论文部分内容阅读
[摘 要]人工增雨是通过飞机、火箭等方式对对云层进行催化，使云层中处于游离态的水汽聚集在一起，从而汇成雨滴，增加降水效率和降水量。但是人们越来越关注人工增雨是否会对自然环境造成影响，尤其是使用的催化剂是否存在危害。本文就此对人工增雨对自然环境的影响进行探讨。
[关键词]人工增雨 环境 催化剂 影响
中图分类号：F248 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）43-0093-01
1、催化剂的作用机理
1.1 冰核及其作用
冰核是冷云作业的基础，通常来说，大气中冰核很少。冰核具体的活化方式是由冰核本身的特性、环境条件和具体过程共同决定的。在自然冷云或混合云中某些区域存在过冷水，冰晶又不太多，降水效率就不高。如果在这些区域引入人工冰核，形成冰晶，由于贝吉龙效应，冰晶可以很快变大，降落融化后能够加速水滴的增长过程，从而形成降水。另外，对流云含水量大，容易形成大冰雹，如果增加人工冰核的量，使过冷水分散到各个粒子上，往往可以减小冰雹的直径，从而减轻或杜绝冰雹的危害。
1.2 云凝结核及其作用
因为在形成云雾过程中，大气中水汽过饱和度比较低，只有少数半径较大、吸湿性较强的微粒才能起到凝结核作用，所以云凝结核一般是吸湿性大核或巨核。
在暖云中，如果云滴尺寸太小且大小均匀，凝结增长的直径变化缓慢，甚至在云的生命期内都不能长成降水粒子；如果云滴大小不均匀，则可通过随机碰并产生较大的云滴。因此，如果在云中引入适量的吸湿性大核，就有可能加速一些大云滴的形成，激发碰并增长过程，加速云—水转化，利于降水的发展。此外，一些冰雹胚胎由大云滴冻结而成，说明云凝结核也能够影响到冷云过程。
2、人工增雨所用催化剂种类
实施人工增雨作业，就是采用人为的办法对一个地区上空可能下雨或正在下雨的云层施加影响，开发云中潜在的降水资源，使降水量增加。目前，人工增雨所用催化剂主要分为3类：成核剂、制冷剂和吸湿剂。前二者用于冷云催化，后者用于暖云催化。（1）成核剂（人工冰核）是人工影响天气试验和作业中应用最广、成效最明显的催化剂，包括无机类和有机类，目前人工增雨应用最多的是无机类的碘化银（AgI）。（2）人工增雨作业应用的制冷剂有干冰（固态CO2）、液氮（液态N2）、液态二氧化碳、液态丙烷。应用最广泛的是干冰，应用装备为飞机。飞机播撒时，干冰用量为102～1013g·km-1，在-20℃云层高度向下播撒，要求在0℃高度以上汽化消失。使用干冰催化能产生大量冰晶。（3）在暖云催化中常用的催化剂有食盐、氯化钙、硝酸铵和有机化合物尿素。这些物质具有强吸湿性，可在低于水面饱和条件下吸湿凝结增长。
3、人工增雨所用催化剂对环境的影响分析
3.1 人工增雨所用催化剂的属性
在联合国环境保护署制定的清洁水法案中，碘化银被列为一种有毒物质。碘化银为碘和银的化合物，不容易溶于水，见光分解为碘离子和银离子，遇热又结合成碘化银化合物。银离子属于重金属离子，毒性很大，对微生物和鱼类的危害特别大，人体长期接触银离子可出现中毒现象。但在自然环境中，银离子非常容易形成不溶于水的化合物，对环境的影响将大大减小，因此银离子几乎不可能通过陆地或水中的食物链积聚，达到能危害生物和动物的程度。干冰、液氮很容易蒸发形成二氧化碳和氮气，它们的本身就是空气的组成部分，对环境不会产生影响。
3.2 人工增雨催化剂对人体和环境的影响
人工增雨是一个微物理过程，所用催化剂不会发生化学变化而产生新物质。干冰和液氮对环境和人体不会产生影响。虽然碘化银中的银离子是重金属，但它很难以银离子的状态存在，同时碘化银用量很小，分散在很大的区域里面，单位面积的含量微乎其微，并不会造成环境污染。在人工增雨作业过程中，每次需要大约10～50g碘化银，而且用在很大的范围内，所以单位面积的残留量会很少，因此不存在人体长期或大量接触银的问题。
