人影科普知识

人工增雨（雪）的科学原理

现代人工增雨（雪）的科学原理是基于自然云和降水的形成过程建立的，通过飞机、火箭等运载工具向云中播撒催化剂促进云水向降水的转化过程和提高降水效率，如播撒碘化银催化剂，形成大量的人工冰晶，促进云中过冷水冰晶化而形成降水。通过飞机向云中播撒吸湿性催化剂（氯化钠等盐粒子）促进云滴粒子形成的核化和碰并过程，产生降水粒子。这些事实和原理是通过大量的室内试验、数值模拟试验和外场科学试验检验和验证，具有坚实的科学基础。但人工影响天气仍然是一项发展中的、具有巨大应用潜力的科学技术，同时，也应该认识到，人工影响天气当前仍处于边研究、边应用的阶段，尚有许多科学问题，如效果检验等，仍有待于进一步探索研究和解决。

浅谈人工增雨

地球的主宰者——人类，很早以前就产生了呼风唤雨，控制天气变化的幻想。历史发展到了20世纪40年代，人们开始了唤雨的尝试，五十多年来，人们在这方面取得了一定的进展。在气象学中，把唤雨称为“人工增雨”。

变化莫测的天气，是怎样服从了人的调遣，降下雨来的呢？

首先让我们看看云的降水机制。云是空气垂直运动的结果，随着空气的上升，地面的水汽也被夹带着一起上升，在这个过程中，一部分水汽蒸发掉，一部分则升人云中，会冷却而凝结，成为云中水汽的一部分。高空的云是否下雨，不仅仅取决于云中水汽的含量，同时还决定于云中供水汽凝结的凝结核的多少。即使云中水汽含量特别大，若没有或仅有少量的凝结核，水汽是不会充分凝结的，也不能充分地下降。即使有的小水滴能够下降，也终会因太少太小，而在降落过程中中途蒸发。基于这一点，人们就想出了一个办法，即根据云的情况（性质、高度、厚度、浓度、范围等），分别向云体播撒致冷剂（如干冰、丙烷等）、结晶剂（如碘化银、碘化铅、间苯三酚、’四聚乙醛、硫化亚铁等）、吸湿剂（食盐、尿素、氯化钙）和水雾等，以改变云滴的大小，分布和性质，干扰中气流，改变浮力平衡，加速其生长程，达到降水之目的。

高空的云有暖型云（云内温度在0℃以上）和冷型云（云内温度在0℃以下）。对冷型云的人工增雨，常常是播撒致冷剂和结晶剂，增加云中冰晶浓度，以弥补云中凝结核的不足，达到降雨的目的，对暖型云的人工增雨，则通常是向云中播撒吸湿剂和水雾，加强云中碰并，促使云滴增大。

人工增雨最理想的天气是，作业区上空有水汽含量较丰富的积状云，且云层较厚，云顶高度在6100——12200米之间，地面有小于10公里/小时的微风。

人工增雨的方法多种多样，有高射炮、火箭、气球播撒催化剂法，有飞机播撒催化剂法，还有地面烧烟法。

人工增雨目前还处在试验研究阶段，虽然取得了一些可喜的进展，但是，诸如实施人工影响作业后，雨量的净增量、落区、时效及撒播催化剂的种类、时机、方法等方面，都还需要进一步的研究。要达到按照人们自己的意志——呼风唤雨，仍须作长期努力。

空中水库——让“活水”天上来

远古时候，每当久旱不雨，土地龟裂的时候，人们总盼望着能有呼风唤雨的神灵出现，后来人们在长期的实践中认识到，雨是云的产物，云是空中水库。为把空中那朵云化为雨，人们作了不懈的努力。

1946年7月，美国科学家谢弗在冰箱里做实验。那天天气特别热，冰箱的温度降不下来，于是他将一块本身温度为-79℃的干冰（固态二氧化碳）放进去，想降低温度。刹那间，冰箱里出人意料地出现了成千上万的冰晶。谢弗欣喜若狂，他想，只要在低于0℃的云层里人为地使用少量催化剂，就能使云中增加许多冰晶，冰晶相互合并增大，从云中掉出成为雨滴，就能达到降水的目的。1946年11月13日，谢弗进行了人类历史上第一次飞机播撒干冰试验，他从小飞机上向一块-20℃的层状云播撒了1.5千克干冰，5分钟后，云层全部化为雪，飘飘洒洒地下落了600米。这是一次在科学理论指导下的成功试验。

同年，另一位美国科学家冯尼古特发现了碘化银的成冰作用。碘化银只要加热分解就会在空气中形成极多极细（只有头发直径的百分之一到千分之一）的碘化银粒子。催化设备简单，用量很少，费用低廉，可以大面积推广。一时间，许多国家开展了人工增雨作业。 1958年，我国有组织地开始了人工增雨工作。当年夏季，吉林省出现了60年未遇的大旱，7月份降水量仅2毫米，只有常年的1％，气象学家利用干冰进行了20次人工增雨试验，揭开了“呼风唤雨”的序幕。

人工增雨不仅能解除局部旱情，经过科学研究，人们发现，一年中全球大气水量约11.7×106亿吨，而大气中的水汽只有百分之几到十几能成为雨或雪降到地面，如果能使空中水汽多降下1％至2％，就能增加降水量10％至20％。我国黄土高原是淡水资源缺乏的地区，如何将“空中水库”——云水资源转化为淡水资源，在雨季加强人工增雨，留作干季使用，是解决水资源短缺的一条很好的途径。1998年5月至9月，青海省在黄河首次进行了大范围、长时间的人工增雨实验，结果增加了黄河径流，补充了地下水，仅龙羊峡水电站入库水量就增加了4亿立方米，缓解了水电站发电严重缺水的状况，实现了“黄河之水天上来”的梦想。

