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近日,印有“河北人影”标识的B-3766人工增雨(雪)飞机缓缓降落在石家庄栾城机场。这架刚刚完成设计改装的飞机,是河北省购买的第一架人工增雨(雪)作业飞机,它将投入到河北省人工消减雾霾的科学试验中来。
“消减雾霾的原理其实是借助人工干预手段,借助一些科学机制,加快雾滴或霾滴转化、沉降或扩散,进而降低雾滴或霾滴的浓度,提高大气能见度。”省人工影响天气办公室主任李宝东介绍,根据这一原理,河北省已在人工增雨(雪)消减雾霾、播撒成冰催化物质消减纯雾、打破大气静稳结构消减纯霾方面开始了相关技术试验。
目前常见的技术——人工增雨(雪)“冲刷”雾霾
雾和霾都是一种低能见度天气,但两者又存在区别。“一种是水汽,一种是霾粒子,都可以通过雨(雪)‘冲刷’被带到地面,从而提高空气能见度和质量。”李宝东说,适时增加降水可以在一定程度上消减雾霾。
3月20日,在石家庄栾城机场,记者看到了即将服役的B-3766人工增雨(雪)飞机,它的到来结束了河北省长期租用飞机开展作业和试验的历史。改装后的飞机两翼间装有碘化银增雨播撒器,机翼上安装的设备可实时采集显示环境温度、气压、相对湿度、液态含水量等重要气象数据。
在高空有云且适合人工增雨(雪)的条件下,这架飞机将配合地面火箭、“37”高炮及高山地基碘化银发生器等地面装置,向云体播撒碘化银等催化剂,从而改变降水的发生时间、区域分布及强度。
雾霾天气下的人工增雨(雪)使得降水强度增大,降水的“拖拽”和“冲刷”作用加强,对雾滴和霾粒子的吸附作用提高,促使雾霾“落地”。
对于人工增雨(雪)作业的效果,李宝东表示,雾霾消减还受冷空气、风、污染物排放等多重因素影响,因此目前尚无法精确计算其影响程度有多大。
小范围可用的技术——冰晶凝结水汽消减纯雾
“纯雾分为冷雾和暖雾,国际上也有过一些消减尝试,但从目前来看,这些方法有一个通病,就是只能在短时间、一定范围内有效。”李宝东说。
消减冷雾较为常见的试验是制造冰晶,即通过飞机、播撒罐车等从空中和地面向雾中播撒液氮等成冰剂,使冷雾中出现冰晶,雾中的水汽会迅速凝结到冰晶上,并发生状态变化,雾滴数量不断减少,而冰晶增长最终形成雪晶降落到地面。由于液氮安全无污染,催化阈温高,因此是目前消减冷雾试验中的首选催化剂。
这一方法,河北省尚在研究准备阶段,还没有正式开展试验,但国内已有其他地方在此领域进行了尝试。例如北京首都机场曾出现过冷雾,能见度200米,两辆液氮罐车在机场喷洒液氮,作业后雾中出现冰晶,并有雪花落地,地面出现薄层积雪,机场能见度逐渐转好,消减雾效果明显。
“尽管从技术原理上讲,这一方法会有效果,但是从经济成本和实际操作层面看,具有较强的局限性,影响半径较小,不适合消减大雾。”李宝东说。
相对冷雾来说,消减暖雾则更为困难。经科学家反复试验研究,消减暖雾主要有三种方法:吸湿法,在雾中播撒盐粉等湿性催化物质,以消除雾中的水汽;加热法,在雾区安装能喷射高温气体的发动机系统,加热空气蒸发雾滴;扰动混合法,利用飞机螺旋桨搅拌,使雾顶以上干燥空气下沉,同雾混合使雾滴蒸发。但三种方法都还没有从实验室走向实际应用。
目前,河北省拟开展相关试验,探究不同风速下消减雾播撒点与保护区之间距离,不同的雾强度下催化剂的播撒剂量等问题。
刚刚开始试验的技术——打破静稳结构消减纯霾
“针对消减纯霾,目前国际上还没有成功的案例,业内也还没有专门的人工消减技术,处于试验和探索阶段。”李宝东说,难就难在目前的认知水平,无论是物理方法还是化学手段,霾都是无法消灭的,只能尝试人工干预加快其扩散。
人工干预的前提是了解霾的形成、消减机理。因此,加强与京津等周边区域的联合空间探测,掌握大量研究数据,是目前河北省必要的准备工作。今年,河北省已与京津等周边区域联合开展了两次空间探测试验,并掌握了一定的空间探测数据,例如不同区域、不同时段霾层的厚度、大气分界层的高度、空气能见度、零度层的高度等。
抑制霾扩散特别是垂直扩散的重要原因之一是大气层结构过于稳定,因此,打破这一静稳结构将有利于霾的垂直扩散。实现这一目的,可利用飞机在大气边界层顶部播撒制冷剂,使高层大气降温,通过局部降温破坏稳定的大气边界层结构,使高层洁净大气向下输送,加速霾的垂直扩散。
然而,这些试验除了需要较大的场地,更需要能够监测能见度及大气边界层结构变化、温度计流场变化等试验效果的系统和设备,这些河北省尚不具备。
“通过人工影响天气消减雾霾基本仍处于科学试验范畴,距离实际操作还有一定距离,还需要不断摸索、试验研究。”李宝东表示,但人工消减雾霾无疑是一个努力方向。
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