人工降雨的原理,干冰用于人工降雨是什么原理

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一些地方雨量偏少,有云无雨,造成土壤干旱,农作物产量受到严重影响,这就需要通过人工的干预来实现降雨的目的,这就是人工降雨。

人工降雨的机制

高空中的云是否下雨,不仅取决于云中水汽的多少,还和云中凝结核的含量有关。而人工降雨的机制,也就是工作原理,就是通过一定的手段,在云雾厚度比较大的中低云系中,播散催化剂,增加云中的凝结核数量、改变云中的温度、扰动并产生对流从而达到降雨目的。

人工降雨的原理,干冰用于人工降雨是什么原理图1

人工降雨的有利气象条件

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。如果满足不了必要的物理条件,天气形势再好,云层条件再好,也不会下雨。所以人工降雨选择在云和降水过程处于发展或持续阶段进行,根据经验所得适宜人工增雨作业的天气系统主要有冷锋天气、东北冷涡、切变线。这时云层较厚,有持续上升气流,而且云底较低,有过冷水,冰晶数浓度较低,有利于人工增雨作业。

人工降雨的作业方式

人工降雨的核心技术就是通过专用的飞机、大炮、火箭等传输手段,对局部大气云层施加催化作用,促使云中更多的水分变成雨滴降落下来。目前人工降雨作业中使用的催化剂通常有三类。

第一种是干冰。干冰的温度是零下78.2℃,其汽化时可使周围空气层冷却到零下40度左右,从而引起水汽的凝结,这种方式叫作人工冷云增雨,关键是使云内有足够数量的冰晶,当云冰晶和水滴(零下而未结冰的过冷却水滴)同时存在时,水滴中的水会自动蒸发,并凝华到冰晶上,使冰晶不断长大成为雪花,雪花继而融化成为水滴降落到地面。

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第二种是被称为“成核剂”的碘化银、碘化铅、硫化亚铁等。它们具有云中自然冰核的性质。不降雨的暖云之所以不降雨,主要是云中水滴太小,长不大,更掉不下去。因此暖云人工增雨的关键就是将上述细粉末撒进云层中,相当于增加凝结核的数量并干扰云中气流,从而有利于小水珠增大,改变浮力平衡,当上升气流不再能承受住水珠的重力时,便形成了降雨。

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第三种是吸湿剂。常用的有尿素、硝酸铵、氯化钙等,它们可以吸附云中的水分,然后形成较大水滴的盐粒,本身它们的腐蚀作用很小,本身又是农作物生长的肥料,因而也是有效而实用的暖云人工增雨催化剂。

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另外,随着科学技术的发展,人工增雨也有了不少新的方式,比如高压电技术(原理是产生等离子体)、静电催化(主要用于人工降雨消除雾霾)以及细菌技术等,但是应用比较广泛的还是刚才说的三种传统方式。

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?

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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