人工造雨,减霾新招?

2019-08-15 10:13:01
外界传言,如果北京再出现2月份那样的长期雾霾,气象部门将进行人工降雨,以消除雾霾,为两会营造新鲜空气。

本报记者 崔烜 发自北京

3月3日,全国两会首日,北京大部分监测站点PM2.5每小时浓度均超过150微克/立方米,中度污染。

外界传言,如果北京再出现2月份那样的长期雾霾,气象部门将进行人工降雨,以消除雾霾,为两会营造新鲜空气。

到了3月4日,随着北风刮到,天气持续晴好,上述猜想不复存在。

但用人工增雨来对付雾霾的想法并非不存在。在2013年12月7日召开的北京市气象现代化工作会议上,北京市副市长林克庆透露,北京将开展人工消减雾霾的科学试验。

此前一个月,京津冀及周边地区人影消减雾霾工作组成立,主要负责京津冀及周边地区防治大气污染的人影(人工影响天气)工作,包括科学组织实施人工增雨(雪)作业及人工消减雾霾试验。

是次会议上,讨论并制定了三种人工消减雾霾试验技术方案—跨区域联合增雨(雪)作业以增加降水、冲刷霾粒子,开展局部人工消雾试验,以及在纯霾天气条件下尝试使用物理方法开展消减霾试验等。

据时代周报记者了解,中国是目前世界上最为广泛地进行人影工作的国家,很多人一直将其视为政治任务,此前的巅峰之作便是2008年北京奥运会开幕式、闭幕式的人工消减雨作业。

如今,减霾或将成为人影的一项新任务。

没有把握的仗

“用人工增雨来减霾,之前我们想都没有想过,难度不小。”原北京人工影响天气办公室总工程师秦长学告诉时代周报记者,北京人影工作原来是归农委管的,主要是为农业生产服务——防雹、防雷、增雨,“治空气污染没试过,(效果)很难说。”

据秦长学介绍,北京的增雨体系主要着眼于增加降雨的水资源量,因此联合了河北张家口、承德地区,建成了包含潮白河流域在内的约3.5万平方公里的人工增水作业网。每年除开展两架飞机增雨作业外,北京市目前建有29个火箭增雨作业点、22个高山碘化银发生器增雨雪作业点,

但在北京城区以及南部大兴区,这样的作业点基本不存在。“南边没有水库,没有必要增雨。城里则根本不能建。作业点都在居民稀少的地方,防止出现意外。”秦长学说。

意外并非没有发生过。

公开资料显示,上世纪70年代,人影作业事故造成了410 人受伤、169人死亡。中央气象局曾两度发出安全通报,但伤亡事故仍未能杜绝。

随着时代进步,弹片掉落砸伤人畜的事故已经鲜有发生。“现在的炮都是安全的,烧完了就带降落伞掉下来,很安全。”秦长学称。但这并不意味着风险不存在。

而另一方面,雨水对于消除雾霾的效果到底有多大,在科学界仍没有公认的定论。

“按照现在北方地区的惯常做法,如果在冬春之际有人工增加雨雪的可能,一般都会进行增雨作业,目的都是保证农业生产。这跟雾霾天没有必然的联系。”北京大学物理学院教授毛节泰对时代周报表示,实际上雨雪对于解决雾霾问题的效果有限。

“人们的经验是,雨后往往空气都变得新鲜了,但这不是雨水冲刷的结果,而主要是靠伴随在降雨过程中的风。仅仅靠雨洗,没有风吹,人工降雨的效率应该不会太高。”毛节泰说,“风是降雨过程中驱散雾霾的主力,人工降雨降雪只能造雨雪,不能造风,因此除霾效果会打个大大的折扣。”

有研究人员曾对南京市区的一些气象监测数据进行过分析研究,发现夏季在风速小、温湿度大的天气条件下,用人工增雨的作用仅仅能在降水区域短时间内降低PM2.5浓度。而随着时间推移,当日的PM2.5 平均浓度不仅不一定会降低,反而有可能因为大量地面水气的蒸发,气溶胶难以扩散而升高。

中国气象局人工影响天气中心主任郭学良对造雨减霾的计划表示谨慎支持。郭在接受媒体采访时表示,人工影响天气,过去主要用于增加降水、减少冰雹灾害等,现在不仅是要让雨能落下来,还要让它能消减雾霾、改善空气质量,这对气象部门来说要转换跑道再行研究。如果要将其作为一项业务工作发展,尚需在管理和技术上进一步完善。

