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气象灾害严重地影响着人类的生产和生活。通过人工影响天气,使天遂人愿,风调雨顺,自古以来是人类的美好愿望。为此,历史上出现过不少开创性的尝试。
早在几百年前,我国的劳动人民就开始了用土炮轰击雹云,以达到防雹目的的试验。
在欧洲,意大利(1815)曾总结民间防雹措施,包括教堂敲钟、打炮、爆炸、生大篝火等,试图达到防雹的目的。
首次有科学根据的人工降雨建议是气象经典著作《风暴原理》(1841)的作者美国Espy(1839)提出的。他认为在潮湿的空气中可用烈火产生上升气流来造云致雨。
荷兰Verart(1930)曾用干冰进行播云,不过他当时并未意识到干冰对冷云催化的作用机制。只有美国Houghton(1938)在麻省理工学院野外试验站曾用吸湿性物质(CaCl2)播入暖雾中进行消雾,并获得成功。这是首次符合物理原理并获得一定成功的人工影响天气科学试验。
核化作用和成雨机制的研究
19世纪30年代以前云物理的探测、实验和理论研究有了一定积累,它为其后的发展奠定了基础。挪威Bergeron(1933)根据德国Wegener(1911)在《大气热力学》一书中关于冰晶水滴共存,水滴蒸发和冰晶凝华增长的明确论述,提出了冰水混合云的降水理论。德国Findeisen(1938)进一步扩充和完善了这一理论,为解决冷云降水机制奠定了坚实的基础。现在常把它称为Bergeron-Findeisen理论,它开创了现代云物理研究的先河。其后美国最早的诺贝尔奖得者Langmuir(1948)提出大滴破碎连锁效应的假设,对降水形成理论做了进一步的补充。
播云催化剂的发现
人工影响天气的科学活动始于1946年的美国,Schaefer 和Vonnegut发现干冰和碘化银可作为高效的冷云催化剂。40年代初Schaefer在Langmuir的指导下从事过冷水滴的冻结研究,发现干冰作为冷却剂可造成-40℃的低温,促使直接形成大量冰晶。同年11月13日在单翼机舱里Schaefer对马萨诸塞洲西部Graylock山上空的一块过冷层云上部撒播了干冰,实施了人类首次对过冷云进行科学的催化试验。撒播干冰后5min内几乎整个云都转化成雪,并形成雪幡降落然后升华消失。几乎与此同时,Vonnegut开始注意冰的成核作用,当他了解到冰晶可在具有与它类似的晶体结构的物质上核化附生接长之后,于1946年11月14日发现纯度较高的碘化银作为成冰异质核的突出效应,可在过冷水滴中产生大量冰晶。Schaefer和Vonnegut的伟大发现开创了人工影响天气的新时代。
Schaefer第一次飞机撒播干冰造成云中产生雪幡后,美国从1947年4月开始进行飞机在云中播撒干冰的试验,10月13日进行了首次人工影响飓风的尝试,1948~1949年先后在中美洲的洪都拉斯对热带云进行了飞机播撒干冰的消云试验(过量催化)和在新墨西哥对积云进行多次播撒干冰试验,并开始使用地面喷射碘化银烟的发生器进行所谓的周期化播撒(1949~1951年)。
20世纪50年代初期出现干旱,有一批私营公司崛起,他们在解决水资源不足,积累播云资料以及提供试验场所,提高催化方法的可靠性和适用性方面,起到了积极作用。其间还开展了由Schaefer领导的以抑制闪电为目的的《天火计划》。
除美国以外,在世界上许多国家也都较早地开展了人工影响天气试验。澳大利亚是世界上最干燥的大陆,人工催化疆域的设想对其具有很大的吸引力,并最早在1947年初就进行了对层积云的飞机播撒干冰作业,1955~1959年实施了用碘化银进行播撒的斯诺伊山区计划,试验获得一定成功。同样严重缺水的以色列其播云活动始于1948年,并在1952年就开始在人工降雨试验中引进了随机化播撒的概念,为其后成功地实施人工降水随机分区窜渡试验奠定了基础。
面对干旱威胁,许多人试图人工降雨。根据大战后战场往往下大雨的经验,1891年前后,美国曾试验用大炮轰云。用气球和火箭携带炸药到云中爆炸等方法,以增加降雨量。1903年,澳大利亚试验将氢气引入空气中以抬升气块,从而使气块冷却、成云致雨。还有人设想用加热气块以抬升空气,用机械方法利用鼓风机抬升空气,或用电学方法播撒娇带电沙粒等方法促使降雨形成。遗憾的是这些方法不是收效甚微就是完全失败。
人工消雾方面的尝试也不乏其例。二次世界大战中,英国人在飞机跑道两侧设置很多大火炉,用来加热空气使雾滴蒸发,以保证作战飞机安全起降。
1931年,荷兰人范拉特在云中从飞机上撒下1.5吨干冰,结果下了雨。他认为这是由于干冰粒磨擦带电,引入云中的电荷导致云滴合并增大,因而产生降雨,错误地解释了干冰的催化原理。欧洲一些国家重复了干冰试验,均未成功,对此发现产生了怀疑。
直到1946年,美国人谢弗等人在实验室中发现,将干冰块引入过冷雾中之后,便出现了大量冰晶,干冰的催化作用从此被确认。接着,谢弗从一架小飞机中向一块-20度的层状云播撒了1.36公斤干冰,5分钟后云滴全部转化为雪,下落600米后在干空气中蒸发了。这表明用少量催化剂改变过冷却云,可以达到降雪、消云的目的。
1947年,美国人冯尼古特通过实验发现,在过冷雾中引入碘化银烟粒后,也能产生大量冰晶。用碘化银催化不需飞机,设备简单,用量很少,费用低廉。一时之间,在美国出现了许多人工造雨公司,在其他国家也迅速推广开来。
我国从1958年开始了大规模人工降雨试验。先是在东北用干冰催化降水,以后在全国范围内广泛展开。人工防雹、消雾的工作也处在尝试之中。
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