摘要：在现有的基于大气水资源利用的应用和研究基础上，人工影响天气技术还应该开展基于影响辐射的应用和研究。大气基本功能之一是对辐射的反射和散射，调整大气白天和晚上对辐射的作用，可以影响局部温度。白天增加大气对辐射的散射和反射并在晚上减少大气对辐射的散射，就可以降低地表温度。如白天布云晚上散云可以治理夏季城市高温，达到节能和提高生活质量的经济效益。人影技术应用于城市高温治理的模式，应该是上午布云减少白天太阳对地面的辐射，傍晚散云增加晚上地表对外空的红外净辐射。以人工增雨技术散云还有助于减少城市空气污染。人工布云散云技术还可以应用于农业，应用于增加对农作物日照，预防霜冻，预防倒春寒和秋绵雨等灾害。

 

On the Modification of Cloudiness and its Application to Reduce Summer Urban Temperature

 

Abstract: In addition to exploit the water resource in the atmosphere, the research of artificial weather modification should also consider how to modify the radiation between earth surface and the space, the author suggested.  The atmosphere protects ecosystem by modulate the radiation the earth exposed, which reduces the radiation from the Sun at daytime, and the radiation to the space from the surface of the Earth at night. Because of this, modification of optical thickness of the atmosphere can affect the temperature of the earth surface. One way to modify the optical thickness of the atmosphere is formation or elimination of clouds. For example, forming clouds at day and eliminating clouds at night can reduce the urban temperature, which save energy for air conditioning and improve the living condition of urban residents. Based on modification of optical thickness of the atmosphere, artificial modification of weather can also be used on agriculture such as increasing sunlight for increasing crops yield and as proven frost to reduce damage. 

 

Key Words: Artificial modification of weather, Clouds formation, Clouds elimination, Urban high temperature, Sunlight, frost. 

 

1、                     基于影响辐射的人工影响天气研究和应用

今天的人工影响天气的研究已经进入了可以产生经济效益的实际应用阶段[i]。人影技术在中国有着广泛的应用，其中最成熟的、应用最多的两个技术是增雨和防雹。人影技术在国外也开始进入商业运作阶段[ii]。现在的应用人影技术的动机主要是两个，其一是大气水资源的利用，也增雨为代表，另一个是灾害的应急防治，如消雹，增雨缓解旱灾、增雨灭山火、机场消雾等。现在的人影技术基本是基于影响降水的研究和应用，如果这些研究和应用同时考虑人影技术对地面与天空的辐射的影响，那么就可以进一步扩展人影技术的研究和应用范围。

 

大气层对于地球生物圈至关重要，其因素之一就是保护生物免遭强烈宇宙辐射，缩小日夜温差。而大气层对辐射的散射或透明度，与天空中水滴大小密切相关。影响大气层中微粒的分布以及水分子密度和水滴尺寸，就可以增加或减少大气对辐射的散射，影响局部天气。所以，人影研究和应用除了基于利用大气水资源外，还应该基于影响地空辐射。全球气候系统是基本是一个水和能量循环的系统，而能量主要是太阳能的辐照，云层对辐射的影响是气候形成的重要因素之一[iii]。基于降水的人影技术应用的困难就在于对气候的依赖性，如干旱地区气候本来就是大气缺水，降水思路的人影技术就成了无米之炊[iv]。增雨要等待天上合适的物理条件的形成，限制了人影技术的可应用的机会。如果考虑到云层和大气水汽白天对太阳辐射的影响，以及晚上对地面往太空红外辐射的反射和散射作用[v]，那么人影技术不限制在可以增雨的条件下实施，而且能应用到可以布云和消云的条件下实施，从而扩大了人影技术的研究和应用范围。影响云在白天和晚上的分布，可以影响地面与太空辐射强度，进而影响地面温度，影响局部天气。

 

就现在人影研究成果来看，技术上影响云层分布从而影响地面与空间之间的辐射是可能的。人影技术有消云技术也有布云技术[vi]。人影技术中的增雨技术往往有消云效果，布云技术与增雨技术在原理上是关联的，它们都是通过控制空中云层凝聚核的多少和颗粒分布来实现[vii]。布云的一个潜在的应用是在傍晚布云，让夜间的云阻挡地面对太空的红外辐射[viii]，增强大气夜间的温室效应，防止地面温度剧降，防止农作物打霜，达到防灾消灾的目的。有时人影技术的同一操作可以兼顾水资源利用和影响辐射两种效果。例如，为农业增产的人工增雨操作，如果同时考虑辐射的效果，就可以尽可能在清晨降雨，因为降雨有消云作用，清晨降雨可以减少白天的云，增加白天太阳对农作物的日照。增加农作物日照的应用之一，可以是减少长期阴天对菜农的和城市蔬菜供应的影响。

