人工影响天气基本原理
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第二章人工影响天气的基础知识和技术方法第一节人工影响天气的基础知识人工影响天气概念的提出是基于人类为了生产和生活的需要,希望通过人为干预,克服或减轻由恶劣天气引起的自然灾害,在适当条件下,促使天气向有利于人类需要的方向发展,包括人工防雹、人工增雨、人工防霜、人工消雾、人工消雨等。
在本文中我们只介绍人工防雹、人工增雨和人工防霜。
这里需要说明的是,人的力量是有限的,要彻底改变天气、气候是不可能的,我们只能在适当时候、适当条件下影响天气。
云和降水过程的能量是十分巨大的,一个气团雷暴以10³km的云体考虑,其含水量的凝结潜热为25×1015J,相当于10万吨煤燃烧的发电量。
目前人工影响雹云和降水的主要途径是向某些发展初期的雹云,或降水效率不高的降水云中,对云体的适当部位,抓住时机进行针对性的催化作业,达到人工影响天气效果。
比如有了降水天气过程,通过人为催化使小雨变成中雨或大雨,有了降雹天气过程,通过催化使大雹变成小雹、软雹或雨滴,起到防御和减轻自然灾害的作用。
一、人工防雹原理和技术方法所谓人工防雹,是采用人为的办法对一个地区上空可能产生冰雹的云层施加影响,使云中的冰雹胚胎不能发展成冰雹,或使小冰粒在变成大的冰雹之前就降落到地面。
人工防雹原理,就是设法减少或切断给小雹胚的水分供应。
要达到防御冰雹的效果,需向云中播散足够量的催化剂,以产生大量的冰晶,迅速形成水滴或冰粒。
造成同雹胚竞争水分的优势,从而抑制雹块的增长。
人工防雹是用高炮或火箭将装有碘化银的弹头发射到冰雹云的适当部位,以喷焰或爆炸的方式播散碘化银。
具体的影响方式有以下两种:(1)过量播撒催化剂(又叫催化法原理,也叫引晶法)观测结果表明,冰雹云的上部存在着过冷却水含量很大的累积带,为冰雹生长区。
在累积带之上气流升速较小,温度又低,很容易产生雹胚,它们靠碰撞过冷却水滴而长大,在强烈上升气流的作用下,雹胚多次往返于液态水累积区增大而生成冰雹。
人工影响天气1 人工影响天气人工影响天气,是指为避免或者减轻气象灾害,合理利用气候资源,在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响,实现增雨雪、防雹、消雨、消雾、防霜等目的的活动。
2现代人工影响天气理论1、在过冷云中存在的冰晶,由于贝吉龙过程不断增长下降,降至O℃层以下,融化成雨滴,再与其它云滴碰并继续长大。
2、由于自然云内缺乏冰晶或较大的水滴,所以有些云降水能力很差,甚至完全不能降水。
3、这个缺陷可以通过往云里人工插撒干冰或碘化银而产生冰晶来弥补,或者通过引进小水滴或吸湿性核来弥补。
4、采用大剂量冰核的“过量播撒’,促使冰晶浓度加大,使降水元不能很快增长得很大并降落到地面上。
因此,这样的作业能迟缓或阻碍降水的发展,特别是可以抑制灾害性大冰雹的生长。
3人工防雹、增雨、消雾原理3.1人工防雹原理过量播撒催化剂:观测结果表明,冰雹云的中上部存在着过冷水含量很大的累积带,为冰雹生长区。
在累积带之上气流升速较小,温度又低,很容易产生雹胚,它们靠碰撞过冷水滴而长大。
在强烈上升气流的作用下,雹胚多次往返于液态水累积区增大而生成冰雹。
若在这个累积区大量引进人工冰雹胚胎,去争食有限水分,使冰雹不致长得太大,就可能抑制冰雹的生长或雹灾的形成。
云中爆炸:由于人雨弹在云中爆炸,可以产生两种效应。
一是爆炸产生的冲击波产生震动效应,可以直接影响或干扰云中有组织的上升气流,进而阻止冰雹的继续增长,同时也可使冰雹受到强烈震动后变软。
