“七上八下”,8月北京天气多变,为了北京奥运会开闭幕式“鸟巢”上空无雨,气象工作者通过不懈努力,成功地进行人工消(减)雨作业。
气象科技支撑人工影响天气工作
我国气象部门从1958年起开展人工影响天气研究工作以来,至今已经50年了,期间对于北方干旱缺水的地区,组织开展了人工增雨、防雹作业试验。几十年来,随着科学技术的发展进步,取得了许多成果,作业规模具世界前列。近年里我国人工影响天气工作部门依托气象现代化业务系统,建设和健全了能够进行天气监测、气象信息传输、分析判断、指挥作业和进行客观评价的人工影响天气指挥系统。在人工影响天气工作中做到指挥科学化、组织管理规范化、效果评价客观化。
今年我国发射了风云三号A星,加上北京周边8部多普勒天气雷达、建成的186个多要素自动气象站、28个GPS/MET水汽观测和4部风廓线雷达等建成并投入使用,以具有综合观测和指挥功能的气象服务车为首,由X波段移动雷达车、边界层观测移动车、环境观测车组成了移动综合观测系统,构成的高时空分辨率的覆盖北京市城郊及周边地区的综合气象观测系统,形成了为北京奥运会精细预报服务提供气象监测和预报预警服务能力,可以准确及时连续地捕捉云雨的发展和消亡变化。充分利用北京地区奥运气象服务的天气监测和预报预警科研成果,通过气象卫星、天气雷达、闪电定位仪、自动气象站等迅速得到实时的天气变化资料,都为人工消(减)雨提供了高科技监测和指挥信息以及气象数据支持,提高了人工影响天气作业的时效和科技水平。
气象部门通过对奥运会期间北京气候资料做了详细分析,8月8日开幕式和24日闭幕式的降水概率分别为47%和25%。也就是说,这两个日子里会有近一半和1/4的降雨可能性。开闭幕式上准备了许多精彩节目,有80多个国家的首脑和政府要人参加,加上国际奥委会官员、204个国家和地区的体育官员以及运动员、各国观众共计有11万余人集中在鸟巢。如果下雨,不仅要淋湿各国来宾,浇坏节目道具和演员服饰、摄像器材等,还会使得表演节目质量大打折扣,甚至取消,从而带来巨大的影响和损失。为使开闭幕式顺利进行,气象科技人员把人工消(减)雨实验与实战作为奥运会应急保障措施,一旦出现降雨天气即启动实施人工消(减)雨作业方案,为“鸟巢”顺利举行奥运会开闭幕式保驾护航。为了这个目标,他们已经做了7年的人工影响天气科研和外场实验。并且在研究与试验的基础上,制定了《2008年夏季奥运会开、闭幕式人工消(减)雨作业实施方案》,使人工消(减)雨任务有了详细的方案和实施预案。
北京市政府牵头成立了人工消(减)雨协作机构,在部队、公安、武警、民航等部门的支持配合下,调动精干技术力量,按照《北京2008年奥运会开(闭)幕式人工消云减雨方案》,先后在北京、天津、河北等地部署10架飞机、163部火箭发射架,从北京上游地区到京郊不同地区和距离外围布设火箭,沿线依次形成了为奥运会开幕式人工消(减)雨的3道人工消云减雨防线。期间中国气象局精心组织,周密部署,有关部门密切配合,为保障奥运会开闭幕式顺利进行采取了监测天气变化到预报服务以及人工消(减)雨等各种手段,特别是人工影响天气作业采取超常规措施,指挥调度通信等环节一路畅通,圆满完成了北京奥运会气象应急保障服务工作。
什么是人工消(减)雨
人工影响天气是一门气象科学领域的分支,是在一定的有利天气时机和条件下,通过人工催化的科技手段,对局部大气中云雨的微物理过程施加人为影响,从而改变云降水的发展过程,达到减轻或避免气象灾害的一种措施。目前开展的人工影响天气作业或试验主要有人工防雹、人工增雨、人工消雾等。采取的作业手段主要有飞机在云层里播撒催化剂,地面发射人工增雨火箭弹和三七高射炮发射带催化剂的炮弹轰击云雨等,利用现代化手段对自然天气过程实施人工影响,使之趋利避害,为国民经济建设服务。
人工影响天气作业,简单地说,就是向局部云体内适量引入凝结核或成冰核,产生大量的冰晶,迅速形成更多的水滴或冰粒,这些成冰核在云层里不断吸食和夺取水汽并长大形成极小的水滴,在下落过程中又不停地捕获小水滴并增长,在当地或周边地区降雨,形成人工增雨。其中人工增雨是对有利于下雨或正在下雨的云层施加人工影响,以增加降水量,解除旱情。人工增雨早已经成为我国为农业抗旱、水库蓄水的一种重要手段,同时人工消(减)雨也逐渐引起公众和科学界的重视。
