摘 要：云降水物理是人工影响天气的理论依据，指导着人工影响天气的具体实施过程，对人工影响天气具有十分重要的现实意义。当前我国的人工影响天气研究取得了不小的进步，众多的人工影响天气工程正在建设之中，将在我国的天气研究过程中发挥重要的作用。本文对云降水物理研究进展进行了比较详细的介绍，在此基础上，着重介绍了人工影响天气研究，并对当前的研究进行了研究思考，对从事相关工作的研究人员具有一定的借鉴意义。
关键词：云降水物理；人工影响天气；思考
中图分类号：P49 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170931058
前言
我国的人工影响天气研究始于20世纪50年代，发布了《气象工作研究12年远景规划（草案）》，由此开启了我国人工影响天气的序幕。经过多年的不断研究发展，我国在人工影响天气领域中的研究已经小有所成，尤其是21世纪初，我国面临着严重的旱灾、洪水、台风等众多恶劣天气的威胁，为了减少这些自然灾害所造成的损失，我国人工影响天气呈现快速发展势头，国家也增大了对人工影响天气研究的支持力度，人工影响天气的理论和探测研究得到快速发展。经过半个多世纪的发展，我国人工影响天气的研究取得了较快的发展，在防止和减轻气相灾害中发挥了重要的作用。
1 云降水物理研究进展
1.1 云中粒子和微物理结构
1.1.1 粒子谱
通过观测研究发现，我国南方的层状云中云滴谱较宽，浓积云中的云滴谱很宽，并伴随有第2峰值。此外，雨层云、层积云中也具有第2极大的云滴谱，双峰谱不仅在瞬时谱上出现，而且在某段时间内会连续大量出现，并且还具有一定的演变规律。当出现双峰时，同时会出现云滴谱变宽。对北方层状云的研究主要包括：层状云的云滴谱、冰晶谱、雪谱、融化层中的粒子谱以及雨滴谱。在云滴谱的Γ分布拟合中，α>5的个例占到总数的40%左右，通过研究发现α值由云层的底部向上逐渐增加。
1.1.2 大云滴
通过对大云滴的形成进行分析研究，有助于人工播撒大云滴进行催化降雨的顺利实施。大云滴主要存在于旺盛发展的浓积云和厚度在1～2km范围内的小积云之中，只有暖云中存在一定数量的大云滴才有可能形成降雨，大云滴是降雨的必要条件，但非充分条件。要想形成一定的降雨，暖云还需要满足其他的条件，例如，云中的上升气流、云中的含水量和云层的厚度等。因此，采用撒播大云滴进行人工降雨时，需要对云中的实际情况进行充分的考虑，并采取针对性的改进措施，唯有这样才能真正的实现人工降雨。
1.1.3 积云微结构模型
通过对模型的研究发现，在浓积云的水平和垂直方向上存在一定数量含水量较高或云滴浓度较大的区域，该区域与云中的对流泡具有一定的关系。
1.1.4 层状云垂直分层结构
层状云的微物理结构可以分为3个不同的层次：冰晶层、过冷水层和暖水层，这是一种“催化-供给”云的结构。冰晶层对过冷水层其到衣服那个的催化作用，是一种具有催化作用的云层；过冷水层和暖水层为高空下落的冰晶离子提供增长所必须的水分和适宜的环境，是一种具有供给作用的云层。
1.2 云中粒子增长及降水形成机制
1.2.1 云滴增长
云中的湍流和云的起伏变化规律是形成暖云降水的一个非常重要的因素，在宏观条件下受到气流场的不同影响。通过精确的计算得到，云滴浓度、湿度场的起伏变化对云滴的增大起到一定的促进作用。在云滴逐渐增长的过程中，起伏场的相关时间是一个非常重要的影响因素，而湍流加速场由于相关时间非常短，在雨滴的形成过程中所起到的作用微乎其微。通过研究新安江流域范围内积云中云滴的整个增长过程发现，在大云滴的形成过程中起主要作用的就是半径为1.5～2.5μm的巨核，巨核能够有效的减少大云滴的形成时间，但是其在平衡态凝结谱中的作用较小。