二是爆炸也可能使过冷水滴冰晶化(目前,这种作用尚未完全证实),因而减少了云层中过冷却液态水的存在,也能起到抑制冰雹的生长或限制大冰雹形成的作用。
3.2人工增雨原理人工增雨,就是采用高炮和火箭等作业工具将携带有催化剂的炮弹或火箭弹送入云中爆炸、燃烧,产生大量的人工冰核,通过这些人工冰核与云中的水汽和过冷水的相互作用来增加降水。
在高炮炮弹和火箭弹中携带的催化剂为碘化银,碘化银催化剂具有很高的效率,每克催化剂可产生大量的人工冰核,这些人工冰核在适宜的条件下,可参与云中的降水微物理过程,从而达到增加降水的目的。
人工影响天气科学技术的发展摘要:人工影响天气科学技术作为现代先进科学技术发展中的一种产物,无论是在今天的农业生产方面还是天气调节方面都发挥着至关重要的作用。
随着人类文明的不断发展进步与人类对天气过程认识程度的不断加深,人们对天气的敏感性越来越强,人工影响天气科学技术水平也得到了显著的提升。
文章紧紧围绕着人工影响天气科学技术,对其基本原理、发展现状和发展趋势进行了详细的探究。
关键词:人工影响天气;科学技术;现状;发展趋势人工影响天气科学技术起源于美国,1946 年传入中国。
经过几十年的发展,我国人工影响天气技术以服务农业为根本,以防灾减灾为核心,在农业、林业、交通运输、航空、水利等诸多领域都得到了普遍的应用。
在当前全球气候变暖、水资源日益短缺的背景形势下,人工影响天气科学技术更为重要与关键。
因此,必须对其发展现状与发展趋势进行分析,促进人工影响天气科学技术效用的最大化发挥。
1.人工影响天气科学技术的基本原理人工影响天气实现对天气进行人工影响的基本原理是依据与利用天气的自然规律和云的微物理不稳定性,通过播散适量、适合的催化剂,来引导云、降水按照人们的预定方向发展变化,从而达到以少量成本换取巨大利益、促进降水缓解旱情、消云散雾、减少冰雹等恶劣天气带来的影响目标[1]。
人工影响天气具体包括人工降雨、人工消云散雾消冰雹、人工防霜冻等。
除了上述这些人们有意识、有目的的对天气进行影响之外,人类对天气的影响还包括无意识的影响,如都市、工业生产、供暖等对天气的作用,但这并不属于人工影响天气的范畴,而仅仅是人类对天气的一种无意识影响。
2.人工影响天气科学技术发展现状云物理与人工影响天气是我国发展最早的与天气科学相关的内容。
从上世纪末至今,伴随我国综合国力与科学水平的显著提升,人工影响天气与云物理得到了跨越式的发展,先进大气物理探测技术、卫星技术、雷达技术在人工影响天气中的应用使人工影响天气逐渐趋于多学科交叉性的特点,在此基础上现代人工影响天气科学技术逐渐建立起来[2]。
人工影响天气原理一、引言人工影响天气,是指通过人类的干预手段,改变或控制特定地区的天气状况。
这种技术主要应用在气象灾害的防治、农业生产、水资源管理等领域。
人工影响天气的原理,涉及到大气物理学、云物理学、气象动力学等多个学科,本文将从这些学科的角度,探讨人工影响天气的原理。
二、云物理学与人工影响天气云物理学是研究云的形成、演变和降水过程的学科。
在人工影响天气中,云物理学起到重要的作用。
常见的人工影响天气方法之一是云雾消散,即通过释放人工催化剂或云中的颗粒物,改变云中的水滴或冰晶的大小和浓度,从而促使云雾消散。
这种方法利用了云物理学中的凝结、蒸发、降水等过程,通过改变云中微粒的特性,影响云的形成和稳定性,从而实现云的消散。
三、气象动力学与人工影响天气气象动力学是研究大气运动的学科。
在人工影响天气中,通过改变大气运动,可以影响天气的形成和演变。
