人工影响天气基本原理

第十一章 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。一切人为影响(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。
    下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 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)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，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。一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凇增长，降至暖区融化后，再经重力碰并进一步长大，最后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；
    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。
    上述播云，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 -20℃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 -10℃或低于 -24℃时，播撒无效；云顶温度处于-10℃～ -24℃时，播云有效。因此，把-10℃～ -24℃的温度范围称为播云温度窗。胡志晋(1986)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CO2)和碘化银(AgI)是促使形成冰晶的主要催化剂。CO2升华的平衡温度是-78℃，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AgI质粒烟剂入云。虽然AgI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，AgI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℃，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℃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-40℃），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-4℃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，能溶于碘化钾或碘化钠的丙酮溶液中，也易溶于液氨中，在600℃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。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0.5~15μm)。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℃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-15℃，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，它表征着过冷却云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，由于上空存在着薄的逆温层的阻挡作用，积云的垂直发展受到一定限制，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
    上述静力催化原理，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。
    下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℃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。
    3)浮力引起上升气流加强，并贯穿整个云直到云底。
    4)上升气流的加强，使得进入云底的潮湿空气人流增加。
    5)潮湿空气人流的增加，最终会导致更多的降水。
    6)适当的催化，有可能引起相邻云的合并。
    7)合并的云系尺度增大，引起总降水量的增加。
    积云动力催化的基本原理：
    在云中引入催化剂，形成冰晶或水滴，进行这些微物理过程时，会释放出尤潜热，从而可影响云的上升气流，使云内上升气流加强，云的发展速度加快，水分积累加大，这样可使原来不产生降水的积云产生降水，使本来可能有降水的积云，增加降水量。
    积云的动力催化，将云滴的相变和积云的流场联系起来，将云的微物理过程和云的宏观动力过程联系起来，这人工影响云的发展提供了一个新的理论设想。
