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1、人工降雨的原理摘要：随着科学技术的不断发展，人们已经能够在一定程度内控制人工降雨，本论文从人工降雨的原理出发，详细的论述了人工降雨的方法以及发展历程。 本论文可以让大家更加清晰明了的了解人工降雨 关键词： 人工降雨干冰碘化银一什么是人工降雨？人工降雨又称人工降水，是根据自然界降水形成的原理，人为补充某些形成 降水的必要条件，促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴，降落到地面。二人工降雨的条件是什么？一般在自然云已经降水或者接近于降水的条件下，人工降水的方法才能发挥 作用。由于降水的自然变率很大，人工增加降水量的幅度较小，如何估价人工降 水的效果就显得十分困难。人工催化增加的降水量，是催化后的实际降水
2、量和不 经催化的自然可能降水量之差。实际降水量可以测定，但能否正确估价自然可能 降水量，就成了效果检验的关键。在对降水的物理规律认识不足的情况下，主要 依靠统计学的方法对自然可能降水量作出估价。初期的统计检验方法，多数采用 回归统计法，在人工催化目标区附近选择一个不受催化影响的地区作为对比，用 历史资料建立目标区和对比区降水量的回归方程。把人工降水试验期间对比区的 降水量代入回归方程，求出目标区的自然可能降水量，再与目标区实测降水量对 比，就可估价人工降水的效果。采用这种方法对于同一次试验，选用不同的对比 区或者不同年限的历史资料作对比，得出的结果，可能出入很大，所以这种方法 的可信度不高。一
3、般认为随机试验可以避免主观的偏差得到统计学上的可信估价。 随机试验是把适合于人工降水的试验机会（试验单元）按照随机规则（例如抽签）分 成两组:一组催化并观测，另一组不催化只观测，作对比。当试验单元足够多时， 随机决定的两组试验单元的自然条件应该只有极小的系统性差别，而两组试验实 测降水量的系统性差异，就可以归之为人工催化的结果。判断催化效果，存在着 成功和失败的可能性，当判断催化有效而实际无效时，常以显著度水平来表示这 种可能性。显著度水平越小，判断催化有效的可信度越高。在人工降水试验中， 一般要求显著度水平小于5%，即可信度大于95%。由于水资源对国民经济的重要性，人工降水试验作为开发水资源
4、的一种潜在 手段，受到广泛的重视。世界上先后有大约八十个国家和地区开展了这项试验， 其中以美国、澳大利亚、中国和前苏联等国的试验规模较大。1958年以后，中 国北方各省，曾用飞机向大范围层状云中播撒干冰或碘化银等成冰催化剂，试图 增加冬季和春季的降水量;中国南方各省，也曾用飞机或高射炮向积状云内播撒 盐粉或碘化银等催化剂，以期增加夏旱时期的降水量。但自然降水过程和人工催 化过程中的很多基本问题，仍不很清楚，人工降水的效果检验还有很多困难。人工降水的效果受云和其他条件所制约。在某种条件下可能有显著的正效果， 在另一种条件下可能无效甚至出现负效果。不分条件笼统地进行统计，分析得出 的效果往往不显著
5、。把试验单元按照某种指标分成几类分别统计，有时就能得出 比较显著的结果。例如在冷云催化试验中按云顶温度分类，统计得出，在一定温 度区间里有比较显著的效果。从人工降水研究来说，仅对降水增量作出估价是不 够的，必须对整个物理过程的各个环节都有确切的了解。如催化剂在云中指定部 位是否达到了一定的浓度，冰晶或大滴的浓度是否明显增加等。观测和统计这些 宏观和微观特征量的变化，可从物理过程上分析人工催化的效果。这种观测检验， 称为人工降水效果的物理检验。如在冷云试验中观测到催化后冰晶浓度增大，过 冷水滴减少，说明人工催化对云的微物理过程已起到作用。一般认为，人工降水 的科学试验，必须根据统计学的要求，严格