例如,人工降雨是通过改变大气中的温度、湿度和运动等参数,使得大气中的水汽凝结成云滴,并逐渐增长为降水粒子,从而实现增加降雨的目的。
这种方法利用了气象动力学中的大气稳定性、辐射传输、湍流等过程,通过改变大气的热力学和动力学特性,实现对天气的影响。
四、大气物理学与人工影响天气大气物理学是研究大气的性质和现象的学科。
在人工影响天气中,通过改变大气中的物理性质,能够影响大气的温度、湿度等参数,从而影响天气的形成和变化。
例如,人工增雪是通过在云中投放冰核,促使云中的水汽凝结为冰晶,进而形成降雪。
这种方法利用了大气物理学中的凝结过程,通过改变云中冰核的浓度和大小,从而实现增加降雪的目的。
五、人工影响天气的应用人工影响天气技术在实际应用中有着广泛的用途。
在气象灾害防治方面,人工影响天气可以用于减轻干旱、抑制冰雹、防治霜冻等。
在农业生产中,人工影响天气可以用于增雨、增雪、抑制台风等,提高农作物的产量和质量。
在水资源管理方面,人工影响天气可以用于调控降雨分布,提高水资源的利用效率。
人工影响天气人工影响天气是指在一定的有利时机和条件下,通过人工催化等技术手段,对局部区域内大气中的物理过程施加影响,使其发生某种变化,从而达到减轻或避免气象灾害目的的一种科技措施。
例如,在我国很多地区利用飞机或高炮、火箭等运载工具向云中播撒碘化银、干冰等催化剂进行的人工增雨、防雹作业;在一些农田进行的人工防霜,以及在机场进行的人工消雾等。
科学的人工影响天气是在美国的诺贝尔奖获得者朗格缪尔指导下,于20世纪40年代末在纽约一家实验室的实验基础上发展起来的。
1946年美国科学家谢弗用干冰对层积云进行了实际催化实验,发现云中过冷却水滴很快转化为成群的冰晶,不断增大并从云底下落,在云中留下一个明显的空洞。
这次成功的试验对人工影响天气是一个有利的推动。
接着,谢弗和万涅古特发现了可使过冷云中产生冰胚的催化剂---碘化银。
至今,与某些化学物质复合产生的碘化银仍然是普遍使用的播云催化剂。
人工防雹冰雹对农业的危害虽然不像干旱的影响面积大,但由于它形成和发展快,雹粒动能大,常常会给一些地区的农业生产造成严重损失,有时甚至会导致果品绝产、粮食颗粒无收。
我国不少地区开展人工防雹,避免和减轻了冰雹灾害。
所谓人工防雹,是采用人为的办法对一个地区上空可能产生冰雹的云层施加影响,使云中冰雹胚胎不能发展成冰雹,或者使小冰粒在变成大的冰雹之前就降落到地面。
冰雹云常常是发展很旺盛的对流云。
产生冰雹的主要条件是:云中要有上下强烈运动的气流,并且蕴涵大量水分。
只有这样,云中小的冰雹胚胎才有发展成冰雹的足够水分供应,才有充分的机会捕捉云中水分使自身不断增大。
人工防雹的原理,就是设法减少或切断给小冰胚的水分供应。
所采用的方法与人工增雨的方法类似,只是要达到防御冰雹的效果,一般需要向云中播撒足够量的催化剂,以产生大量冰晶,迅速形成更多的水滴或冰粒,造成同雹胚竞争水分的优势,从而抑制雹块的增长。
通常,人工防雹是用高炮或火箭将装有碘化银的弹头发射到冰雹云的适当部位,以喷焰或爆炸的方式播撒碘化银,或用飞机在云层下部播撒碘化银焰剂。
人工影响天气原理引言:天气对人类的生活有着重要的影响,而人类却一直试图通过人工手段来影响天气,以满足自身的需求。
人工影响天气的原理是基于对大气系统的干预,通过人为手段改变大气参数,从而改变气象现象的发生和发展。
本文将从云雾消散、降雨增加和防止自然灾害三个方面介绍人工影响天气的原理。
一、云雾消散云雾是大气中水汽凝结形成的悬浮液滴或冰晶,对能见度和日照时间有着重要影响。
人工影响天气可以利用云雾消散技术,通过人为增加云雾微粒的尺寸和数量,使其凝结成较大的水滴,从而加速降水过程,使云雾消散。