天空水库的奥秘

为了防御干旱和洪涝，人们拦河筑坝，在辽阔的大地上修建了大大小小、数以万计的水库。然而人们却很少注意或还很不了解另外一种无需人工建筑的、大自然恩赐给人们的“天空水库”，这就是一朵朵大小不同、形状各异、来去匆匆、变幻无穷的积云。

积云中蕴藏着极其丰富的水资源。如以每立方米的积云平均含水2.5克计算，一块半径为5公里的积雨云中，含水总量达130万立方米，相当于一座小型水库的蓄水量。如果把这座“水库”的水全部排放利用，可以生产30万公斤大米，或者发电30万度。但是令人遗憾，这种奇特的“水库”相当吝啬。小型的（淡积云）简直是“一毛不拔”，“滴水不漏”。中型的（浓积云）也只有1/10能“开闸”放水。大型的（积雨云）虽有90％可以“开闸”，但放出的水，能到达地面的仅占蓄水总量的20％，其余的在空中被蒸发而流入大气海洋中了。

“天空水库”是如何“构筑”起来的？又怎样促使“天空水库”开闸放水，使它最大限度地为人类造福？让我们一起遨游这神秘的云雨世界，看看其中的奥妙何在。 ●神奇的上升气流

上面已经谈到，一块半径为5公里的积雨云中含水量达130万吨。如此巨量的水是什么神奇的力量把它举上空中并托住不放呢？如果我们牢牢盯住一块积云，仔细地观察一阵，或者用测雨雷达跟踪观测一块积云，就会发现：原来积云中存在着强大的上升气流！据推算，在成熟的积雨云中，上升气流速度一般可达20—30米/秒，最大可达60米/秒，比十二级台风的风速还要强。而且这种上升气流大多呈螺旋形结构，无论什么样的飞机，一旦误入这种云内，都将被颠得“粉身碎骨”。积云就是依靠这种强大的上升气流，源源不断地把地面空气中的大量水汽输送到空中，并冷却凝结成水滴或直接凝华为冰晶而形成的。没有上升气流和水汽就没有积云。 ●贪梦的水滳吞并

积云中虽然含有许许多多大小不等、数以亿万计的水滴或冰晶，但这些水滴的半径多数只有0.01毫米，而降落到地面的雨滴半径通常在1毫米以上，两者相差一百倍，其体积则相差一百万倍。假设积云中的温度为0℃，相对湿度为101％（过饱和），一颗半径为0.001毫米的小水滴，因凝结作用而增大为2倍，则需要2.1秒；若增大到10倍，需75秒；而增大到200倍，需要花上8个小时。可见如果单纯依靠凝结作用而使云滴变为雨滴是相当困难的。那么又是什么奇妙的方法，能在很短的时间内，促使一百万个云滴迅速转变为一个雨滴的呢？让我们先看看浓积云中的情况。

浓积云全部由水滴组成。水滴虽小，但在重力作用下，仍然具有下落速度。如半径为0.01毫米的云滴，它等速下落时的速度约为0.01米/秒，而半径为0.1毫米的云滴等速下落速度为0.72米/秒。因此云滴在下落过程中，大云滴会迅速赶上小云滴，并把小云滴吞并而成为更大的云滴。长大了的云滴继续下落，并不断吞并比它小的云滴，于是云滴就象“滚雪球”一样，越滚越大。同时由于积云中上升气流很强，它可以带动大大小小的云滴往上冲。在上升的过程中，大云滴上升慢，小云滴上升快，因此小云滴又会迅速追上大云滴，主动送

给大云滴吞并。最后当大云滴长大到上升气流托不住时，便从云中掉落下来而成为较大的雨滴。

●奇妙的冰晶效应

积雨云中既有水滴，又有冰晶，冰水共存，情况特殊，因此云雨转变过程也很特别。先看这样一个实验：在两根细棒上分别悬挂一个水滴和冰晶，同时放人一个温度为一10℃的小盒内，并使两根细棒尽量靠近，但水滴和冰晶互不接触。用显微镜观察水滴和冰晶的变化，这时奇迹出现了：水滴很快变小并迅速消失，而冰晶却很快增大。这种奇特的现象叫做“冰晶效应”。据计算，在相同的温度和湿度条件下，冰晶增长的速度比水滴增长速度要快一百倍。积雨云就是利用这种“冰晶效应”，促使云中水滴迅速凝华到冰晶上，使冰晶很快长大。当长大到上升气流托不住时，便迅速下降。在下降途中又继续捕获水滴或粘连小的冰晶。当下降到0℃层以后，便融化成雨滴而降落到地面。 ●巧夺天工化甘霖

积云尤其是积雨云，是云雨世界中的“骄子”它水多力大，在天空舞台上“狂热”地表现自己。大风、暴雨、冰雹、龙卷等等，都是它的杰出“作品”。因此人们既喜爱它的“富有”，但又不欢迎它的“狂热”。特别是当久晴不雨、人们非常渴望它“开闸”放水的时候，它却常常“守口如瓶”，“滴水不漏”。如浓积云，当云中缺少定数量的半径大于0.02毫米的水滴时，它就不会下雨。积雨云中如果缺乏足够的冰晶，也不会下雨或下雨很少，并很快消散，变得“无影无踪”。能否采用科学的方法，促使它们在人们需要的时候，按照人们的意志及时“开闸”

