人工增雨

 人工降水（precipitation enhancement；rainmaking）用人為手段增加云的降水量。運(yùn)用云和降水物理學(xué)原理，通過(guò)向云中撒播催化劑（鹽粉、干冰或碘化銀等），使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。撒播催化劑的方法有飛機(jī)在云中撒播、高射炮

或火箭將碘化銀炮彈射入云中爆炸和地面燃燒碘化銀焰劑等。是人工影響天氣中進(jìn)行得最多的一項(xiàng)試驗(yàn)。

人工影響云的微物理過(guò)程，可以在一定條件下使本來(lái)不能自然降水的云受激發(fā)而降水，也可使那些水分供應(yīng)較多、往往能自然降水的云，提高降水效率而增加降水量。但不能自然降水的云能供應(yīng)的水分較少，因此人工催化的經(jīng)濟(jì)價(jià)值有限。

人工增雨原理可概括地用“觸發(fā)機(jī)制”四個(gè)字來(lái)描述，即在充分研究自然降水過(guò)程的基礎(chǔ)上，人工觸發(fā)自然降雨機(jī)制。有云才能有雨，但不是所有的云都有降水潛力，只有那些有降水潛力和開發(fā)利用可能（云水資源豐富，云層較厚，對(duì)冷云來(lái)講主要要有較豐厚的過(guò)冷水區(qū)）的云才可催化致雨。  

 人工降水的主要方法是向云中播撒人工催化劑。在低于0℃的冷云中播撒碘化銀或干冰，可以產(chǎn)生大量人工冰晶（每克催化劑約能產(chǎn)生10¹²個(gè)冰晶），這些冰晶能通過(guò)冰晶過(guò)程迅速長(zhǎng)大成為降水粒子，從而使冰晶過(guò)少的自然冷云增加降水。在冷云催化過(guò)程中釋放的冰晶化活熱可使云中溫度升高約0．5℃，從而加大浮力，促進(jìn)河流和云體發(fā)展，以增加降水量，這叫動(dòng)力催化。對(duì)于溫度高于0℃的暖云，可以播撒大小適當(dāng)?shù)氖雏}、尿素或其它吸濕性物質(zhì)顆粒，使云中迅速形成一批大云滴（每克鹽粒約能產(chǎn)生10⁷個(gè)大云滴），它們能通過(guò)碰并過(guò)程迅速長(zhǎng)大成雨滴，從而使大云滴不足的自然暖云增加降雨。除了播云催化以外，有人試驗(yàn)用熱流機(jī)從地面向上噴射高溫氣流，以加強(qiáng)空中或云中的局地對(duì)流，從而增加局地的水汽凝結(jié)和降水量。

人工增雨的原理是 根據(jù)空中云的性質(zhì)、高度、厚度、濃度、范圍等，向云體播撒致冷劑(如干冰、丙烷等)、結(jié)晶劑(如碘化銀、碘化鉛、間苯三酚、’四聚乙醛、硫化亞鐵等)、吸濕劑(食鹽、尿素、氯化鈣)和水霧等，以增加云中冰晶濃度，彌補(bǔ)云中凝結(jié)核的不足，加強(qiáng)云中碰并活動(dòng)，促使云滴增大，改變?cè)频蔚拇笮。植己托再|(zhì)，加速雨滴的生長(zhǎng)過(guò)程，從而達(dá)到增加降水之目的。主要有三種形式：

冷云催化

在溫度低于0°C的冷云降水過(guò)程中，冰晶濃度起著重要的作用。根據(jù)降水粒子濃度的實(shí)測(cè)資料和理論估算，只有當(dāng)冰晶濃度達(dá)到1個(gè)/升或更高的量級(jí)時(shí)，才有較高的降水效率。對(duì)因冰晶濃度不足、降水效率很低的自然云，若在其過(guò)冷卻部位播撒成冰催化劑，就可以增加冰晶濃度。每克干冰或碘化銀，可產(chǎn)生10¹²個(gè)以上的冰晶，若用幾百克，就可以使幾十立方公里云體的冰晶濃度達(dá)10個(gè)/升。這些人工冰晶通過(guò)伯杰龍過(guò)程迅速增長(zhǎng)，促進(jìn)冷云降水過(guò)程，使降水量增加。一些比較嚴(yán)格試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析表明，冷云催化可以增加降水量10～20％。如果人工冰晶的濃度很大，則形成的冰晶的平均尺度較小，它們從云中下落到地面的時(shí)間較長(zhǎng)，在氣流的作用下，會(huì)落到下風(fēng)方向更遠(yuǎn)的地方而改變降水的分布。

