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韩辉邦:紧跟科学家脚步,探索人影“化云为雨”奥秘

日期:2023-08-24

图为韩辉邦在开展试验。

一、怀念顾震潮先生

顾震潮(1920-1976),中国著名的气象学家、大气物理学家。1942年毕业于重庆中央大学地理系,1943年考入昆明西南联合大学研究生院,导师是清华大学的教授赵九章先生。1945年研究生毕业后,在中央研究院气象研究所工作。1947年,顾震潮公费留学瑞典斯德哥尔摩大学气象系,攻读博士学位,师从国际著名气象学家罗斯贝(G.G.Rossby)。1950年响应祖国召唤,毅然放弃即将获得的博士学位,回国参加新中国建设。顾震潮先生新中国天气预报业务和研究的奠基人与开拓者,青藏高原气象学奠基人之一,中国数值天气预报研究与业务的开拓与引领者。

同时,他是中国云降水物理和人工影响天气科学事业的奠基者与开拓者。20世纪50年代在我国吉林人工增雨试验成功的鼓舞下,赵九章所长提出科学院的科学家们也应配合此项工作做出贡献,因此,顾震潮当即决定把数值天气预报研究交给了年轻人,自己跑到了开展人工增雨工作的最前线,面对需要白手起家的严峻挑战,他说,“新的任务总得有人去挑战,况且经验是可以从实践中取得的”。他打土炮、飞机播撒干冰到设计仪器并亲自观测,还领导了黄山、衡山等云雾物理观测站等基地设施的建设。60年代,顾震潮先生首次把宏观过程和微观过程结合起来,建立了一套研究云雾发展的完备方程组,后来还出版了《云雾降水的物理基础》一书,这是国内这一领域的第一本专著。1971年6月,顾震潮先生参与和组织领导大气物理研究所在山西昔阳大寨的防雹和消雹试验,在执行此项任务过程中,为农村一位危重病人争取献血,验血时由于针头不干净,致使他罹患肝炎,医治无效,于1976年3月27日在北京逝世,享年仅仅只有56岁。

在纪念顾先生诞辰100周年时,中科院大气所副所长周天军说“我们怀念顾先生,是怀念他‘想国家之所想、急国家之所急、研国家之所需’的责任感、使命感,今天,站在新的时代转折点,我们要把顾先生的爱国之情和报国之志,加以传承、发扬和光大”。

紧跟顾先生脚步,人工影响天气工作想要化云为雨,首先,必须知道雨是什么样,云又是什么样。因此,我和团队成员,开展了一些相关的研究。

二、雨,什么样?

雨滴是云中微物理、动力学过程及其它综合因子相互作用的结果,是降水过程的真实反映。雨滴谱是指单位体积内、一定粒径范围内雨滴粒子数浓度随尺度的变化趋势,是目前云微物理研究的重要内容,对进一步了解自然降水的物理过程、成云致雨机制、评估人工增雨条件、检验作业效果及提高雷达定量估测降水精度等均有着重要的意义和价值。国际上雨滴谱研究始于1948年,我国从20世纪60年代开始相关雨滴谱研究工作,经历了传统试纸色斑法、光电、声电测量到激光测量的转变。

我们利用位于青藏高原东北部的6个激光雨滴谱仪资料,研究2434 m至4202 m的对流性质降水和层状性质降水夏季雨滴大小的分布特征。研究发现:1.在两种降水类型中,范围在1≤R<5 mm h−1的雨强(R)对总降水量的贡献随海拔升高而增大;2.对流降水的雨滴尺度和数量浓度均大于层状降水,层状降水和对流降水的雨滴谱均为单峰,峰值粒径在0.31 ~ 0.50 mm之间,且在同一高度具有基本相同的峰值粒径和数量浓度。层状降水雨滴谱的最大谱宽在4 ~ 5mm之间,对流降水雨滴谱的最大谱宽在4 ~ 8mm之间;3.Gamma分布比Marshall-Palmer分布更适合实际雨滴谱分布。层状降水雨滴较小,数量浓度较高,而对流降水雨滴则相反;4.当雨滴粒径超过2 mm时,对流降水雨滴的下降速度比层状降水快,且下落速度标准曲线拟合将低估观测期间实际雨滴的下降速度;5.传统的雷达估算方法会低估青藏高原东北部地区的降水量。

三、云,什么样?

对于云的观测,相比卫星等常规观测,飞机观测是目前最直接也是最有效的观测手段。随着人影事业的发展,我国的飞机观测也从最开始的借用军方飞机,发展为专业的人影高性能探测飞机,拥有先进的作业设备和探测装备。

针对2020年9月13日在三江源地区开展的一次积层混合云飞机探测,分析发现:1.积层混合云内T在-23~-10 ℃之间,RH在90%~100%之间,LWC在0.04~0.70 g·m-3,平均ND为53.51 L-1,平均ED为270.47 μm,LWC随高度下降而上升。对流泡中平均ND为115.37 L-1,平均ED为359.69 μm,均高于层云,ND和LWC有较好的对应关系,LWC在0.07~0.53 g·m-3,平均LWC为0.28 g·m-3。周围层状云中LWC在0.06~0.50 g·m-3之间,平均LWC为0.25 g·m-3;2.积层混合云粒子谱呈现多峰型分布,峰值分别位于50 μm、400 μm和1000 μm。除6600 m外,不同高度下对流泡中云粒子浓度均高于周围层云,不同高度下对流泡和层云内粒子谱宽一致;3.积层混合云内主要以凇附增长和聚并增长机制为主,云中规则形状的冰晶较少,部分高度层存在少量的六角板状冰晶和线状粒子,大部分为聚合状冰相粒子;4.过冷水含量和粒子有效半径随高度的下降而逐渐上升。对流泡和层云中粒子图像差异明显,层云中可见六角板状冰晶,积层混合云中降水机制符合“播撒-供给”机制。

四、紧随科学家脚步,气象事业未来可期

从观云测雨到化云为雨,一代代人影人艰苦奋斗,奋勇前行,取得了丰硕的成果,一步步推动人影事业向前发展。但是,我们也深知,人工影响天气工作做为“服务型工作、研究型业务、试验型学科”,要实现从观云测雨到化云为雨,还有很长的路要走,正所谓人影路漫漫。

路漫漫其修远兮,我们也相信,在一代又一代气象科学家的指引在,新时代的气象人,必将紧随科学家脚步,弘扬科学家精神,不负韶华,勇攀高峰,为人影事业和气象高质量发展奉献力量。

我们相信,气象事业,未来可期。

(韩辉邦,青海省气象灾害防御技术中心副高级工程师。青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”计划“拔尖人才”。省局“首席气象服务专家”。中国气象局人工影响天气中心飞机技术创新团队骨干成员,青海省气象局高原人工影响天气作业潜力与条件识别关键技术研发创新团队骨干成员。主要从事云物理及高原人工增雨条件判识方面的研究,熟悉人影机载观测及地面特种观测数据应用分析。)