    动力催化和静力催化的异同：
    相同点
    1）影响区域都是过冷水云区域
    2）影响的对象都是过冷却云滴
    3）使用的催化剂都是冷云催化剂
    不同点
    1）目的不一样：静力催化—把过冷却云层中的云水变成降水质粒；而动力催化—是用过冷云滴冻结时释放的潜热加强上升气流，使积云发展。
    2）剂量不一样：静力催化—每立方米只需103~104个冰核；而动力催化—要使过冷水滴尽快地冰晶化，必须大剂量播撒，一般每立方米需105~106个冰核，与静力催化有一到两个数量级的差异。
    积云的动力催化，将云滴相变和积云的流场联系起来，将云的微物理过程和云的宏观动力过程联系起来，为人工影响云的发展提供了一个新的理论设想。但动力催化的野外试验并不令人十分满意。
1.3. 暖云人工增雨的原理
    暖云是整个云体温度在0℃以上的云，通常也把云顶温度虽在0℃以下，但云顶还是由过冷却云滴组成的云也称暖云。
    暖云有层状，也有积状。暖层云的主要特点是，云顶高度比冷云低，未达到 0℃层高度，或者虽过0℃层，但尚未出现冰晶。上升气流在这类云中不太强(约为10cm/s)。在这类云中，自然降水形成过程是：上升气流携带水汽人云，以凝结核为核心，通过凝结过程生成云滴，并通过凝结和碰并过程增长为雨滴，然后下落至地面形成降水。此过程关键是要形成一些足以引起重力碰并的大云滴，这里大盐核起着决定性作用。计算表明，暖层云形成的降水只能是毛毛雨，而且要求云维持3-4小时以上。
    暖积云一般具有较大的垂直厚度，较强的上升气流和较高的液水含量。在这类云中碰并过程是形成降水的的主要机制。与暖层云相比，它形成降水的时间短，雨滴大。这主要是由于暖积云内上升气流旺盛，外界水分能大量输入，云滴能很快增大，较短时间内就会出现一定数量的大云滴，足以引起碰并增长。
大量观测事实表明，大陆性暖积云很难产生降水，降水机率不高；而海洋性暖积云则易产生降水，降水机率很大。这是由于大陆性暖积云的滴谱很窄，云滴大小较均匀，微结构处于胶性稳定状态，碰并过程进行的很慢。而海洋性暖积云的滴谱较宽，云体内含有较多的大水滴，能够产生碰并过程，故容易产生降水。可见，大水滴的存在是暖云降水的关键。
    由于暖云降水的形成过程是先由凝结和湍流碰并等过程在云内产生一批较大的水滴，然后这批大水滴靠重力碰并过程而迅速长大为雨滴。因此，在因为缺乏大水滴而不能降水或降水强度不大的云内，人工地引进大水滴或可以产生大水滴的物质就可以诱发降水或增大降水的强度。这是暖云人工增雨的原理。
利用吸湿性物质催化暖云降水在国内外都做过不少试验，通常采用的是食盐。我国安徽、湖南、上海等地均试验过，效果是明显的。食盐具有很强的吸湿性，可溶于水。将盐粒引入云中后，开始它吸收水汽形成盐溶液滴，其表面饱和水汽压低于纯水滴的表面饱和水汽压，在相对湿度大于78%的情况下，就由凝结作用迅速成长，并通过碰并过程进一步长大成雨滴。云中引入盐粒后，影响其成长的因素主要是云中的上升气流速度、液水含量大小及云体厚度等自然条件，同时引人盐粒的大小、浓度及催化部位、时间也直接影响人工催化的效果。
    对于某一自然情况确定的具体催化对象来讲，肯定存在一种最适合的盐粒大小、浓度、催化部位及催化时间，按照这个最佳方案进行催化，可以得到最好的效果。但这个问题定量的计算很少，所需资料不充分，理论上尚未解决，技术上也有一定困难。1960年广东、湖南用盐粉催化暖积云试验中发现，从云顶播撒大颗粒(半径大于100微米)、大剂量( 10kg/km)盐粉，效果十分显著，可以得到大量降水。不过，由于播撒的颗粒大、剂量大，这种方法的经济效益是很低的。而且盐粒有一个严重的缺点，就是它具有腐蚀性，对地面物易造成损害。
    后来研究发现，尿素和硝酸铵是比较有效的暖云催化剂，如果将两者混合，比单独使用它们效果更好。
    从飞机上直接将水撒进云内，许多地方进行过试验。1964年上海曾对三块厚度1.7km的云进行撒水试验，这三块云相距不到lkm，先对中间一块撒水，3-4分钟内即消散，其余两块无甚变化，再对右边一块撒水，不久亦消，而左边那块未作业的云仍然无变化。实践证明，对于厚度较大的云直接播撒水滴影响暖云降水是有效的，而对厚度小的云块撒水后易造成云消。
    在云体产生降水以前，云体内部总是处于胶性稳定状态：云滴具有被降水质粒扫掠的潜在可能性，这种过程之所以很少出现，原因在于通过云滴碰并增长的大滴在数量上不足。在暖云的自然降水过程中，大约要106个云滴才能增长变成一个雨滴。这就是说大约每立方米需要有200个这样的雨滴。为了在暖云中增进雨量，可以在云底以上的上升气流区中引入接近于上述数密度的大滴，这些水滴具有一定的上升机会，可在整个上升和下落的路径上兼并云滴。开始时，这些水滴的尺度必须达到足以处于有利的增长状态，但是也不能太大，以免在进入云中后很快就落出云外。如果采用大滴播云，那就需要较多的水量，以使播撒的大滴的数密度合适。一个兼顾两方面的适于播撒的水滴，其尺寸范围大概是20~30微米。人们曾采用飞机在云底飞行喷射水滴的方法，进行了一些试验，企图依靠扩散作用把水滴散布到整个上升气流区中去。这些试验表明有时可以增进一定数量的降水，但还不能作出明确的结论。