例如，北京在2011年年初实施的人工增雪作业中，燃烧了1200多个碘化银烟条，每根烟条大概含碘化银11g，大约用了13kg碘化银，此次作业区面积约1万km2，每平方公里仅有1.3g，属于微量，用仪器都很难检测出来。
再如，从2003年开始，北京市人影办每年夏季均在密云和官厅水库区域进行较频繁的蓄水型人工增雨作业。在每半年对水库水体进行检测的数据显示，夏季水库中銀离子的含量几乎无变化，而且含量极低，远远低于国家标准和国际卫生组织标准。
美国、前苏联等国家做过监测，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仍不超过国际卫生组织标准，所以人工影响天气使用的催化剂不会造成环境污染。
4、人工增雨炮弹和火箭弹碎片对环境的影响
火箭或者炮弹作为人工增雨的工具，是人工增雨工作中不可缺少的。而在使用炮弹时，跑单的最高高度为5000米，点火之后，炮弹可在10秒左右被引爆，但是受到一些技术原因的影响，炮弹的引爆率为97%左右，这也就是说，如果发射了100枚炮弹，实际上是有3枚不会发挥作用而是坠落在土地上。而受到重力的影响，必然会对土壤在成一定的损坏，如果周边有居民区，对于居民的生命安全和财产安全同样会造成威胁。人工增雨的火箭弹也面临着同样的问题，增雨火箭弹发射后弹体在不低于3000m高度自毁，残骸≤100g，落地速度≤8m/s安全着陆，同样也存在1%的火箭弹瞎火率。为解决这个为题，还是需要对炮弹引爆技术进行相关的研究，以实现炮弹的引爆率达到百分之百，并且对于发射炮弹的范围作出限制，竟可能的选择无人居住的地方。设计好发射的高度和角度，并按要求作业，尽量将瞎火弹的危害降低最低。
5、人工增雨对下游雨量的影响
人工增雨影响区域范围受催化云、云内湍流大小等多种微物理过程影响，在降水过程中，云中的水汽在不断地进行补充，云系也是随着上升气流的变化而不断更新，在每次降雨过程中，降下的水量只占大气中水汽的极小部分，云内水汽是充足的，而人工催化的增雨量更是只占到总降水量的15%左右，所以云中的水汽依旧是充足的，人工增雨并不会对云系中的水汽造成很大的影响。事实上，距离人工增雨降水区域之外的下游区域，云体的形成是由区域内水汽形成，而非上游催化的云体。由于云带的形成是由较小的云体组成，而云体是不断的生消更新，因此不会出现像河水截流的现象。由此可见，在人工增雨催化区的增雨量，不影响下游降雨量变化。
6、人工增雨对生态环境的有效改善
随着我国在人工影响天气领域的不断发展，对于自然环境的影响就越来越深。我国地域广阔，且自然环境特征多种多样，有些地区干旱情况突出，而通过人工增雨作业可以有效的改善生态环境，提高生态效益。尤其对于农业生产来说，人工增雨作业对农业增收起着至关重要的作用，在适当的条件下，选择实施人工增雨，可有效改善生态环境，减少因干旱给农业生产带来的影响。农业生态环境关系到国民经济的发展和社会稳定，保证农业生态环境安全，才能确保农业的可持续发展。
结束语
综上所述，人工增雨对于自然环境的影响利大于弊，因其催化剂用量较小，对人体和环境的影响甚微，并且通过人工降雨可以有效的改善生态环境，在未来不断地提升人工增雨技术，以确保增雨作业带来的社会效益。
参考文献
[1] 吴兑.人工增雨催化剂对环境的影响甚微[J].广东气象，2005（3）：16.
[2] 曾光平，郑行照，方仕珍，等.非随机化人工降雨试验效果评价方法研究[J].气象科学，1994，18（2）：233-242.
[3] 安恵文.人工增雨（雪）所用催化剂对环境和人体健康的影响[J].人才资源开发，2014，20（4）：112-114.
