反作用推力，推动火箭弹飞行。火箭弹飞行到 6 0 0 0 7 0 0 0 米的高空时爆炸，点燃其携带的碘化银颗粒，形成的烟剂随火箭弹飞行沿途撒在云中，催化冰晶结晶，从而增加降水量。火箭作业技术适用于保障江河湖泊、水库、沼泽地等生态系统用水，使用此作业技术需要关注以下技术要点。3.2.1火箭作业点选择条件火箭作业点需部署在天气系统进入保护区域的上风方向，需远离城镇、易燃易爆炸场所、人口密集等地区，并避开航线、航路、重点文物保护区。作业点视野要开阔无障碍物，通信信号稳定畅通。3.2.2根据空域时间选择火箭弹火箭弹有自毁爆炸式的 B L 系列和降落伞式的 WR系列。B L 系列火箭弹从发射到自毁式爆炸只需要1 到2 分钟，适用于航线繁忙地区。WR系列火箭弹从发射到降落伞带着弹壳降在安全的空中高度需要 5 分钟左右时间，适用于人烟稀少、航线不多的地区。3.2.3火箭发射仰角随风向而调整火箭作业技术所使用的火箭弹属于无控火箭弹，飞行轨道会受到风力、风向影响，稳定性不够高。火箭弹发射后，风对火箭弹尾翼有很大影响，可能会向来风方向偏转，故火箭作业时必须先观察风向，根据风向调整火箭发射仰角。若火箭作业方向与风向一致，需调低火箭发射仰角；若火箭作业方向与风向相反，需调高火箭发射仰角。当火箭发射仰角大于 6 0 度时，需注意作业点和作业点附近顶空安全，以防被弹体破片伤害。风力过大，会影响火箭弹不能在预定区域爆炸，存在很大安全隐患，建议停止火箭作业。198198综述3.3高炮作业技术适用于保障经济林木、特色农产品等农植物免受雹灾高炮作业技术最早引入人工影响天气作业，高炮弹价格不贵，消雹效果最佳，也有增雨效果，所使用的“三七式”高炮来自部队退役装备捐赠。高炮作业技术原理：一是过量撒播催化剂，改变云和降水及冰雹的微物理结构，改变冰雹生长形成的物理过程，大量增加云中人工冰雹胚胎，争夺云中水分，抑制冰雹生长。二是借助高炮弹爆炸产生的冲击波的震动效应破坏积云形成冰雹的气流自然结构，干扰或直接影响云中有组织的上升气流，促使大量小冰雹雹胎在没有变大之前提前下落，融化成雨或冰粒降落到地面。高炮作业技术适合于保障经济林木、特色农产品等农植物免受雹灾，维护生态环境体系良性循环。使用高炮作业需要关注以下技术要点。3.3.1高炮作业点选址要求高炮作业点需部署在冰雹多发区路径，远离城镇、易燃易爆炸场所，离人口密集地区至少5 0 0 米，并避开航线、航路、重点文物保护区，作业点视野开阔无障碍物，通信信号稳定畅通。3.3.2高炮防雹作业射击方法高炮防雹作业射击方法有扇形射击和点射击。当冰雹云呈带状，体积较大或多方位有单体冰雹云产生时，采用扇形射击方法。当冰雹云是一个单体，体积较小时，采用点射击方法。作业时对准冰雹云中部发射高炮弹，防雹效果更佳。3.3.3高炮进行自动化改造现用“三七”高炮没有进行自动化改造前，存在使用年限长、需 4 名作业人员坐在炮架上操作等缺点，使作业人员人身受到危害。高炮进行自动化改造后，作业人员缩减为 3 人，并能通过网络远程遥控作业，保障了作业人员人身安全，提高了高炮作业人员人身安全保障。3.4飞机作业与无人机作业技术适用于人烟稀少的高原、沙漠地带增雨（雪）及森林防灭火飞机作业与无人机作业技术是最先进的人工影响天气作业技术，也是增雨雪效果最好的作业技术。飞机作业与无人机作业技术原理是在飞机和无人机上配置撒播装置、碘化银燃烧炉或飞机焰弹系统等，直接飞到预定目标云层里撒播催化剂，实现空中人工增雨（雪）作业。此作业技术适合用于人烟稀少的高原、沙漠地带增雨（雪）及森林灭火。因飞机和无人机人工影响天气作业面积比其他作业方式作业面积更大，且是直接在保护区域上风方向空中进行作业，增雨（雪）效果最好。使用飞机作业与无人机作业需要关注以下技术要点。3.4.1飞机作业第一，制订飞机作业方案是整个作业过程中最重要、最关键的技术工作。飞机作业方案需在常规天气预报基础上，结合实时监测分析作业目标云系天气条件，再科学选择作业综合判别指标，经分析后制订飞机作业方案，是科学作业基础。第二，飞机在不同云层中的作业方法选择。为了既能保障飞机作业安全，又能提高增雨作业效果，对于不同类型的云，要采取不同的飞行作业方法。层状云采用由云的移动方向下游向上游蛇形逼近的作业方式；层积混合云可以在非强中心开展作业；对流云可以采用绕云擦边作业的方式进行；对流云群采用非强中心穿云作业的方式；发展中弱雷雨云采用上升气流区来回作业的方式。3.4.2无人机作业第一，需加装无人机空中防冰除冰的设备。开展无人机增雨（雪）作业关键是要先突破无人机空中防冰除冰的技术瓶颈，因为人工增雨（雪）的无人机需要飞到 4 0 0 0米 7 0 0 0 米高度，此高度无人机易结冰而损毁，故人工增雨作业的无人机需要加装防冰除冰的设备。现有纵横大鹏 C W-4 0 无人机可飞到 4 0 0 0 米 7 0 0 0 米高度，且不需要再加装防冰除冰设备。第二，加装无人机搭载空中气象数据探测设备和人工增雨（雪）催化剂播撒设备。无人机增雨（雪）作业在空可以飞行 4 5 个小时，需要随时掌握复杂情形下，空中云层气象要素的变化，及时调整无人机在空中飞行高度、飞行姿态和播撒增雨（雪）催化剂方式，达到无人机增雨（雪）作业效果最佳。4结语为使人工影响天气作业技术在生态环境建设中得到充分应用，必须对人工影响天气作业技术形成有效认识，熟知各种人工影响天气作业技术的基本原理和使用方法，结合当地生态环境建设实际情况，对人工影响天气作业技术进行合理运用，为生态环境建设贡献“人影”力量。参考文献：1 曹永民，古康乐，李念.基于人工增雨对生态环境的影响研究 J .环境科学与管理，2 0 2 1，4 6（0 4）.2 熊卫东，熊瑶，熊士斌.人影作业技术在农业气象防灾减灾中的运用 J .农机与农业，2 0 2 1，5 2（0 2）.3 李成龙，李遥，陈刚，等.浅析人工影响天气服务农业生产助力乡村振兴的作用 J .农业与技术，2 0 2 2，4 2（1 9）.