放水呢？近三十年来，在我国各地迅速开展起来的人工催化增雨试验，就是根据云和降水形成的物理机制，向云中播撒一定数量的催化剂，促进云的发展，从而达到激发和增加降水的目的。

用于“耕云播雨”的催化剂种类很多。目前使用较多的主要是盐粉、干冰和碘化银三种。盐具有很强的吸湿性，用飞机将盐粉撒入云中后，盐粉便迅速吸收云中的水汽而形成较大的水滴，并通过“水滴吞并”很快长大成雨滴降落到地面。干冰又叫固体二氧化碳，它的温度

很低，一般为-78.5℃。当把干冰碎块播入云中后，便引起云内局部温度急剧下降而迅速产生大量的冰晶，随之借助“冰晶效应”使冰晶很快长大成雨滴。碘化银是一种具有和冰晶结构极其相似的化学物质，是一种非常有效的成冰核。据测算，每克碘化银粉末在—10℃时，可以产生近百亿个冰核。高炮人工催化增雨就是把碘化银粉末装入炮弹弹头内，用高炮打入云中的适当部位后发生爆炸，以增加云中的冰核，加快“冰晶效应”和降水的形成。同时，炮弹爆炸产生的冲击波，还可加速云中水滴的吞并，冲刷云体下的大水滴，好似树叶上的水珠，用手轻轻一摇便可掉下，这就是“炮响雨落”的科学道理。大量试验结果表明，对云顶温度为-10℃一—20℃的积云进行人工催化，可以增加降水12—90％。随着现代科技的突飞猛进，可以预言：人类梦寐以求的呼风唤雨”的时代已经为期不远了。

人工如何影响天气

人们常说“天有不测风云”，其实不然。随着自然科学的不断发展，人类对天气变化的探测和预报已达到相当高的准确程度，同时还可以利用人工干预的手段，使天气现象朝着人们预定的方向转化。有些方法已在理论和应用方面日趋成熟，并取得了较好的经济和社会效益。

人工防雹增雨是目前应用最为广泛的一种人工影响天气方式，在我国大部分地区已经投入使用，创造了巨大的经济和社会效益。所采取的主要方式有：一、向云中撒播碘化银等成冰催化剂，使云中产生大量人工冰雹胚胎颗粒，与自然冰雹胚胎争夺云中的过冷水滴（温度低于0℃而不结冰的水滴），大大降减小冰雹的体积。当小冰雹落到温度高于0℃的暖云中时，冰雹融化成雨，即使未全融化，也大大减轻了危害程度。当云中接近降水条件时，向云中撒播的制冷剂产生的冰晶，能迅速粘合周围的小水滴，形成降水粒子，迅速凝结，形成降水；同时，冰晶释放出来的潜热可升高云体温度，增进对流发展，增加降水的机率。二、在云的下部撒播大小适宜、数量足够的盐分、尿素等吸湿颗粒，这些颗粒因吸湿而产生大的水滴，促进暖雨的发展，减少过冷水滴的数量，夺取了冰雹增大所需的水分，遏制了冰雹的发展。三、沿用传统的火箭或高炮轰击雹云，爆炸产生的冲击波可改变云中的上升气流，震碎发展中的冰雹颗粒，起到减小冰雹危害、增加降水的目的。此种方法的作用机制目前众说纷

纭，还没有形成一致的意见。当前我国普遍采用高炮或火箭发射碘化银炮弹的办法进行人工防雹增雨作业，正是采用了以上科学的方法，每年都为各地带来巨大的经济和社会效益。 人工消雾是指用人工影响的方式消除局部区域内的雾滴以提高能见度的办法，多用在机场、港口等公共场所。对于温度低于0℃的过冷雾和温度高于0℃的暖雾，因其主要成分不同需区分对待：过冷雾一般由过冷水滴组成，可用撒放干冰等成冰催化剂的办法，增加空气中的冰晶数量，吸收空气中的冷水滴，冰晶长大下落使浓雾消散，这种方法目前在各大机场投入应用后，效果十分显著。对暖雾来说，有以下几种消除的办法：一、加热法：通过燃烧或释放高温气体加热空气，使雾消散；二、吸湿法：向雾中撒播大小适宜的氯化钠、尿素、氯化钙等吸湿性物质，吸收空气中的小水滴；三、扰动法：加强空气的对流，促进雾滴蒸发，使雾消散。以上方法因成本、技术等方面原因还处于试验阶段，只有少数机场投入使用。。 为了满足某种需要，可以采用某些方法使局部区域内的云体消散，增大垂直能见度。在温度低于0℃的云中，撒播干冰等成冰催化剂，在云中产生大量的冰粒，使云中的过冷水滴蒸发，冰晶凝华下落，使云层局部消散。当前，有关部门已经做过类似尝试，效果不错。 总之，经过不断探索，人工影响天气工作已经从无到有，日趋成熟和丰富。随着科技的发展、社会的进步，该项工作将得到越来越广泛的重视和利用。

对人工增雨几个科学问题的认识

由于抗旱减灾和缓解水资源短缺的迫切需求，近年来我国开展了大规模的人工增雨工作，受到了社会各界的广泛关注，国内外新闻媒体对我国人工增雨工作表示了极大的兴趣，并进行了多方面的报道。同时，也对人工增雨提出了一些问题和疑虑，笔者根据长期从事人工影响天气科学研究的体会，就有关问题谈一些认识。

