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人工降雨是根据不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂，使云层降水或增加降水量，以解除或缓解农田干旱、增加水库灌溉水量或供水能力，或增加发电水量等。中国最早的人工降雨试验是在1958年，吉林省夏季遭受到60年未遇的大旱，人工降雨获得了成功。 人工降雨 - 发展历程 当时，在人们中流行着一种观点：雨点是以尘埃的微粒为“冰晶”，若要下雨，空气中除有水蒸气外还必须有尘埃微粒。这种流行观点严重地束缚着人们对人工降雨的实验与研究。朗缪尔通过实验告诉人们：尘埃对降雨并非绝对必要，干冰具有独特的凝聚水汽的作用，即相当于云中的冰晶或冰核。温度降低也是使水蒸气变为雨的重要因素之一。他在实验中不断调整加入干冰的量和改变温度，发现只要温度降到零下40℃以下，人工降雨就有成功的可能。朗缪尔发明的干冰布云法是人工降雨研究中的一个突破性的发现，它摆脱了旧观念的束缚。之后，朗缪尔决心将干冰布云法实施于人工降雨的实践。 人工降雨 - 科学原理 云是由水汽凝结而成;而云的厚度以及高度通常由云中水汽含量的多寡以及凝结核的数量、云内的温度所决定。一般来说，云中的水汽胶性状态比较稳定，不易产生降水，而人工增雨就是要破坏这种胶性稳定状态。 世界上许多国家普遍使用碘化银做人工降雨的催化剂。中国采用干冰和碘化银穿插使用的办法。干冰是由人工降雨飞机的舱底“漏斗”洒向云层的。碘化银做催化剂时，可用火箭把碘化银焰弹发射上去。分析表明，如果向一块云层中射入碘化银微粒，并收集随之产生的降雨，这些雨水如由一人饮用的话，他所吸收的碘量与吃一个加盐的鸡蛋所吸收的碘量基本相等。若用干冰做催化剂(即固体二氧化碳)，那就更不会影响环境了，因为空气中本来就有二氧化碳。 碘化银在人工降雨中所起的作用在气象学上称作冷云催化。碘化银只要受热后就会在空气中形成极多极细(只有头发直径的百分之一到千分之一)的碘化银粒子。 人工降雨 - 人工影响降雨 （一）人工影响冷云降水 中纬度地区冬季经常出现大范围的过冷却层状云，但很少降水。夏季也经常出现云顶高于0℃层高度的积状云，其中能产生降水的也为数不多。根据贝吉龙学说，这种云之所以没有降水，主要是云内缺乏冰晶，云滴得不到增长。影响冷云降水的基本原理是设法破坏云的物态结构，也就是在云内制造适量的冰晶，使其产生冰晶效应，使水滴蒸发，冰晶增长。当冰晶长大到一定尺度后，发生沉降，沿途由于凝华和冲并增长而变成大的降水质点下降，这就是所谓冷云的“静力催化”。60年代又提出了“动力催化”试验，其依据是：在云体的过冷却(-10℃)部分，大量而迅速地引入人工冰核。当冰核转化成冰晶时，要释放大量潜热，使云内温度升高，形成或增大上升气流，促使云体在垂直和水平方向迅速发展，相应延长云的生命期，加速云内降水形成过程，从而增加降水量。静力催化与动力催化都是从影响云的微物理结构着手，所不同的是静力催化着眼于云内水的相态不稳定性，动力催化立足于影响或加强云内的热力不稳定。 另一种方法是引入人工冰核(凝华核或冻结核)。人们认为碘化银是一种非常有效的冷云催化剂。碘化银具有三种结晶形状，其中六方晶形与冰晶的结构相似，能起冰核作用，适用于-4—-15℃的冷云催化。每克碘化银所能产生的冰晶数视温度而定，温度低，有效冰核数目多，产生的冰晶数也多。例如当温度t=-10℃时，一克碘化银能产生1010—1012个冰核，当t=-20℃时则能产生1016个冰核。 (二)人工影响暧云降水 中国南方大量的野外试验中，发现在暖性对流云顶播撒大颗粒(直径大于100μm)、大剂量(每千米几十千克)的盐粉，效果很显著。对于发展快、垂直厚度大、含水量丰富而又有上升气流的暖性对流云进行反复催化，可以得到大量降水。但是这种方法消耗食盐量大，效率低。要求飞机有较大的载量。 人工降雨 - 设备选型 在试验中应用的人工降雨装置有侧喷式、下喷式、摆动式等。这些装置一般只有100m2左右的降雨面积。实体模型的水平面积将在10000m2以上。对于在大范围进行人工降雨试验应当选用何种降雨装置，也是一个关键问题，它涉及未来试验研究的开展。 1、装置的降雨均匀性好，能够满足试验; 2、装置可以模拟降雨强度的空间和时间变化，并可模拟黄土高原的高强度降雨过程; 3、装置的可扩展性好(易组合，易移动); 4、装置便于自动化控制; 5、装置的可靠性高，便于维护; 6、造价较低; 7、便于与正在建设的比尺模型降雨装置协调和协同试验，使试验数据有可比性。 