主要的方法有云雾消散剂的喷洒和人工降雨。
云雾消散剂是一种能够增加云雾微粒数量的化学物质,通过喷洒在云层中,使水汽凝结成水滴,从而加速降水过程。
人工降雨是通过向云层中喷洒云雾消散剂或冷却剂,使云层中的水汽凝结成水滴或冰晶,从而引发降水。
这些方法在一定程度上可以改善气象条件,提高能见度和日照时间。
二、降雨增加人工影响天气还可以通过人为增加降水量来满足农业、水资源和旅游等领域的需求。
人工增雨是常用的方法之一,通过向云层中喷洒云雾消散剂或冷却剂,使水汽凝结成水滴或冰晶,从而引发降水。
此外,还可以利用离子探测器和激光器等仪器设备,对云层中的离子进行调控,从而影响云层的形成和演变,进而增加降水量。
这些方法虽然可以在一定程度上增加降水量,但需要科学合理地选择时机和区域,以避免对生态环境产生不利影响。
三、防止自然灾害人工影响天气还可以用于防止自然灾害的发生和发展。
例如,人工控制降雨可以在洪涝灾害来临前及时进行干预,减少洪水的发生和破坏。
此外,人工影响天气还可以用于减轻干旱和台风等灾害的影响。
通过人为增加降水量或改变风场分布,可以降低干旱和台风的危害程度。
同时,人工影响天气还可以在火灾发生时进行干预,通过增加降水量或改变风向,控制火势的蔓延,减少火灾造成的损失。
结论:通过人工影响天气的原理,可以实现云雾消散、降雨增加和防止自然灾害等目标。
人工影响天气原理人工影响天气是用人为手段使天气现象朝着人们预定的方向转化,如人工降水、人工降雹、人工消云、人工消雾、人工削弱台风、人工抑制雷电、入工防霜冻等。
概述人工影响天气是用人为手段使天气现象朝着人们预定的方向转化,如人工降水、人工降雹、人工消云、人工消雾、人工削弱台风、人工抑制雷电、入工防霜冻等。
人类活动无意识地使天气发生变化,如都市对天气的作用等,不属于人工影响天气,而称为人类对大气的无意识影响。
人工影响天气主要是利用云(雾)的微物理不稳定性。
例如在温度低于0℃的冷云中往往存在着大量未冻结的水滴,播撒成冰催化剂可使它们转化为冰晶以促进水滴的形成,释放的潜热会改变云的热力、动力结构,在不同场合下可以促进降水、减少冰雹、消云(雾)或者减小台风风力;在暖云(雾)中播撒大小适当的盐粉可以促进雨滴的生成,在不同场合下可以促进降雨或者消云(雾)。
从自然变化中把播云造成的变化区分开来是很困难的,因此人们对于人工影响天气试验的效果存在着不同的看法和估价。
总之,除人工消除过冷雾的技术比较成熟,已在一些重要机场投入使用外,总的说来,人工影响天气尚处于试验研究阶段。
简史从避雷针开始,到往云层里播撒食盐、干冰和碘化银,影响天气的尝试,几乎可以说古已有之。
首次有科学根据的人工增雨建议是气象经典著作《风暴原理》(1841)的作者美国埃斯皮(Espy,1839)提出的,他认为在潮湿的空气中可用烈火产生上升气流来造云致雨。
但是,真正的人工影响天气的科学活动,应该始于1946年的美国。
那一年11月13日,谢弗(Schaefer)和冯内古特(Vonnegut)实施了人类首次在云中撒播干冰,5分钟后几乎整个云都转化成雪粒并形成雪幡,这次成功的试验开创了人工影响天气的新时代。
1、从避雷针开始人类最早影响天气的科学尝试,也许应该追溯到避雷针。
避雷针一般认为是富兰克林在1749年发明。
实际上首次有科学根据的人工影响天气建议是美国气象学者伊斯派于1839年提出的,他认为在潮湿的空气中可用烈火产生上升气流来造云致雨。
人工影响天气技术原理及其应用摘要:人工影响天气技术作为现代科学技术发展的产物,在农业生产和天气调节方面均发挥着十分重要的作用。
