摸清云的底細,開啟“空中水庫”大門

2020年12月08日 10:55環保工程來源:http://www.taz5.com

12月2日,《國務院辦公廳關于推進人工影響天氣工作高質量發展的意見》(簡稱《意見》)正式發布,《意見》提出,要深入開展全球氣候變化背景下的云降水和人工影響天氣機理研究,著力在云水資源評估、作業條件監測預報、作業催化、效果檢驗和效益評價等關鍵技術上實現突破。

其實,人工影響天氣的做法并非近年才出現。在抗旱減災的強烈需求推動下,從1958年開始,我國就進行了大量的人工增雨(雪)作業。如今,隨著對人工影響天氣機理研究和關鍵技術的突破,人工影響天氣作業愈發常見。然而,化云為雨,并非想象的那么簡單。

人工影響天氣

掌握云水資源是關鍵

要弄明白如何化云為雨,需要先了解大氣水循環過程。

大氣水循環是怎樣的過程呢?中國氣象科學研究院研究員周毓荃介紹,來自海洋和陸地的水(固態和液態)蒸發成為水汽,進入大氣;水汽受大氣不均勻的動力熱力影響移動和上升,部分水汽在天空冷卻凝結成具有復雜的宏微觀結構的云,內部充滿各種大小不同、相態不一的高濃度細微云滴或冰晶(直徑約10微米),在一定條件下,這些云滴或冰晶增長為直徑約102—103微米的大顆粒水凝物,即云水,進而形成雨、雪、霰等,最終落出云體,降落到地面成為降水。

可見,在大氣水循環中,水汽無法直接變為降水,在物理轉化過程中必須要有云水出現,這些水汽才有可能轉化形成降水。

“在大氣水循環過程中,有一部分云水還留在空中,不能靠自然過程直接轉化成為降水,我們把循環過程中這些仍留在空中的云水叫作云水資源。這些云水通過人工催化的手段有可能被開發成為降水,也就是通常說的人工增雨(雪)。”周毓荃說。

今年年初,基于國家重點研發專項《云水資源評估和利用示范》項目研究表明,近20年,中國大陸全年參與大氣水循環的水汽年平均總量約36萬億噸,水汽更新期約8—10天;大氣水凝物年平均總量約8萬億—10萬億噸,但其更新期平均僅5—8小時;留在空中沒有形成降水的云水資源年平均總量仍約有2萬億—3萬億噸。如此豐富的云水資源,十分有利于我國大氣水循環和云水資源的開發利用

云水資源開發

不同手段因“云”制宜

云水資源究竟是如何開發的?

據了解,云按照物理特性可分為冷云和暖云,暖云里充滿小水珠,溫度在0℃以上,上升氣流的托舉使它們飄浮在空中掉不下來;冷云的溫度在0℃以下,云里有許多閃亮的冰晶和冷卻水珠,但由于它們又小又輕,在上升氣流的托舉下,也不會掉下來。

這時候,就需要通過人工干預,影響其微物理過程,促使冰—水轉化、小云滴凝結或碰并等物理過程發生,實現增雨(雪)目的。目前常用的催化劑有制冷劑(干冰等)、結晶劑(碘化銀等)、吸濕劑(食鹽、尿素等)等。制冷劑和結晶劑主要用于冷云,暖云則主要依靠吸濕劑來促進降水形成。

“近年來,我國在云降水和人工影響天氣機理研究方面,取得了一系列重大突破。”中國氣象局云霧物理環境重點開放實驗室主任、全國人工影響天氣科技咨詢評議委員會副主任委員陳寶君說,依托觀測技術進步和云數值模式發展,氣象部門借助于天空地一體化的立體氣象觀測網,并利用先進的云降水數值模式,對我國典型地區典型云系(如華北層狀云、西北地形云、南方對流云)的微物理結構(如液態水含量和分布、云粒子特性等)和降水形成機制有了更深入了解,并成功得到了我國云水資源的時空分布特征。

研究表明,從云水資源總量分布看,我國東南區域的云水總量平均值最大,中部區域次之,西北和華北區域的云水總量平均值較小。豐沛區主要位于我國的東南地區和東北地區東部,而華北至西部地區的云水資源量值相對較少。

周毓荃認為,科學認識云水資源及變化規律意義重大,未來氣象部門要進一步提升科學評估、精準開發、精確檢驗和高效利用的效率,還有許多科學難點要突破。

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