    另一种方法是把盐质粒播撒到云底附近，以便提供形成云滴所必须的核。通常大一些的盐质粒对形成云滴比较有利，因为当它形成溶液滴后，可以具有比较大的临界半径。由核化理论可知，临界半径r*按照r*∝r3/2的关系随盐质粒半径的增大而增大。大的盐质粒(可能是海盐)其自然背景浓度约每立方米100个。因此在播撒盐质粒时，必须考虑播撒的总数至少要与此相当或者超过此值一个数量级。在理论上，播撒盐质粒比播撤水滴效率高，因为播撒盐质粒只要很小的数量就可以产生同样数量的收集滴。
    已有的试验表明：云和降水是可以人工影响的，但对增水作业应选择的时机、云的部位、催化剂的剂量等等问题都还提不出明确的答案。增水的效果也因自然降水的变率很大而人们又未能掌握降水的规律性而处于争论之中。所有这些都有待进一步研究。
2.消雾和消云
     基于我们的社会对于运输系统的依赖性，雾历来就是人们想要进行人工影响的重点，就没有什么奇怪的了。事实上，雾曾经是第一批经过科学地设计过的人工影响天气计划中的题目。在一个到1938年才公诸于众的、具有历史意义的计划中，Houghton和Radfordm提出了几个在机场上消暖雾的合理而又可行的方法。成功地进行了一些实验，但是未能继续下去，因为当时认为仪表着陆系统将使消雾变得没有必要。
    第二次世界大战期间雾的问题的严重性使得英国发展了一种叫做“FIDO"（集中消雾系统）的加热消雾法。英国和美国一直到1953年以后才放弃了FIDO系统的进一步发展，主要原因是认为它对商业航空来说费用实在太高，不可能在常规业务中使用。随着喷气化时代的到来，雾的问题又尖锐地提了出来，消暖雾的研究活动得到了大大的加强。虽然所采用的消暖雾的基本概念并不是新的，但为了使这些技术切实可行却尽量采用了一些新技术。在消雾的历史上，具有里程碑意义的事件仍然是1946年Schaefer博土的干冰试验。从那以后他们的结果所说明的理论成了此后进行的多种人工影响天气计划的基础。但这个理论被可靠地应用到业务上的只有过冷层云和消雾。
    催化消云雾的思路与人工增进降水的思路非常相似。把大质粒或冰核引入云中，使它扫并云滴，从而促使局部范围出现短时的晴空。
雾的物态不同，消雾方法也各异。雾以水雾和冰雾为主，混合雾很少见。水雾又分(过)冷雾和暖雾二种。
    把碘化银和干冰用于消除过冷却雾和过冷却低云，已经获得了一定的成功。但实验表明影响暖雾比较困难。自从1938年以来，相继进行了多次试验，但迄今还没有能把这种方法付诸业务使用。冰雾是北方某些地区冬季常见的一种现象，如何消除冰雾也是一个没有解决的问题。
2.1. 消雾的概念
消雾的目的是改善能见度。
    下式中定义的能见度V为一个黑色的目标以地平方向的天空为背景在白天能够看到(对比感阈为0.02时)的距离，即 式中N为雾滴或冰晶的数浓度，r为雾滴半径，K是雾滴的散射效率，并对所有的雾滴求和。对于可见光和球形雾滴，散射效率为常数，约等于2。
    从方程看出，要改善能见度就必须或是减少雾滴的数浓度，或者减小它的半径，或者两者兼而有之。由于能见度和半径之间的平方成反比关系，例如，半径减小到原来的1/3，能见度就要增加为原来的9倍。另一方面，数浓度减小到原来的1/3，能见度只能增加为原来的3倍。
2.2. 消雾的主要途径：
物理消除法
    旨在减少雾滴数浓度的人工影响方法便是物理消除法。
    曾经提出过许多关于雾滴的物理消除途径。一般说来，这些方法可以分为：1）使空气中悬浮的雾滴或冰晶沉降到地面上的方法；滴的静电沉降和用屏蔽、挡板和森林过滤的方法属于第一种类型的物理消除方法。2）使雾滴相互凝聚或者与为此引进的大滴碰并，然后在重力作用下下落的方法；雾用超声波使雾滴并合以及播撒带电的(或中性的颗粒或叫做多介电质的)有机化合物使雾滴消除的方法属于第二种类型。3）以及用差不多同样体积的纯净空气整个取代有雾空气的方法。对小块地面雾使用大风扇的方法是最后一种物理消除法。
    凡用物理消除法消雾都必然要直接作用于空气本身。因为雾滴的数浓度小，清除和凝聚的方法是无效的。使用过滤法和取代法所需的设备太大，也不实用。根据这些理由，物理消除法到目前为止还没有切实可行的办法。
蒸发法
    蒸发法是减小雾滴半径的方法。蒸发法是属于最有希望的消雾途径。因为雾是一种水滴和冰晶的悬浮物，它们和空气中的水汽处于平衡状态。雾滴可以采取从空气中去掉一部分水汽，或增大空气贮存外加汽态水的容量的办法使其蒸发。
    1）可以使水汽在吸湿性物质上凝结，这些物质在未饱和大气中对水汽具有特殊的亲合力。象氯化钙、氯化钠和尿素这样一些化学干燥剂，就是用作这种吸湿性物质的例子。2）通过加热来提高雾环境的温度，就是增加含雾空气的水汽容量的最明显的方法。3）用自然干空气或人为地提供干空气使之与雾混合，以造成促使雾滴蒸发所必需的非饱和环境是另一种方法。
阻止法
    现在为止所叙述的人工影响方法都是使已生成的雾消散。另外一种人工影响雾的概念是防止雾的产生。要做到这一点就要控制水汽、核和(或)生成雾所需的冷却过程。在露天水面使用阻止蒸发的化学物质以及减少人为的水汽来源，是一些可能控制水汽的方法。已经提出过，可以用阻碍凝结的化学物质来对付自然凝结核，以防止雾的发生。然而事实证明，这个方法只是使雾准迟10分钟左右生成，而且一旦雾最后终于生成，就比不处理的情况要浓得多。也有人提出辐射雾所需的夜间冷却条件可以通过人为地制造一个云层以大大地减小地面辐射输出的办法来加以抑制。
