人工降雨是什麼原理?

你住在我心裡很安全5


自古以來以農耕為主的國家對於下雨這件事情都是相當神聖的,僅僅在中國歷史上也不乏多次出現饑民百萬,赤地千里的情況,如何下一場甘霖成為了生死存亡的關鍵,這時候皇帝往往請國師開壇做法來求得一場大雨。西遊記裡的涇河龍王就是因為擅自修改了降雨的點數和時辰被送上了剮龍臺,難道想下點雨兒就這麼難?

明,清兩代在天壇求雨祭天

我們都知道下雨這一自然現象是隨機的,只有概率大小的說法。如果我們想要干預這一自然現象,首先勢必要了解和揭示降雨這一事件背後的科學。我們古人早就知道,想要下雨就必須有云,這一理性的分析的也是對自然最直接的觀測,直到現在對是否下雨的預測也是基於對雲層的研究。

卷積雲

如果晴空萬里,偶爾有幾朵雲高高掛起,即便沒有經驗的人也知道不會下雨。如果有大片雪白的雲朵可能意味著是個陰天,只有達到黑雲壓城城欲摧的地步,才有可能來一場大雨。這就帶出了一個概念,那就是雲層高度和降水的關係,高高掛起的是卷積雲高度在6000米以上,大片雪白雲朵高度一般在2000到6000米之間,只有最低而且含水汽較大的雨層雲才有可能下雨,它的高度一般都在2000米以下。

為什麼有云才能下雨呢?因為雲是由水蒸氣在高空遇冷凝結成的極其細微的水滴組成的,在這些水滴將要達到飽和狀態下,陽光照射才能顯現出雲朵的狀態。事實上大多數雲在這一狀態下就不會繼續發展了。如果水汽繼續凝,達到過飽和狀態,這些雨滴相互融合逐漸變重,形成雨層雲,直到空氣的浮力無法支撐這些雨滴,它們才會變成雨水落下。


我們用陸地上最常見的“鋒面雨”來舉個例子,所謂的鋒面就是兩種不同性質的氣流相互作用接觸的面。前兩天北京下雨就是一場典型的鋒面雨,原本北京上空暖溼的雨層雲是不會下雨的,但是被突如其來的大風降溫帶來的冷空氣不斷抬升,在抬升的過程中這部分水蒸氣遇冷凝結,上層形成了冰晶下層是雨滴的雲團,它們很快就演變成了較大的雨滴。受地球引力的影響,直接降到地球表面。

所以,有了這些對降雨機理的基礎研究以後,氣象學家們就可以知道哪塊雲朵下面有“雨”了,即如果雨層雲的水汽達到飽和狀態,地面還不斷的蒸發產生水汽,那就可以通過人工干預的方法使水滴凝結成雨,這就是人工降雨的原理了,其本質上是對自然界降雨的必要條件進行補充。

人工降雨的方法一般分為兩種,如果雲層的溫度高於0℃,需要在雲中播撒可以使水分凝結在一起的“凝核”和吸溼粒子,一般情況下由飛機向空中拋灑鹽粉和尿素來完成這一過程。如果雲層溫度低於0℃,就需要通過乾冰或碘化銀等作催化劑,使雲中產生大量冰晶來促成降雨。

小夥伴們看到的人工降雨彈就是通過炮彈或者火箭將催化劑帶到指定的高度釋放,這也是目前最為可控和方便的一種途徑。你要以為人工降雨彈只能降雨那就錯了,人工降雨彈大多還具有防冰雹的作用,碘化銀不僅可以使水滴凝結成雨,而且還可以使已經成型的冰雹瓦解形成沒有危害的小顆粒或者乾脆轉化成降雨。所以我們會看到某些地區本來不缺少雨水,氣象部門也要人工降雨,其目的在於防雹,而不是降雨。

但是使用炮彈也會存在一些問題,降雨彈存在3%的啞火率,這一部分啞火炮彈就會對附近的人員和動物產生危害,流彈傷人的事件也屢見不鮮。因此現在的人工降雨彈在生產出廠的時候都裝有安全裝置來保證使用的安全性。

由於人工降雨對農業和林業具有重大的意義,隨著對降雨機制的不斷研究,各國也在近些年也不斷探索新的降雨方法。相信隨著對氣象學的不斷研究,我們一定不會侷限在改變天氣這一方面,那將會是一場改變我們生產生活方式的全新革命。