人工增雨不像激发薄云降水那么简单，它有一系列科学技术问题需要解决。首先，自然降雨云中一般都有一定数量的冰晶或者大水滴，有的部位有的时段自然冰晶很多，过冷云滴很少，增加冰晶很难使降水增加，要达到增雨的目的必须选择合适的云中部位和时机，及时适量地播撒催化剂。为此必须对云雨有一定的科学认识并进行实时细致的监测和判别；其次是如何把催化效果同自然降雨区别开来。自然降雨的分布很不均匀，随时间变化很大。催化

可能造成百分之几十的增量很难从比它们大得多的自然变化中区分开来。统计学家建议采用随机试验，即随机确定一部分作业机会不催化而留下作对比，从而评估催化效果。这种方案要损失一部分增雨机会，往往被用户拒绝。除了统计方法以外，观测催化以后云中特性的变化，如冰晶增加、回波增强、云顶增高、生命史延长等也可以给出催化作用过程链的物理证据。数值模式计算得出自然云和催化后的结果也有重要参考价值，可同实测结果相互校验。 我国人工影响天气工作从1958年开始，作为公益事业，人工增雨工作在抗旱、缓解水资源短缺和一些特殊需要（如扑灭林火）的强烈推动下，达到了很大的规模。据统计，1995年至2003年，全国有23个省（区、市）共组织实施飞机人工增雨作业4231架次，累计飞行9881小时，开展了高炮、火箭增雨作业，作业区总面积达300余万平方公里，在减轻和缓解干旱对国民经济特别是农业生产带来的不利影响方面发挥了显著的作用。我国人工影响天气作业的规模已居世界首位，其中人工增雨是最重要的项目。

人工增雨作业是否会“截住”下游的降雨是很多人关心的一个问题。空中水资源不是像河水那样可以直接利用的水资源。空中水汽只有在大气的上升运动中才能冷却凝结，一部分成为云滴。云滴经过一系列物理过程有一部分形成雨雪，下落到地，才成为可用的水资源。所以降水只是水汽的一小部分。在大范围降水过程中水汽是不断补充，上升气流是不断变化，云系也是不断更新的。如今年7月的降雨，从电视的卫星云图上就可以看到一条东北-西南向的云带横跨中国，从西向东移动。实际上，这是西北干冷和东南暖湿空气的交汇处，有利于上升气流的发展。形成云雨的水汽并不是从西北来，而是从西南或东南方来，它们不断上升凝结成云，部分形成降雨。从雷达回波上更可以看到云带是由较小的云体组成，云体都在不断生消更新，所以它不是像河水那样的上游截留下游就会减少的简单问题。

人们普遍担心上游地区通过催化作业增加了雨量会使下游地区雨量减少。这就涉及人工增雨作业对大范围区域降雨量的影响问题。实际上，在一定距离之外，下游降水的云体往往不是上游催化的云体，所谓“几个地方争一片云”的说法不够科学。催化对水汽的影响也比较小，因为降雨量只是水汽通量的一小部分，而催化增雨量又相当于降水的一小部分。目前还没有证据表明上游地区进行人工增雨会掠夺下游空中水资源。我国人工增雨主要采用的是

干冰、液氮、碘化银等具有很高成冰能力的催化剂。干冰、液氮汽化后成为二氧化碳和氮气，它们都是空气的组成部分。碘化银含有的银离子可能对人体和生物有害，但是由于用量极小，不会造成污染。美国、前苏联等国家都做过对比监测，发现长期进行人工增雨作业的区域在水体和土壤中累积的银离子未超过卫生标准。所以，人工增雨不会造成环境的污染。 空中水资源是有价值的，谁有权去改变它的自然状态而加以利用？在不是极端干旱的地区，增雨可能使一些行业得益而使另一些行业受损。由于人工增雨的效果很难精确评估，特别是某一次具体作业的确切效果更难评估，目前的科学水平尚难于精确界定催化作业的具体后果，从而无法判定其应负的法律责任。我国在《气象法》中有关于人工影响天气的条款。2002年国务院又公布了《人工影响天气管理条例》，规定“人工影响天气作业在各级地方政府领导协调下，由气象主管机构组织实施和指导管理”。“作业计划报政府批准后实施”，对作业单位及从业人员资质、作业规程、所用装备的管理和生产等都做了规定。

在水资源持续短缺和气象灾害频发的背景下，我国人工增雨的发展前景如何？在社会经济需求的推动下，我国人工增雨作业仍会维持较大的规模。在今夏热浪和电力短缺的形势下，水资源不算匮乏的上海、南京等城市也开始了人工增雨降温节电的尝试。但是我们必须充分看到这项技术还在发展之中，催化技术和效果评估等关键问题还没有完全解决。笔者认为，在适度扩大作业规模和拓宽应用领域的同时，更为迫切的是要提高作业的科技水平和实际效益。密切结合重点地区人工增雨作业实践，充分发挥国家级科技队伍在研究开发中的主导作用，充分利用现代科学的最新成果，深入研究云降水学科和人工增雨技术，这是解决这些关键问题的有效途径。

人工影响天气——气象防灾减灾的重要手段之一

人工影响天气是通过一定的科技手段对局部大气中的物理过程施加人为影响，使之朝着人们的希望发展，达到趋利避害的目的。其科学基础已被大量的室内实验、数值试验研究和外场试验所证实。过去几十年来，随着科学技术的发展和国内外大量人工影响天气科研和外场试验成果的积累，人工影响天气的技术目前已趋于业务化，其作业方法已发展成多种多样。