“通过人工增雨消减雾霾,目前还处于试验阶段,而且是重污染天气下的一种应急手段。” 郭学良说。

对环境影响未知

实际上,要在北方城市的雾霾天期间实现人工增雨,需要的条件十分苛刻。

“人工影响天气是在云水的基础上让它尽快变为雨水。如果没有云水,那么人工催化作业就不会有什么好的效果。”毛节泰解释道,“云中实际的水量是很少的,即使将所有的云水都降到地面,也产生不了多少降水量。要形成一定数量的降水,关键还在于源源不断的水汽补充,而这又取决于云系的动力学状况。这是一个需要消耗能量的过程,但实际上人们难以提供这样大的能量,所以人们只有依靠自然,去选择自然条件能够提供合适产生降水的对象去进行人工影响。”

人工增雨比较常用的催化剂是干冰、碘化银、液氮、盐粉、氯化钙、尿素、硝酸铁等,但盐粉和氯化钙等碱性物质对设备和飞机以及农作物都有一定腐蚀作用,目前已被禁用。液氮和干冰能挥发后直接进入空气,并不会对环境造成影响。但至今仍在大量使用的碘化银则属于有毒物质,人们普遍对其感到担心,因为增雨的雨水将直接进入饮用水库。

作为学科带头人的郭学良曾对此解释说,虽然碘化银有毒,但使用量非常小,远低于标准范围,每枚高炮炮弹只携带1克,火箭弹5-10克,一架飞机是100-300 克,因此不会造成负面影响。

但另一方面,人工影响对于中长期天气是否产生影响,至今仍未有科学定论。

或再现“放炮抢雨”

事实上,要造雨减霾的不仅仅是北京。

此前,中国气象局印发了《贯彻落实(大气污染防治行动计划)实施方案》,要求到2015年,全国各地气象部门形成人工影响天气改善空气质量作业能力,在重污染天气条件下能够采取可行的气象干预措施,如人工催雨等以消减雾霾。

各地因此跃跃欲试。

在河北,经历了今年2月的持续雾霾后,在2月26日下午至夜间,该省人工影响气象办公室进行了大规模人工增雨作业。据当地媒体报道,当天张家口、保定、唐山、石家庄等地持续作业超过8小时,开展作业70点次,发射火箭弹199枚,炮弹106枚,燃烧烟条82根。次日,雨后的河北多地雾霾消散。

但对于增加的雨水降低了多少空气污染,当地人影办没有作出任何表示。

2013年11月,南京市就曾在六合、浦口实施人工增雨减霾作业,据称增来30%左右的雨水。但当地的气象专家随后说,短时大雨虽然对于洗刷污染物有用,但是人工增雨的局地性很强,能吹散多少雾霾很难说。

人工增雨减霾也不乏失败的记录。2013年1月,武汉连续11天雾霾,创下近13年最长纪录。当月20日,该市进行了一架次的飞机人工增雨作业。但天气条件有限,云团中水分不足,雨水迟迟不肯落下,人工增雨除霾未成功。

而更早的尝试者则比较实际。成都市、厦门市10年来多次用人工增雨的方式治理空气污染,但他们的目标只是治理可见的扬沙、浮尘。当时,细微颗粒物的危害尚未被公众所了解,也很难说清增雨对于治霾的效果究竟有多大。

而另一方面,人工增雨的代价并不低廉。一般而言,一次飞机播撒成本可高达几百万元,包括飞机租用费、播撒设备等硬件费用,还包括地面监测、人力资源等几十项。其中直接作用于云层的催化剂一次就要40万元。人工增雨所用的火箭弹一枚价值最低在1000元左右,人工增雨火箭发射架价值在20万元左右。相比之下,在高山燃放碘化银烟条的成本较为低廉,但碘化银本身属于有毒物质,一直处于争议之中,无法大量使用。

但这样的成本并不妨碍多年来中国的人影作业高速发展。

由于近年来水资源越来越紧张,各地都纷纷打起了雨云的主意,“放炮”抢雨的事情屡有发生。为了解决这样的纠纷,河南、山东、安徽和江苏四省就曾在2010年联合成立区域性的人工影响天气重点作业区指挥中心,统一协调指挥人工增雨作业,禁止为争点雨向云里乱打炮。

但如果将来在炮架上再添上一个治霾的政治任务,恐怕抢雨云又将遍地开花。

“现在的情况是,雾霾同时在一个横跨数省的大面积(区域)出现,如果能催雨,也许能解决一两个城市暂时的问题。但由于整个区域的雾霾是无法用人工增雨的方式驱除的,雨下完之后雾霾还会继续从周边地区蔓延过来。”毛节泰说。

