人工降雨

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人工降雨，又称人工增雨，是指根据自然界降水形成的原理，人为补充某些形成降水的必要条件，促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴，降落到地面的过程。

其方法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，吉林省这年夏季遭受到60年未遇的大旱，人工降雨获得了成功。

目录

基本信息

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• 中文名:人工降雨
• 外文名:artificial precipitation
• 类   别:降水
• 应   用:农业、军事
• 别   称:人工增雨
• 原   料:干冰、碘化银、盐粉

方法

冷云催化

在自然云内冰晶浓度有时不足,这时需要引进人工冰核,使云中微观结构发生变化,促进冷云降水过程而增加降水量。这种作用过程叫冷云催化。在冷云降水过程中,冰晶的浓度起着重要作用。据有关资料介绍,冰晶浓度达到1～100个/L量级时降水效率较高。在冷云催化中,云的温度条件十分重要。一般来说,当云顶温度很低时,冰核自然活化的浓度很高,云中自然冰晶浓度较高,自然降水过程进行得比较充分,增雨潜力比较小。反之,冰晶和水的饱和水汽压差异较小,冰晶的增长速率比较低,人工冰核物质的成冰能力也大大降低,人工催化很难达到要求的冰晶浓度。因此,有资料显示,当云顶温度在-4～-10℃范围时进行催化,效果比较好,这个温度范围被称之为“催化温度窗”。同时,冷云催化还会影响降雪的分布。这是由于对冷云进行催化以后,云中冰雪晶数量增加,过冷水滴减少,使得下降的雪晶不但个体较小,而且很少带有冻滴,它们的落速就比自然降雪小得多,在气流作用下,它们就会落到下风方更远的地方,使降雪的分布发生改变。

暖云催化

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在温度高于0°C的暖云里，降水主要在云滴碰并过程中得到发展。云滴越大，碰并增长就越快。计算表明，当云滴半径超过0.04毫米时,就可以迅速碰并而长成雨滴。在那种大云滴的浓度不足的自然云中，播撒大量半径大于0.04毫米的水滴，就能够促进降水过程。计算表明，每克水可以形成约几百万个大云滴，要催化10立方公里的云体，则需要几吨水。若往云中播撒一定大小的吸湿性物质颗粒或者溶液滴，它们能在云中吸湿而迅速长成大云滴，这样所需的催化剂量，就用不到水的十分之一。

除了播云以外，法国和苏联有人试验在地面加热，造成人工上升气流的方法，试图在一定气象条件下激发或增加降水。美国有人设想利用沥青或碳黑吸收太阳辐射，提高局地空气的温度，促进云的发展以增加降水。中国有人研究过爆炸对降水的影响。这些人工降水方法的研究，都还处在探索的阶段。

动力催化

通过冷云催化使云中产生大量冰晶，所释放的潜热将改变积云的宏观动力过程而增加降水。它是60年代在人工降水试验方面的一项进展。积云中上升气流的速度，主要决定于云内外温差造成的浮力。在发展旺盛的积云内，存在着大量过冷水滴。在这种云中播撒大量的成冰催化剂时，能使过冷水滴冻结而释放潜热，水汽在冰粒表面凝华时也释放潜热。估计这两种潜热足以使云中局部温度升高0.5°C左右，这将加大浮力而促使某些积云的上升气流速度增大，云体扩展，生命期延长，结果使进入云体的水分总量增大而增加降水量。虽然动力催化同一般冷云催化所用的催化剂一样，但着眼点不同，动力催化所用的催化剂量必须大大增加，才可能收效。积云动力催化在50年代曾作过初步的尝试，但周密设计的积云动力催化试验，直到1963年才开始。J.辛普森在美国佛罗里达州所做的随机试验表明，催化后积云的云顶平均增高1.6公里，平均雨量增加1.7倍。他指出，催化后云顶增高量同大气层结（见大气静力稳定度）有密切的关系。在其他国家和地区，也作过类似试验，但效果不一。有人对整个地区积云群体进行过动力催化的随机试验，初步结果表明有增雨的效果。

注意事项

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1人工降雨作业只有在一定的自然云的条件下才能获取所需的增加水量的结果,技术条件还无法做到人工造雨。

