人工降雨的科學(xué)原理

人工降雨的科學(xué)原理人工降雨的科學(xué)原理云是由水汽凝結(jié)而成；而云的厚度以及高度通常由云中水汽含量的多寡以及凝結(jié)核的數(shù)量、云內(nèi)的溫度所決定。一般來說，云中的水汽膠性狀態(tài)比較穩(wěn)定，不易產(chǎn)生降水，而人工增雨就是要破壞這種膠性穩(wěn)定狀態(tài)。通常的人工降雨就是通過一定的手段在云霧厚度比較大的中低云系中播散催化劑（碘化銀）從而達到降雨目的。一是增加云中的凝結(jié)核數(shù)量，有利水汽粒子的碰并增大；二是改變云中的溫度，有利擾動并產(chǎn)生對流。而云中的擾動及對流的產(chǎn)生，將更加有利于水汽的碰并增大，當空氣中的上升氣流承受不住水汽粒子的飄浮時，便產(chǎn)生了降雨。降雨的形成在云塊中，隨著空氣中水汽的不斷補充，過飽和的水汽繼續(xù)不斷地在云滴上凝結(jié)和凝華，使云滴繼續(xù)增大，當增大到一定程度，由于重力作用，云滴開始下落，在下落過程中，大的云滴下降速度快，小的云滴下降速度慢，因此大的云滴會趕上小的云滴，合并成更大的云滴，如此下去，云滴就象滾雪球一樣越聚越大，最終落向地面，成為雨滴。在夏季晴朗的日子里，當某地區(qū)存在暖濕時，便會產(chǎn)生對流運動。暖濕氣流從地面升起，因絕熱達到過飽和而凝結(jié)成云。在下降氣流控制的地方，空氣絕熱增溫，空氣相對溫度較小，云無法產(chǎn)生，于是便形成了一朵朵的頂部凸出、底部平坦像饅頭一樣的淡積云，若對流繼續(xù)發(fā)展，由于上升氣流的中部比周圍強，于是便形成了象山巒或?qū)毸菢拥臐夥e云和更加寵大的猶如巍巍高山的積雨云了。專家解釋人工降雨的形成有兩個必要條件，一個是當?shù)靥炜罩袚碛兴^豐厚的云層，第二個是大氣環(huán)流的走向。而這兩個條件都需要有精確的實時氣象資料。專家還否認了人工降雨會造成災(zāi)害性天氣的說法，專家認為，人工降雨的原理是人為地把云層中的水汽迫降成雨，水汽本身就不豐厚，造成暴雨的幾率很小。把天上的水實實在在地降到地面上來，不讓它白白跑過去，這就是人工降雨，但更為科學(xué)的稱謂是人工增雨，有空中、地面作業(yè)兩種方法?？罩凶鳂I(yè)是用飛機云中播撒催化劑。地面作業(yè)是利用高炮、火箭從地面上發(fā)射。炮彈在云中爆炸，把炮彈中的碘化銀燃成煙劑撒在云中?；鸺诘竭_云中高度以后，碘化銀劑開始點燃，隨著火箭的飛行，沿途拉煙播撒。飛機作業(yè)一般選擇穩(wěn)定性天氣，才能確保安全。一般高炮、火箭作業(yè)較為廣泛。碘化銀在人工降雨中所起的作用在氣象學(xué)上稱作冷云催化。碘化銀只要受熱后就會在空氣中形成極多極細（只有頭發(fā)直徑的百分之一到千分之一）的碘化銀粒子。1g碘化銀可以形成幾十萬億個微粒。這些微粒會隨氣流運動進入云中，在冷云中產(chǎn)生幾萬億到上百億個冰晶。因此，用碘化銀催化降雨不需飛機，設(shè)備簡單、用量很少，費用低廉，可以大面積推廣。除了人工降水（雨、雪）外，碘化銀還可以用于人工消云霧、消閃電、肖U弱臺風(fēng)、抑制冰雹等。人工降雨要在云富含水汽情況下進行。［編輯本段］人工降雨的條件人工降雨是要有充分的條件的。一般自然降水的產(chǎn)生，不僅需要一定的宏觀天氣條件，還需要滿足云中的微物理條件，比如：0°c以上的暖云中要有大水滴；oc以下的冷云中要有冰晶，沒有這個條件，天氣形勢再好，云層條件再好，也不會下雨。然而，在自然的情況下，這種微物理條件有時就不具備；有時雖然具備但又不夠充分。前者根本不會產(chǎn)生降水；后者則降雨很少。