人工降雨是什么原理?

你住在我心里很安全5


自古以来以农耕为主的国家对于下雨这件事情都是相当神圣的,仅仅在中国历史上也不乏多次出现饥民百万,赤地千里的情况,如何下一场甘霖成为了生死存亡的关键,这时候皇帝往往请国师开坛做法来求得一场大雨。西游记里的泾河龙王就是因为擅自修改了降雨的点数和时辰被送上了剐龙台,难道想下点雨儿就这么难?

明,清两代在天坛求雨祭天

我们都知道下雨这一自然现象是随机的,只有概率大小的说法。如果我们想要干预这一自然现象,首先势必要了解和揭示降雨这一事件背后的科学。我们古人早就知道,想要下雨就必须有云,这一理性的分析的也是对自然最直接的观测,直到现在对是否下雨的预测也是基于对云层的研究。

卷积云

如果晴空万里,偶尔有几朵云高高挂起,即便没有经验的人也知道不会下雨。如果有大片雪白的云朵可能意味着是个阴天,只有达到黑云压城城欲摧的地步,才有可能来一场大雨。这就带出了一个概念,那就是云层高度和降水的关系,高高挂起的是卷积云高度在6000米以上,大片雪白云朵高度一般在2000到6000米之间,只有最低而且含水汽较大的雨层云才有可能下雨,它的高度一般都在2000米以下。

为什么有云才能下雨呢?因为云是由水蒸气在高空遇冷凝结成的极其细微的水滴组成的,在这些水滴将要达到饱和状态下,阳光照射才能显现出云朵的状态。事实上大多数云在这一状态下就不会继续发展了。如果水汽继续凝,达到过饱和状态,这些雨滴相互融合逐渐变重,形成雨层云,直到空气的浮力无法支撑这些雨滴,它们才会变成雨水落下。


我们用陆地上最常见的“锋面雨”来举个例子,所谓的锋面就是两种不同性质的气流相互作用接触的面。前两天北京下雨就是一场典型的锋面雨,原本北京上空暖湿的雨层云是不会下雨的,但是被突如其来的大风降温带来的冷空气不断抬升,在抬升的过程中这部分水蒸气遇冷凝结,上层形成了冰晶下层是雨滴的云团,它们很快就演变成了较大的雨滴。受地球引力的影响,直接降到地球表面。

所以,有了这些对降雨机理的基础研究以后,气象学家们就可以知道哪块云朵下面有“雨”了,即如果雨层云的水汽达到饱和状态,地面还不断的蒸发产生水汽,那就可以通过人工干预的方法使水滴凝结成雨,这就是人工降雨的原理了,其本质上是对自然界降雨的必要条件进行补充。

人工降雨的方法一般分为两种,如果云层的温度高于0℃,需要在云中播撒可以使水分凝结在一起的“凝核”和吸湿粒子,一般情况下由飞机向空中抛洒盐粉和尿素来完成这一过程。如果云层温度低于0℃,就需要通过干冰或碘化银等作催化剂,使云中产生大量冰晶来促成降雨。

小伙伴们看到的人工降雨弹就是通过炮弹或者火箭将催化剂带到指定的高度释放,这也是目前最为可控和方便的一种途径。你要以为人工降雨弹只能降雨那就错了,人工降雨弹大多还具有防冰雹的作用,碘化银不仅可以使水滴凝结成雨,而且还可以使已经成型的冰雹瓦解形成没有危害的小颗粒或者干脆转化成降雨。所以我们会看到某些地区本来不缺少雨水,气象部门也要人工降雨,其目的在于防雹,而不是降雨。

但是使用炮弹也会存在一些问题,降雨弹存在3%的哑火率,这一部分哑火炮弹就会对附近的人员和动物产生危害,流弹伤人的事件也屡见不鲜。因此现在的人工降雨弹在生产出厂的时候都装有安全装置来保证使用的安全性。

由于人工降雨对农业和林业具有重大的意义,随着对降雨机制的不断研究,各国也在近些年也不断探索新的降雨方法。相信随着对气象学的不断研究,我们一定不会局限在改变天气这一方面,那将会是一场改变我们生产生活方式的全新革命。