6、按照预定的设计进行长时间的试验， 同时对自然降水过程和人工催化过程，进行细致的野外探测和数值模拟，才能使 试验具有比较坚实的物理基础和统计的可信度。三 人工降雨的方法有哪些？冷云催化根据降水粒子浓度的实测资料和理论估算，只有当冰晶浓度达到1个/升或 更高的量级时，才有较高的降水效率。对因冰晶浓度不足、降水效率很低的自然 云，若在其过冷却部位播撒成冰催化剂，就可以增加冰晶浓度。每克干冰或碘化 银，可产生1012个以上的冰晶，若用几百克，在温度低于0C的冷云降水过程 中，冰晶浓度起着重要的作用。就可以使几十立方公里云体的冰晶浓度达10个 /升。这些人工冰晶通过伯杰龙过程迅速增长，促进冷云降水过程，
7、使降水量增 加。一些比较严格试验的统计分析表明，冷云催化可以增加降水量1020%。如 果人工冰晶的浓度很大，则形成的雪晶的平均尺度较小，它们从云中下落到地面 的时间较长，在气流的作用下，会落到下风方向更远的地方而改变降水的分布。 冷云催化的温度条件：人工降水的效果同云的自然条件有密切关系。就冷云催化而言，云中的温度 条件十分重要。就整个云体而言，云顶温度一般最低，常将它作为估计云中自然 冰晶浓度的参数。当云顶温度低到一定程度时，云中常会形成大量冰晶，这时用 人工方法增加冰晶，效果就不显著。反过来，云顶温度如果太高，碘化银等催化 剂的成冰能力就太低，也不利于人工催化。所以对冷云催化法增加降水来说
8、，云 顶温度不宜太高或太低。一些地形云和积云的人工降水试验结果的统计分析表明， 当云顶温度处于-10-25C时，人工降水的效果比较明显。这一最适宜的温度区 间，称为播云温度窗。鉴于降水过程的复杂性，采用不同催化技术时，必须研究 各类云中最有利的温度条件或其他条件。折叠暖云催化在温度高于0C的暖云里，降水主要在云滴碰并过程中得到发展。云滴越 大，碰并增长就越快。计算表明，当云滴半径超过0.04毫米时，就可以迅速碰并 而长成雨滴。在那种大云滴的浓度不足的自然云中，播撒大量半径大于0.04毫 米的水滴，就能够促进降水过程。计算表明，每克水可以形成约几百万个大云滴， 要催化10立方公里的云体，则需要几
9、吨水。若往云中播撒一定大小的吸湿性物 质颗粒或者溶液滴，它们能在云中吸湿而迅速长成大云滴，这样所需的催化剂量， 就用不到水的十分之一。除了播云以外，法国和苏联有人试验在地面加热，造成人工上升气流的方法， 试图在一定气象条件下激发或增加降水。美国有人设想利用沥青或碳黑吸收太阳 辐射，提高局地空气的温度，促进云的发展以增加降水。中国有人研究过爆炸对 降水的影响。这些人工降水方法的研究，都还处在探索的阶段。折叠动力催化通过冷云催化使云中产生大量冰晶，所释放的潜热将改变积云的宏观动力过 程而增加降水。它是60年代在人工降水试验方面的一项进展。积云中上升气流 的速度，主要决定于云内外温差造成的浮力。在发
10、展旺盛的积云内，存在着大量 过冷水滴。在这种云中播撒大量的成冰催化剂时，能使过冷水滴冻结而释放潜热， 水汽在冰粒表面凝华时也释放潜热。估计这两种潜热足以使云中局部温度升高 0.5C左右，这将加大浮力而促使某些积云的上升气流速度增大，云体扩展，生 命期延长，结果使进入云体的水分总量增大而增加降水量。虽然动力催化同一般 冷云催化所用的催化剂一样，但着眼点不同，动力催化所用的催化剂量必须大大 增加，才可能收效。积云动力催化在50年代曾作过初步的尝试，但周密设计的 积云动力催化试验，直到1963年才开始。J.辛普森在美国佛罗里达州所做的随 机试验表明，催化后积云的云顶平均增高1.6公里，平均雨量增加1
11、.7倍。他指 出，催化后云顶增高量同大气层结有密切的关系。在其他国家和地区，也作过类 似试验，但效果不一。有人对整个地区积云群体进行过动力催化的随机试验，初 步结果表明有增雨的效果。四催化剂都有什么？干冰十冰是二氧化碳的凝结固态。十冰的温度是摄氏的负78.5度，因此在保持 物体维持冷冻或低温状态下非常有用。干冰能够急速的冷冻物体和降低温度并且 可以用隔离手套来做配置。干冰已经被广泛的使用在许多层面了，干冰在增温时 是由固态直接升华为气态，直接转化为气体而省略掉转为液态的程序，因此其相 变并不会产生液体，也因此称它做“十冰”。要将二氧化碳变成液态，就必须加 大压强至5.1大气压才会出现液态二氧化