世界气象组织 （WMO）在2001年发表的 《关于人工影响天气现状的声明》中，就对混合相态地形云、层状云、积状云的局部人工增雨（雪）等催化技术给予了肯定。目前全世界每年有30多个国家开展各种方式的人工影响天气活动。

中国也是世界上较早开展人工影响天气的国家之一，有组织地开展人工影响天气工作是从1958年开始的。进入20世纪90年代后，我国的人工影响天气进入新的发展阶段，人工增雨、防雹作业规模跃居世界前列。各种方式的人工影响天气作业，在抗旱减灾、缓解水资源短缺、促进生态建设和环境保护以及重大活动气象保障服务等方面发挥出了积极作用。在我国开展人工影响天气工作必须严格遵守 《中华人民共和国气象法》和《人工影响天气管理条例》等相关法律、法规以及各种规章制度。人工影响天气工作按照作业规模和影响范围，在作业地县级以上地方人民政府的领导和协调下，由气象主管机构组织实施和指导管理，并报政府批准后方可实施。

人工影响天气对生态环境没有负面影响

人工影响天气作业，简单地说就是向局部云体内适量引入云凝结核/冰核。与大气和云中自然的凝结核/冰核数浓度相比，人工播撒的凝结核/冰核数量是微乎其微的。目前，北京市人工增雨、防雹作业中使用的催化剂主要为制冷剂液氮和碘化银人工冰核，每次催化剂的用量很少。作为人工影响天气方式之一，人工消云、减雨技术与人工增雨和防雹使用的催化剂基本相同，但播撒的时间、部位和剂量有所差异。

使用的催化剂中，液氮作为一种制冷剂，是制氧过程中的副产品，由氮气在高压下液化生成，对环境无任何不良影响，常被称为“绿色催化剂”；碘化银颗粒催化后将伴随降水沉降至地面或只有少量存留于大气。多年来的监测表明，各种方式的人工影响天气作业对环境和人类健康没有产生任何负面影响，而人工影响天气作为气象防灾减灾、趋利避害的手段之一，其在农业抗旱减灾、缓解水资源短缺、改善生态环境以及重大活动气象保障服务等方面都起到了重要的作用。

计划实施的人工消云、减雨外场科学试验是在有限的时间、有限的空间范围内开展的，且试验的次数也有限。故此，有针对性的局部人工消云、减雨科学试验活动，对北京地区的土地沙化及环境状况不会带来负面影响。

人工增雨、人工防雹作业效果显著

人工增雨效果的评估主要采用观测资料物理检验、区域历史回归统计检验和数值模式检验等方法。根据国内外大量人工增雨外场科学试验长期统计结果表明，正确运用人工催化技术，可增加的降水量一般为自然降雨量的6%~25%，北京地区约为13%。

人工防雹效果的评估主要是通过保护区内降雹历史变化情况以及保护区内外雹灾情况对比分析。多年资料统计表明，在空域条件允许的情况下，人工防雹作业后保护区内很少再出现雹灾。

人工消雨作业效果，主要是基于对国内外人工影响天气研究和试验结果的判断，即对小范围且较弱的局地降水系统实施人工消雨作业可以起到较好效果，但对于强降水过程、大范围深厚降水云层，就目前的技术和科学水平而言还做不到完全消雨。

人工影响天气对土地沙化和生态环境有无负面影响？

人工影响天气作业 （包括增雨、防雹、消云、减雨等），简单地说就是向局部云体内适量引入云凝结核/冰核。与大气和云中自然的凝结核/冰核数浓度相比，人工播撒的凝结核/冰核数量是微乎其微的。目前，人工增雨、防雹作业中使用的催化剂主要为制冷剂液氮和碘化银人工冰核，每次催化剂的用量很少。作为人工影响天气方式之一，人工消云、减雨技术与人工增雨和防雹使用的催化剂基本相同，只是播撒的时间、部位和剂量有所差异。 使用的催化剂中，液氮作为一种制冷剂，是制氧过程中的副产品，由氮气在高压下液化生成，对环境无任何不良影响，常被称为“绿色催化剂”。碘化银颗粒在催化后，将伴随降水沉降至地面或只有少量的存留于大气。美国对长期进行人工影响天气作业地区的监测表明，水体中累积的银离子含量远远低于国家饮用水安全标准，同时，北京市对多年开展人工增雨

作业区域的定期采样分析也显示，水体银离子含量非常低，远低于我国的饮用水安全标准。试验的硅藻土高浓度粗粒粉剂对环境和生态也是无副作用的。

多年来的监测表明，各种方式的人工影响天气作业对环境和人类健康没有产生任何负面影响，而人工影响天气作为气象防灾减灾、趋利避害的手段之一，其在农业抗旱减灾、缓解水资源短缺、改善生态环境以及重大活动气象保障服务等方面都起了重要的作用。

