3.3 降水(5)

四、人工影响云雨

　　人工影响云雨是人类控制自然的重要方面。一百多年前，我国就有炮轰雷雨云的防雹尝试。近几十年来，科学技术的进步，国内外人工影响云、雾、降水的方法取得了很大的进展。

　　人工降雨就是根据自然界降水形成的原理，人为地补充某些形成降水所必须的条件，促使云滴迅速凝结或并合增大，形成降水。所采用的方法，因云的性质不同，有以下几种：

　　（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。

　　在云内人工产生冰晶的方法有二种，一种是在云中投入冷冻剂，如干冰（即固体二氧化碳），在1013hPa下，其升华温度为-79℃。将干冰投入过冷却云中后，在它的周围薄层内便形成一个冷区，在此冷区内，过饱和度很大，因此水汽分子结合物能够存在和长大。试验表明，当温度低于-40℃时，即有自生冰晶。因此，在干冰周围形成了大量的冰晶胚胎，其中较大的冰晶经过湍流扩散到四周空间，以后继续成长为更大的降水质点而下落。在不同温度下，干冰所产生的冰晶数是不同的。理论计算指出，一克干冰所产生的冰晶数是随气温的降低而增加的。温度从-1℃降至-20℃时，所产生的冰晶数从5.55×1011个增到1.22×1014个，它比实验值要大些。按实验室测定，当云温为-2—-15℃时每克干冰可产生8×1011个冰晶。

　　另一种方法是引入人工冰核（凝华核或冻结核）。目前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。

　　对碘化银成冰作用的机制，多年来争论很大，有人认为水汽分子直接在AgI质点上凝华形成冰晶，碘化银起凝华核的作用。也有人认为碘化银起冻结核作用，一开始碘化银质点作为凝结核形成水滴，然后再冻结产生冰晶。另外也有人认为碘化银起接触核的作用，也就是碘化银质点与过冷水滴互相碰撞后冻结而形成冰晶。有的云雾工作者又提出这样的看法：自然界中的水汽过饱和度一般是小于1％的，当温度低于-12℃时，碘化银质点的成冰机制主要是凝华作用。当温度在-12—-5℃时，主要是起先凝结后冻结的作用。当温度等于-5℃时，起接触核的作用比较明显。

　　（二）人工影响暧云降水

　　整个云体温度高于0℃的云称为暖云。我国南方夏季的浓积云、层积云多属于这种云。在暖云中，胶性稳定状态的维持往往是由于云中缺乏大水滴，滴谱较窄，冲并作用不易进行之故。暖云内不可能有冰晶效应，促使降水形成起决定性作用的是水滴大小不均匀和冲并过程。因此，要人工影响暖云降水可以引入吸湿性核（如食盐）。由于其能在低饱和度下凝结增长，故可在短时间内形成数十微米以上的大滴。也可直接引入30—40μm的大水滴，从而拓宽滴谱，加速冲并增长的过程，达到降水的目的。或引入表面活性物质（能显著减小水滴表面张力又可抑制蒸发的物质），改变水滴的表面张力状态，以利于形成大水滴并促使其破碎，加速链锁反应，从而形成降水。

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