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1、气象基础知识一，人工影响天气1. 概述2. 人工降水3. 人工消雾4. 人工防雹5. 人工消云三，大气科学6. 人工防霜冻1.概述2厄尔尼诺现象3. 什么是天气预报4. 什么是气象、天气和气候5. 天气学.天气图,畐H热带高压,天气.天气系统.气团.锋面, 温带气旋,温带反气旋,切变线,大气环流,大气动力学人工影响天气根据人们的意愿，通过人为干预，使某些局地天气现象朝有利于人们预定目的的方向转 化，以克服或减轻恶劣天气引发的灾害，这种改造自然的科学技术措施称人工影响 天气。 由于天气过程的能量十分巨大，一个10立方公里的云体，其含水量的凝结潜热相 当于10 万吨煤燃烧发出的热量，而一个台风的水
2、汽每分钟释放的潜热，便相当于20 个百 万吨级核 弹爆炸所释放的能量数。因此直接制造和消灭一个天气过程是不可能的，比较 现实的作法 是在云、降水和其他过程中某些关键环节，施放一些催化剂，因势利导，促使天气过程按预 定方向发展，以少量代价换取巨大经济效益。中国人从17 世纪至今的土炮、火炮消雹，便是人工影响天气的例子。目前正在各国试 验的人工影响天气项目有：人工降水、人工消雾、人工防雹、人工削弱台风、人工消 云、 人工防霜冻、人工抑制雷电等。我国从50 年代开始，至今已在大多数省（自治区）开展了 人工影响天气试验。世界上第一次对自然云作人工催化试验则是1946年美国VJ.谢费尔等 进行的，从那时
3、起至今，全世界已有80 多国家与地区开展过人工影响天气试验。i）人工降水也称人工增雨，是根据不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹 向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂，促使云层降水或增加降水量。人工增雨常分为暧 云催化剂增雨与冷云催化剂增雨。欲要暧云（温度高于0C的云）降水，就得使云中半径大 于 0.04 毫米的大云滴有足够的数密度，让它们迅速与小云滴碰并增长，成为半径超过 1.0 毫米的雨滴形成降水，因此在那些大云滴数密度小而无法形成降雨的云中，用飞机、 炮弹 携带等方法，播撒盐粉、尿素等吸湿性粒子，使形成许多大云滴，便可导致形成或增加降水。 欲要冷云降水， 就得使冷云上部的冰晶
4、数密度超过1 个/升，对那些冰晶数密 度不足的冷 云，用飞机等播撒干冰、碘化银等催化剂，便可产生大量冰晶，促成或增加 降水。为了弄 清楚人工催化剂的效果，弄清人工增雨量的多少，常常要进行检验。由于 云和降水过程十 分复杂，使人工降水和降水检验的方法措施还都很不完善，有待进一步 深入研究。ii） 人工消雾 大雾降低能见度、影响飞机起降、容易引发严重交通事故，人类希望能适时进行人 工 消雾。我们把用人工播撒催化剂、人工扰动空气混合或在雾区加热等方法，使雾消散， 称 为人工消雾。人工消雾分为人工消暧雾（雾区温度高于0C）和人工过冷雾（雾区气温高于 oc,雾滴为过冷却水滴等）。目前有三种消暧雾试验方法
5、：加热法：对小范围区域雾区 如机场跑道等，大量燃烧汽油等燃料、加热空气使雾滴蒸发而消失。吸湿法：播撒盐、尿 素等吸湿质粒作催化剂,产生大量凝结核,水汽在凝结核上凝结长成大水滴,雾滴会蒸发并 在大水滴上凝结，使雾消失。人工扰动混合法：用直升飞机在雾区顶部搅拌空气，把雾 顶以上干燥空气驱下来与雾中空气混合，雾便消失。人工消过冷雾的方法是用飞机或地面设 备，将干冰、液化丙烷等催化剂播撒到雾 中，产生大量冰晶，它们通过贝吉龙冰水转化过 程，夺取原雾滴的水分、雾滴便蒸发 而冰晶不断长大降落地面，雾便消失。这种方法效果 显著，已能实际应用。iii）人工防雹用人工方法使雹云不能降冰雹，或减弱雹强度的措施，称