1.2.2 冰晶增长
通过对冰面扩散云室进行冰面过饱和度和不同温度条件下冰晶生长的相关研究，能够进一步获取在低冰面过饱和度情况下的定量结果，促进了对冰晶增长整个过程的研究，以及指明了冰形突变区域以及低水面过饱和区域冰晶增长过程中的特点。
1.2.3 冰雹的形成、增长
通过对冰雹进行实例模拟研究发现，当云层的冰雹形成源区中存在一定数量的霰和冻滴雹胚，通过与过冷水进行撞冻获得进一步的增长。云中的过冷水对雹胚和冰雹的形成、增长具有非常重要的影响。在冰晶—过冷水—雹胚—冰雹的整个过程中，一旦缺少过冷水的有效参与，就不会形成降雹的天气。
1.3 云和降水的发展过程
1.3.1 积云
通过对积云降水的相关研究发现，积云的整个形成过程非常的短暂，在适宜的条件下，经过十几分钟积云的厚度就会大大增长，可以达到几公里的厚度。当积云达到一定的强度后，积云的顶部就会出现砧状结构，在云的周围和云顶上，就会形成比较稳定的下沉气流。对积云的强度具有重要影响的主要是云层的结构、相对湿度和云层底部的温度。在积云形成的初期，最大上升气流的速度中心位于云层的中下部位置，随着时间的发展，速度中心逐渐上升到云层的上部区域。
1.3.2 积层混合云
呈嵌入状态的对流云和层状云组成了积层混合云，其具体的形成过程是，对流云在不断扩大的过程中，能够为周围的层状云提供充足的水分和能量供应，促进层状云的不断发展，其上升气流的速度能够保持平稳，而上升气流的面积得到不断的扩大，最终形成了积层混合云，这种类型的云能够有效的形成降水。层状云为积云的发展壮大提供了充足的外部条件，其中层状云为积云降水的形成输送了大量的云水和雨水，促进了积云降水的进一步形成。
1.3.3 层状云
通过对层状云的模拟研究发现，在层状云中的冰晶离子其增长的能量主要来自于水的凝华作用。其中，水的凝华作用主要来自层状云混合层中部的位置，该区域中的冰面过饱和度相对较高，有利于水滴的不断凝華，并且暖层的厚度越大对水滴的凝华作用越有利。通过计算可以得到这3层对降水影响程度的大小，由高到低依次是暖层（58%）、混合层（35.5%）、冰晶层（6.5%），由此可见，混合层和暖层对降雨强度具有决定性的影响。
2 人工影响天气研究
2.1 冰雹云物理和人工防雹研究
2.1.1 雷达识别冰雹云的方法
雷达在进行冰雹云的识别过程中，主要是对雷达的回波形状、尺度、强度、结构、移动以及形成特征等进行有效的统计分析，进而对冰雹进行有效的识别，其识别冰雹的正确率可以达到85%，具有良好的实际应用价值。
2.1.2 冰雹云分类
冰雹云根据冰雹强度的不同可以分为：强单体雹云、弱单体雹云、传播雹云和多单体雹云4种不同的类型。
2.1.3 催化防雹机制
进行人工催化防雹的重点部位就是源区，因为源区为雹胚的形成提供了适宜的条件。通过催化作用后，源区内冰晶的数量迅速增加，进而导致雹胚的数量增加。因此，形成的雹胚平均直径较小，最終能够向冰雹进行转化的比例也较小，进而最大限度的降低冰雹的总质量、平均直径以及总数量，从而避免冰雹灾害的发生。
2.2 人工增雨理论研究
2.2.1 暖云人工增雨
通过相关研究表明，对流性暖云实施人工降雨的过程中，盐粉的实际撒播效率和降水效果主要受到盐粉的撒播位置和盐粉颗粒大小的影响。在实际的人工增雨过程中，要充分考虑云层的厚度、含水量、上升气流以及云层的生命时间等因素，进而制定出契合实际要求的盐粉撒播方式。
2.2.2 人工增温影响积云
相关的研究表明，通过对积云进行人工增温，能够对积云的宏观动力过程造成显著的影响。对积云实施人工增温后，积云中的浮力、上升气流和含水量均发生不同程度的增加，进而强化了积云的整个发展过程，而且人工增温的范围和强度越大，对积云所造成的影响也越大。