    防止法的作业规模一般比只企图消除一部分雾所用的物理消除法和蒸发法的规模大一两个量级。，所以，防止法只是对于消雾法不适合的情况和(或者)水汽源与凝结核的大小及数量都很有限的情况才适用。
    湍流的影响
    几种消雾方法所造成的雾消区的范围和时间，在很大程度上取决于雾层中的湍流强度。如果一种消雾方法能够有效地实施的话，那么，它造成雾消区所需的时间应该比由于湍流扩散使雾重新填补雾消区所需要的时间少得多。这两个相反过程的相对速率就决定着雾消区的有效时间。一般说来，在这个方面，蒸发法优于物理消除法，因为经过消雾的空气降低了相对湿度，因而部分地减小了湍流的限制作用。由于扩散的时间与雾消区宽度的平方成正比，所以这个因素的影响随着雾消区的扩大而变得次要。
消过冷雾原理
    在对各种天气现象实施人工影响活动中最简单的莫过于过冷的雾和层云。其原因就在于这样一个事实：过冷雾虽然是胶性稳定的，但是处于热力亚平衡状态。过冷水滴的能级高于更稳定的冰相的能级。只需加入很小的能量便可使过冷水滴转化成更稳定的冰相，最后导致雾的消散。
    人工消雾的过程基于冰面上的平衡水汽压比同温度下水面上的小这样一个物理事实。当冰晶引入过冷却的、对水已达饱和的雾中时，水汽在冰晶上凝华使冰晶增长，从而使水滴蒸发。当冰晶增长时，在湍流混合的作用下，冰晶在雾中扩散，而这种湍流混合因该空间里水转化为冰所释放的冻结潜热而局部地被加强。冰晶以大约1米／秒的速率向侧面扩散，只有当冰晶浓度由于降落而大大减小的时候才会停止。在10到20分钟以后，冰晶开始到达地面。开始引进冰晶后一个小时咸一个小时以上，沉降一直继续。根据雾的厚度、温度和风的情况，有用的雾消区可在30到60分钟时间里形成。一条航线上播撒的冰晶通常可以产生1一2英里宽的雾消区。
方法：
    制造引起人工消雾过程所需的冰晶，可以采用两种方法。第一种方法就是播撒晶体结构和冰很相似的、直径约1微米的粒子。这些粒子用来作为冰可以在其上生长的胚胎。这种粒子叫做冰核或冻结核，冰开始生长的过程就叫做异质核化。碘化银是一种最常用的人工冰核。碘化铅或某些有机物质也被认为是有效的成核物质。它们在一5℃以下的温度时是有活性的。
    第二种将冰晶引入过冷雾中的方法就是均质核化。使空气局部冷却到-40C以下，从而产生冰晶，在这个临界温度时，无需特殊核的帮助，冰的成核作用就可以自然发生。产生均质核化所必需的冷却是通过播撒干冰来实现的。干冰就是固体二氧化碳，可以在-80C的低温下存在，或者通过喷撒到雾中的丙烷这样的冷却剂的很快蒸发和膨胀来实现。这种产生冰晶的方法对于温度高达-1℃时还是有效的。
消暖雾
    暖雾是属于大气中最稳定的云系，和过冷雾相比较，在暖雾中没有可供人工消雾过程利用的潜在的相态不稳定。消暖雾的方法必须带点“蛮力”性质。消雾所需能量都必须由消雾的方法来提供。所以必须周密设计，才能使得消暖雾的方法实施得可靠、合算并且又没有坏的副作用。
    过去几年中关于消暖雾方法的研究是从人工消雾过程的计算模式模拟和野外试验两个方面进行的，通过使水滴蒸发以改善暖雾中能见度的有效方法有三种：
    (1)使雾和上面的较干而暖的空气机械混合，直升飞机下搅混合；
    (2)用吸湿性物质使空气干燥，产生有实用价值的雾消区所需播撒的吸湿性物质的量与该物质的粒子大小、化学性质、雾的含水量以及周围风场有关。这些因素对消雾过程的影响已经通过计算机模拟研究和野外试验互相促进的办法作出估计。播撒粒子越小，达到一定能见度所需吸湿性物质的量也就越少，但粒子在雾中呆的时间就越长。然而，如果吸湿性粒子太小了，它们将悬浮在雾中使能见度反而变坏。另一方面，粒子太大了，在雾中降落得太快，水来不及在粒子上充分凝结。粒子最合适的大小应该是它能长到足够大以便．从雾中降落出来，并且使用尽可能少的吸湿性物质使其能在适当的时间里产生所要求的能见度。
    消雾效率
    定义为一个给定量的吸湿性物质所产生的地面最大垂直能见度和氯化钠所产生的相应能见度之比。其所以取氯化钠作为标准·是因为它已经广泛地用于消雾试验中。除了太贵的乙酰铵之外，所有比氯化钠效率更高的吸湿性物质都对动植物有剧毒，或者对金属表面有腐蚀作用，或者两者都有。和氯化钠的情况一样，这些物质不能在机场和其他公共场所常现使用。在这些物质中，只有硝酸铵—尿素—水在实际上被有限地用于那些腐蚀和(或)生态学的因素都不太要紧的地方。尿素是最好的、安全的吸湿性物质。
    吸湿性物质    消雾效率
    氢氧化锂    4．10
    氯化铵    ’：    2．06·    ’
    氯化锂    1．88
    氢氧化钠    1．85
    氢氧化钾    1．31
    硝酸铵—尿素—水    1．17
    乙酰铵    、    1．02
    氯化钠    1．00
    尿  素    0．93
    磷酸钠    0．85
    硝酸铵    0．84