通过分析比较，选择下喷式人工降雨装置，该装置可以同时满足以上7项要求。 1、该装置的降雨均匀性系数大于85%，具有较高的降雨稳定性，可重复性好。生成的雨滴特性与天然降雨雨滴特性具有较高的相似性。 2、可生成的降雨强度范围为30mm-240mm/h。可以模拟实现天然降雨条件下的连续变雨强降雨过程。试验开始时刻，装置的雨滴生成速度快，试验结束时刻，喷头喷水迅速停止，基本不存在喷头滴水现象;雨强转换速度快。 3、该装置由孔径大小不同的，独立的喷头组成，每个模拟降雨单元装置由16个喷头组成，可以根据需要任意扩展。经过装置的轻量化改进后，可以从一个地点移动到另一个地点。 4、该装置的喷头采用电磁阀，可以实现计算机远程自动控制，操作系统采用WINDOWS2000。 5、该装置在运行过程中，只要供电正常，水质清洁，可以保证试验研究的持续进行，具有较高的可靠性。日常维护主要是清洁水池、防止喷头堵塞。 6、该装置造价较低，安装的装置(含自动控制系统)，平均每m2降雨面积造价3300元，随着降雨面积(规模)的扩大，单位降雨面积造价将大幅度降低。考察摆动式降雨装置，每m2降雨面积造价高达7000多元。 7、模型黄土高原比尺模型建设的降雨装置也采用该类型装置，系统相同，可以在今后的试验研究中实现数据共享和协同试验。 在小流域实施人工降雨，需要进一步对降雨装置进行深化研制。初步考虑有三种备选方案：一是地面铺设式。即将采用的下喷式人工降雨装置在距离地面10m的高度内铺设。相当于装置的机械扩展。该方案优点是装置在技术上较成熟，不需要再进行率定;缺点是小流域地面高低不平，架设存在一定难度，同时装置对地面干扰较大，影响试验观测。二是高空悬挂式。在小流域两侧的山梁上架设钢索，将降雨喷头悬挂其上。该装置的最小高度要满足两侧山梁顶部的降雨要求。该方案的优点是将已有装置机械高移，可以直接建设，装置对地面没有干扰，缺点是架设难度较大，且高空水分蒸发损失较大，需要重新率定。三是高空喷射式。在两侧山梁上架设不同口径、不同压力的高压喷头，相对均匀喷洒，实现降雨要求。该方案的优点是架设相对简单，但装置没有先例，需要从头研制，且高空喷洒水分蒸发量大。 人工降雨是要有充分的条件的。一般自然降水的产生，不仅需要一定的宏观天气条件，还需要满足云中的微物理条件，比如：0℃以上的暖云中要有大水滴;0℃以下的冷云中要有冰晶，没有这个条件，天气形势再好，云层条件再好，也不会下雨。 人工降雨 - 对人无害 人工降雨的原理是让积雨云中的水滴体积变大掉落下来，高炮人工降雨就是将含有碘化银的炮弹打入有大量积雨云的4000至5000米高空，碘化银在高空扩散，成为云中水滴的凝聚核，水滴在其周围迅速凝聚达到一定体积后降落。碘化银由炮弹输送到高空，就会扩散为肉眼都难以分辨的小颗粒。 此外，炮弹弹片在高空爆炸后会化成不足30克，甚至只有两三克的碎屑降落地面，其所落区域都是在此之前实验和测算好了的无人区，不会对人体造成伤害，同时，人工降雨已有一段历史，技术较为成熟，所以对人工降雨人们不必心存疑虑。 人工降雨 - 常见的人工降雨剂 干冰是二氧化碳的凝结固态。干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“干冰”。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碳。 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，所以有白烟出现，所以舞台表演上，常使用干冰来制造云雾般的特殊效果。 碘化银 人工降雨 - 费用昂贵 两种增雨方式成本不一样，选择火箭炮轰击主要从节约成本出发，因为一次飞机播撒成本高达几百万元。 人工增雨所用的火箭弹一枚的价值在4000元左右，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。 根据世界公认的统计数据，人工增雨投入产出比普遍都在1∶5以上，比较高的地区能达到1∶30。 而且无论是缓解电荒，或是除旱减灾，人工增雨对经济、社会和生态效益是显而易见的。
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