 

基于影响辐射的人影技应用大致可以归结为四种方法：A、清晨布云以减少白天太阳对地面的辐照，降低地面温度；B、清晨散云增加白天太阳辐照，增加农作物产量，提高地面温度；C、傍晚布云减少晚上地面对空间的净辐射，提高地面温度；D、傍晚消云增加晚上地面对太空的净辐射，降低地面温度。

 

2、                     以人影技术治理城市热岛效应的设想

 

2.1、治理城市热岛效应的经济效益

人影技术的农业应用的经济效应比较好计算。如增雨与增产的关联，消灾保护的农产品价值等。城市热岛效应的治理，也可以分为两部分经济效益。一是节能，尤其是夏天城市高温，往往导致用电紧张。城市夏天室内空调降温，加剧了城市热岛效应，因为室内空调用电的会导致室外温度的增加，毕竟所有城市耗电最终都转变成热能。这也是夏季城市高温每每造成电网跳闸现象的原因，因为这是一个居民行为与城市局部天气的正反馈过程：天热开空调，空调运转耗电使得城市更热，室外更热使得耗电更高，一旦进入这个正反馈过程，电网用到极限是必然的现象。如果人影技术用于城市可以防止城市进入耗电空调和局部升温温度的正反馈循环，就可以产生显著的节能经济效益。

 

治理城市热岛效应的另一个经济效益，就是城市人口生活质量和健康。城镇化是伴随着现代化进程一个现象。全世界48％的人口生活在城镇，发达国家77％人口生活在城镇，发展中国家41％人口生活在城镇[ix]。伴随着中国经济发展，城镇化过程也在加速。1953年中国城镇人口7千7百万，占全国人口的13.26%[x]。2000年中国城镇人口4亿5千多万，占全国人口的36.09%[xi]。2005年中国城镇人口5亿6千多万，占全国人口42.99％[xii]。如果全国1亿4千多万的流动人口有一半时间生活在城镇，则实际生活在城镇的人口还要更高。由于城市人口密度高，提供一个舒适的城市局部气候可以大大提高许多的人口的生活质量，降低城市居民卫生保健成本。

 

城镇建设和城镇人口的增加影响了局部天气，那就是城市热岛现象。上个世纪中气象学界就已经观测到显著的城市热岛现象[xiii]。城市热岛效应使得城市温度比农村温度在冬天平均高出1°C左右，在夏天平均高出2－3°C，有时能高出5°C[xiv]。如果人影技术能将城市夏天降温3－5°C，冬天升温3－5°C，就能够产生显著的节能和提高生活质量的经济效果。

 

对于昆明、贵阳这类城市，如果夏天消除热岛效益而使得温度降低3－5°C，冬天强化热岛效益而升高3－5°C，则城市就是名副其实的春城，居民可以不用取暖和空调设施，不但节能，而且降低生活成本，提高生活质量，其经济效益直接反映到生活质量上。

2.2人工影响城市天气与城市空气污染治理

大体来说，人影技术治理城市天气，就是夏天减弱热岛效应，冬天加强热岛效应。减弱热岛效应就是清晨布云减少白天日照，傍晚散云增加晚上地面对外空的红外净辐射。加强热岛效应就是清晨消云增加白天日照，傍晚布云减少地面对外空的红外净辐射。其中白天布云消云作用特别显著，那就是尺寸合适的云层对阳光形成全发射，大大降低外空对地面的净辐射。所谓散云，严格来讲应该是增加大气对辐射的透明度。以对辐射的影响来考虑散云效果，则降雨最佳，因为降雨减少了天空中的水气，同时洗净空中的散射微粒和其它水容性气体，如二氧化碳、二氧化硫等污染气体。这些污染气体融入水滴中造成酸雨，破坏土壤植被，让酸雨降到市内比降到有植被的地方对环境有更好的保护作用。

 

