人工增雨作业是希望通过人类的干预,改变云中的微物理结构,从而提高成雨过程的效率,使地面降水量增加。为此,我们需要了解在自然云中,雨滴是怎么形成的?即在自然条件下成雨过程是怎样进行的。
大气科学的研究指出,成云过程中形成的云滴或冰晶都很小,其直径在10微米左右,这种颗粒在具有上升气流的大气中是不可能落到地面的。要使云中的云滴长大为雨滴(直径至少为200微米,甚至1毫米)需要两个过程:一是凝结增长过程,但由于这一过程的效率随云滴直径增加越来越低,对直径大于10微米的云滴来说,就很难通过凝结实现体积的增长了;另一种是碰并增长过程,如果云中粒子的大小不同,则大粒子的下降速度会大于小粒子,因此它会追上小粒子并且和它碰撞、并合(简称“碰并”),使大粒子下降,一路上的小粒子都并到这个大粒子中去,从而迅速变大,而且粒子越大它的碰并增长效率越高。自然界的降水粒子,无论是液态的雨滴还是固态的雪花、霰、冰雹等,主要都是通过这一过程形成的。
既然自然界有形成降水粒子的过程,为什么有的云会下雨,而有的云不下雨呢?这里面的关键就在于云滴微物理结构的差异,也就是云中粒子大小分布的差异。前面关于云滴碰并增长的模型可以看到,云中要发生碰并增长,云滴一定要有不同大小,这才能发生大云滴追上并碰并小云滴的现象。如果云中粒子大小都相同,它们都以相同的速度运动,谁也追不上谁,也就不会出现让大粒子很快增大的情况。这种情况我们说云是处于胶性稳定状态,没有粒子会增大为雨滴,降水也就不可能产生。
平常我们常常可以看到云飘浮在天上,有时云层也相当厚(看起来比较暗),但就是不下雨,这种云就应当是处于胶性稳定状态。那么怎么去改变这种情况呢?我们可以用人工的方式在云中增加一些大滴,破坏云中的胶性稳定状态,这样就可以使云中碰并过程开始进行,很快地形成降水粒子。
当然,事情也要从两个方面去思考。云中若没有大粒子,处于胶性稳定状态,降水就不易形成;但如果大粒子很多,是不是对降水的形成就一定有利呢?这也不一定。如果大粒子太多,它们都去争食那些有限的小云滴,而小粒子是有限的,结果谁也长不大,可能最后还是无法形成有效的降水。因此,为了要让处于胶性稳定状态的云体尽快产生降水,要向其中播撒适当数量的大云滴,但若大云滴太多,反而会阻止降水的发生,这就成为消雨了。
初审:许治远
复审:傅仁斌
终审:罗 锴