冷云催化的溫度條件：人工降水的效果同云的自然條件有密切關(guān)系。就冷云催化而言，云中的溫度條件十分重要。就整個(gè)云體而言，云頂溫度一般最低，常將它作為估計(jì)云中自然冰晶濃度的參數(shù)。當(dāng)云頂溫度低到一定程度時(shí),云中常會(huì)形成大量冰晶,這時(shí)用人工方法增加冰晶,效果就不顯著。反過(guò)來(lái),云頂溫度如果太高，碘化銀等催化劑的成冰能力就太低，也不利于人工催化。所以對(duì)冷云催化法增加降水來(lái)說(shuō)，云頂溫度不宜太高或太低。一些地形云和積云的人工降水試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明,當(dāng)云頂溫度處于-10～-25°C時(shí),人工降水的效果比較明顯。這一最適宜的溫度區(qū)間，稱為播云溫度窗。鑒于降水過(guò)程的復(fù)雜性，采用不同催化技術(shù)時(shí)，必須研究各類云中最有利的溫度條件或其他條件。

暖云催化

在溫度高于0°C的暖云里，降水主要在云滴碰并過(guò)程中得到發(fā)展。云滴越大，碰并增長(zhǎng)就越快。計(jì)算表明,當(dāng)云滴半徑超過(guò)0.04毫米時(shí),就可以迅速碰并而長(zhǎng)成雨滴。在那種大云滴的濃度不足的自然云中，播撒大量半徑大于0.04毫米的水滴，就能夠促進(jìn)降水過(guò)程。計(jì)算表明，每克水可以形成約幾百萬(wàn)個(gè)大云滴，要催化10立方公里的云體，則需要幾噸水。若往云中播撒一定大小的吸濕性物質(zhì)顆粒或者溶液滴，它們能在云中吸濕而迅速長(zhǎng)成大云滴，這樣所需的催化劑量，就用不到水的十分之一。

除了播云以外，法國(guó)和蘇聯(lián)有人試驗(yàn)在地面加熱,造成人工上升氣流的方法，試圖在一定氣象條件下激發(fā)或增加降水。美國(guó)有人設(shè)想利用瀝青或碳黑吸收太陽(yáng)輻射，提高局地空氣的溫度，促進(jìn)云的發(fā)展以增加降水。中國(guó)有人研究過(guò)爆炸對(duì)降水的影響。這些人工降水方法的研究，都還處在探索的階段。

動(dòng)力催化

通過(guò)冷云催化使云中產(chǎn)生大量冰晶，所釋放的潛熱將改變積云的宏觀動(dòng)力過(guò)程而增加降水。它是60年代在人工降水試驗(yàn)方面的一項(xiàng)進(jìn)展。積云中上升氣流的速度，主要決定于云內(nèi)外溫差造成的浮力。在發(fā)展旺盛的積云內(nèi)，存在著大量過(guò)冷水滴。在這種云中播撒大量的成冰催化劑時(shí)，能使過(guò)冷水滴凍結(jié)而釋放潛熱，水汽在冰粒表面凝華時(shí)也釋放潛熱。估計(jì)這兩種潛熱足以使云中局部溫度升高0.5°C左右,這將加大浮力而促使某些積云的上升氣流速度增大，云體擴(kuò)展，生命期延長(zhǎng)，結(jié)果使進(jìn)入云體的水分總量增大而增加降水量。雖然動(dòng)力催化同一般冷云催化所用的催化劑一樣，但著眼點(diǎn)不同，動(dòng)力催化所用的催化劑量必須大大增加，才可能收效。積云動(dòng)力催化在50年代曾作過(guò)初步的嘗試，但周密設(shè)計(jì)的積云動(dòng)力催化試驗(yàn)，直到1963年才開始。J.辛普森在美國(guó)佛羅里達(dá)州所做的隨機(jī)試驗(yàn)表明，催化后積云的云頂平均增高1.6公里，平均雨量增加1.7倍。他指出，催化后云頂增高量同大氣層結(jié)（見大氣靜力穩(wěn)定度）有密切的關(guān)系。在其他國(guó)家和地區(qū)，也作過(guò)類似試驗(yàn)，但效果不一。有人對(duì)整個(gè)地區(qū)積云群體進(jìn)行過(guò)動(dòng)力催化的隨機(jī)試驗(yàn)，初步結(jié)果表明有增雨的效果。

目前人工增雨的方式大體有三種：

催化劑依靠山區(qū)向陽(yáng)坡在一定時(shí)段常有的上升氣流輸送入云。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，其明顯的缺點(diǎn)是難以確定催化劑入云的劑量。這種方式主要適合于經(jīng)常有地形云發(fā)展、交通不便的山區(qū)。