人工影响天气需要什么条件？

人工影响天气不是 “无中生有”，组织实施人工影响天气作业，应当具备适宜的天气气候条件，晴天是无法开展人工影响天气作业的，如果阴天时，天上的云很薄也是无法开展的。

开展人工影响天气作业，需要通过周密的天气分析，跟踪探测有利于降水的云层，根据降水云 （系）的宏观与微观结构特征及其发生、发展与演变情况，科学地分析出云层催化条件，并加以科学地组织和实施。所说的降水云 （系）要有一定的厚度，这个厚度一般是大于2公里，而且，云（系）内要有一定的过冷水含量，在云（系）发展的前期要有上升气流，这样通过地面的高炮和火箭，携带催化剂到云里面去，才能够起到人工增雨的作用。 为取得最佳的催化效果，人工影响天气在作业过程中需要密切结合天气情况和实际的云降水条件来进行，作业的规模和频次也与天气和云降水的实际情况以及本地区现有的人工影响天气能力紧密相关。

人工影响天气作业的一般程序

人工影响天气工作是一项复杂的系统工程，涉及多学科、多领域的协作。在我国，科学地组织和实施各种方式的人工影响天气作业，必须重视天气预测预报、催化条件监测识别、作业方案设计、决策指挥及催化效果评估等各个环节，并加强与各部门的密切协作。为顺利实施人工影响天气作业，确保作业安全，人工影响天气作业在组织实施过程中还必须严格遵守《中华人民共和国气象法》和《人工影响天气管理条例》等相关法律、法规及规范。人工

影响天气包括人工增雨、人工防雹、人工消雾、人工消云、人工消雨以及人工防霜冻、人工影响台风等，除了消雾和防霜冻，其余都是通过播云来进行的。

（1）首先要根据任务确定要播撒的目标云。如防雹必须根据预报、探空、相关的气象观测资料，特别是雷达实时观测资料判定你要播撒的云是发展中的雹云。例如，人工增雨必须根据预报、探空、相关的气象观测和雷达实时观测资料确定你要播撒的云是有降雨潜力的云。

（2）要根据任务精心设计和准备作业方案，包括催化剂、作业工具、观测方案和效果评估方案。

（3）要根据预报及时申请空域（飞机作业需要申请飞行空域，地面火箭或高炮作业需申请作业空域）。

（4）要根据实况对目标云进行科学播云作业。

对冷云选用人工冰核剂（碘化银）或制冷剂（干冰、液氮）。

如条件许可还应根据冷云的过冷层厚度确定是用碘化银（有阈温限制）还是用干冰，或液氮（蒸腾快）更合适。对暖云要选用吸湿性催化剂（如盐粉）等。对人工防雹作业要强调及时（因为雹云中雹胚长大为雹块下落最快只需20分钟）、到位（把催化剂送到雹胚生长区）、足量（有足够的人工冰核和雹胚争抢环境中水分）。

人工防雹和增雨的各地面作业点还应事先建设有和指挥点实时联系的无线通话设备以及事先准备的各方位安全射角图表。

（5）要进行作业前到作业后的雷达追踪探测和相关的气象和雹情监测，以满足实时指挥和效果评估的需要。

从以上五点，可以说明为什么相关法规要强调人工影响天气作业（播云作业）必须由气象部门组织实施。

人工影响天气管理条例

《人工影响天气管理条例》由国务院颁布自1991年5月1日起施行。该条例依据《中华人民共和国气象法》的有关规定制定。该条例对人工影响天气的管理、作业审批流程、作业人员资质、作业装备生产及作业安全等做了详细的规定。该条例明确规定“人工影响天气，是指为避免或者减轻气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，实现增雨（雪）、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。 ”该条例对管理的规定：“人工影响天气工作按照作业规模和影响范围，在作业地县级以上地方人民政府的领导和协调下，由气象主管机构组织实施和指导管理。 ”该条例对作业需求的规定：“组织实施人工影响天气作业，应当具备适宜的天气气候条件，充分考虑当地防灾减灾的需要和作业效果。 ”

人工增雨催化剂

人工增雨的方法不是人类直接干预云中的能量变化，而是向云中播撒适当的催化剂，施加间接影响，促使云中更多的水分变成雨滴（雪）降到地面。使用的催化剂通常分为三类： 第一类是可产生大量的凝结核或凝华核的碘化银等成核剂； 第二类是可以使云中水分形成大量冰晶的干冰等制冷剂； 第三类是可以吸附云中水分变成较大水滴的盐粒等吸湿剂。

碘化银、干冰等是适用于温度低于0℃冷云的催化剂；而盐粒等，是只适用于温度高于0℃暖云的催化剂。目前，我国主要是对冷云实施人工增雨。飞机、高炮和火箭是把催化剂播撒到云中的通用人工增雨作业工具。高炮和火箭是在弹头内装填适量碘化银，从地面发射到云中适当的部位后，碘化银以烟雾形式喷撒，或随弹头爆炸播撒；在飞机上喷撒碘化银烟雾的方法，一种是在机舱内遥控悬挂在机翼下的特制发生器，使从中喷出的碘化银丙酮溶液燃烧；另一种是遥控发射悬挂在机翼下的特制碘化银焰弹。在飞机上也可以向云中播撒小颗

粒状的干冰或液氮等冷却剂或吸湿性粒子，人工制造冰晶或大水滴，促使更多的云转化为降水。

何为人工消雾

雾是由于近地层空气中悬浮的无数小水滴或小冰晶造成水平能见度小于1km的一种天气现象。近地层的气温降低和水汽增加是形成雾的基本条件。 雾的分类有多种。按其强度可分为重雾（能见度小于50m）、浓雾（能见度50~200m）、中雾（能见度200~500m）、和轻雾（能见度500~1000m）4级。从人工消雾的观点，主要是按雾中温度低于0℃或高于0℃将其分为冷雾和暖雾，以便采取相应的作业技术方法。 人工消冷雾

