按照雾滴粒子的相态和环境温度可将雾分为:暖雾、冷雾和冰雾。环境温度高于0℃的雾为暖雾;环境温度低于0℃,并且大部分雾滴由液态水滴组成的是冷雾;全部由冰晶粒子组成的称为冰雾,大多出现在高寒或高海拔地区。针对不同性质的雾,可采取不同的技术手段减轻雾对能见度的影响。
人工消雾
采用人工干预方法在局部范围内削弱雾的浓度,减轻雾对能见度影响的措施。
- 英文名称
- artificial fog dispersal
- 所属学科
- 大气科学
人工消除雾的应用方面,美国埃尔门多夫空军基地1968~1972年三个冬季采用雾情研究和消雾作业(FIDO)保障飞机起降,1984年南斯拉夫冬奥会期间也采用喷射液态丙烷消雾作业,1987年苏联在多个机场采用液态氮进行人工消雾试验。中国庐山云雾实验站1972年也开展人工燃烧碘化银(AgI)消过冷雾试验,1990年还进行了超声气流人工消过冷雾试验,北京市气象局1994年在昌平沙河机场、1995年在高速公路、1997年在首都国际机场分别进行了液氮人工消雾试验,陕西省气象局2010年在西安咸阳机场进行了液态二氧化碳(CO2)人工消雾试验,取得了一定的消雾效果。在消暖雾方面,20世纪30年代,美国就采用氯化钙(CaCl)吸湿性颗粒进行消雾试验;40年代,欧洲机场采用燃烧法消雾以保障飞机起降,法国奥利机场沿跑道采用燃烧天然气消雾取得成功;50~70年代,中国气象工作者在庐山、长白山、上海苏皖地区和福建、四川等地开展过人工消暖雾工作。1984年,中国空军在北京西郊机场开展了直升机雾顶缓慢移动利用下泄气流搅拌消雾试验有一定改善能见度作用。1987年,中国气象科学院在成都双流机场采用单台飞机喷气发动机消雾试验取得成功。空军气象学院1998年在北京南苑机场进行了涡喷发动机改装消雾车试验,并测试了单台、双台和四台消雾车的热力动力场。2009年,中国空军在唐山机场进行了20台消雾车试验,取得一定的消雾效果。
形成雾的要素是充足的水汽和环境湿度达到饱和状态。消除雾核心原理是降低大气环境的相对湿度或者降低水汽含量。在无法改变实际水汽压情况下可以通过提高饱和水汽压方式来降低相对湿度。饱和水汽压仅仅是热力学温度的函数,因此可以通过提高环境温度和降低水汽含量方法消雾,核心是消除形成雾的热力条件。比如,直接加热空气提高饱和水汽压促使雾滴粒子蒸发;或者通过动力混合干空气进入雾区降低水汽含量的扰动混合消雾,即使用直升机雾顶上悬停或慢飞,将雾顶以上较干燥的空气掺入雾中与之混合,使雾滴蒸发,从而使能见度得到改善。这两种方法冷雾、暖雾都适用但需要消耗大量能量。
人工消雾效率较高的是人工消除冷雾。冷雾中的过冷水滴尺度很小(10微米)而悬浮于近地层空气中。与人工影响冷云降水静力催化原理相似,如果在冷雾中播撒人工冰核,能够促使液态雾滴向冰晶转化,或直接播撒致冷剂引起同质核化形成大量冰晶,冰晶更加容易吸收凝华水汽增长到大粒子。随着冰晶的增长,小的液态雾滴粒子逐渐蒸发消亡,雾滴粒子总的数浓度减小而平均直径增大,能够改善雾中能见度。由于冰晶的非各向同性增长,尺度增大到50微米以上就逐渐下落沉降到地面,继续减小雾中粒子数浓度,会进一步提高大气光学视程,使能见度得到显著的改善。通过该原理消雾的可靠性较高,这类方法已经得到多次实验的证实,起效较快,在国内外均有应用。
人工消除暖雾只能采用直接加热空气以提高环境饱和水气压,相应也就减小了雾中的相对湿度,促使雾滴蒸发降低雾滴数浓度;或采用直升机在雾顶悬停慢速移动,利用下泄气流进行动力搅拌,将雾顶上方相对干燥空气混合到雾中以减小雾中的相对湿度,促使雾滴蒸发提高大气光学视程。人工消暖雾方法能效比较低,正在试验采用吸湿性核消暖雾方法。高寒地区的冰雾尚无人工干预。
常用的消雾催化剂人工冰核有AgI焰剂,致冷剂有液态氮、液态或固态CO2等。吸湿性核焰剂成分比较复杂,只要有吸湿作用成分都可以作为催化剂。
加热法消除暖雾效果显著,但需要消耗大量燃料。可以临时应急而不宜长时间大规模使用。播撒冰核或致冷剂方式消除冷雾的效率较高,但仍然存在作用范围小、持续时间较短的瓶颈,也没有得到广泛应用。
从科技水平看,在短期内人工消雾作业技术很难得到大范围持续应用。随着各种新技术的发展和应用,人工消雾的效果将会改进。