由于增程焰劑炮彈和焰劑火箭的研制成功，將催化劑在合適的時(shí)段按需要的劑量輸送到云的合適部位的問題已基本上獲得解決。其缺點(diǎn)是雖已有車載火箭裝備，可在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，但相對(duì)于飛機(jī)機(jī)動(dòng)性仍差，適合于在固定目標(biāo)區(qū)（如為水庫(kù)增水）作業(yè)，特別是對(duì)飛機(jī)飛行安全有威脅的強(qiáng)大對(duì)流云進(jìn)行的催化作業(yè)。WR－1B型增雨防雹火箭作業(yè)系統(tǒng)是目前經(jīng)國(guó)家人影辦唯一認(rèn)定的火箭作業(yè)系統(tǒng)。它采用中國(guó)氣象科學(xué)研究院BR－91－Y型高效碘化銀焰劑，產(chǎn)生含AgI的復(fù)合冰核氣溶膠，具有很高的成核率，其性能指標(biāo)高于美國(guó)和獨(dú)聯(lián)體的同關(guān)產(chǎn)品。

飛機(jī)催化作業(yè)的面比較寬，可以根據(jù)不同的云層條件和需要，選用暖云催化劑及其播撒裝置，選用制冷劑及其播撒裝置（如干冰、液氮），也可掛載Agl燃燒爐、掛載飛機(jī)焰彈人發(fā)射系統(tǒng)。還可裝載探測(cè)儀器進(jìn)行云微結(jié)構(gòu)的觀測(cè)和催化前后云宏、微觀狀態(tài)變化的追蹤監(jiān)測(cè)。不過(guò)不是所有的云都可以用來(lái)“播雨”的，一般說(shuō)來(lái)低云族中的雨層云和層積云，或中云族中的高層云較為適宜；少云或者晴空條件下，就不能進(jìn)行飛機(jī)人工增雨。

在天氣大旱的時(shí)節(jié)，人們常用人工降雨的方法來(lái)戰(zhàn)勝這種自然災(zāi)害?，F(xiàn)代實(shí)用的人工降雨方法是美國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家歐文?蘭茂爾發(fā)明的。1932年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的得主、美國(guó)化學(xué)家兼物理學(xué)家蘭茂爾，一生進(jìn)行過(guò)有益的研究，但他在科學(xué)上實(shí)現(xiàn)的最大突破還是人工降雨。

在獲得諾貝爾獎(jiǎng)后，他就和化學(xué)家文森特?約瑟夫?謝弗等人共同進(jìn)行了人工降雨的研究。為了研究方便，他在自己研究室的電冰箱里設(shè)計(jì)了一個(gè)裝置，其內(nèi)充滿了水蒸氣，通過(guò)調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度，使這些水蒸氣成為模擬真實(shí)天氣的“人工云”。1946年7月的一天，天氣異常炎熱，蘭茂爾的試驗(yàn)研究正在進(jìn)行中，由于電冰箱出了故障，裝有人工云的實(shí)驗(yàn)裝置里的溫度一直降不下來(lái)，情急之中，蘭茂爾就向裝置中放入干冰來(lái)臨時(shí)降溫。誰(shuí)知當(dāng)他剛把一塊干冰放進(jìn)冰箱，裝置里就出現(xiàn)了一種他從未見過(guò)的奇觀：構(gòu)成人工云的水蒸氣立時(shí)變成了無(wú)數(shù)的小冰晶，分布于冰箱的各個(gè)角落，然后聚成片片雪花紛紛落下。蘭茂爾目睹了這一奇特現(xiàn)象，難以抑制心中的激動(dòng)，他看到了成功的希望。這也使他明白了，降雨對(duì)塵埃微粒的要求并非絕對(duì)必要條件，只要能將溫度迅速降到-40℃以下，水蒸氣就會(huì)凝成大量的小冰晶，這些小冰晶自然就成了余下水蒸氣的凝結(jié)核，使它們凝聚在一起，變成一個(gè)較大的水珠而落下來(lái)，從而形成了雨。

經(jīng)過(guò)他們的進(jìn)一步努力，人工降雨這一設(shè)想終于被付諸實(shí)施。蘭茂爾和謝弗乘上裝有撒播干冰設(shè)備的飛機(jī)飛上了天空，在云海中找到他們認(rèn)為合適的云層后，蘭茂爾和謝弗開動(dòng)設(shè)備，將干冰撒播了出去。30分鐘后，地面上出現(xiàn)了激動(dòng)人心的一幕：一場(chǎng)大雨從天而降，人類歷史上第一次真正的人工降雨獲得了成功。后來(lái)，美國(guó)的另一位科學(xué)家本加特對(duì)蘭茂爾的人工降雨方法進(jìn)行了改良，他用碘化銀微粒取代了難以保存的干冰，使人工降雨更加簡(jiǎn)便易行。這種新方法使人工降雨得到了迅速普及。