此時，如果人工向云中播撒人工冰核，使云中產(chǎn)生凝結(jié)或凝華的冰水轉(zhuǎn)化過程，再借助水滴的自然碰并過程，就能使降雨產(chǎn)生或使雨量加大。催化劑在云中起的作用，打個不太確切的比方說，就好像是鹽鹵點豆腐，使本來不會產(chǎn)生的降水得以產(chǎn)生，已經(jīng)產(chǎn)生的降水強度增大。［編輯本段］人工降雨對人無害人工降雨的原理是讓積雨云中的水滴體積變大掉落下來，高炮人工降雨就是將含有碘化銀的炮彈打入有大量積雨云的4000至5000米高空，碘化銀在高空擴散，成為云中水滴的凝聚核，水滴在其周圍迅速凝聚達到一定體積后降落。碘化銀由炮彈輸送到高空，就會擴散為肉眼都難以分辨的小顆粒。和巨量的水滴相比，升上高空的碘化銀只是滄海一粟，太多了不僅不會增雨反而會把積雨云“嚇跑”，所以，在如此懸殊的情況下，人們絕不會感覺到碘化銀的存在。此外，炮彈彈片在高空爆炸后會化成不足30克，甚至只有兩三克的碎屑降落地面，其所落區(qū)域都是在此之前實驗和測算好了的無人區(qū)，不會對人體造成傷害，同時，人工降雨已有一段歷史，技術(shù)較為成熟，所以對人工降雨人們不必心存疑慮。運用云和降水物理學(xué)原理，通過向云中撒播催化劑（鹽粉、干冰或碘化銀等），使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。又稱人工增加降水。其原理是通過撒播催化劑，影響云的微物理過程，使在一定條件下本來不能自然降水的云，受激發(fā)而產(chǎn)生降水；也可使本來能自然降水的云，提高降水效率，增加降水量。撒播催化劑的方法有飛機在云中撒播、高射炮或火箭將碘化銀炮彈射入云中爆炸和地面燃燒碘化銀焰劑等。人工影響云雨是人類控制自然的重要方面。一百多年前，我國就有炮轟雷雨云的防雹嘗試。近幾十年來，科學(xué)技術(shù)的進步，國內(nèi)外人工影響云、霧、降水的方法取得了很大的進展。人工降雨就是根據(jù)自然界降水形成的原理，人為地補充某些形成降水所必須的條件，促使云滴迅速凝結(jié)或并合增大，形成降水。所采用的方法，因云的性質(zhì)不同，有以下幾種：（一）人工影響冷云降水中緯度地區(qū)冬季經(jīng)常出現(xiàn)大范圍的過冷卻層狀云，但很少降水。夏季也經(jīng)常出現(xiàn)云頂高于0°C層高度的積狀云，其中能產(chǎn)生降水的也為數(shù)不多。根據(jù)貝吉龍學(xué)說，這種云之所以沒有降水，主要是云內(nèi)缺乏冰晶，云滴得不到增長。影響冷云降水的基本原理是設(shè)法破壞云的物態(tài)結(jié)構(gòu)，也就是在云內(nèi)制造適量的冰晶，使其產(chǎn)生冰晶效應(yīng)，使水滴蒸發(fā)，冰晶增長。當冰晶長大到一定尺度后，發(fā)生沉降，沿途由于凝華和沖并增長而變成大的降水質(zhì)點下降，這就是所謂冷云的“靜力催化”。60年代又提出了“動力催化”試驗，其依據(jù)是：在云體的過冷卻（-10°C）部分，大量而迅速地引入人工冰核。當冰核轉(zhuǎn)化成冰晶時，要釋放大量潛熱，使云內(nèi)溫度升高，形成或增大上升氣流，促使云體在垂直和水平方向迅速發(fā)展，相應(yīng)延長云的生命期，加速云內(nèi)降水形成過程，從而增加降水量。靜力催化與動力催化都是從影響云的微物理結(jié)構(gòu)著手，所不同的是靜力催化著眼于云內(nèi)水的相態(tài)不穩(wěn)定性，動力催化立足于影響或加強云內(nèi)的熱力不穩(wěn)定。