人工造雨,減霾新招?

2019-08-15 10:13:01
外界傳言,如果北京再出現2月份那樣的長期霧霾,氣象部門將進行人工降雨,以消除霧霾,為兩會營造新鮮空氣。

本報記者 崔烜 發自北京

3月3日,全國兩會首日,北京大部分監測站點PM2.5每小時濃度均超過150微克/立方米,中度污染。

外界傳言,如果北京再出現2月份那樣的長期霧霾,氣象部門將進行人工降雨,以消除霧霾,為兩會營造新鮮空氣。

到了3月4日,隨著北風刮到,天氣持續晴好,上述猜想不復存在。

但用人工增雨來對付霧霾的想法并非不存在。在2013年12月7日召開的北京市氣象現代化工作會議上,北京市副市長林克慶透露,北京將開展人工消減霧霾的科學試驗。

此前一個月,京津冀及周邊地區人影消減霧霾工作組成立,主要負責京津冀及周邊地區防治大氣污染的人影(人工影響天氣)工作,包括科學組織實施人工增雨(雪)作業及人工消減霧霾試驗。

是次會議上,討論并制定了三種人工消減霧霾試驗技術方案—跨區域聯合增雨(雪)作業以增加降水、沖刷霾粒子,開展局部人工消霧試驗,以及在純霾天氣條件下嘗試使用物理方法開展消減霾試驗等。

據時代周報記者了解,中國是目前世界上最為廣泛地進行人影工作的國家,很多人一直將其視為政治任務,此前的巔峰之作便是2008年北京奧運會開幕式、閉幕式的人工消減雨作業。

如今,減霾或將成為人影的一項新任務。

沒有把握的仗

“用人工增雨來減霾,之前我們想都沒有想過,難度不小。”原北京人工影響天氣辦公室總工程師秦長學告訴時代周報記者,北京人影工作原來是歸農委管的,主要是為農業生產服務——防雹、防雷、增雨,“治空氣污染沒試過,(效果)很難說。”

據秦長學介紹,北京的增雨體系主要著眼于增加降雨的水資源量,因此聯合了河北張家口、承德地區,建成了包含潮白河流域在內的約3.5萬平方公里的人工增水作業網。每年除開展兩架飛機增雨作業外,北京市目前建有29個火箭增雨作業點、22個高山碘化銀發生器增雨雪作業點,

但在北京城區以及南部大興區,這樣的作業點基本不存在。“南邊沒有水庫,沒有必要增雨。城里則根本不能建。作業點都在居民稀少的地方,防止出現意外。”秦長學說。

意外并非沒有發生過。

公開資料顯示,上世紀70年代,人影作業事故造成了410 人受傷、169人死亡。中央氣象局曾兩度發出安全通報,但傷亡事故仍未能杜絕。

隨著時代進步,彈片掉落砸傷人畜的事故已經鮮有發生。“現在的炮都是安全的,燒完了就帶降落傘掉下來,很安全。”秦長學稱。但這并不意味著風險不存在。

而另一方面,雨水對于消除霧霾的效果到底有多大,在科學界仍沒有公認的定論。

“按照現在北方地區的慣常做法,如果在冬春之際有人工增加雨雪的可能,一般都會進行增雨作業,目的都是保證農業生產。這跟霧霾天沒有必然的聯系。”北京大學物理學院教授毛節泰對時代周報表示,實際上雨雪對于解決霧霾問題的效果有限。

“人們的經驗是,雨后往往空氣都變得新鮮了,但這不是雨水沖刷的結果,而主要是靠伴隨在降雨過程中的風。僅僅靠雨洗,沒有風吹,人工降雨的效率應該不會太高。”毛節泰說,“風是降雨過程中驅散霧霾的主力,人工降雨降雪只能造雨雪,不能造風,因此除霾效果會打個大大的折扣。”

有研究人員曾對南京市區的一些氣象監測數據進行過分析研究,發現夏季在風速小、溫濕度大的天氣條件下,用人工增雨的作用僅僅能在降水區域短時間內降低PM2.5濃度。而隨著時間推移,當日的PM2.5 平均濃度不僅不一定會降低,反而有可能因為大量地面水氣的蒸發,氣溶膠難以擴散而升高。

中國氣象局人工影響天氣中心主任郭學良對造雨減霾的計劃表示謹慎支持。郭在接受媒體采訪時表示,人工影響天氣,過去主要用于增加降水、減少冰雹災害等,現在不僅是要讓雨能落下來,還要讓它能消減霧霾、改善空氣質量,這對氣象部門來說要轉換跑道再行研究。如果要將其作為一項業務工作發展,尚需在管理和技術上進一步完善。