2.2.3 人工增雨潜力及其评估
通过相关研究发现，云中的过冷水含量越多越有利于人工增雨的实现。人工增雨过程中的水分主要有2个来源：水-冰的转化水；汽-冰的转化水。
2.2.4 人工催化影响降水机制
人工冰晶不仅通过贝吉龙过程将过冷水转变为降雨，而且还能促使部分的冰面过饱和水汽转变为降雨，水的凝华过程中释放出大量的热量导致积云中局部的温度升高，进而进一步促进了降雨的发生。液态CO2是一种新型催化剂，采用其进行增雨的过程中，人工进行引晶后，云中的冰晶浓度和雨滴直径有了明显的增加，云中的过冷水减少。进行人工引晶区域的最大回波强度增加，强回波区的面积扩大，降水增加。
3 研究思考
虽然我国在云降水物理和人工影响天气的研究上获得了不小的发展，但是还存在一些薄弱的环节，人工影响天气的科学技术研究水平远远不能适应预防和减轻气象灾害的需要。因此，还需要继续加强对人工影响天气理论和技术进行研究，可以从以下几方面进行有针对性的改善。
云降水物理是进行人工影响天气研究的理论基础，而人工影响天气是云降水物理的一个具体的应用领域。为了进一步提高研究的科学性，就需要对与云降水物理的理论进行更加深入的研究。
加强人工影响天气核心技术的研究，为人工增雨的顺利实施提供可靠的技术保障。在实际的增雨过程中，要对催化作业的积云和其增雨潜力进行系统全面的评估，进而优选出最适宜进行人工增雨的积云，从而确保人工增雨的顺利实施。
对进行人工增雨的地区，开展云中微物理条件的普查性研究，进而对我国的人工增雨地区的积云状况进行有效的掌握，从而为人工增雨的实施提供资料支持。
4 结语
我国在云降水物理和人工影响天气方面进行了大量的深入研究和试验，这就大大的促进了数值云模式和中尺度模式的模拟研究水平的不断提高，在云和降水物理过程和降水机制研究、云的微物理结构、云水资源和人工增雨潜力评估、催化条件预测、催化剂和催化技术等方面取得了显著进展。本文对云降水物理研究进展和人工影响天气研究进行了比较系统的介绍，在此基础上，进行了相关研究的思考，对从事云降水物理和人工影响天气研究的技术人员具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]贺洪军，何洋，张宪冬，等.基于云降水物理的人工影响天气技术探究[J]. 科技视界，2016（01）：92.
[2]楼小凤，师宇，李集明.云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用[J].气象科技进展，2016（03）：75-82.
[3]冯宏芳，林长城，许金洪，等.福建省人工影响天气学科发展研究报告[J]. 海峡科学，2016（01）：15-24.
[4]吴香华.人工增雨效果的统计检验研究—基于现代统计方法[D]. 南京：南京信息工程大学， 2014.
[5]何晖， 高茜， 刘香娥， 等. 积层混合云结构特征及降水机理的个例模拟研究[J]. 大气科学，2015（02）：315-328.
[6]许焕斌， 尹金方. 关于发展人工影响天气数值模式的一些问题[J]. 气象学报，2017（01）：57-66.
[7]贺永全. 海东市人工影响天气工作的现状与思考[J]. 青海农林科技， 2016（03）：49-52.
[8]刘怀远. 云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用[J]. 低碳世界， 2016（17）：267-268.
作者简介：张兰英（1988-），女，四川省资阳人，本科，毕业于成都信息工程大学，助理工程师，研究方向：大气物理与大气环境专业。