随着社会的不断发展和人类对天气过程的认识不断加深,社会大众和各个行业对天气、气候的敏感性逐渐增强,人工影响天气技术也不断完善。
本文在探讨人工影响天气技术原理的基础上,分析了人工影响天气的具体应用,并给出了几点提升人工影响天气质量对策,仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词:人工影响天气技术原理应用对策前言人工影响天气是人类通过现代化科学技术手段对局部天气过程进行影响,进而实现人工增雨、防雹、消雾等目的活动。
我国是世界上受气象灾害影响最为严重的国家之一,开展人工影响天气作业,可以有效降低干旱、冰雹、雾霾等天气带来的危害,是确保水资源安全、保护生态环境的需求,也是保证我国社会经济可持续发展的重要举措。
1、人工影响天气技术原理1.1暖云人工增雨的原理整个云体温度超过0℃的云称之为暖云,虽然云顶温度在0℃以下,但云顶因过冷却云滴组成的云也被称之为暖云。
对于这种类型云的自然降水形成过程是:气流在上升过程携带一定量的水汽进入到云中,通过凝结而形成云滴,在凝结与碰并过程的共同作用下形成雨滴,最终则会降落到地面形成了降水天气。
暖云降水是凝结与湍流的碰并后,会有较大的水滴出现在云内,之后较大水滴因重力的碰并,体积迅速增加就形成了雨滴。
若是云内因缺乏大水滴而不能降水或者降水强度较小,通过人工方式引入大水滴或者是产生大水滴的物质就能产生降水天气或者增加降水强度,这就是暖云人工增雨的原理。
1.2云的动力催化原理在冷云催化的作用下,会有大量的冰晶出现在云中,该过程中会有潜热释放出来,进而对积云的宏观动力进行改变,之后则会出现降水天气。
云内、云外间的温度差会产生浮力,在很大程度上决定积云中上升气流速度。
尤其是对于发展较为旺盛的积雨云来说,其内涵盖的过冷水滴数量较多。
若是将大量成冰的催化剂播撒到这种云中,会在短时间内造成过冷水滴冻结,并释放大量潜热,在冰粒表面凝华的水汽也会释放潜热。
探究人工影响天气技术原理及应用摘要:人工影响天气是人类运用现代化科学技术,对局部天气过程实施影响,实现增雨、防雹、消雾、防霜等趋利避害目的的活动。
目前世界上大规模开展的人工影响天气活动主要集中在增雨、防雹、消雾等几个方面。
我国是世界上气象灾害频繁、干旱严重的国家之一,也是人均占有水资源较少的国家,开展人工影响天气工作,进行增雨、防雹作业,不仅是农业抗旱和防雹减灾的需要,也是保障水资源安全、生态建设和保护等方面的需要,是保持我国国民经济可持续发展的一个重要举措。
关键词:人工影响天气;气象服务;原理;应用人工影响天气在气象防灾、减灾中发挥着一定的作用,它在预防以及减轻气象灾害中有着重要的作用,天气雷达、气象卫星、地理信息技术、中小尺度气象监测网、新型的催化剂和播撤工具的运用,为人工影响天气作业奠定了科学的可靠基础,也提高了人工影响天气的作业效果。
本文主要围绕人工影响天气技术原理及应用进行了分析。
1人工影响天气的技术原理1.1冷云人工增雨天气的原理冷云是指温度低于0℃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)就提出如下的理论假说:由于同温度下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,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。
在温度0~30℃的过冷却云中播撒催化剂,可以生成大量人工冰晶,人工冰晶通过贝吉龙过程可形成降水,从而达到人工增雨的目的。