[4] 靳少波，沈延青.1997—2016年黄河上游河曲地区人工增雨综述[J].人民黄河.2017（01）.
[关键词]人工增雨 环境 催化剂 影响
中图分类号：F248 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）43-0093-01
1、催化剂的作用机理
1.1 冰核及其作用
冰核是冷云作业的基础，通常来说，大气中冰核很少。冰核具体的活化方式是由冰核本身的特性、环境条件和具体过程共同决定的。在自然冷云或混合云中某些区域存在过冷水，冰晶又不太多，降水效率就不高。如果在这些区域引入人工冰核，形成冰晶，由于贝吉龙效应，冰晶可以很快变大，降落融化后能够加速水滴的增长过程，从而形成降水。另外，对流云含水量大，容易形成大冰雹，如果增加人工冰核的量，使过冷水分散到各个粒子上，往往可以减小冰雹的直径，从而减轻或杜绝冰雹的危害。
1.2 云凝结核及其作用
因为在形成云雾过程中，大气中水汽过饱和度比较低，只有少数半径较大、吸湿性较强的微粒才能起到凝结核作用，所以云凝结核一般是吸湿性大核或巨核。
在暖云中，如果云滴尺寸太小且大小均匀，凝结增长的直径变化缓慢，甚至在云的生命期内都不能长成降水粒子；如果云滴大小不均匀，则可通过随机碰并产生较大的云滴。因此，如果在云中引入适量的吸湿性大核，就有可能加速一些大云滴的形成，激发碰并增长过程，加速云—水转化，利于降水的发展。此外，一些冰雹胚胎由大云滴冻结而成，说明云凝结核也能够影响到冷云过程。
2、人工增雨所用催化剂种类
实施人工增雨作业，就是采用人为的办法对一个地区上空可能下雨或正在下雨的云层施加影响，开发云中潜在的降水资源，使降水量增加。目前，人工增雨所用催化剂主要分为3类：成核剂、制冷剂和吸湿剂。前二者用于冷云催化，后者用于暖云催化。（1）成核剂（人工冰核）是人工影响天气试验和作业中应用最广、成效最明显的催化剂，包括无机类和有机类，目前人工增雨应用最多的是无机类的碘化银（AgI）。（2）人工增雨作业应用的制冷剂有干冰（固态CO2）、液氮（液态N2）、液态二氧化碳、液态丙烷。应用最广泛的是干冰，应用装备为飞机。飞机播撒时，干冰用量为102～1013g·km-1，在-20℃云层高度向下播撒，要求在0℃高度以上汽化消失。使用干冰催化能产生大量冰晶。（3）在暖云催化中常用的催化剂有食盐、氯化钙、硝酸铵和有机化合物尿素。这些物质具有强吸湿性，可在低于水面饱和条件下吸湿凝结增长。
3、人工增雨所用催化剂对环境的影响分析
3.1 人工增雨所用催化剂的属性
在联合国环境保护署制定的清洁水法案中，碘化银被列为一种有毒物质。碘化银为碘和银的化合物，不容易溶于水，见光分解为碘离子和银离子，遇热又结合成碘化银化合物。银离子属于重金属离子，毒性很大，对微生物和鱼类的危害特别大，人体长期接触银离子可出现中毒现象。但在自然环境中，银离子非常容易形成不溶于水的化合物，对环境的影响将大大减小，因此银离子几乎不可能通过陆地或水中的食物链积聚，达到能危害生物和动物的程度。干冰、液氮很容易蒸发形成二氧化碳和氮气，它们的本身就是空气的组成部分，对环境不会产生影响。
3.2 人工增雨催化剂对人体和环境的影响
人工增雨是一个微物理过程，所用催化剂不会发生化学变化而产生新物质。干冰和液氮对环境和人体不会产生影响。虽然碘化银中的银离子是重金属，但它很难以银离子的状态存在，同时碘化银用量很小，分散在很大的区域里面，单位面积的含量微乎其微，并不会造成环境污染。在人工增雨作业过程中，每次需要大约10～50g碘化银，而且用在很大的范围内，所以单位面积的残留量会很少，因此不存在人体长期或大量接触银的问题。