6、人工防雹或人工抑雹。 中国人很早以前就使用土炮防雹， 17 世纪末清代的“广阳杂记”对土炮防雹就有明确 记载。20世纪50年代以后，包括我国在内的许多国家开展了防雹试验。通过气象雷达或有经验的 观测者目视，识别出冰雹云（比一般雷雨云发展更旺盛、 厚度更大、闪电更频繁等），然后 采用如下两类方法防雹：播催化剂法，用火箭、高炮、飞机等把碘化银播撒到雹云中， 产生大量冰核进而形成大量人工雹胚胎，它们 与云中原来的冰雹胚胎争夺水分，使大家都 不能长大成对人畜与作物产生危害的大雹块，在落出云底后还可能逐渐融化成雨滴。爆 炸法，用高射炮、土炮或火箭等，向雹云的中、下部轰击，往往亦可使雹云不降雹，或在下 风
7、向区降小雹，这样便能抑制 雹灾。这种方法在国内被较普遍采用，其防雹的物理机制尚 待进一步研究。iv）人工消云 用人工方法使局部区域云层消散的措施，称人工消云。大型运动会或某些航空活动等，有时 希望晴朗无云，便可进行人工消云试验。人工消云分为：人工消冷云和人工消暧云。人工消 冷云的方法是：播撒碘化银等人工冰核或播撒干冰等催化剂，产生大量冰晶，再通过贝吉龙 冰水转化过程，原云中的过冷却水滴（云滴）蒸发失，水份转移到冰晶上经凝华冻结，冰晶 长大成降水粒子，下降离开云体，使云消散。人工消暧云的方法是：向云中播散盐粉、尿素 等吸湿性粒子，这些吸湿性凝核吸收水汽凝结长大，然后与原来云滴碰并长大，降出云外，
8、 使云消散。此外，还试验过消除积云的方法：在积云顶部摇撒盐粒、水滴、沙子等质粒，有 时也观测到云消散，其原理尚 待研究。一般说来所有人工消云方法均不够完善，尚没有达 到实际应用阶段。v）人工防霜冻 用人工方法提高近地面气层和土壤表面温度，使作物和苗木等免受冻害的措施，称人工防霜 冻。常有五类方法： 烟雾法，用柴草或废柴油等燃烧产生烟雾，以抑制地表面长波辐射降冷，还使水汽在 烟粒上凝结而释放潜热，从而达到增温防霜冻。 扰动合法，晴夜的近地层常为逆温层，用吹风机吹风搅动，把上面暧空气搅动向下混 合，达到提高下层温度以防霜冻。 灌水法与洒水法：寒潮来临前，给作物灌水，可防霜冻。可在作物表面连续洒水，
9、使 作物表面一层水膜在结冰时释放潜热，以达到保护作物不受霜冻之害。 加热法，在果园或珍贵作物园，摆许多加热炉直接加热空气以防霜冻。此法成本较高。 覆盖法，用农用薄膜覆盖小区域作物，阻止长波辐射降冷，可防霜冻。vi） 播云（雾）催化剂 人工影响天气过程中，为改变云（雾）微结构与演变过程，向云（雾）中播撒的物质 称播云（雾）催化剂。选用催化剂必须考虑有效、经济、不污染环境、容易播撒、 安全无 毒害等。当今所用催化剂有三类：吸湿性巨核，包括盐（NaCl）、氯化钙、尿 素和液水 等，它们常用于对暧云的催化剂。致冷剂，包括干冰（固体C02）、液态丙烷、液氮、 液态空气等，它们常用于对冷云作催化。投入冷云
10、后，将使它们周围空气急 速降冷，产生 大量冰晶胚胎，并进一步生成冰晶。以干冰为例，实验室结果是：每1 克干 冰可产生 1万 亿个冰晶。人工冰核，包括碘化银fAgI）等无机冰核及介乙醛等有机冰核，其中以碘化银 最常用。它们常用于冷云增雨和防雹试验中，把它们播入云层，使云增加 大量冰核，进而 生成大量冰晶，造成增雨或消雹的效果。大气科学在地球表层有大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈、生物圈五大部分，组成了一个综合的系 统。研究发生在大气圈中各种现象的演变规律，并利用这些规律服务于人类的科学称为大气 科学。由于大气圈中发生的各种现象不仅种类繁多，而且在时间和空间尺度上不受限制，还 因地表的水圈、岩石圈、冰
11、雪圈、生物圈的影响，其复杂性和不确定性是 自然界最为突出 的，因此，大气科学的研究必然具有观测点高度分散（全球范围），观 测方法高度协调统一 （以利比较），观测资料高度集中（迅速交换集中），国际间高度 合作（任何一个地区、一 个国家都无法孤军作战，反过来世界气象工作也少不了任何一 个地区或一个国家的真诚合 作）的特点。大气科学在它的发展进程中已逐渐形成了若干分支，比较成熟的有大气探测学、大 气 物理学、天气动力学、气候学、农业气象学等。包围在地球外部的一层气体总称为大气或大气圈。大气圈以地球的水陆表面为其下 界， 称为大气层的下垫面。地球大气在重力场的作用下，保持在地球的外表面上，其密 度随高