    氯化钙    0．62  —
    (3)加热空气。
    最古老而且最有效的消暖雾的方法之一就是通过碳氢化合物的燃烧进行地面加热。必需提供足够的热能使雾滴蒸发，并使气温升高到使空气足以容纳下雾滴蒸发出来的水汽。根据物理学的基本定律计算这个热量并不难。
消冰雾
    目前，冰雾一旦形成以后，还没有什么实用的消雾方法。虽然消暖雾的方法原则上也适用于冰雾，但要使这些方法在很低的温度下仍旧行之有效，需要的能量很大，再加上后勤上的一些要求，使得这些方法在经济上是不可取的。但是，冰雾可以通过对导致冰雾形成的人为造成的核和水汽源实行控制的办法来防止。
3.抑制冰雹
    一般认为冰雹有两个发展阶段，先是雹胚的形成阶段，然后是从雹胚开始的雹块增长阶段。在冰雹内部通常存在着一个清晰的核心，冰雹就是围绕这个核心而增长的，这个核心称为冰雹的胚胎，其直径为2-3mm到10-15mm。冰雹胚胎既可是冻结的雨滴，也可能是霰粒(毫米大小的冰聚合物或凇附的冰晶)。
    降水过程自然演变，以至形成雨滴、冰晶、雪和霰粒，通常在主风暴中强烈的上升气流使小粒子没有足够的时间长到雹胚大小，而从强烈的上升气流中被驱逐出来，下落到较低的地方，然后在较弱的上升气流中增长成雹胚，并进一步循环增长到冰雹大小。比如超级单体雹云，由于上升气流中心部位强度大，大量的小云滴会被气流在短时间内一直带到-40℃以上高度，使云滴完全冰晶化，并被高层气流带出，形成广阔的云砧，从而失去通过碰并增长降落到地面的可能。但那些处在上升气流边缘部位的云滴，由于这里上升气流较弱，有足够的时间逐步长大而不致升到-40C高度以上。一部分长大的云滴随着气旋性转向的气流进入胚胎帘，那里水量充足，上升气流不很强，于是可以长成毫米量级的胚胎。因此，超单体雹云的前悬回波具有供应冰雹胚胎的作用。在这里不断增大的胚胎因重量增大而下沉，从而掉人上升气流区。以后经过循环增长形成冰雹降至地面。
    雹胚必须处在合适的位置和合适的时间才能变成为冰雹。它必须进入合适的高度，这里有恰当的上升气流强度，有丰富的过冷水和足够低的温度环境，而且能保持相当的一段时间，才能使冰雹增长。
    人工抑制冰雹的基本物理设想有：
    (1)在雹胚形成区，制造大量人工雹胚，促进它们的竞争，限制雹胚增长。
    (2)改变冰雹的的生长环境；使雹胚的生长因过冷水含量低、经历时间少而受抑制。
    (3)动力效应，包括诱发下沉气流以破坏雹云的自然发展过程，促进大量小的对流云形成，以释放对流不稳定能量。
3.1.播撒冰核催化剂抑制冰雹
    这个方法是前苏联提出的。它的基本思路是，认为冰雹云中含水量很大，而自然雹胚数量不多，它们都能充分并合过冷水滴长成大冰雹。为了抑制这些自然雹胚的增长，向云中引进大量人工胚胎，以争食主上升气流里可利用的云水，结果每一个雹胚都得不到充分的水分，从而使之不能长成大冰雹。
    前苏联的这个抑雹原理是依据冰雹形成的累积带理论而提出的，利用催化剂抑制冰雹包含有三个假设：
    (1)雹云中存在一个液态水分累积区，它处在最大上升气流层之上，那里积累了过冷却水大水滴，含水量可达20-30g/m3，冰雹就生长在这个区域内(称为雹源)。
    (2)积累的总液水量是有限的，它与最大上升气流速度成比例，并认为在冰雹生长过程中总液水量不变，即NR3=常数(N是雹胚数浓度，R是冰雹半径)。
    (3)在大冰雹形成以前，向雹源内引入大量人工冰核，增加雹胚浓度，可以限制冰雹的增长。
    要增加多少人工胚胎才能起防雹作用(根据含水量不变的假设，提出冰雹半径与冰雹浓度的关系式：
    其中RI、NI为自然条件下生长的冰雹均立方根半径与浓度，RK、NK为人工播撤后冰雹的均立方根半径与浓度。如在自然条件下冰雹浓度为1个/m3，则人工增加冰雹胚胎2个数量级(NK=100/m3)，就可导致冰雹的均立方根半径减小4.5倍。如原来落地的冰雹直径为1cm，则播云后将减小为0.22cm。
    围绕上述催化抑雹原理，80年代以来，国内外做了许多用AgI进行冷云催化数值模拟的工作。利用科学院大气物理所三维冰雹云模式，对发生在陕西旬邑97728、河南北部98721、辽宁鞍山99715以及江苏连云港98830等冰雹个例进行了数值模拟研究，并重点讨论了以下三个问题：(1)雹云中是否有含水量的累积带，(2)冰雹是否生长于累积区内，(3)针对累积区内催化是否有效。模拟结果表明，雹云中存在一个液态水分累积区，位置在最大上升气流层偏上一点，冰雹生长于累积区中心的前上方；在雹云发展过程中，累积区里总液水量在变化，但一直保持着较大的含水量；在累积区中心催化，可以起到减雹、增雨的效果；AgI主要起凝华核作用，接触一冻结核化作用较弱；催化使雹云中增加了大量冰晶和雪花，它们与过冷雨滴的碰并使霰(冰雹胚胎)的数量增加，质量减小，使过冷雨滴大量减少，因而既限制了霰向雹的转化，又抑制了雹因碰冻过冷水滴而增长，最终使落地冰雹数量减少，质量减小，降雹动能减小，降雨量略有增加。