在云內(nèi)人工產(chǎn)生冰晶的方法有二種，一種是在云中投入冷凍劑，如干冰（即固體二氧化碳），在1013hPa下，其升華溫度為-79C。將干冰投入過冷卻云中后，在它的周圍薄層內(nèi)便形成一個冷區(qū)，在此冷區(qū)內(nèi)，過飽和度很大，因此水汽分子結(jié)合物能夠存在和長大。試驗表明，當溫度低于-40C時，即有自生冰晶。因此，在干冰周圍形成了大量的冰晶胚胎，其中較大的冰晶經(jīng)過湍流擴散到四周空間，以后繼續(xù)成長為更大的降水質(zhì)點而下落。在不同溫度下，干冰所產(chǎn)生的冰晶數(shù)是不同的。理論計算指出，一克干冰所產(chǎn)生的冰晶數(shù)是隨氣溫的降低而增加的。溫度從-1C降至-20C時，所產(chǎn)生的冰晶數(shù)從5.55x1011個增到1.22x1014個，它比實驗值要大些。按實驗室測定，當云溫為-2—-15C時每克干冰可產(chǎn)生8x1011個冰晶。另一種方法是引入人工冰核（凝華核或凍結(jié)核）。目前人們認為碘化銀是一種非常有效的冷云催化劑。碘化銀具有三種結(jié)晶形狀，其中六方晶形與冰晶的結(jié)構(gòu)相似，能起冰核作用，適用于-4—-15C的冷云催化。每克碘化銀所能產(chǎn)生的冰晶數(shù)視溫度而定，溫度低，有效冰核數(shù)目多，產(chǎn)生的冰晶數(shù)也多。例如當溫度t=-10C時，一克碘化銀能產(chǎn)生1010—1012個冰核，當t=-20C時則能產(chǎn)生1016個冰核。對碘化銀成冰作用的機制，多年來爭論很大，有人認為水汽分子直接在AgI質(zhì)點上凝華形成冰晶，碘化銀起凝華核的作用。也有人認為碘化銀起凍結(jié)核作用，一開始碘化銀質(zhì)點作為凝結(jié)核形成水滴，然后再凍結(jié)產(chǎn)生冰晶。另外也有人認為碘化銀起接觸核的作用，也就是碘化銀質(zhì)點與過冷水滴互相碰撞后凍結(jié)而形成冰晶。有的云霧工作者又提出這樣的看法：自然界中的水汽過飽和度一般是小于1%的，當溫度低于-121時，碘化銀質(zhì)點的成冰機制主要是凝華作用。當溫度在-12—-51時，主要是起先凝結(jié)后凍結(jié)的作用。當溫度等于-51時，起接觸核的作用比較明顯。（二）人工影響曖云降水整個云體溫度高于0°C的云稱為暖云。我國南方夏季的濃積云、層積云多屬于這種云。在暖云中，膠性穩(wěn)定狀態(tài)的維持往往是由于云中缺乏大水滴，滴譜較窄，沖并作用不易進行之故。暖云內(nèi)不可能有冰晶效應(yīng)，促使降水形成起決定性作用的是水滴大小不均勻和沖并過程。因此，要人工影響暖云降水可以引入吸濕性核（如食鹽）。由于其能在彳氐飽和度下凝結(jié)增長，故可在短時間內(nèi)形成數(shù)十微米以上的大滴。也可直接引入30—40pm的大水滴，從而拓寬滴譜，加速沖并增長的過程，達到降水的目的?；蛞氡砻婊钚晕镔|(zhì)（能顯著減小水滴表面張力又可抑制蒸發(fā)的物質(zhì)），改變水滴的表面張力狀態(tài)，以利于形成大水滴并促使其破碎，加速鏈鎖反應(yīng)，從而形成降水。我國南方大量的野外試驗中，發(fā)現(xiàn)在暖性對流云頂播撒大顆粒（直徑大于100口m）、大劑量（每千米幾十千克）的鹽粉，效果很顯著。對于發(fā)展快、垂直厚度大、含水量豐富而又有上升氣流的暖性對流云進行反復(fù)催化，可以得到大量降水。但是這種方法消耗食鹽量大，效率低。要求飛機有較大的載量。在美國、澳大利亞和我國都曾對暖云作過播散大水滴的試驗，用飛機從云頂或云下