1.2云的动力催化原理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。
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。
在发展旺盛的积云内,存在着大量过冷水滴。
试论人工影响天气的若干问题【摘要】人工影响天气是指利用人类科技手段来改变或控制天气系统的行为。
本文从人工影响天气的背景和现状入手,分析了其技术原理、方法与实践,以及影响与风险。
探讨了人工影响天气所涉及的伦理与道德问题,以及国际合作与监管机制。
结合以上内容,文章对人工影响天气的未来发展趋势和可持续发展进行了探讨。
通过对人工影响天气这一新兴领域的分析和探讨,有助于我们更好地理解和应对自然灾害,促进人类社会与自然环境的和谐发展。
【关键词】人工影响天气、背景、现状、技术原理、方法与实践、影响与风险、伦理与道德问题、国际合作与监管、未来发展趋势、可持续发展。
1. 引言1.1 人工影响天气的背景在人类社会发展的漫长历史中,天气一直是人们关注的焦点之一。
自古以来,人们就试图找到能够预测和影响天气的方法。
随着科技的进步,人工影响天气的概念逐渐被提出并逐步得到实践。
人工影响天气的背景可以追溯到上世纪50年代,当时美国科学家发现了云雾的成因及排放了云中的微粒能改变云的特性,从而影响降水的发生。
这一发现为人工影响天气的研究打下了基础。
随着科学技术的不断发展,人们开始尝试利用云种子发射器、化学物质喷射等方式来调控天气,尤其是在干旱地区或者需要减少灾害的地区。
人工影响天气的背景还包括人类对自然资源的需求不断增加,以及对气候变化的担忧。
人们希望通过人工手段来调整天气,减轻灾害的影响,提高农业产量,解决水资源短缺等问题。
人工影响天气也存在着一系列争议和风险,仍然需要深入研究和探讨。
1.2 人工影响天气的现状人工影响天气的现状可以说是一个备受关注的话题。
随着科技的不断进步,人们对于人工影响天气的可能性和实现方式越来越感兴趣。
目前,世界各地都有一些国家和地区在探索和实践人工影响天气的技术和方法。
一些国家利用云种植和云催化等技术手段来增加降水量,解决干旱问题;另一些国家则试图通过减少降水量来缓解洪涝灾害。
还有一些国家尝试利用人工影响天气的方法来改善空气质量、减少自然灾害等方面。
人工影响天气技术原理及作业程序摘要:全球的发展在不停更新过程中,科学技术和经济贸易给人们带来了可观收益的同时,也会带来很多影响,其中最不可忽视的因素就是环境因素。
人们渐向小康生活方向迈进,这会给生态环境带来很大的压力,导致人们的生活环境越来越恶劣,比如说常见的酸雨、全球变暖、森林面积减少等现象,都是生态环境被破坏的常见表现,在给人们生活带来便利的同时,也会给人们的生活带来很多负面影响。
基于此,本文将重点围绕人工影响天气技术原理及作业程序做出深入分析。
关键词:人工影响;天气技术;原理;作业程序前言:人工影响天气技术原理指的是利用科学技术手段,通过对各种天气因素进行管控,增加有利的气象,例如:在干旱的时候增加降雨量,对冰雹和雾气给人们出行带来的影响进行消除,防止冰霜给农业带来影响等等活动,就目前发展情况来看,应用最广泛的就是增加降雨量,缓解干旱情况,不仅可以推进我国农业的发展进步,解决我国人民的温饱问题,还可以有效保护水资源,维护生态系统平衡,帮助我国不断进步。
一、人工影响天气技术原理(一)冷云人工增雨天气的原理冷云是指温度低于0℃的云层,在冷云中存在三种形式,分别为水滴、冰晶和水汽,降水就是冰与水的相互转化而成。