2对于不同条件的云进行同样的催化作用,可能会得出正、反两种不相同的结果。所以为了获得增雨效果,必须对自然云条件和降水过程进行更深入的探测研究。

3自然降水量的变率很大,而人工增雨量又往往比较小,在一次降水过程中,很难把人工增雨和自然降雨区分开来。因此,评价人工降雨效果及其检验方法仍然是人工影响天气科学主攻目标。

4人工降水已从初期的试验研究,逐步转为有严格设计、多种探测手段及作业技术现代化与通讯等相结合的试验应用技术,成为我国及不少国家的抗旱减灾的措施之一。

原理

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根据不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹等向云中播散干冰、碘化银、盐粉等催化剂，促使云层降水或增加降水量。人工增雨分为暖云增雨与冷云增雨。要使暧云（温度高于0℃的云）降水或增雨，要在云中播撒盐粉、尿素等吸湿性粒子，促使大云滴生成导致形成或增加降水。若要冷云（温度低于0℃的云）降水，就要用飞机等播撒干冰、碘化银等催化剂，从而产生大量冰晶，使冷云上部的冰晶密度增大，促成或增加降水。

人工影响云的微物理过程，可以在一定条件下使本来不能自然降水的云受激发而降水，也可使那些水分供应较多、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应的水分较少，因此人工催化的经济价值有限。

条件

一般在自然云已经降水或者接近于降水的条件下，人工降水的方法才能发挥作用。由于降水的自然变率很大，人工增加降水量的幅度较小，如何估价人工降水的效果就显得十分困难。人工催化增加的降水量，是催化后的实际降水量和不经催化的自然可能降水量之差。实际降水量可以测定，但能否正确估价自然可能降水量，就成了效果检验的关键。在对降水的物理规律认识不足的情况下，主要依靠统计学的方法对自然可能降水量作出估价。初期的统计检验方法，多数采用回归统计法，在人工催化目标区附近选择一个不受催化影响的地区作为对比，用历史资料建立目标区和对比区降水量的回归方程。把人工降水试验期间对比区的降水量代入回归方程，求出目标区的自然可能降水量，再与目标区实测降水量对比，就可估价人工降水的效果。采用这种方法对于同一次试验，选用不同的对比区或者不同年限的历史资料作对比，得出的结果，可能出入很大，所以这种方法的可信度不高。一般认为随机试验可以避免主观的偏差得到统计学上的可信估价。随机试验是把适合于人工降水的试验机会(试验单元)按照随机规则（例如抽签）分成两组：一组催化并观测，另一组不催化只观测，作对比。当试验单元足够多时，随机决定的两组试验单元的自然条件应该只有极小的系统性差别，而两组试验实测降水量的系统性差异，就可以归之为人工催化的结果。判断催化效果，存在着成功和失败的可能性，当判断催化有效而实际无效时，常以显著度水平来表示这种可能性。显著度水平越小，判断催化有效的可信度越高。在人工降水试验中，一般要求显著度水平小于5%，即可信度大于95%。由于水资源对国民经济的重要性，人工降水试验作为开发水资源的一种潜在手段，受到广泛的重视。世界上先后有大约八十个国家和地区开展了这项试验，其中以美国、[[澳大利亚]、中国和前苏联等国的试验规模较大。1958年以后，中国北方各省，曾用飞机向大范围层状云中播撒干冰或碘化银等成冰催化剂，试图增加冬季和春季的降水量；中国南方各省，也曾用飞机或高射炮向积状云内播撒盐粉或碘化银等催化剂，以期增加夏旱时期的降水量。但自然降水过程和人工催化过程中的很多基本问题，仍不很清楚，人工降水的效果检验还有很多困难。

