人工影响天气期末复习题

人工影响天气

1、人工影响天气定义

人工影响天气:运用云和降水物理学原理，主要采用向云中撒播催化剂的方法，使某些局地天气过程朝着有利人类的方向转化的一项科学技术措施。包括人工降水、人工防雹、人工消云、人工消雾、人工防霜、人工削弱风暴（台风）、人工抑制雷电和中尺度对流系统的人工影响的总称。

2、中尺度天气系统（局地强风暴）

夏季中纬度地区，如有深厚的不稳定层结，在冷空气扰动下，可以发展为强烈的局地对流，形成由积雨云构成的中尺度天气系统，如飑线、多单体风暴、传播式单体风暴、超级单体风暴等。这些局地强风暴常伴有强降水、大风、冰雹等强烈天气。

3、云雾降水粒子的生成、增长的微物理过程

云雾降水粒子的生成、增长的微物理过程:

指的是云雾降水粒子的生成、增长，直到形成降水的微物理过程，包过以下部分：

一、生成

云滴和冰晶不能由原来的相态（水汽、过冷水滴）连续演变过来，而是在母相中产生新相胚胎，即通过核化而来。核化包含均质核化和异质核化，自然界不存在水滴、冰晶均质核化，只存在水滴同质核化冻结，自然云、雾的产生主要通过凝结核、冰核的异质核化作用——大气气溶胶中一部分粒子充作云核，使大气中的饱和比一般处于s=1.01-1.001之间,即f=100.1%-101%时，水汽→液水滴或冰晶；液水滴→冰粒。

二、增长

核化粒子（胚胎）的进一步长大，受多种因子的综合作用。其中公认的有两种重要的机制：凝结过程和碰并过程，凝结过程包含单个水滴、水滴群的凝结过程、冰晶的凝华增长，混合云中冰晶的凝华增长（蒸—凝过程）是效率最高的常见凝华增长。但是，一般来说，单纯的凝结、凝华增长是不足以成云致雨的。当云滴或冰晶长到下降速度到达每秒几cm，云滴和云滴、云滴和冰晶、冰晶和冰晶之间就有了相对运动，就有可能产生云滴的碰并增长、冰晶碰冻和碰连增长。对于雨滴的形成主要是重力碰并，冰晶的增长除了有水汽凝华作用以外，还有冰晶间的相互粘连（凇附）和冰晶碰撞过冷水滴冻结(碰连）等过程。

三、降水

通过上述生成、增长、自发破碎等过程，产生一大批雨滴，落出云底成为降雨。

4、冷云降水机制及冷云催化机制

冷云的降水机制:

云中冰晶在冰晶层凝华、碰并增长，但速度缓慢；当蒸—凝过程（贝吉龙过程）顺利进行时，冰晶迅速长大直到水滴耗完为止，并促进冰晶通过凇附水滴、粘连冰晶，使冰晶尺度进一步增大。冰晶落入0℃层很快融化成大水滴，大云滴继续碰并长大到临界尺度，雨滴变形，最终破碎。结果形成若干小水滴.小水滴重复上升、下降，重复碰并增长、自发破碎的过程，经过几个循环后，就会产生一大批雨滴，最终落出云底成为降雨。

5、暖云降水机制和暖云催化机制

暖云降水的重要机制：

云中的少量大云滴，能被上升气流带到云上部，一路经重力碰并长大。当上升气流托不住时就下降并不断碰并长大. 如果云有足够厚度，含水量和上升气流都比较大，大云滴就可能长大到

临界尺度（140μm）。由于下降末速度加大，正面所受动力也加大，导致雨滴变形，最终破碎，结果形成若干小水滴。破碎后的滴又被上升气流带到云上部，重复上升、下降，碰并增长、自发破碎的过程，经过几个循环后，就会产生一大批雨滴，最终落出云底成为降雨。

6、云凝结核和冰核测量、云和降水粒子的测量、机载的其他物理量测量

A.云凝结核和冰核的测量主要通过云凝结核计数器和冰核计数器来测量。基本原理：在云室（p163）里可以控制温度和过饱和度的条件下，使凝结核和冰核分别凝结、凝华增长后，通过探测手段或光电测量系统推断它的浓度。我国引入Mee-130云凝结核计数器和Mee-150冰核计数器。