“通過人工增雨消減霧霾,目前還處于試驗階段,而且是重污染天氣下的一種應急手段。” 郭學良說。

對環境影響未知

實際上,要在北方城市的霧霾天期間實現人工增雨,需要的條件十分苛刻。

“人工影響天氣是在云水的基礎上讓它盡快變為雨水。如果沒有云水,那么人工催化作業就不會有什么好的效果。”毛節泰解釋道,“云中實際的水量是很少的,即使將所有的云水都降到地面,也產生不了多少降水量。要形成一定數量的降水,關鍵還在于源源不斷的水汽補充,而這又取決于云系的動力學狀況。這是一個需要消耗能量的過程,但實際上人們難以提供這樣大的能量,所以人們只有依靠自然,去選擇自然條件能夠提供合適產生降水的對象去進行人工影響。”

人工增雨比較常用的催化劑是干冰、碘化銀、液氮、鹽粉、氯化鈣、尿素、硝酸鐵等,但鹽粉和氯化鈣等堿性物質對設備和飛機以及農作物都有一定腐蝕作用,目前已被禁用。液氮和干冰能揮發后直接進入空氣,并不會對環境造成影響。但至今仍在大量使用的碘化銀則屬于有毒物質,人們普遍對其感到擔心,因為增雨的雨水將直接進入飲用水庫。

作為學科帶頭人的郭學良曾對此解釋說,雖然碘化銀有毒,但使用量非常小,遠低于標準范圍,每枚高炮炮彈只攜帶1克,火箭彈5-10克,一架飛機是100-300 克,因此不會造成負面影響。

但另一方面,人工影響對于中長期天氣是否產生影響,至今仍未有科學定論。

或再現“放炮搶雨”

事實上,要造雨減霾的不僅僅是北京。

此前,中國氣象局印發了《貫徹落實(大氣污染防治行動計劃)實施方案》,要求到2015年,全國各地氣象部門形成人工影響天氣改善空氣質量作業能力,在重污染天氣條件下能夠采取可行的氣象干預措施,如人工催雨等以消減霧霾。

各地因此躍躍欲試。

在河北,經歷了今年2月的持續霧霾后,在2月26日下午至夜間,該省人工影響氣象辦公室進行了大規模人工增雨作業。據當地媒體報道,當天張家口、保定、唐山、石家莊等地持續作業超過8小時,開展作業70點次,發射火箭彈199枚,炮彈106枚,燃燒煙條82根。次日,雨后的河北多地霧霾消散。

但對于增加的雨水降低了多少空氣污染,當地人影辦沒有作出任何表示。

2013年11月,南京市就曾在六合、浦口實施人工增雨減霾作業,據稱增來30%左右的雨水。但當地的氣象專家隨后說,短時大雨雖然對于洗刷污染物有用,但是人工增雨的局地性很強,能吹散多少霧霾很難說。

人工增雨減霾也不乏失敗的記錄。2013年1月,武漢連續11天霧霾,創下近13年最長紀錄。當月20日,該市進行了一架次的飛機人工增雨作業。但天氣條件有限,云團中水分不足,雨水遲遲不肯落下,人工增雨除霾未成功。

而更早的嘗試者則比較實際。成都市、廈門市10年來多次用人工增雨的方式治理空氣污染,但他們的目標只是治理可見的揚沙、浮塵。當時,細微顆粒物的危害尚未被公眾所了解,也很難說清增雨對于治霾的效果究竟有多大。

而另一方面,人工增雨的代價并不低廉。一般而言,一次飛機播撒成本可高達幾百萬元,包括飛機租用費、播撒設備等硬件費用,還包括地面監測、人力資源等幾十項。其中直接作用于云層的催化劑一次就要40萬元。人工增雨所用的火箭彈一枚價值最低在1000元左右,人工增雨火箭發射架價值在20萬元左右。相比之下,在高山燃放碘化銀煙條的成本較為低廉,但碘化銀本身屬于有毒物質,一直處于爭議之中,無法大量使用。

但這樣的成本并不妨礙多年來中國的人影作業高速發展。

由于近年來水資源越來越緊張,各地都紛紛打起了雨云的主意,“放炮”搶雨的事情屢有發生。為了解決這樣的糾紛,河南、山東、安徽和江蘇四省就曾在2010年聯合成立區域性的人工影響天氣重點作業區指揮中心,統一協調指揮人工增雨作業,禁止為爭點雨向云里亂打炮。

但如果將來在炮架上再添上一個治霾的政治任務,恐怕搶雨云又將遍地開花。

“現在的情況是,霧霾同時在一個橫跨數省的大面積(區域)出現,如果能催雨,也許能解決一兩個城市暫時的問題。但由于整個區域的霧霾是無法用人工增雨的方式驅除的,雨下完之后霧霾還會繼續從周邊地區蔓延過來。”毛節泰說。