例如，北京在2011年年初实施的人工增雪作业中，燃烧了1200多个碘化银烟条，每根烟条大概含碘化银11g，大约用了13kg碘化银，此次作业区面积约1万km2，每平方公里仅有1.3g，属于微量，用仪器都很难检测出来。
再如，从2003年开始，北京市人影办每年夏季均在密云和官厅水库区域进行较频繁的蓄水型人工增雨作业。在每半年对水库水体进行检测的数据显示，夏季水库中銀离子的含量几乎无变化，而且含量极低，远远低于国家标准和国际卫生组织标准。
美国、前苏联等国家做过监测，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仍不超过国际卫生组织标准，所以人工影响天气使用的催化剂不会造成环境污染。
4、人工增雨炮弹和火箭弹碎片对环境的影响
火箭或者炮弹作为人工增雨的工具，是人工增雨工作中不可缺少的。而在使用炮弹时，跑单的最高高度为5000米，点火之后，炮弹可在10秒左右被引爆，但是受到一些技术原因的影响，炮弹的引爆率为97%左右，这也就是说，如果发射了100枚炮弹，实际上是有3枚不会发挥作用而是坠落在土地上。而受到重力的影响，必然会对土壤在成一定的损坏，如果周边有居民区，对于居民的生命安全和财产安全同样会造成威胁。人工增雨的火箭弹也面临着同样的问题，增雨火箭弹发射后弹体在不低于3000m高度自毁，残骸≤100g，落地速度≤8m/s安全着陆，同样也存在1%的火箭弹瞎火率。为解决这个为题，还是需要对炮弹引爆技术进行相关的研究，以实现炮弹的引爆率达到百分之百，并且对于发射炮弹的范围作出限制，竟可能的选择无人居住的地方。设计好发射的高度和角度，并按要求作业，尽量将瞎火弹的危害降低最低。
5、人工增雨对下游雨量的影响
人工增雨影响区域范围受催化云、云内湍流大小等多种微物理过程影响，在降水过程中，云中的水汽在不断地进行补充，云系也是随着上升气流的变化而不断更新，在每次降雨过程中，降下的水量只占大气中水汽的极小部分，云内水汽是充足的，而人工催化的增雨量更是只占到总降水量的15%左右，所以云中的水汽依旧是充足的，人工增雨并不会对云系中的水汽造成很大的影响。事实上，距离人工增雨降水区域之外的下游区域，云体的形成是由区域内水汽形成，而非上游催化的云体。由于云带的形成是由较小的云体组成，而云体是不断的生消更新，因此不会出现像河水截流的现象。由此可见，在人工增雨催化区的增雨量，不影响下游降雨量变化。
6、人工增雨对生态环境的有效改善
随着我国在人工影响天气领域的不断发展，对于自然环境的影响就越来越深。我国地域广阔，且自然环境特征多种多样，有些地区干旱情况突出，而通过人工增雨作业可以有效的改善生态环境，提高生态效益。尤其对于农业生产来说，人工增雨作业对农业增收起着至关重要的作用，在适当的条件下，选择实施人工增雨，可有效改善生态环境，减少因干旱给农业生产带来的影响。农业生态环境关系到国民经济的发展和社会稳定，保证农业生态环境安全，才能确保农业的可持续发展。
结束语
综上所述，人工增雨对于自然环境的影响利大于弊，因其催化剂用量较小，对人体和环境的影响甚微，并且通过人工降雨可以有效的改善生态环境，在未来不断地提升人工增雨技术，以确保增雨作业带来的社会效益。
参考文献
[1] 吴兑.人工增雨催化剂对环境的影响甚微[J].广东气象，2005（3）：16.
[2] 曾光平，郑行照，方仕珍，等.非随机化人工降雨试验效果评价方法研究[J].气象科学，1994，18（2）：233-242.
[3] 安恵文.人工增雨（雪）所用催化剂对环境和人体健康的影响[J].人才资源开发，2014，20（4）：112-114.
[4] 靳少波，沈延青.1997—2016年黄河上游河曲地区人工增雨综述[J].人民黄河.2017（01）.