人工降水的效果受云和其他条件所制约。在某种条件下可能有显著的正效果，在另一种条件下可能无效甚至出现负效果。不分条件笼统地进行统计，分析得出的效果往往不显著。把试验单元按照某种指标分成几类分别统计，有时就能得出比较显著的结果。例如在冷云催化试验中按云顶温度分类，统计得出，在一定温度区间里有比较显著的效果。从人工降水研究来说，仅对降水增量作出估价是不够的，必须对整个物理过程的各个环节都有确切的了解。如催化剂在云中指定部位是否达到了一定的浓度，冰晶或大滴的浓度是否明显增加等。观测和统计这些宏观和微观特征量的变化，可从物理过程上分析人工催化的效果。这种观测检验，称为人工降水效果的物理检验。如在冷云试验中观测到催化后冰晶浓度增大，过冷水滴减少，说明人工催化对云的微物理过程已起到作用。一般认为，人工降水的科学试验，必须根据统计学的要求，严格按照预定的设计进行长时间的试验，同时对自然降水过程和人工催化过程，进行细致的野外探测和数值模拟，才能使试验具有比较坚实的物理基础和统计的可信度。

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催化剂

干冰

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。

制造人造雨：利用飞机将干冰洒在云上，云中的小水滴就会被冻结成许多小冰晶，促使更多的水蒸气凝结在上面，化为雨滴，降落到地面。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，所以有白气出现，所以舞台表演上，常使用干冰来制造云雾般的特殊效果。

冷冻剂：由于二氧化碳比空气重，干冰升华后仍可包覆在冷冻的物品上，能够维持较好的冷冻效果，尤其是在空运需要特别冷冻的物品，往往都使用它。

碘化银

碘化银（AgI）为碘和银的化合物，黄色粉末（558度~），见光分解，并大量吸热，先变灰后变黑，不溶于水和氨水，用于照相术和人工降雨的晶核。

发展历程

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古代巫术

早在远古时代，我们的祖先就幻想着掌握呼风唤雨的本领。刀耕火种的初民,跪在赤热的阳光下祈求雨水；巫师们为了求雨使尽了花招，有时戴上面具手舞足蹈，有时放开喉咙咿呀歌唱；他们还常常向冥冥中的神灵祭献牛羊牲灵，有时甚至祭献活人。巫师们用苇管向空中吹喷水珠,希望这种象征性的雨滴可以带来丰沛的雨水。美洲的印第安人在篱笆上挂上干瘪的蛇尸求雨，东方人跳龙舞，西方人做祈祷；但无情的干旱却一次次地使他们的希望和田地里的禾苗一起枯萎。 后来，求雨的花样不断翻新。有人鸣枪,有人爆破，还有人燃点化学物质，相信这类化合物的烟雾可能引来雨水。这些求雨者中也有个别幸运儿，偶然的巧合使他们的法术名噪一时。美国历史上曾有一个求雨者,机会赶得巧，颇有几次“灵验”，但弄巧成拙，几乎因此罹祸身亡。当时加利福尼亚州南部降雨达51厘米,大水吞没土地，人畜死伤无数，损失达数百万美元。愚昧的村民怨天尤人，指控这个求雨者施行法术招来大祸。

现代技术

人工降水第一次试验是在1946年,美国科学家谢费尔用飞机向温度为-20℃的层状云播撒干冰碎块,5min后出现降雪。这一试验成功引起各国重视,先后有80多个国家开展这项试验和应用作业。其中以美国、以色列、澳大利亚和前苏联等试验研究较多。我国于1958年后在大多数省区进行了试验和应用,北方各地主要用飞机向系统性层状云播撒碘化银等冷云催化剂,以期增加冬春季节降水量；南方主要用飞机或高炮向积状云内播撒碘化银或盐粉,以期增加夏旱季节的降水量,少量试验在雨季进行,以期增加水库蓄水量。

首次实现人工降雨的科学家是杰出的美国物理化学家欧文·朗缪尔。欧文·朗缪尔，1881年1月31日生于美国纽约市布鲁克林。他从小对自然科学和应用技术极感兴趣。他年轻时就有一个伟大的理想：实现人工降雨，使人类摆脱靠天吃饭的命运。朗缪尔经过深入地研究，终于搞清了有云未必就下雨的原因，是因为云中冰核、冰晶的数目太少了。

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。

1946年，已经66岁的朗缪尔像年轻人一样燃烧着探索自然奥秘的热情。七月的一天，在朗缪尔的指挥下，一架飞机腾空而起飞行在云海上空。试验人员将207千克干冰撒入云海，30分钟以后，狂风骤起，倾盆大雨洒向大地。第一次人工降雨试验获得成功。朗缪尔开创了人工降雨的新时代。