“治理霧霾還是必須從控制污染源入手,人工影響天氣雖然會有一定的效果,但只能是非常短期的效果,而且不會特別顯著。”毛節泰認為。



 

中國人影

本報記者 崔烜 發自北京

原中國氣象局局長秦大河早在2004年便對外表示,從租用飛機、擁有專用高炮、火箭發射架的數量、作業的規模和從業人數等方面來看,我國人工影響天氣作業規模成為名副其實的人工影響天氣工作大國。

人影作業最多的國家

據統計,截至2012年,全國30個省(區、市)、新疆生產建設兵團和黑龍江農墾等行業的2235個縣(市、區、團、場)開展人工影響天氣作業,人工增雨作業區面積500余萬平方公里,人工防雹作業保護面積50余萬平方公里。

從2002-2012年,全國各地共組織人工影響天氣作業55.88 萬次,發射火箭彈90.51 萬枚、炮彈885.3萬發,飛機累計飛行18592小時,增加降水4897億噸。這樣的數據在世界上穩居前列。

“中國的人影作業是從‘大躍進’開始的,”1945年出生的秦長學回憶道,“當時說‘人定勝天’嘛,就跟著蘇聯學增雨、防雹、防霜。最開始幾十年都是做實驗、研究為主,沒有大規模地搞,北京人影辦也是1990年才成立的,為市農委直屬事業單位,日常業務由市氣象局代管。”

作為最早的人影辦,北京人影辦比起各地人影辦優勢更為充足。如各省人影辦編制基本為15人左右,而北京人影辦則有30人,其組成以高學歷人才為主,多數都有碩士以上學歷,下設業務運行、外場實驗、科研開發、安全管理和綜合服務5個科。除了人才,北京人影辦的硬件條件也極為雄厚,常年租用夏延3A和運12飛機開展人工增雨作業,并且在昌平沙河有專門的小型機場,在一般的增雨作業中并不用請空軍幫忙。

除此之外,為了維持各個作業點的正常運作,北京人影辦還雇有炮手、火箭手和其他作業人員約170人。

北京人影作業最開始時用抗災炮和土火箭,禮花炮和復合藥塑料火箭,最盛時炮點達500多個,遠比現在多。但后來考慮到安全問題,逐步用高炮取代土炮土火箭。

“為什么那時候意外多,就是因為炮的問題,不安全。”秦長學介紹說,高炮和火箭基本上是軍用品,“其實沒有外面說的那么貴,都是從軍隊那里來,不是從企業買的。”

北京奧運空軍消減雨

由于涉及到空域問題,人影辦的增雨消雨作業除了要向政府部門提出申請外,還要將申請遞到空管部門。

被人津津樂道的2008年北京奧運會開幕式、閉幕式消減雨作業,實際上主要是通過空軍作業。當時共出動了5架運-8和5架安-26播云飛機,在開幕式當天,房山、門頭溝一帶的火箭作業共發射火箭彈1110發。

消減雨作業與增雨作業在原理上有相似之處,具體操作上有兩種方式:其一是提前降雨,在即將影響某地降雨云系的來向,進行大規模連續催化作業,使雨滴提前降落,從而改變降雨分布,使無雨或小雨空隙出現在保護區上空;其二是密集播撒產生高濃度冰晶,“分食”水汽,使較大水滴變成小水滴或水汽,從而延緩和減弱降水。

據秦長學介紹,目前北京人影辦的作業點均已標準化,一般都要求建4 庫(作業火箭和高炮分設的工具庫、彈藥庫)、3 室(值班室、休息室、會議室)、2 場(北京炮發射場地、火箭發射場地)、1 所(衛生間)和必要的生活沒施的標準化人影作業站。同時要有通訊、避雷和氣象監測系統。炮站占地面積為60×60 平方米以上,約5.4 畝,遠離人居,保持規定的安全距離。

除此之外,在彈藥庫建設紅外或接觸式報警裝置,連接值班室。有的和公安局110值班室相連,一有情況警車幾分鐘可達現場。

這樣的配置在未來將進一步加強。根據北京市2013年3月下發的一份文件,北京將在2020年之前完成人工影響天氣工程(二期)建設,并將配套云霧、風洞實驗室,組建小型計算機群,建設人工影響天氣室外探測平臺和作業效果評估系統,建設人工影響天氣后勤保障和技術培訓等設施,具備保障3架飛機同時開展人工影響天氣作業的能力。

因為治霾,人影工作又將迎來一個新的發展期。


 

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