制造原理


自然降雨的形成的条件有三个:充足的水汽、降温、冷凝核。而人工降雨的原理就是模拟自然降雨的过程,人工添加自然中欠缺的条件。

水汽:是很难进行人工干预的,所以现在的人工降雨都是在水汽充足的基础上进行,否则只能是得不偿失。


降温:主要是使用飞机将制冷剂(例如:干冰、液氮)播散到云上,云中小水滴冻结,形成许多小冰晶,从而促使更多的水汽凝结,形成降雨,落到地面。

冷凝核:主要是使用碘化银。碘化银会见光分解,并大量吸热,先变灰后变黑,不溶于水和氨水,可以充当人工降雨的晶核。


八分用心


人工降雨,又称人工增雨。要知道人工增雨的原理,先得明白自然降雨的道理。

地面上的水蒸发成云,但云中的水,在什么情况下,会重新降落回地面?

我们知道,因气候条件不同,水重新降落回地面,会以雨、冻雨、冰雹和雪等不同状态落回地面。而其成因主要和密度有关,当云中的水彼此聚合成密度大于空气的液滴或者冰晶时,它就会从天上掉下来。


所以,人工增雨的原理,也就是想办法增加云内液滴的大小或冰晶的大小,使其密度超过空气密度。


依据云的温度分为高于零度的暖云,这种云需要增加其云内液滴的大小,即可降雨。而温度低于零度的则为冷云,这种云需要增加其云内冰晶的大小,或者提供凝聚为冰晶的冰核。



对于暖云,可以通过在云内散播水滴、能吸水的药粉等手段,通过在云内的碰撞与合并等复杂过程,促使水滴成长为雨滴。


对于冷云,则可使用干冰降温法,促使云内温度骤降,强行将过冷的水滴转变为冰晶,增大其密度。或者使用碘化银法提供冰晶核,促使过冷的水转变为冰晶,不过这只对低于零下五度的云有效。


人工增雨的实施方式可分为地面与空中两种方法,通常都针对冷云,因此冷云常常过境而不变为雨水:

  1. 地面增雨:是用特制炮弹或者直接在地面燃烧碘化银,使碘化银的微粒随热气飘升达高空充当冰晶核。
  2. 空中增雨:则直接利用飞机在冷云中播洒碘化银或干冰。


一般来说,地面增雨,平均可增加10%的降雨;空中增雨则平均增加20%的降雨。


三思逍遥


人工降雨是对云中水气的冷凝凝结,

波意尔~马略特定律,气体汽~液饱和度,当汽达到饱和,遇冷就会在凝结核周围形成水液珠。凝成液态水珠,变成雨。

为了达成效果,就要有相对湿度,和凝结核。然后降温。

自然雨是云汽上升冷却。人工雨,会多些选项,

总之提供凝结核,吸热降温,破坏云汽结构,云汽托不住大水滴,雨就降下来了。

可以用二氧化碳干冰,用碘化银,用硝化反应,硫化反应等吸热反应。但是不同的方法,降下的雨,酸碱度不同。有些是酸雨。有些是化肥雨。氮磷钾肥,有很多就是在自然降雨中降下的。

除此之外,依据成雨原理,还可以“激光搅云"增雨,“声波震云增雨"。

用激光束搅动云层,使云层失去稳定。使水汽汇集成水珠。雨滴。

用声波炮轰击云层,使云层失去稳定,落雨。

理论上还可以通过“空气的大面积热量丢失"而增雨,

与城市热岛效应相对称,利用大面积“光伏冷涡"效应增云增雨,

还可以用引雷尖塔(铁塔,避雷针)诱导尖端放电使云层成雨。基本原则就是从热量,凝结核,稳定性,几个方面着力

使云层落雨。

这是有云汽的,那缺少云汽的呢?

这就要开辟“云路",“云汽走廊"。用热量缺口,汽压缺口把云团引到一定方向,可以在地面建设一条低温路径,制造空气空间的一条低温低压走廊,俗话说水往低处流,汽顺低压走,汽会顺低压走廊流动,也可以用飞机领路,

声波炮震云,激光搅云,无污染。

硝硫反应过量会形成酸雨,适量会是化肥雨。

这些都可以人工增雨。


AUTUYG


人工降雨是用干冰或其它化学物质,在空中它们蒸发比较快,吸收热量比较大,周围温度下降,变成雨,当然需要比较厚的云层,如果晴空万里,那雨是降不下来的 ,就是化学物质蒸发降低周围温度使云变雨


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