B.云和降水粒子的测量：包括空中直接测量、地面直接测量、间接测量。直接测量法由取样器通过机翼在飞机平台上直接取样。效率低，样本代表性受限制，不能连续取样，但有绝对的意义。

云中水凝物分布谱的碰撞取样和印痕取样（空中直接测量）：

一般要求用飞机作为取样平台，将探测器带入云中，在设计好的合适暴露表面捕集粒子。直接取样分类：

1、样片碰撞取样P91（适合小滴）

◎涂油样片◎熏盖氧化铁样片◎碳膜样片◎涂燃料明胶样片

2、金属箔碰撞取样P92（适合大滴）——在金属箔上撞击留下印痕

3、复制印膜取样P92——塑料涂料可迅速将云粒子封存

所有取样的结果都要标定，以确定粒子的直径。横坐标是碰撞痕的直径，纵坐标是对应的水滴直径。除铅箔外，其他的取样都是线性关系。

地面雨滴谱和雹谱测量（地面直接测量）：

地面雨滴谱特征量的变化，反映了降水的微物理过程。同样为了提高雷达定量测定降水的准确度，建立不同类型、降水季节和天气系统相应的发生率因子—雨强的拟合式。所以，地面雨滴谱的观测资料非常重要。地面直接测量分滤纸色斑法测雨滴谱和测雹板测量冰雹两类：

1、滤纸色斑法测雨滴谱:在滤纸上涂抹水溶性染料（原来用玫瑰精，现用奈粉绿B），通过印痕图样分析器计数。

2、测雹板测量冰雹p93

云、降水粒子的光学测量（间接测量）

采用激光器作为光源，利用云粒子的散射进行记录。飞机测量可把仪器放在飞机平台的外面。优点：采用等动力取样，不干扰自然云降水样本，并可连续取样，用计算机自动处理，可以实时显示，便于人工影响天气的指挥作业。

C.其他机载测量（含水量、温度、湿度）

一、云含水量测定

◎计算法：

利用PMS探头观测的粒子谱，经计算可得不同粒子群的含水量

◎直接测量含水量:

J—W热线含水量仪 King热线含水量仪

JWC总含水量传感器 LWC液含水量传感器

二、机载温度仪

◎把温度表的感温部分安装紫逆流式整流罩的部位，可减少动力增温的影响。

◎新型超快飞机温度表（VFT-F)可用于云或晴空测温。

三、空中湿度参数的测量

用露点仪利用冷却镜面测露（霜）点温度方法测湿。

7、目前已经基本达到业务化水平的人工影响天气活动以及其他的人工影响天气

活动。

我国干旱、冰雹、大雾等气象灾害多发，人民群众盼望风调雨顺，对人工影响天气寄予厚望。人工影响天气从广义上理解，除人工增雨、人工防雹外，还应包括为了使人类在有关领域的活动更为经济有效或抵御各种天气灾害所实施的人工影响天气活动。

目前已经基本达到业务化水平的人工影响天气活动有：人工降雨（人工增雨）、和人工防雹。

其他的人工影响天气活动还包括人工消雾、人工防霜冻、人工抑制闪电、人工消云和消雨、中尺度对流系统的人工影响等。

8、常用的冷云和暖云催化剂及其优缺点，各种催化剂的运载工具

人工影响天气的催化剂分三类：

◇人工冰核（冷云催化）◇致冷剂（冷云催化）◇吸湿性巨核（暖云催化）

1.人工冰核是人工影响天气试验和作业中应用最广、成效最明显的催化剂。包括无机类和有

机类，催化目的：播撒到云中增加冰晶数目。

最常用的人工冰核：AgI、AgI的复合核。

2.致冷剂

催化目的：在云中0℃附近播撒致冷剂后，可以迅速汽化造成局部范围的超低温、形成超过饱和，促使水汽同质核化形成冰晶，与过冷云中有无自然冰核或过冷水滴多少基本无关。

最常用的致冷剂：干冰、液氮、液态丙烷

一、干冰

由飞机在云中适当的部位播撒，汽化温度-90℃以下，使周围形成低于-40℃的区域，大量的由几个水汽分子结合同质形成的冰晶胚胎，在超过饱和的环境中长大，通过蒸-凝过程形成大量冰晶。