近代人工影响冷云降水的物理根据,也是冷云降水的核心,早在1935年外国学家就率先提出了理论假说,在相同温度下饱和水汽压冰面要小于水面,在通过冷云中的冰晶不断吸收空气中的水汽,而水滴处在不断蒸发过程中,冰晶通过凝华增长,这种反应就是俗称的冰晶效应[1]。
水滴蒸发和冰晶大小成正比,水滴不断蒸发,冰晶不断长大,这就是冰水转化过程,被称为蒸凝过程。
由于温度的不同,冰晶的数量也不尽相同,在0℃到30℃范围内,可以生成大量人工冰晶,也就意味着可以形成降水,从而实现人工降雨。
(二)云的动力催化原理冷云可以通过催化使云产生大量冰晶,冰晶在转化为水系的过程中释放的热能会改变积云的动力,从而使降水量增多。
云层内外温差所存在的浮力可以决定积云中上升气流的速度。
人工影响天气的历史及原理自古以来,人们就幻想能够控制天气。
17世纪末,中国清代的《广阳杂记》就载有:“夏五、六月间,常有暴风起,黄云自山来,必有冰雹,土人见黄云起,则鸣金鼓,以枪炮向之施放,即散去。
”这是中国古代用土炮防雹的生动描述。
然而科学的人工影响天气是在美国的诺贝尔奖获得者朗格缪尔指导下,于20世纪40年代末在实验室的试验基础上发展起来的。
1946年美国的谢弗用干冰对层积云进行催化试验,发现云中过冷却水滴很快转化为成群的冰晶,不断增大并从云底下落,在云中留下一个明显的空洞。
接着,谢弗和万涅古特发现了可使过冷云中产生冰胚的催化剂---碘化银。
至今,与某些化学物质复合产生的碘化银仍然是普遍使用的播云催化剂。
目前全世界已经有20多个国家开展了这项工作,特别是美国、俄罗斯、以色列、乌克兰等国家的气象部门通过长期深入的科学试验研究,已经掌握了当地的云雨特点,并且发明了一整套相应的人工增雨技术,将其作为一项气象业务长期开展起来。
我国的人工增雨始于1958年。
当时吉林省等地遭遇百年未遇的大旱,国家和吉林省的有关科学家们在地方政府的支持下,开展了第一次飞机人工增雨试验,以后全国大部分地区便有组织地开展起来。
现在,我国已经在20多个省、自治区和直辖市开展了这项工作。
1975年至1986年,我国在福建省古田水库开展了为期12年的高炮人工增雨随机试验,取得了相对增雨24%的良好效果。
进入20世纪90年代,我国的人工影响天气进入新的发展阶段,人工增雨、防雹作业规模跃居世界前列。
一方面作业规模迅速扩大,各级政府对人工影响天气作业的投入也持续增加;另一方面,服务领域也不断扩展,黄河上游龙羊峡水库增水作业、上海八运会人工消雨试验、云南世博会消雨作业等,都取得了明显的效果。
截至1999年,全国已有1377个县开展了高炮、火箭增雨防雹作业,拥有高炮6270余门,新型火箭发射装置近300台;17个省开展了飞机人工增雨作业,飞行作业500多架次。
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,常把它破碎成直径为几厘米的小块,从飞机上投放在云的过冷部位,或将干冰装入金属网内,置于机舱外面,飞机穿云时,经过过冷部位而发生作用。
干冰的缺点是贮运不便,不能在地面对云作业。
但具有无毒和成冰阈温高等优点。
(2)播撒其微粒能充当有效冰核的物质,如碘化银(AgI)、介乙醛、间苯三酚和硫化铜等。
这类物质虽然很多,但作为冷云催化剂(能在过冷云中产生冰晶的物质)以碘化银的性能为最好。
因为碘化银的成冰阈温高达-4C左右,成核率(一克催化剂产生的冰晶数)高达1012~1015 个/克(因制备方法不同而异),其它物质皆不如AgI 好。
碘化银系淡黄色粉末,以上的高温中可汽化。