向雾中播撒适当物质使之产生大量冰晶，冰晶与水汽和水滴共存时，由于冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压，雾中的水汽便会迅速凝结到冰晶上，冰晶的增长抑制了水滴的增长，并促使水滴不断蒸发、数量减少，从而达到减少和清除大气中雾滴的效果。可产生冰晶的物质有制冷剂（液氮、丙烷和干冰等）、人工冰核（碘化银等）和通过膨胀降温产生冰晶的压缩空气。从技术上讲，人工消冷雾比较成熟。 人工消暖雾

人工消暖雾的技术尚处于进一步的试验研究之中，采用的方法有：播撒氯化钙等吸湿性核在雾中培植大水滴，拓宽雾滴谱，诱发冲并过程，造成雾的沉降，使雾消散；加热方法，增加局部区域温度，是雾滴蒸发而消散；用喷气发动机产生热气，靠热动力扰动气流，使雾蒸发消散；采用直升飞机破坏雾层顶部的逆温层，使雾因气流上升而消散。

人工防雹

冰雹对农业的危害虽然不像干旱的影响面积大，但由于它形成和发展快，雹粒动能大，常常会给一些地区的农业生产造成严重损失，有时甚至会导致果品绝产、粮食颗粒无收。我国不少地区开展人工防雹，避免和减轻了冰雹灾害。

所谓人工防雹，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，使云中冰雹胚胎不能发展成冰雹，或者使小冰粒在变成大的冰雹之前就降落到地面。冰雹云常常是发展很旺盛的对流云。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，才有充分的机会捕捉云中水分使自身不断增大。

人工防雹的原理，就是设法减少或切断给小冰胚的水分供应。所采用的方法与人工增雨的方法类似，只是要达到防御冰雹的效果，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。通常，人工防雹是用高炮或火箭将装有碘化银的弹头发射到冰雹云的适当部位，以喷焰或爆炸的方式播撒碘化银，或用飞机在云层下部播撒碘化银焰剂。

人工消雨

人工消雨是通过在降水云团的上游地区采用大范围、大规模的人工增雨作业，使天气系统的能量加速扩散，同时使空中水滴提前快速形成，并且提前降落地面。这种方式可以使一些降水提前降落，从而保证了预定的好天气。

形成降水要有两个条件，一是云中要有充足的水汽，二是要有适当多的凝结核。因此，人工降雨的方法就是向云中引入人工凝结核。一般是采用飞机、火箭、高炮、气球和在上升气流区地面燃烧碘化银等手段，把催化剂送入云中。飞机一般飞到6000米左右高度穿云播撒催化剂。火箭、高炮则直接轰击雷雨云适当部位，弹头装载碘化银送入云中。气球下挂碘化银焰弹，升入云中零度层以上燃烧，把催化剂释放出来。对温度在零上的暖云一般使用吸湿性物质如盐粉、尿素、氯化钙等，使云中水汽变成大水滴下落成雨。对于温度低于零度的冷云则播撒人工晶核碘化银等，或者播撒干冰、液体氮气等，使冷云中冰晶数量增加而提高降水效率。

人工消雨的原理与人工降雨近似，但也有所区别。人工消雨有两种方式。一是在目标区的上风方，通常大约是60—120公里的距离，进行人工增雨作业，让雨提前下完；二是在目

标区上风方，通常大约是30—60公里的距离，往云层里超量播撒冰核，使冰核含量达到降水标准的3至5倍，冰核数量多了，每个冰核吸收的水分就少，无法形成足够大的雨滴。通俗来讲，就是让雨“憋着不下”。

人工削弱台风

工削弱台风,向台风中特定部位的对流云播撒大量的成冰催化剂，改变台风的某些结构，使最大风力减弱，以减轻其危害。有人估计，如果台风最大风力减弱10％，就会使灾情减轻20％。所以人工削弱台风试验，都是以削弱台风眼周围的最大风力为目标。 人工削弱台风的原理

在台风眼周围的云墙和离台风眼稍远的螺旋状云系内，播撒大量的碘化银（见播云催化剂），使云中产生大量冰晶和冻滴，释放冻结潜热，促进对流云发展，从而使水汽进一步凝结而继续释放潜热，造成该区域的气温上升，这样，低层气压降低，就可以使台风眼附近的气压梯度变小,最大风力减弱(见图)。同时,由于主要上升气流区向外围扩展，低层入流区也随之外移，根据角动量守恒原理，这将使最大水平风速减小。理论模式的计算结果表明，用催化的方法，能使台风眼壁向外扩展10公里，并使海面最大风速减小3～4米/秒(6～8％)。 人工削弱台风试验

美国在1947年10月对台风进行了首次播云尝试。在60年代和70年代，又先后对4个台风进行了8次有计划的播云试验，其中 4次在播撒碘化银后，最大风速减小了10～30％。但由于台风风速的自然变率较大，最大风速的这种减小，还不能完全肯定是播云的效果。在80年代,美国对台风又作了进一步探测,发现台风的云墙和螺旋状云系内过冷水含量很少(一般小于 0.5克/米3)，冰晶浓度很高(1～200个/升)，云内的铅直气流较弱(一般小于3～5米/秒)，估计人工播撒成冰剂很难产生明显的热力效应，所以用人工播云法削弱台风的可行性又受到了怀疑。