12、碳。制造人造雨利用飞机将干冰洒在云上，云中的小水滴就会被冻结成许多小冰晶。制造云雾由于干冰的温度很低，升华后低温的二氧化碳气体碰到空气后，可以使空气 中的水蒸气凝结成小水滴，所以有白气出现，所以舞台表演上，常使用干冰来制 造云雾般的特殊效果。冷冻剂由于二氧化碳比空气重，干冰升华后仍可包覆在冷冻的物品上，能够维持较 好的冷冻效果，尤其是在空运需要特别冷冻的物品，往往都使用它。碘化银碘化银为碘和银的化合物，黄色粉末（558度），见光分解，并大量吸热， 先变灰后变黑，不溶于水和氨水，用于照相术和人工降雨的晶核。五人工降雨的费用上海首次施行人工增雨的初步预算中写道，实施一次人工增雨需要470万元， 其
13、中仅仅直接作用于云层的催化剂一次就需要40万元。当然这份等待批准的预 算中不仅有飞机租用费、播撒设备等硬件费用，还包括地面监测费用、人力资源 费用等几十项。人工增雨所用的火箭弹一枚的价值在2000-4000元，用于使用的人工增雨火 箭发射架价值在20万元左右。火箭弹属于军火，从运输费、押送费、保管费、 发射费等都是一笔不小的开支。还有那么多工作人员背后默默地付出不能不算， 每次都要发射探空气球，而且还要对数据进行分析处理，这些间接投入不好算， 也算不清。另据江苏省一份人工影响天气作业表显示，2000年到2004年，全省共 发射增雨火箭872枚，增雨17.5亿立方米。其中2004年已发射106枚
14、，增雨 1.1亿立方米。而人工增雨还需要GPS定位系统等多种设备及其他费用，所以成 本比较昂贵，但投入产出比还是比较划算的。六人工降雨的发展历程古代巫术早在远古时代，我们的祖先就幻想着掌握呼风唤雨的本领。刀耕火种的初民, 跪在赤热的阳光下祈求雨水;巫师们为了求雨使尽了花招，有时戴上面具手舞足 蹈，有时放开喉咙咿呀歌唱;他们还常常向冥冥中的神灵祭献牛羊牲灵，有时甚 至祭献活人。巫师们用苇管向空中吹喷水珠,希望这种象征性的雨滴可以带来丰 沛的雨水。美洲的印第安人在篱笆上挂上十瘪的蛇尸求雨，东方人跳龙舞，西方 人做祈祷;但无情的干旱却一次次地使他们的希望和田地里的禾苗一起枯萎。后来，求雨的花样不断翻
15、新。有人鸣枪，有人爆破，还有人燃点化学物质， 相信这类化合物的烟雾可能引来雨水。这些求雨者中也有个别幸运儿，偶然的巧 合使他们的法术名噪一时。美国历史上曾有一个求雨者,机会赶得巧，颇有几次 灵验，但弄巧成拙，几乎因此罹祸身亡。当时加利福尼亚州南部降雨达51厘米， 大水吞没土地，人畜死伤无数，损失达数百万美元。愚昧的村民怨天尤人，指控 这个求雨者施行法术招来大祸。现代技术由于自然降水过程和人工催化过程中的很多基本问题仍不很清楚，人工降水 的理论和技术方法还处于探索和试验研究阶段。世界上先后约有80个国家和地 区开展了这项试验，其中美国、澳大利亚、前苏联和我国等国的试验规模较大。 我国一些经常发生
16、干旱的省、区都积极开展了人工降雨技术的试验研究和推广应 用，由于技术趋于成熟，人工降雨已成为抗旱的重要手段。直到1948年，人们才真正发现了科学的人工降雨方法。这一年，美国通用 电气公司的科学家文森特谢福经过长期的探索，在一次实验中偶然地找到了人工 降雨的关键，解决了千百年没有解决的课题，成为科学史上的一段佳话。随着科学技术的进步，人们逐渐了解了下雨的来龙去脉。水汽从海洋和湖泊 的水面上升腾成为空气的一部分，然后形成云朵，雨水或雪片就从云中降下来。 但是，水汽究竟怎样凝聚成雨滴，长期以来始终不甚了然。后来，约翰爱特金证 明，水汽是积聚在灰尘等细小微粒周围形成水滴或冰晶的。这些微尘十分细小， 肉眼根本无法觉察，但如果没有这些微尘，尽管空气中有足够的水汽，却不可能 形成一滴雨水。第二次世界大战期间，通用电气公司聘请爱尔文兰格缪尔博士研究飞机机翼 在穿过云层时结冰的课题。年青的谢福正是兰格缪尔博士的助手。