以上性质常被利用来获取碘化银微粒。
溶于碘化钾或碘化钠的丙酮溶液中,也易溶于液氨中,在600 C 碘化银的撒播方法很多,在空中,当飞机穿越云层时燃烧碘化银的丙酮溶液,碘化银先升华成为蒸汽,蒸汽冷却凝华成大量碘化银微粒(其尺度一般为0.5〜15卩m)也可以把碘化银和其它燃烧剂一起制成焰弹,从云顶或云侧发射入云。
在地面作业中,将碘化银的丙酮溶液喷入高温炉中燃烧,所产生的碘化银微粒随风扩散,有一部分进入云中。
这种方法虽然简便,但碘化银的利用率不高。
在我国更多的是用高炮或火箭发射装有碘化银的炮弹,直接送入云内过冷部位。
人工使云中产生冰晶所能造成的效应还取决于所播的云是层状还是积状。
若有一块层状云,云顶呈过冷却状态,但云体尚未超越-15 C的高度,这种云由于温度相对地高了一些,自然冰核不足,自然降水过程必然进行得很缓慢。
若在这类云的云顶附近,播撒AgI 或干冰以引入冰晶,就可能促成云产生本来不会出现的降水。
但是由于层状云中液水含量较低,所以形成的降水量很少。
假如由于大尺度气象因素的作用,使得云体持续维持,则可以进行重复播撒,以便增加累计降水量。
若层状云的云顶温度已经低于-15C ,那么并不需要通过播云就能开始降水。
但是在某些情况下,通过播云可以稍稍改变降水的地理分布。
例如可以促使雨或雪下落在分水岭地段,而不是下风方向几英里处。
对于云体比较小、生命期比较短的积状云来说,播云可以促使冻结现象早一些出现,而且出现冻结的高度也可以比自然冻结高度低一些。
但是若要求对云的发展产生更明显的影响,就不是那么容易的了,除非是非常特殊的情况。
至多,播云可以促使云体产生本来不会下降的少量雨雪,或者促使云体比不播云时稍早一些出现降水。
长时间维持的大积雨云,可以产生自然降水,对它播撤冰核不能改变云体的降水总量。
与冻结作用相伴的是融化潜热的释放,它表征着过冷却中固有的潜热不稳定性。
这种不稳定性可以通过播撒冻结核或干冰来触发,从而为上升气流提供浮力,在某些云中,这种作用对形成降水具有决定性意义。
在某些情况下,由于空存在着薄的逆温层的阻挡作用,积云的垂直发展受到定限制,而播云释放的附加潜热可能相当充分,它在少数这类例子中,曾促使云体穿透这种逆温层向上作进一步的发展。
1.2. 云的动力催化原理述静力催化原理,着眼于影响云的微物理过程。
若能影响云的动力过程,促进云体宏观发展,那么降水量有可能较大地增加,因为形成更大的云体,能产生更多的凝结物,由于它们的尺度大,可能更有效的利用这些凝结物。
即使降水效率维持不变,由于云体大,生命周期长,降水总量也会增加。
用什么样的方法进行播云能促进云体发展、增加降水量呢?目前主要通过过量播撤人工冰核(102 —104/L) ,使过冷水滴全部冰晶化,释放大量冻结潜热,使云上升得更高,发展得旺盛。
云模式计算表明,将云的温度增高0.5〜1.0C,就可能引起云体明显的改变。
外场试验证明,为促进动力效应而催化对流云时,的确出现云大幅度的增长。
这种过程对含有大云滴的过冷水云最有效,因为大云滴可以有效地捕获冰核,而冰核帮助水滴快速冻结。
对于层状云,大气通常处于热力学稳定状态,人工引起的微小的温度变化,只能把原来很慢的每秒几厘米的上升速度变为每秒 1 米左右,因此只能引起很弱的嵌入对流。
所以,静力催化仍然是影响层状云降水最常用的方法。
面是由伍德雷和萨克斯(Woodley and Sax ,1976)所提出的积云动力催化一系列过程的假设:1)在积云中大约-10 C层加人碘化银,这个区域被认为有大量的过冷液态水。
2)这种催化导致水到冰的转变,随着冻结潜热的释放,云体浮力增加。