探索中的人工抑制雷电

人工抑制雷电是指设法抑制或削弱云中的雷电活动，以消除或减弱其危害的试验研究。在全球范围内，每瞬间大约有2000个雷暴活动，平均每秒产生 100次以上闪电。闪电有时会击毙人畜，毁坏建筑物，引起森林火灾，威胁航空和航天的安全，因而引起人们的重视。 人工抑制雷电的试验，开始于 20世纪 60年代初期。试验的方法主要有三种： 一、在积雨云内播撒大量成冰催化剂（见播云催化剂）。1965～1967年，美国对26块风暴云的试验结果表明,催化后比不催化的放电次数少,并且闪电持续的时间也短。有一种假说认为：播撒成冰催化剂（如碘化银）之后，云中产生大量的冰晶，使过冷水蒸发，从而减弱云中的起电过程(见雷雨云起电)。

二、在积雨云内播撒大量细小的金属针。通过金属针的电晕放电,使雷暴电荷的损耗加快,减弱电场强度，从而削弱或消除雷电。美国在1972～1973年播撒直径25微米、长10厘米的镀铝尼龙丝，使电场强度为 35千伏/米的云中产生电晕放电，从而使电场强度减弱到产生闪电所需要的强度（约300千伏/米）以下。试验表明：播撒镀铝尼龙丝之后，云的闪电次数较快的趋向于零，而不播撒的云则没有这种现象。

三、人工触发闪电。将火箭等发射到积雨云中，使云和火箭之间形成闪击，以减少雷电对保护目标的威胁。总之，人工抑制雷电的试验次数还不多，效果也不很显著，仍处在探索阶段。

人工影响天气服务内容

利用人为活动影响天气，以实现局部大气系统向有利于人类生产生活的方面转化，减轻或避免气象灾害对人类的影响是进行人工影响天气的出发点。

人工影响天气主要服务的内容有：增雨抗旱，防雹减灾，河流和水库增水，高山增雪，森林防火、灭火，植树造林、植被恢复，湿地保护，机场、公路消雾，人员财产安全和重大社会活动保障，减轻城市空气污染，减轻公共突发污染事件影响，军事活动保障等。

人工增雪及其工作原理

人工增雪的原理类似于人工增雨，但是比人工增雨的成功率更大。人工增雨可以增加大约20%的雨量，而在高山高寒地区，人工增雪却能增加30～40%的降水量。这是因为高山高寒地区，温度低，水汽容易达到饱和状态，同时，雪晶比雨滴更容易形成。只要人工给大气增加一些结晶核，比较容易促进降雪。

天上的水汽要变成雨雪降下来必须具备两个条件，一个是必须有一定的水汽饱和度（主要与温度有关），另一个是必须有凝结核。因此，人工增雪首先必须天空里有云，没有云就像巧妇难做无米之炊一样，下不了雪。能下雪的云，棸0℃以下的“冷云”。在冷云里，既有水汽凝结的小水滴，也有水汽凝华的小雪晶。但它们都很小很轻，倘若不存在继续生长的条件，它们只能像烟雾尘埃一样悬浮在空中，很难落下来。我们在冬天里经常能看到大块的云彩，就是不见雪花飘下来，因为组成这些云彩的雪晶太小，克服不了空气的浮力，降水能力很差。如果在云层里喷撒一些微粒物质，促进雪晶很快地增长到能够克服空气的浮力降落下来，这就是人工增雪的功劳。

上世纪四十年代，有人在飞机上把干冰碎粒撒到温度为-20℃的高积云顶部，结果发现雪从这块云层中降落下来。干冰很像冬天压结实的雪块。干冰的温度很低，在-78.5℃以下。把干冰晶体象天女散花似的喷撒在冷云里，每一颗二氧化碳晶体都成为一个剧冷中心，促使冷云里的水汽、小水滴和小雪晶很快地集结在它的周围，凝华成较大的雪花降落下来。 现在常用碘化银来人工降雪。碘化银是一种黄颜色的化学结晶体，平时作为照相材料里的感光剂使用。碘化银的晶体与雪晶的六角形单体尺寸非常相似，它们单体里的原子排列也十分近似，两者的晶格间距也很接近。因此，把碘化银微粒撒在降水能力较差的云层里，使它“冒名”顶替雪晶，便能让云中的水汽和小水滴在“冒名”的晶体上凝华结晶，变成雪花。

人工消云及其工作方法

用人工的方法使局部区域的云层消散的措施，是人工影响天气的试验项目之一。人们通常用飞机在过冷云中播撒碘化银或固体二氧化碳（见播云催化剂），促使云中产生大量冰晶，通过伯杰龙过程（见云和降水微物理学），使云中水滴蒸发和冰晶增长，当冰晶长成降水粒子后，下降离开云体，云层随即消散。

由于低云对航空等活动有严重影响，一些国家进行了一系列的消云试验。其中，消除过冷的层状云（包括温度低于 0C的层云、层积云和高层云）的试验，取得了一定的成效。如前苏联曾用播撒固体二氧化碳的方法消散过冷的层云，消散面积约达1000平方公里，维持时间因云的自然演变趋势、云的厚度和含水量等因素不同而异，一般在1.5～3小时以上；对过冷的层积云进行的几次大面积消云试验中,消散面积达10000平方公里，还观测了消云区地面气温的改变。

此外,用人工诱发下沉气流以消除对流云的方法,也进行过一些试验，如在短时间内对淡积云和浓积云顶部播撒大量颗粒状物质（如盐粒、水滴、沙子等），有时也观察到积云随后消散，但其作用原理和效果仍在研究之中。

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