人工消(减)雨作业的原理和催化技术与增雨相似,但目的却相反,是一个技术更加复杂和难度很大的工作,主要是在影响本地的降水云系或云雨移动的上游地区及上风方进行一定规模的连续催化作业,以改变自然云的降水状态或路径,抑制云和降水的发展,延缓、减弱降水过程,在局部区域改变降水强度和抑制扩散。人工消云减雨采用的方法主要包括提前降水、过量播撒和云内引发动力下沉,而实际进行人工消云减雨作业时,一般是上述技术方法的综合应用。通俗讲就是拦截住云雨,使得降雨提前在当地降落,或是迎头沿着云雨移动方向进行作业,打云头或过量催化,使得云雨在移动过程中减弱,由于人工催化改变了云层内部的微物理结构,使得云层提前消耗过量的能量和水汽,或促使云滴合并造成下沉气流,抑制云和降雨的发展,以达到消(减)雨的目的。这需要严谨科学的设计方案和畅通的指挥,掌握有效的作业时间和运用高超的科技手段,作为一项复杂的系统工程,涉及多学科、多领域的协作,也是一项具有较高科学技术含量的试验,目前尚存在许多科学问题有待进一步探索研究和解决。准确的天气预测预报、对云体条件的识别、作业手段的选择、在云体哪个部位作业等都是人工消云减雨作业成功的关键环节,此外,还要看风向、水汽、温湿度、地形和地貌等环境条件。
“鸟巢”今夜无雨
8月8日早晨,京郊密云和怀柔等地区出现了降水,气象雷达匀速扫描运转,人员坚守岗位,飞机在机场待命,火箭指向云天。中午前作业综合组向北空航管中心报送飞机作业计划,被批准后即向飞机保障小组发布了飞机作业保障指令,机场上4架“银燕”腾空而起,执行云物理探测飞行和飞机消(减)雨方案。
中午夏延-ⅢA飞机和运-12飞机相继起飞,到北京周边进行云物理探测任务,取得了一批宝贵的云水分布资料。另外两架运-8飞机分别于14时45分—16时25分穿梭在北京西北部和西部上游地区,针对降雨云层播撒了作业催化剂。14时15分,北京市人工影响天气中心向北京、天津、河北所属各人工影响天气作业分指挥中心发布了地面火箭人工消(减)雨实战保障指令,作业人员在各自的作业区按照命令准备作业。
16时08分指挥组根据降水云团的发展情况,向西北、正西和西南三个方向作业区域的相关作业分指挥中心下达人工消(减)雨作业命令:“现在通知××区、××区开始作业,连续作业。”随着一枚枚火箭升空,开始了人工消云减雨战斗。
北京西边和西南的降雨云团向北京移来,“报告,××Q区连打3次,每次9枚,作业完毕。”“××区,作业完毕”,随着电台的呼叫声,各作业分指挥中心组织辖区内作业点分秒必争实施着作业。
16时45分,北京市委常委牛有成在会商室通过视频向郭金龙市长和吉林副市长报告天气情况:“西部门头沟在下雨,我们有信心,把雨留在北京境内,请市长放心。”许小峰:“请郭市长放心,我们已经在作业,一定会把降雨拦住。”
17时谢璞局长请预报员把视频信号切换到鸟巢的应急保障车,现场值班气象员向后方发来气象信息:感觉低云多,雾气大一些,温度33℃,相对湿度55%,偏南风2-3米/秒,气压999百帕。“要向组委会每小时传一次天气情况,半小时给气象台和声像中心传一次。”
牛有成看到卫星云图上一块块小云泡时,不时寻问云团的移动方向和距离,向大家鼓劲:“刘淇书记来电话,他也看见回波了,正准备出发去鸟巢,咱们今天晚上能够把雨控制住,就是最大的成功。”
19时24分,谢璞看到雷达图像上降雨区在发展十分着急:“冲着我们来了。”“北京西南为主有一块,东北有一块,把它打散歼灭。” 许小峰手指着屏幕云团图像命令。
20时30分,降雨云团从东北和西南影响北京郊区,离城区最近的五棵松地区也下雨了,密云县出现雷击,人工影响天气指挥中心的气氛十分紧张,北京和河北的人工消(减)雨作业在继续。
21时35分,西南方向的云团在向东北推进,雨临城外,快要进城了。气象台随即发布了雷电黄色预警。会商室中外气象专家都认为,降雨一个半小时内会影响到鸟巢,人们的心都提到了嗓子眼。
“××区,继续作业。”“××区已经作业完毕。”“加密射击。”“火箭弹够吗?”电台呼叫声,电话铃声此起彼伏。“坚持下去就是胜利!就是圆满!把云团阻止拦截在北京城外,绝不能让鸟巢下雨,这就体现了科技特色,就是高水平。”牛有成鼓励大家要严谨科学地指挥和作业。
到22时40分,经过了20轮次的地面火箭大规模人工消(减)雨作业,雷达图上云团在城区以外分成两团,气象专家经过会商判断,鸟巢不会下雨。
入场式阶段,离鸟巢最近的海淀区也开始下雨——不过不必担心,由于实施了作业,使可能来临的“急风骤雨”化成了“小雨点”,鸟巢上空“安然无雨”——入场运动员欢笑悠然,奥林匹克会旗与五星红旗辉映,圣火激情点燃……
23时30分,全部作业按照方案结束,气象部门发射地面火箭1100余枚。
同样在闭幕式当天下午,天气雷达观测发现,在“鸟巢”正西、西北和东北方向突然发展出3块对流降水云团,并可能在闭幕式期间影响“鸟巢”。为此,北京人工影响天气指挥中心又立即启动人工消云减雨应急预案,组织指挥北京和河北区域的人工影响天气部门开展地面火箭作业和飞机作业,当天启用11架次飞机,进行9轮地面作业,发射火箭弹241枚,向云中播撒的大量催化剂,又一次把降雨阻拦在北京城外,保证了“鸟巢”在闭幕式活动结束前没有出现任何降水,“人努力,天帮忙”,是继8月8日奥运会开幕式成功进行人工消云减雨保障后又一次成功的尝试。