然而，城市布云消云有其特殊的地方，那就是由于城市空气污染，大气中已经有许多云凝聚核。城市热岛效应的形成因素很多，如绿化的减少，水的地下渗流减少，建筑物采光采暖不合理等。但是，其中一个因素就是城市上空微粒增加，使得水滴凝聚核过多，水滴太小，减少了城市降雨。如果说人影技术是人有意识地影响天气的话，那么城市热岛效应就是人无意识地影响天气。由于这个因素，使得城市人影技术的应用更加复杂，因为除了气候条件外，还有人为因素影响。为此，人影技术治理城市热岛效应，要与城市空气污染治理一起综合考虑。

 

所以，应急救灾模式地应用人影技术治理夏季城市高温可能会非常困难，而做为治理城市空气污染的一部分，人影技术防止夏季城市高温有可能更容易出成效，因为这样可以从冬天的清晨降雨一直延续下来，充分利用降雨清洗城市上空的微粒和污染气体的作用，使得城市上空凝聚核的分布纳入人影可控制的范围之内。

 

3、         基于影响辐射的人影技术的一些可能的应用研究方向

布云技术目前还仅仅限于军事应用，这限制了发展布云技术的资金投入，如果有了基于影响云层分布的人影技术应用有民用经济价值，布云和消云技术就可以有更快的发展。

3.1 选择合适的试验地点

中国地形复杂，局部气候也复杂，这对人影技术的研究是个优势。这个优势可以分为两个，一是选择气候条件比较合适人影技术的地方先行试验布云消云的效果，这可以降低试验成本；二是选择实际经济效益大的区域来试验，例如从生活质量来说，东北冬天降温几度没什么显著效果，但在云贵高原冬天降几度就有显著经济效益。

3.2选择经济效益多样化的试验

同样是布云消云试验，可以应用于许多不同的经济目的。如可以控制城市夏季高温。可以应用于农业防霜降、防春寒、防秋绵雨等灾害。可以增加农作物生长关键期的日照。可以配合集水包水工程在水库白天布云晚上消云，降低水温，减少库水蒸发，将库区增雨与库区夜间消云结合起来统筹考虑。

3.3 缺水天气的人影技术研究

虽然布云散云是基于影响辐射的主要人影技术，但是基于影响辐射的应用研究可以不限于大气中的水汽。大气中的其它气体，尤其是人类活动释放的温室效益气体，也可以在高空凝聚影响辐射。如二氧化碳凝聚成冰晶直接反射阳光[xv]。换言之，就是能够影响大气对辐照的透明度的技术，并利用昼间是外空对地面的辐射为主、夜间是地面对外空辐射为主这一现象，影响昼间和夜间的大气对辐射的作用，即可达到影响局部温度的目的。这个研究可以把人影技术应用到如沙漠地带的缺水地区的集水保水、绿化植被等应用。

3.4 现有技术治理城市高温

据报道已经有城市尝试过用人工降雨缓解城市高温。根据本文分析，城市降雨消暑应该避免在白天进行，而应该选择在入夜进行。而且不要等到城市进入高温后才救灾降雨，而是一有可行条件就在夜间降雨，洗净污染空气，预防城市高温的积累，节余空调用电。同时可以从城市夜间降雨的经验中，积累数据，验证夜间散云对城市热岛治理的效果。按照增强夜晚地面对空间辐射的原则，城市也可以根据高层建筑和地形，布置人工喷雨网点，傍晚喷雨消除接近地面的霾雾和粉尘，这种物理操作不受天气条件限制，低成本改善城市空气质量，最大限度地发挥撒水降温效益。应该鼓励住宅小区自己在楼顶安装人工喷雨装置，傍晚降温并净化。

结论

基于影响辐射的人影技应用大致可以归结为四种方法：A、清晨布云以减少白天太阳对地面的辐照，降低地面温度；B、清晨散云增加白天太阳辐照，增加农作物产量，提高地面温度；C、傍晚布云减少晚上地面对空间的净辐射，提高地面温度；D、傍晚消云增加晚上地面对太空的净辐射，降低地面温度。

 

基于以布云消云技术影响辐射的应用研究，对于城市高温治理和农业防灾增产都有广泛的前景。而且，对于中国多灾农业气候和经济发展带来的城镇化环境恶化，都有迫切的需要。该文对基于影响辐射的人影技术作了初步的探讨，其实际可行性有待进一步的研究。

参考文献：