    在超级单体中，美国学者认为“胚胎帘”是冰雹胚胎生长的源地，只有经过胚胎帘的粒子才能长成冰雹。根据这个理论，他们提出针对胚胎帘播撒的方法，即在“胚胎帘”部位及早作业，播撒催化剂以争食云水，从而减小胚胎尺度，以防止大胚胎进入冰雹生长区。这个设想是有一定依据的,是比较合理的。但这显然是一件棘手的事，因为实时区分胚胎帘，并对之施行播撒是很困难的。为此，我们必须得到胚胎成长区和轨迹的准确估计，以便更准确地对准目标进行播撤。这就需要我们进一步加强研究，增加对雹暴结构和微观物理过程的了解。
3.2. 促进雹胚区早期降水
    这是很吸引人的防雹假说。它认为雹胚是在较小的发展着的云塔(风暴的供水云)中形成的，这里上升气流速度较小，温度处在-20-0℃范围，有过冷却小水滴存在。在此区域播撒可形成混合云，冰晶迅速增长至毫米尺度，加速降水过程。在这种情况下，由于一些降水粒子在它们被送到主上升气流之前，将从雹胚源区落出，因此减少了对风暴雹胚的供给，离开成雹过程。这种提早形成的雨，既消除了雹胚形成区的液态水，又诱导了下沉气流，减弱了上升气流。如果原供水云中上升气流较强，催化产生的粒子作为雹胚也能参加竞争起防雹作用。利用这种假说进行的一些催化作业获得令人鼓舞的结果。
3.3.减少冰雹生长区水源供应
    冰雹是由胚胎不断与过冷水滴碰并而增长大的。在冰雹生长区，水源供应非常充足，如果向云下部暖区引入吸湿性粒子，使该区云滴增大，促进并合，加速暖云降水，就可以减少进入过冷却区的水滴。因此，这个方法旨在于改变冰雹胚胎的生长条件，减少冰雹生长区的水源供应。
    前苏联曾用此法将食盐送入雹云底部、中部及雷达最大反射区，同时使用成冰催化剂播入冰雹生长区，使过冷水滴冰晶化，阻止冰雹生长。吸湿性粒子的引入，有助于大滴的凝结增长，同时，由于吸湿性粒子本身的凝结，也迅速地长成30-40微米的大滴。剧烈的凝结增长，自然导致碰并增长的加强。这就大大增加特大滴的数量，将有利于云中暖区的降水过程，出现降水对云过早的“冲刷”。结果使云的过冷区液水大大减少，使冰雹的生长条件变坏。如果同时使用成冰催化剂，引入冰雹生长区(-6℃层及以上高度)，引起过冷水滴的冰晶化，则更易阻止冰雹的生长。
    这个方法是有一定事实依据的。众所周知，海洋上雷雨云中降雹的概率远小于大陆，这是由于雷雨云中含有大量吸湿性盐核，加强了云暖区的降水形成过程，从而不利于过冷区冰雹的生长。在中纬度地区，夏季雷雨云中降雹的概率比春秋季少，这是由于夏季雷雨云中的暖区厚，含水量大，使暖区的降水形成过程大大加强，以致使云的过冷区供水条件变坏，不利于冰雹生长。总之，在自然条件下，凡是有利于雷雨云暖区降水的因素，对冰雹的形成都不利。
3.4.爆炸对冰雹云的动力影响
    在人工抑雹的概念模型中，还有一种动力催化效应，包括引发下沉气流使雹云解体，或激发大量小的对流云形成，以释放对流不稳定能量。我国使用的爆炸法，可属此类。
    用爆炸方法防雹是我国的一个特点。早在一、二百年前，云南鹤庆、四川冕宁、陕西绥德以及甘肃的一些地方，农民们就已采用土炮打雹。解放以后，雹灾较重的地区相继有组织地开展了群众性的人工防雹试验，爆炸方法进一步广泛采用，并取得一定效果。国外也有用爆炸方法防雹的，如意大利、法国、瑞土、澳大利亚、奥地利及肯尼亚等，一般采用带有了TNT炸药的火箭或炮弹发射到云中爆炸，以影响冰雹云。肯尼亚的报告认为，爆炸防雹取得了较好的效果。然而爆炸为什么能防雹？爆炸对云起什么作用？对冰雹形成过程有什么影响？这是人们十分关心的问题，也是近年来为许多气象工作者所注意并深入研究的问题。
    首先，我国进行了许多有关爆炸影响云雾降水和垂直气流的试验。在进行土炮和高炮人工降雨和防雹试验中，发现有“炮响雨落”现象。炮响雹落或者炮后冰雹强度增大的现象也常有出现，这可能是爆炸产生的冲击波，扰动或改变了云中的上升气流，从而破坏了降水粒子与上升气流的平衡，导致粒子集中下落。炮响雨落(或雹落)的规律可以应用于人工防雹，因为我们可以促使尚未形成冰雹的云提前降水而崩溃，也可以促使云中已形成的冰雹降落在非农业地段(如荒山、沙丘)，以减轻农田的冰雹灾害。
    为了探讨爆炸对云和降水的影响，一些研究机构进行了专门的试验，结果表明。炮击促进了未降水对流云产生降水，已降水云增强了降水，炮后雨滴谱变宽，出现双峰；雷达观测发现，炮后雹云强度减弱，回波分裂、分叉，有的在炮击部位出现回波窟窿；爆炸影响垂直气流中悬浮的葵瓜子实验，出现了葵瓜子降落现象，表明炮击可以破坏粒子与垂直气流之间的平衡状态，虽然这个试验很粗糙，它没有考虑相似模拟条件，但它比较直观地模拟了冰雹云中与上升气流成平衡状态的粒子因炮击突然失去“支撑”而落下，下落粒子拖带周围空气，可以形成一股下沉气流而引起云消。科学院大气所为了研究冲击波对气流的影响，专门进行了爆炸影响烟粒的实验。初步结果表明，炮击后0.2-0.3秒，在爆炸波的作用下，出现烟道摆动和升速减弱现象。
    根据以上实验现象，大气所提出爆炸影响冰雹云宏观发展过程的物理设想：爆炸产生的冲击波和爆炸碎片的高浓度粒子群作用，可以直接扰动或改变云中原来的上升气流。在爆炸高度以上，主要是促进上升气流，在一定条件下可以引起云顶向上发展；在爆炸高度以下，将诱发下沉气流。由于扰动了上升气流，破坏了原来云中降水粒子落速与上升气流的关系。如果原来降水粒子末速与上升气流是平衡的，扰动可以破坏平衡，造成粒子大量集中下落；如果原来降水粒子向上运动，爆炸可减弱上升气流甚至转变为下沉气流，使得粒子停止上升甚至转为下降。降水粒子的下降拖带了空气的下沉，在像冰雹云这样不稳定层结条件下已经产生的下沉气流将维持并加强，特别是水滴下沉时的蒸发吸热，将促进下沉运动，有可能引起较有组织的下沉气流发展，进而促使云体消亡。这样，爆炸破坏了云的自然发展过程，或者产生不强烈的降雨、降雹，或者使冰雹云得不到进一步发展。在尚未形成大雹块的云中，有可能抑制冰雹的形成。