“治理雾霾还是必须从控制污染源入手,人工影响天气虽然会有一定的效果,但只能是非常短期的效果,而且不会特别显著。”毛节泰认为。



 

中国人影

本报记者 崔烜 发自北京

原中国气象局局长秦大河早在2004年便对外表示,从租用飞机、拥有专用高炮、火箭发射架的数量、作业的规模和从业人数等方面来看,我国人工影响天气作业规模成为名副其实的人工影响天气工作大国。

人影作业最多的国家

据统计,截至2012年,全国30个省(区、市)、新疆生产建设兵团和黑龙江农垦等行业的2235个县(市、区、团、场)开展人工影响天气作业,人工增雨作业区面积500余万平方公里,人工防雹作业保护面积50余万平方公里。

从2002-2012年,全国各地共组织人工影响天气作业55.88 万次,发射火箭弹90.51 万枚、炮弹885.3万发,飞机累计飞行18592小时,增加降水4897亿吨。这样的数据在世界上稳居前列。

“中国的人影作业是从‘大跃进’开始的,”1945年出生的秦长学回忆道,“当时说‘人定胜天’嘛,就跟着苏联学增雨、防雹、防霜。最开始几十年都是做实验、研究为主,没有大规模地搞,北京人影办也是1990年才成立的,为市农委直属事业单位,日常业务由市气象局代管。”

作为最早的人影办,北京人影办比起各地人影办优势更为充足。如各省人影办编制基本为15人左右,而北京人影办则有30人,其组成以高学历人才为主,多数都有硕士以上学历,下设业务运行、外场实验、科研开发、安全管理和综合服务5个科。除了人才,北京人影办的硬件条件也极为雄厚,常年租用夏延3A和运12飞机开展人工增雨作业,并且在昌平沙河有专门的小型机场,在一般的增雨作业中并不用请空军帮忙。

除此之外,为了维持各个作业点的正常运作,北京人影办还雇有炮手、火箭手和其他作业人员约170人。

北京人影作业最开始时用抗灾炮和土火箭,礼花炮和复合药塑料火箭,最盛时炮点达500多个,远比现在多。但后来考虑到安全问题,逐步用高炮取代土炮土火箭。

“为什么那时候意外多,就是因为炮的问题,不安全。”秦长学介绍说,高炮和火箭基本上是军用品,“其实没有外面说的那么贵,都是从军队那里来,不是从企业买的。”

北京奥运空军消减雨

由于涉及到空域问题,人影办的增雨消雨作业除了要向政府部门提出申请外,还要将申请递到空管部门。

被人津津乐道的2008年北京奥运会开幕式、闭幕式消减雨作业,实际上主要是通过空军作业。当时共出动了5架运-8和5架安-26播云飞机,在开幕式当天,房山、门头沟一带的火箭作业共发射火箭弹1110发。

消减雨作业与增雨作业在原理上有相似之处,具体操作上有两种方式:其一是提前降雨,在即将影响某地降雨云系的来向,进行大规模连续催化作业,使雨滴提前降落,从而改变降雨分布,使无雨或小雨空隙出现在保护区上空;其二是密集播撒产生高浓度冰晶,“分食”水汽,使较大水滴变成小水滴或水汽,从而延缓和减弱降水。

据秦长学介绍,目前北京人影办的作业点均已标准化,一般都要求建4 库(作业火箭和高炮分设的工具库、弹药库)、3 室(值班室、休息室、会议室)、2 场(北京炮发射场地、火箭发射场地)、1 所(卫生间)和必要的生活没施的标准化人影作业站。同时要有通讯、避雷和气象监测系统。炮站占地面积为60×60 平方米以上,约5.4 亩,远离人居,保持规定的安全距离。

除此之外,在弹药库建设红外或接触式报警装置,连接值班室。有的和公安局110值班室相连,一有情况警车几分钟可达现场。

这样的配置在未来将进一步加强。根据北京市2013年3月下发的一份文件,北京将在2020年之前完成人工影响天气工程(二期)建设,并将配套云雾、风洞实验室,组建小型计算机群,建设人工影响天气室外探测平台和作业效果评估系统,建设人工影响天气后勤保障和技术培训等设施,具备保障3架飞机同时开展人工影响天气作业的能力。

因为治霾,人影工作又将迎来一个新的发展期。


 

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