文｜楊曉 孫鴻娉 鄭璐

說(shuō)起人工影響天氣，大家一定很熟悉，但是其中的原理究竟是怎樣的，卻又很難講明白。讓我們一起來(lái)揭秘“人影”，掀起它神秘的蓋頭。

趣說(shuō)人影天氣

“緊急通報(bào)！地面旱情持續(xù)，急需一場(chǎng)大雨，各方抓住有利時(shí)機(jī)，做好準(zhǔn)備！”

“冷云收到！現(xiàn)在清點(diǎn)人數(shù)，云中有一定的冰晶和過(guò)冷水，但是冰晶數(shù)量太少，個(gè)頭太小，數(shù)量少可以通過(guò)播撒催化劑增加人工冰核來(lái)解決，但是個(gè)頭太小想要抵抗強(qiáng)有力的上升氣流而降落到地面還有些難度……”

這時(shí)，過(guò)冷水站了出來(lái)，“我愿意貢獻(xiàn)我的水汽給冰晶，以助它一臂之力。”

有了過(guò)冷水的慷慨相助，冰晶越長(zhǎng)越大，逆風(fēng)而下，穿越上升氣流，越過(guò)0 ℃層融化成雨滴，再不斷碰并小雨滴，最終到達(dá)地面，圓滿(mǎn)完成任務(wù)。過(guò)冷水在大后方默默將自己的水汽不斷輸送給冰晶，自己則越變?cè)叫。罱K蒸發(fā)殆盡。

又過(guò)了幾天，冷云又接到緊急通知，最近冰雹災(zāi)害嚴(yán)重，得想想辦法減輕冰雹災(zāi)害，清點(diǎn)完隊(duì)伍后，還是原有的冰晶和過(guò)冷水。冰晶數(shù)量還是不多，如果冰晶充分吸收過(guò)冷水上的水汽，只怕會(huì)長(zhǎng)成個(gè)頭較大的冰雹。想要抑制這些自然雹胚的增長(zhǎng)，就需要向云中引進(jìn)大量人工冰核，讓這些冰核通過(guò)核化、凝華、碰凍等增長(zhǎng)過(guò)程，迅速形成大量的人工雹胚。這些人工雹胚與自然雹胚都想獲得過(guò)冷水的水汽，它們就開(kāi)始競(jìng)爭(zhēng)水汽，“哼，我長(zhǎng)不大，你也別想長(zhǎng)大！”結(jié)果就是每一個(gè)雹胚都得不到充分的水汽，由此減緩了雹塊的增長(zhǎng)速率，抑制較大冰雹的形成，從而達(dá)到防雹的作用。

飛機(jī)人工增雨作業(yè)

這個(gè)小故事就形象地描述了人工增雨防雹的過(guò)程，那么其中的原理究竟是什么，讓我們一起來(lái)了解。

解讀奧妙原理

云是由大氣中水汽凝結(jié)或凝華形成的足夠數(shù)量的各種水凝物粒子單一或混合組成，形狀各異。它們是漂浮在天空中的可見(jiàn)聚合體，除了固態(tài)水凝物冰晶、雪晶等，液態(tài)水凝物云滴、雨滴等，還有一些“特殊分子”：過(guò)冷水。這些固執(zhí)的過(guò)冷水們，在云中身處負(fù)溫區(qū)，卻仍然保持著液態(tài)的形態(tài)。它們的存在不僅活躍著冷云大家族，更是人工影響天氣的主力軍。

水汽壓是指大氣中水汽的分壓強(qiáng)，在一定條件下，當(dāng)水變成水汽的速度和水汽變成水的速度相等，水汽與水處于相態(tài)平衡的狀態(tài)時(shí)，水汽壓即為當(dāng)前條件下的飽和水汽壓。飽和水汽壓受到溫度的影響比較大，隨著溫度升高，無(wú)論是水面的飽和水汽壓還是冰面的飽和水汽壓都隨之增大。但也有不同，一定溫度下水面飽和水汽壓大于冰面的飽和水汽壓，當(dāng)溫度低于0 ℃時(shí)，即為過(guò)冷水面的飽和水汽壓要大于冰面的飽和水汽壓。

這個(gè)事實(shí)導(dǎo)致了一個(gè)特別的效應(yīng)：假如在某一個(gè)低于0 ℃的環(huán)境之下，同時(shí)有過(guò)冷水及冰的存在，而環(huán)境中的實(shí)際水汽壓正好介于過(guò)冷水及冰面的飽和水汽壓之間，會(huì)產(chǎn)生什么后果？對(duì)于過(guò)冷水來(lái)說(shuō)，環(huán)境是未飽和的，因?yàn)樗乃麎旱陀谶^(guò)冷水的飽和水汽壓，這么一來(lái)，過(guò)冷水就要蒸發(fā)。另一方面，對(duì)冰而言，環(huán)境中的水汽壓高于冰面的飽和水汽壓，環(huán)境是過(guò)飽和的，因此冰必定要吸收水汽不斷增長(zhǎng)。如果環(huán)境中的水汽壓維持不變的話，那么這個(gè)效應(yīng)的最終結(jié)果是，過(guò)冷水蒸發(fā)殆盡，而冰則大為增長(zhǎng)。當(dāng)云中溫度低于0 ℃的時(shí)候，過(guò)冷云滴及冰晶可能同時(shí)存在于適當(dāng)?shù)乃麎簵l件之下，上述的效應(yīng)便會(huì)發(fā)生。其結(jié)果是，過(guò)冷云滴蒸發(fā)，而冰晶卻大幅增長(zhǎng)，這個(gè)效應(yīng)被稱(chēng)為貝吉龍效應(yīng)。這樣迅速長(zhǎng)大的冰晶比較容易降落到溫度高于0 ℃的低層，進(jìn)而融化為水滴，有些比較小的雨滴可以由這種過(guò)程形成。

貝吉龍效應(yīng)過(guò)程

對(duì)于云中冰晶數(shù)量不足的問(wèn)題，則可以通過(guò)播撒催化劑來(lái)增加冰核濃度。冰的最基本結(jié)構(gòu)單元是六角形晶體，碘化銀是黃色的六方晶體，其結(jié)構(gòu)與冰的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似。向云中播撒適量碘化銀催化劑后，碘化銀顆粒作為人工冰核，通過(guò)異質(zhì)核化過(guò)程形成冰晶，從而增加冰晶濃度、促進(jìn)冰水轉(zhuǎn)化、提高降水效率，達(dá)到促進(jìn)和增加降水的目的。

近些年，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與防災(zāi)減災(zāi)需求的不斷提高，人工影響天氣服務(wù)已逐步拓展到農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)、云水資源開(kāi)發(fā)、江河湖泊蓄水、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、森林草原防火、機(jī)場(chǎng)公路消霧、重大活動(dòng)保障、改善空氣質(zhì)量、應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事件、城市降溫等多個(gè)領(lǐng)域，成為了各級(jí)政府防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害的一項(xiàng)重要舉措。

2022年，我國(guó)人工影響天氣事業(yè)已走過(guò)了64年發(fā)展歷程，“人工影響天氣”一詞也逐漸走進(jìn)人們的視野，但是目前我們對(duì)云霧中的一些物理過(guò)程了解得還不是很透徹，對(duì)云霧自然發(fā)展和人工影響下的演變還無(wú)法做出確切的事先預(yù)計(jì)。因此，人工影響天氣還是一門(mén)正在發(fā)展中的技術(shù)，需要我們深入研究，摸索前進(jìn)。