    爆炸为什么有动力效应？爆炸产物对气流起什么作用？许焕斌对此作过系统分析。爆炸主要产物包括气体、高速飞溅物、冲击波和声波。研究发现，爆炸气体小于1升，其效应可不计；飞溅物即爆炸碎片，约九块，以高于声速向四周飞行几十米，对空气产生曳带，计算结果，拖曳作用很小，可忽略；冲击波是一种非对称波，波形中有一正超压区和一负超压区，在正超压区给空气以推力，而在负超压区则是拉力，因正压区的作用大于负压区，总的效果是推力。在炸点下方，由低层来的上升气流将受到抑制，从而影响气流。声波振动，对降水粒子尺度来说可引起粒子运动边界层中的动量交换，从而影响降水粒子的运动状态。声波振动可使绕流改善，使阻力减少，导致降水粒子末速变大，从而起到“润滑”作用。
    综上所述，爆炸产生的冲击波和声波，可以对气流产生制动作用，对降水粒子的运动起润滑作用。
3.5. 爆炸对冰雹云微物理过程的影响
爆炸冲击波使冰雹破碎变软
    国内外经常发现爆炸作业后冰雹破碎变软的现象。有人用“空腔作用”来解释这个现象。空腔作用是从水力学上引用来的，由于水中气泡的存在，当有振动时，在气泡表面产生很大的局部压力，因此船舶的振动引起空腔作用而对船壳有很大的损伤。由于冰雹内含有液态水和气泡，因此认为爆炸冲击波能使冰雹中产生空腔作用而使冰雹强度减弱，以致破碎、变软。但也有人反对上述说法。
爆炸冲击波触发过冷水的冻结
    在一定条件下，爆炸冲击波可以使过冷水滴冻结，引起冰晶化。美国利用公园里的喷泉做过实验。冬季从喷泉中发出大量过冷水滴，水滴尺度略大于500微m。用一个气球在喷泉旁带上一根火药绳，用火药绳的爆炸模拟闪电发出的冲击波。结果发现，爆炸后立即有冰粒降落，一次爆炸后冰球阵雨持续了33秒，而在两年中进行的25次自然取样中，从未发现过冰粒。实验还指出，当温度为一4℃时，触发冻结的冲击波临界强度约为7克／厘米2，随温度降低而减小。爆炸冲击波引起水滴冻结的作用机制，尚无一个比较成熟的说法。黄世鸿近来通过实验认为，超声波和冲击波不一定能触发过冷水滴冻结，而超声速气流的绝热膨胀冷却作用却是触发产生冰机制。
4.人工催化剂
    从前面介绍有关核化的知识可知，云滴冻结必须要有冻结核即冰核，若大气中无冰核存在，净纯水冻结温度在约一40℃，而自然冰核冻结的最高阈温达一5℃，且大气中这类冰核数量有限。
    有效的人工冰核必须具备冻结阈温高和成冰性能好，才能在应用上表现出它的潜力。经过多年的实践，至今国内外在应用上比较普遍和较为成熟的人工冰核和催化剂有碘化银，干冰(固体COz)，液氮。国外还曾使用过丙烷。我国70年代还使用介乙醛。
    这些催化剂从成冰机理上可归纳成二类。
    一类是由干冰（-78.5）、液体丙烷、液氮、液体空气等组成的致冷剂。这些物质融点和沸点低，在通常大气温度极易挥发，挥发过程导致很大的温降，致使局部温度迅速降至一40℃，甚至更低。在此低温状态，云滴发生均质核化，同时产生极大的过饱和，水汽因此发生凝结一冻结，产生大量的冰胚，冰胚在过饱和条件下，增长成冰晶。在这些致冷剂产生的冰晶中，由原来云滴冻结而成的仅是很小一部分，大量的冰晶是由空气中的水汽在很低温度下通过凝结一冻结产生的。
    第二类是以AgI为代表的固体物质是有效的非均质核化的成冰核。据广泛的研究，这类物质是比较多的，如碘化银，氧化铜以及若干有机物。
    无机类：AgI、PbI2、CuS等
    有机类：介乙醛、间苯三酚等
    根据成冰阈温和成冰率以及应用方便程度，至今国内外普遍使用AgI，其它物质在应用方面的可靠性尚未证实。
4.1. AgI
    基本特性
    淡黄色粉末，难溶于水，易溶于液氨或丙酮溶液，熔点552℃，在660℃以上高温可汽化。
    AgI有两种晶体结构：六方体和立方体。前者与冰结构相似，晶格常数极为接近，故能起冰核作用，成冰阈温比较高，低于-4℃即可成冰。在-10℃时，1克AgI可产生1012—1013个有效冰核，是一种高效催化剂。
    作用机制
    1）T< SC="0" w:st="on"> -12℃时，凝华核
    2）-12℃<T< -5℃时，凝结-冻结核
    3）T~ -5℃时，接触冻结核
    使用方法
    1）溶液燃烧法（地面和飞机）：缓慢，单炉发生率小但成核率最高。
    2）爆炸法（高炮和火箭）：单位时间内输出率大，但成核率最低。
    3）水溶胶喷撒。
4.2.干冰
    只起致冷作用，影响范围是局部的，
 4.3.其它
    包括前面介绍的AgI和干冰，常用催化剂主要分为三类：
    1）吸湿性巨核：食盐、氯化钙、硝酸铵、尿素等
    2）致冷剂：干冰、液体丙烷、液氮、液体空气等
    3）人工核：应用最广泛、成效最明显。
    无机类：AgI、PbI2、CuS等