二、液氮

制氧时的副产品，价廉，汽化温度-195.8℃,汽化后为惰性的纯液氮，对环境无任何不良影响，故称绿色催化剂。

三、液态丙烷

汽化温度-187.1℃，价格最低，可存于钢筒里。但它可以燃烧，防火安全

未解决，飞机播撒不适宜。

三者比较：

干冰可制成各种尺度的丸粒，下降可1km,连续降温，飞机连续播撒就形成面源；液氮、液态丙烷为液滴，喷出后马上汽化消失，飞机连续播撒只能形成线源。液态丙烷可燃烧，不宜飞机播撒。

◇最常用的冷云催化剂AgI和干冰比较：

AgI：可从云的上风方、云底甚至地面烧烟播撒，作业时间长，可使云内水汽和过冷水充分形成冰晶。尤其AgI复合剂中的BR-91-Y 、3305-981成核率高，若与射程远、播撒路径长的火箭运载工具相配，适于较大范围的对流云体静力和动力催化作业。

干冰：催化作用的温度较高，成核率基本上与温度无关,无副作用。但必须在云体上部播撒，只能用飞机做为运载工具，作用时间集中，近于瞬间产生冰晶。在层状云的人工增雨试验和作业中应为首选。

3.吸湿性巨核

在暖云催化中常用食盐、氯化钙、硝酸铵和有机化合物尿素。这些物质具有强的吸湿性，可在低于水面饱和条件下（不饱和条件下）吸湿凝结增长。吸湿性巨核来源丰富、价廉：

◇食盐具有腐蚀性，剂量较大时对农作物有损害

◇硝酸铵、尿素既无腐蚀性有无毒性，还有一定的肥效

◇以KCl为主要成分，占60%的吸湿剂焰弹，通过燃烧，形成吸湿性巨核。吸湿剂焰弹好处：飞机播撒非常方便，目标准；其他会腐蚀飞机。

4.推荐的冷云催化剂：

干冰（同质核化，不需考虑云中温度、湿度、含水量，首选！）

AgI焰剂（如BR-91-y,成核率高，速度快，温度在-6℃即可使用，无须由上升气流带到更低的温度）

AgI丙酮溶液新配方（ AgI和 NaI 、NH3I 、KI的复合剂）

A=以下催化剂或工具均可以通过飞机播撒：

a.载AgI丙酮溶液燃烟发生器

可携带两个焰弹,有下投式、斜投式，斜投式以15°的倾角和一定的初速可在积雨云的边缘射入云里，可通过飞机运载，总量不受限制。

b.干冰

直接用铲或漏斗往下播撒，对机舱有污染

c.液氮

从管道往下播撒

B=高炮、火箭

a.高炮、火箭输送AgI气溶胶.

特别适合于飞机难以进入的对流云人工增雨（包括动力和静力催化）和人工防雹作业，比飞机成本低！

b.地面AgI丙酮溶液燃烟发生器

经济、方便，不受空域限制，是所有运载工具中最便宜的。适用于山区地形云的人工催化和冰雹频发地区，做为提高背景AgI浓度的消雹方法。

9、3L便携式混合云室和2m3等温云室

一．3L便携式混合云室

优点：体积小，可以在爆炸现场或催化现场直接取样。

缺点：温度易测，但不准确；相对湿度或饱和度很难测出。容积小，受边界效应影响温度稳定度差二．2m3等温云室

结构：内径1.2m，最大高度2.08m。包括云室、造雾系统、气溶胶稀释、取样系统、云室参数测量系统和催化剂燃烧器。（设计有风洞，与实际情况更贴近）主体是一带夹套的圆柱体，致冷剂在夹套中，有很厚的保温层，能维持恒温状态。即使是夏天两小时温差才1℃。

优点：温度控制好，核化冰晶数测量准确

缺点：不便携带

便携式混合云室可带到现场测量，而其他云室不便携带

11、飞机人工增雨的方案设计

一、作业目标区的确定

北方广大地区的作业目标云一般是降水性的层状云系，不同地区，不同季节、不同类型的降水云系不同。如北方部分地区降水性层状云的概念模型：

新疆：冷锋系统；

陕西关中地区：锢囚锋系统；

吉林：高空冷锋；

黑龙江：暖锋前部、锢囚锋和低压中心附近

二、催化部位及时机的选择(p193)