12、 度升高呈指数递减，越向上越稀薄。大气上界约在1000-2000公里高度。大气的总质量为 5.14E8 千克，约为地球质量的百万分之一。大气质量的一半位于 500hPa 以下，平均约为 5.5公里，大气质量的99位于30公里以下，所以大气圈只是地球的一层簿壳，而天气变 化仅发生在大气底层十几公里范围内。大气分层：按大气温度的垂直结构，可把大气圈分为 对流层、平流层、中层和热层。对流层：地面以上大气的最低层称为对流层，对流层顶的气压约为200hPa，对流层顶的高度夏 季高于冬季，在赤道附近约17-18公里，中纬度平均约10-12公里，高纬度为8- 9公里。 对流层对整个大气圈而言只是很浅薄的一层
13、，但它集中了大气质量的80以上， 几乎全部 水汽、云和降水，主要天气现象和过程如寒潮、台风、雷雨、闪电等都发生在 这一层。对 流层的主要特征是：i）温度随高度升高而降低。因为大气不能吸收太阳短波辐射，但地面能吸收太阳辐射 而升温并放出长波辐射，大气主要通过吸收地面的长波辐射和通过对流、湍流等方式 从地 面吸收热量才能升温，因而越接近地面的大气得到的热量越多，造成对流层的气温 随高度 升高而降低。ii) 有强烈的垂直混合。低层空气由于从地面得到热量使之受热上升，高层冷空气下沉， 从而造成对流层内存在强烈的垂直混合作用。热带地面温度高，垂直混合能到很高 高度， 对流层顶高度高；极地地面温度低，垂直
14、混合作用弱，对流层顶高度低。iii) 气象要素水平分布不均匀。由于各地纬度和地表性质的差异，地面上空空气在水平 方向上具有不同物理属性，压、温、湿等要素水平分布不均匀，从而产生各种天气过 程和 天气变化。平流层：对流层顶向上到50公里左右为平流层。平流层顶的气压约lhPa。平流层下部温度随 高度变化很小，平流层上部因为存在臭氧层(2235公里处)，臭氧吸收太阳紫外辐射使大 气温度增加，这种下部冷上部热的逆温结构使平流层大气稳定，对流很弱，空气大 多作水 平运动，大气污染物如核爆炸残留碎片，火山喷发的火山灰等，能在平流层内滞 留很长时 间。平流层中水汽和尘埃很少，也没有对流层中的云和天气现象。中
15、层：平流层顶到85公里左右称为中层。中层顶气压约O.OlhPa。中层大气中温度随高度递 减，水汽极少，有相当强的垂直混合， 60公里以上大气分子开始电离，电离层的底就 在中 层内。(4)热层： 中层顶以上的大气称为热层。这一层温度又随高度升高而增加。这是由于热层的 分子 氧和原子氧能吸收0.17微米的太阳紫外辐射和太阳微粒辐射。但由于热层很难有对流 运 动，大气的热量主要靠热传导，而且由于分子稀少，热传导率很小，造成巨大温度梯度 和 昼夜温差，白天太阳活动期温度高达2000k，夜间太阳宁静期仅500k。热层空气处于高 度的电离状态。热层上部由于空气稀薄，大气粒子很少互相碰撞，高速运动的空 气质
16、点可 能克服地球引力，向星际空间逃逸，又称逸散层。大气边界层：在对流层下部靠近地面的1.2-1.5公里范围内的薄层大气称为大气边界层或行星边界 层。因为贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层。大气边界层内根据空气受下垫面影响不同又可分为：(1)紧贴地表面小于1厘米的气 层， 为粘性副层。此层以分子作用为主。 (2)50-100米以下气层(包括粘性副层)称为近 地面层。 这一层大气受下垫面不均匀影响，有明显的湍流特征。 (3)近地面层以上至1- 1.5公里为上 部摩擦层。这一层除了下垫面的湍流粘性力外，还有气压梯度力和科里奥利力的作用，三力 量级相当。自由大气层： 大气边界层以上，地面摩擦影响减小到可以忽略不计，只受气压梯度力和科里奥利 力 的影响，称为自由大气层。气象要素： 表示大气宏观物理状态的物理量称为气象要素，它是大气科学研究的