    有机类：介乙醛、间苯三酚等
    4）生物核（1989）：假单胞菌，类冰结构的细菌蛋白。
5.人工影响天气的效果检验
 5.1. 存在的困难
     在上述各类试验中，都曾获得不同程度的成功的报告。影响某些类型的云，是有一定的理论为依据的，但是从理论和现实两个方面都还存在着一些问题:
    理论上：
    1）自然云和降水过程的物理机制还末完全认识清楚；
    2）人工影响天气的理论还不成熟；
    3）预报的准确性还不能满足人工影响天气的需要；
    4）还没有一种公认的完全令人信服的检验方法。
    现实中：
    1）由于云的特征存在着明显的变动性，因此很难取得令人信服的证据来说明试验是成功的。
    2）播云试验常常无计划地进行，又缺乏合理的科学控制而难以对结果进行评价。
    3）有些播云操作者过分地渲染了试验的结果，因而使情况复杂化了。
    现存的主要困难：
    1）降雨降雹在时间和空间上的自然变差特别大，人工影响的效果往往埋藏自然变化之中；
    2）积云，特别是雹云本身的变化很迅速，自然变化的时间尺度和人工影响的变化的时间尺度差不多，二者不易分清，这对物理检验是很不利的；
    3）预报不能十分准确，以致使增雨、防雹效果的识别变得更加困难。
    人工降雨效果检验的基本思路：
    实测雨量R2：人工影响后目标区或目标云的实际雨量；
    估计雨量R1：目标区或目标云不催化时本来可能会降的雨量；
    增雨效果：R2-R1
    可见，其中最大的困难是估计自然降水量。因此，人工降水效果检验问题，实质上就是用什么方法定量估计自然降水量的问题。
5.2. 效果检验方法
    1）统计检验方法
    要点：事先做好试验设计，在取得尤其是试验资料的基础上，应用类似于天气预报中的统计预报方法，推断出作业区的自然降水量的估计值，再与实测雨量相比较，以确定效果，同时检验这个效果的可靠程度。
    试验方法有多种，如
    A随机试验：即在同一地区随机试验，然后分别统计作业和非作业日的雨量或雹情。
    B序列试验：统计开展人工影响前降雨、雹情和作业后情况，看作业效果是否显著。
    C回归试验：选择作业区和对比区，对人工影响前与后雨情（雹情）进行对比分析。
    从统计上得出的变化还不能直接判断效果，因为引起这种变化有两种可能：一是自然的起伏，另一是作业作用。为了作出判断，需要进行显著性检验。指明出自然可能性有多大，如果这个可能性很大，就没有理由认为是人工影响的效果，即效果不显著；如果自然变化的可能性很小，例如小于5%，就有较大的把握说作业有效，即效果显著。
    优点：在一确定的概率保证下能够得到定量的影响效果。
    缺点：样本要多，资料年代要长，因而试验周期长。

    对于于大范围和长时期的造雨或造雪，效果检验问题就变得更加复杂。理由之一是估计其效果很困难。因为人工激发只是对临界场合有效。要得出在一个时期内究竟是播撒的作用还是自然形成，以及估计人工影响可能改变的百分比是很困难的。因此，试验的统计方法是最基本的。
    为了使得试验具有意义，目前采用两种方法：
    一种是采用对照区
    选择两个区域，这两个区域具有长期的降水记录和良好的相关(如图)。图上每一个点表示每个区域的年降雨量。如果其中一个区域用作试验播撒(目标区)，则另一个区域就是对照区。
    图上各点为没有播撒时以往各年的一一对应关系。如果某一年进行播撒，两个区域的降雨量用星号表示，那么我们就可以得出，每一圆点相当于试验前的某一给定年，符号星相当于播撤年（很成功)。播撤有效地增加了目标区的降雨量。
    另一个更加有效的方法，称为随机化。
    包括：①选择一个区域和适合播撒的条件；②当这些条件出现时，任意确定是否播撒。把全部不播撒的场次作为参考，与播撒场次的结果进行比较。
可以把两种方法结合起来使用，但不论在什么情况下，如果要得出明确的结论，试验必须有对比；而且要进行数年(不少中5年)。
    试验的结果可能是各种各样的。这要看在什么地区和使用什么方法等等。一般认为，在有些情况下，降雨量或降雪量能增加10—20％左右；在另一些情况下，则可能毫无效果，甚至起相反的作用。
    2）物理检验方法
    人工影响，主要还是设法从改变云的某些微物理过程入手，进而促使降水的形成，或增加雨量（或抵制冰雹增大）。因此，效果检验可以从云的物理结构发生异常变化中反映出来。这是人工影响的直接效果，而雨量的增加（或雹的减小）应是间接效果。可从飞机观测、雷达观测、地面雨雹观测资料中，分析作业前后的宏微观结构、空中和地面降水的形成和发展，然后综合分析，判断效果。
    需要指出的是，反映宏微观结构的参量变化，也是受多种因子制约的，不是唯一地决定于人工影响作业的，同样也存在着相当大的自然变差，要从中鉴别出人工影响的效果，一般仍需采用统计检验方法。
    3）数值模拟方法
    根据大气运动规律和降水机制，建立方程组，定量地预报催化和不催化情况下云的发展和降水的差异，再和实测结果相比较，从而确定催化效果。
但由于自然降水物理机制以及催化机制认识得还不十分清楚，因此模式作出的预报结果不一定准确。