人工影响天气基本原理

人工影响天气基本原理

章人工影响天气基本原理

人工影响天气和气候既是人类千百年来的古老愿望，又

是今天迅速发展着的一门新兴学科。切人为影响(有意识的和无意识的)天气和气候的活动都属于这门学科的研究范畴。

人工影响天气是建立在云降水物理学基础上的一门应

用科学技术，在深入研究云动力学和微物理学特征及其相互制约关系的基础上，根据云降水的形成和发展变化规律，因势利导，施加人工影响，以便使天气状况向人们所希望的方向演化。

前面已经讲过，能否降水与云中微物理条件及过程有关，

能否降大量降水则与云的宏观条件有关。除了少数情况外，人工影响天气实际上就是人工影响云，一方面改变云中微物理条件及过程，另一方面通过第一方面的作用促使云中宏观动力过程产生相应变化。

现阶段人工影响天气主要致力于在适宜的地理背景和

自然环境中，选择适当的云体部位进行人工催化作业，以达到(1)增(加降)雨(雪)；(2)消雾、消云，(3)抑制冰雹等目的。

尽管在方法技术上并不完全成熟，还处于科学研究和应用试验相结合的阶段，但已经取得了一定的成效。有些国家已形成了人工增雨、防雹和消雾的业务体系，对国民经济和人类抗拒自然灾害有促进作用。

在过去的40 多年中，播云技术作为增加降雨量、抑制

冰雹增长的一种方法得到了发展。播云增加的雨量是有一定比例的，在比较成功的地区，增加量约为5% 一20% 。这些增加的水量降落在农田地区，对农业丰产丰收会有很大的帮助；如果降落在山区，则有利于水力发电和灌溉；在重要林区，人工增雨为扑灭森林火灾起了关键作用。我国先后有20 个省、市、自治区开展人工防雹，多数地区取得了一定的社会和经济效益，在一些有专业技术人员参加组织试验的防雹地区，初步统计资料分析表明，雹灾面积减少40 ％一

80 ％。

然而必需认识，播云技术具有不确定性，应用时务必慎

重决策。

面简单介绍人工影响云、雾和降水的基本原理及方法。

1.增加降水

当云中既有足够大的水滴或冰质粒，就有可能发生云

水转化，产生降水。但降水能否长时间维持，这就要看有无充分水汽供应，这就牵涉到云中气流、云体厚度和生命期等宏观条件。这•就是说，能否降水与云中微物理条件及过程有关，能否产生大量降水，则与云的宏观条件有关。所以降水问题是一个宏微观物理过程相结合的问题。

目前人工降水的基本思想是向某些发展降水尚缺某些

条件或降水效率不高的云中播撒催化剂，改变构成云体的云

质粒相态或谱分布，促使云体胶体不稳定发展，并进而由微 物理过程

的变化间接引起宏观动力过程产生变化，最终出现 降水或使降水增

大。

1.1. 冷云人工增雨的原理

冷云是指温度低于 0C 的云。在这类云中过冷水滴、冰

晶和水汽三者共存，产生降水的关键是云中冰水转化。早在 1935 年

贝吉龙 (Bergeron) 提出如下的理论假说： 由于同温度

冰面饱和水汽压小于水面饱和水汽压，当实际水汽压介于 两者之

间时，过冷云中的冰晶将不断夺取空气中多余的水汽， 水滴则不断蒸

发， 冰晶则通过凝华迅速增长。 此即冰晶效应。

这种水滴不断蒸发、冰晶不断长大的过程，即冷云中冰水转 化过程称

为贝吉龙过程，我们也称作蒸凝过程，它是冷云降 水的核心，是近代

人工影响冷云降水的物理基础。

过冷云中无冰晶时，它是相当稳定的。设法改变云内相

态结构，在云中制造适当的冰晶，破坏其微结构的稳定性。

旦出现了冰水共存状态，就会出现蒸凝过程，产生冰水转

化。冰晶长大成为降水粒子后，可以通过与过冷水滴碰冻结 形成较大

的降水质粒。

所以人工影响冷云降水的基本思路是： 1)冷云中降水质粒是由

冰晶效应形成的，要求降水性

冷云中必须存在足够数量的冰晶；

凇增长，降至暖区融化后，再经重力碰并进 fK /亠 B.匚 步长大，最后

2）自然界有些冷云不能产生降水或降水效率不高，就

是由于云中缺少足够数量的冰晶；

3）人工地引进一定数量的冷云催化剂，如干冰、AgI，使云中产生足够数量的冰晶，使云内降水形成过程得以实现。

4）过量播撒冷云催化剂，产生的冰晶数量特别多，数

密度很大，使它们不能够增长得足够大，可以利用这种方法延缓或

阻止降水的发展。

述播云，使云内产生最佳冰晶数密度，促进降水形成

的概念，称为静力催化。

在温度低于零度的云中，当有过冷却水滴存在时，就具

有热力学相态的不稳定性。一旦有冰晶形成，水汽将通过扩散作用

消耗过冷却水滴并促使冰晶迅速增长。在过冷却云体的上部，大约每立方米有1000 个冰晶就足以引起降水发展。

当温度为-20C或更低一些时，将因自然核的作用而形成冰晶。在温度稍高一些的云中，人工引入冰晶，只要其浓度达

到每立方米1000 个，就可以促进降水发展。

人工降水试验结果表明，当云顶温度高于-10C或低于

-24C时，播撒无效；云顶温度处于-10C〜-24 C时，播云有效。因此，把-10C〜-24C的温度范围称为播云温度窗。

胡志晋（1 986）利用比较完整的层状云模式进行人工催化数值

试验表明，当云中冰晶浓度达到5/L，而过冷水含量仅为

0.05g/m3 时，催化后冰晶浓度可增大到20/L ，降水量可增

加16 ％，人工增雨的水分除冰水转化外，主要来自水汽凝华。

即使有些层状冷云人工增雨的潜力很小，仍存在着降水随时空分布的人为调整问题。播云不仅能改变各种物理过程的时间进程，也能改变降水的落区。

干冰（固体C02）和碘化银（Agl）是促使形成冰晶的主要

催化剂。CO2升华的平衡温度是-78C，这一温度甚至低于水的匀质核化冻结温度。把颗粒状干冰喷射至过冷却云中，在它下降的路径上，将促使大部分云滴产生冻结。实验室试验证明，可以通过燃烧某些银的化合物使之产生Agl 质粒烟

剂入云。虽然Agl 的成核效率在阳光曝晒下会受到损失，同

时也可能在较暖的温度下被沾湿，但观测表明，Agl 质粒至

少在某些条件下确实是一种有效的冰晶源。

有二种方法可以增加云内冰晶。

（1）撒播冷冻物质以降低局部云体的温度，使冰核发生作

用或促成云滴自生冻结。干冰是常用的冷冻剂。干冰在1个大气压下表面温度低达-78 C,升华热为572.9KJ/kg （水:

2834 KJ/kg ）。干冰周围的空气被剧烈冷却，在-40 C等温面所包围的空间，云滴同质核化为冰晶（自发冻结核化阈温为

-40C）,水汽在较高过饱和度下凝结于微小水滴之上（异质;

同质阈湿为800% ），随后又同质核化为冰晶。所以干冰撒入

云内后可产生大量冰晶。据实验测定，升华1g 干冰可产生

1010~1012 个冰晶。用干冰影响过冷云时，常把它破碎成直