催化部位依据云的水平、垂直结构、云含水量、温度及冰晶的分布确定。

层状云适宜播撒部位应在温度高于-20℃的云层内，我国各地飞机人工增雨作业选择的催化温度范围为-5℃— -25℃。（播云温度窗-10℃—-24℃）

积状云播撒应在保证飞机安全的前提下确定适宜的作业时机、部位、和方式。一般在系统性天气的前期或后期，云体比较平稳的区域或部位，不失时机的播撒。（擦边播撒）

三、作业技术

1、作业飞机的选择：

安-26，运-7，双水濑，运-12，夏延111A，空中国王B-200，运-8

2、催化剂量的确定

3、催化方式

据人工冰晶可能扩散距离的研究，扩散宽度为 3-6km。据此，催化层状云时作业飞机应在选定的催化层高度，采用垂直于高空风向，以播撒轨迹边长30km-50km、行距间隔3-6km的条播或“s”型方式进行作业为宜。

4、作业催化综合判别指标

p195表6.1、表6.2

四、飞机航线设计

游来光等在历时10余年对我国北方层状云进行的人工增雨试验飞行的基础上，进一步总结了国内外飞机人工增雨和探测飞行中的航线设计经验，概括提出了几种针对不同目的进行探测飞行或催化飞行的航线设计方案

12、高炮防雹作业方案设计

作业方案的设计，主要包括：云的预警、预报；跟踪监测；确定作业目标；作业时机；作业部位；催化剂量；作业方式及作业指标的选择等。

1、作业目标云(p198)

单体雹云:局地性，生命史短，早发现，及时作业

多单体雹云：并存多个单体回波，要多点联防、连续跟踪、提前作业。

超级单体：生命史长，破坏力强，要确定有效部位提前作业。

2、作业时机的确定

当初始雷达回波顶高在5min内明显上升1-2km以上，

表明云体处于从雷雨云向冰雹云发展的跃增阶段，此时应

选择为作业开始时间。

3、作业部位的确定

选择雹云中自然雹胚形成、增长的区域，由雷达实时监测结果确定。在占云体1/16的“穴道”区域播撒，可使人工雹胚参与自然雹胚“争食”过冷水而达到抑雹的目的。

4、用弹量的确定（物理量见p199）

5、作业方式的确定

选择作业射击方式，需要掌握雹云的移向、移速、距炮位的距离、所用炮弹的引信自炸时间的基础上，查出可能采用的发射方位、仰角、高度等参数，进而确定射击组合方式。

13、人工影响天气效果检验的三条基本途径及其优缺点

人工影响天气的试验效果的检验（评价）大体有三条途径：统计检验

、物理检验和数值模式。

一、统计检验

以人工增雨为目标的试验结果可简单写为

=

R

E?

R

R0为自然降水量，R为影响后的降水量

由于影响后的实际降水量可测，因此，估计自然可能降水量R0就成了效果检验的关键。采用统计学方法对自然降水量作出估计，进而对人工影响作业的效果进行检验，称为统计检验。

以人工增雨为例，若R0为自然降水量，R为影响后的降水量，则差值R0–R=E为作业效果。R可测，R0必须经过参数假设检验，根据众多雨量资料，建立统计量，作统计推断的显著性检验和参数估计。

二、物理检验

从人工影响天气的物理机制出发，通过各种探测技术，测量催化的宏观动力效应和微观物理效应，并制定相应的指标，以便比较催化前后这些指标是否显著改变。

这就需要开展综合性的野外观测。物理检验可以定性确定催化的影响，但不能定量地评价人工影响的效果。

统计检验和物理检验的关系：统计的效果只有在获得物理上的解释，并为观测到物理效应所证实，

效果的检验才是完整的，令人信服的。

三、数值模式

不足：数值模式是一种宏、微观耦合的对全过程的理论分析方法，但由于数值模式对实际云、降水过程不能完全概括，为了求解必须对方程组进行简化，而且参数的确定和调整包含相对程度的经验和技巧，目前尚不能作为十分可靠的理论分析方法。

优点：主要用于试验方案设计的参考，进行目标云的可播性预测，选择与之相适应的催化技术，以提高人工影响天气试验的预见性、科学性，避免盲目性。

by@郭小侠V