製造原理


自然降雨的形成的條件有三個:充足的水汽、降溫、冷凝核。而人工降雨的原理就是模擬自然降雨的過程,人工添加自然中欠缺的條件。

水汽:是很難進行人工干預的,所以現在的人工降雨都是在水汽充足的基礎上進行,否則只能是得不償失。


降溫:主要是使用飛機將製冷劑(例如:乾冰、液氮)播散到雲上,雲中小水滴凍結,形成許多小冰晶,從而促使更多的水汽凝結,形成降雨,落到地面。

冷凝核:主要是使用碘化銀。碘化銀會見光分解,並大量吸熱,先變灰後變黑,不溶於水和氨水,可以充當人工降雨的晶核。


八分用心


人工降雨,又稱人工增雨。要知道人工增雨的原理,先得明白自然降雨的道理。

地面上的水蒸發成雲,但云中的水,在什麼情況下,會重新降落回地面?

我們知道,因氣候條件不同,水重新降落回地面,會以雨、凍雨、冰雹和雪等不同狀態落回地面。而其成因主要和密度有關,當雲中的水彼此聚合成密度大於空氣的液滴或者冰晶時,它就會從天上掉下來。


所以,人工增雨的原理,也就是想辦法增加雲內液滴的大小或冰晶的大小,使其密度超過空氣密度。


依據雲的溫度分為高於零度的暖雲,這種雲需要增加其雲內液滴的大小,即可降雨。而溫度低於零度的則為冷雲,這種雲需要增加其雲內冰晶的大小,或者提供凝聚為冰晶的冰核。



對於暖雲,可以通過在雲內散播水滴、能吸水的藥粉等手段,通過在雲內的碰撞與合併等複雜過程,促使水滴成長為雨滴。


對於冷雲,則可使用乾冰降溫法,促使雲內溫度驟降,強行將過冷的水滴轉變為冰晶,增大其密度。或者使用碘化銀法提供冰晶核,促使過冷的水轉變為冰晶,不過這隻對低於零下五度的雲有效。


人工增雨的實施方式可分為地面與空中兩種方法,通常都針對冷雲,因此冷雲常常過境而不變為雨水:

  1. 地面增雨:是用特製炮彈或者直接在地面燃燒碘化銀,使碘化銀的微粒隨熱氣飄升達高空充當冰晶核。
  2. 空中增雨:則直接利用飛機在冷雲中播灑碘化銀或乾冰。


一般來說,地面增雨,平均可增加10%的降雨;空中增雨則平均增加20%的降雨。


三思逍遙


人工降雨是對雲中水氣的冷凝凝結,

波意爾~馬略特定律,氣體汽~液飽和度,當汽達到飽和,遇冷就會在凝結核周圍形成水液珠。凝成液態水珠,變成雨。

為了達成效果,就要有相對溼度,和凝結核。然後降溫。

自然雨是雲汽上升冷卻。人工雨,會多些選項,

總之提供凝結核,吸熱降溫,破壞雲汽結構,雲汽託不住大水滴,雨就降下來了。

可以用二氧化碳乾冰,用碘化銀,用硝化反應,硫化反應等吸熱反應。但是不同的方法,降下的雨,酸鹼度不同。有些是酸雨。有些是化肥雨。氮磷鉀肥,有很多就是在自然降雨中降下的。

除此之外,依據成雨原理,還可以“激光攪雲"增雨,“聲波震雲增雨"。

用激光束攪動雲層,使雲層失去穩定。使水汽彙集成水珠。雨滴。

用聲波炮轟擊雲層,使雲層失去穩定,落雨。

理論上還可以通過“空氣的大面積熱量丟失"而增雨,

與城市熱島效應相對稱,利用大面積“光伏冷渦"效應增雲增雨,

還可以用引雷尖塔(鐵塔,避雷針)誘導尖端放電使雲層成雨。基本原則就是從熱量,凝結核,穩定性,幾個方面著力

使雲層落雨。

這是有云汽的,那缺少雲汽的呢?

這就要開闢“雲路",“雲汽走廊"。用熱量缺口,汽壓缺口把雲團引到一定方向,可以在地面建設一條低溫路徑,製造空氣空間的一條低溫低壓走廊,俗話說水往低處流,汽順低壓走,汽會順低壓走廊流動,也可以用飛機領路,

聲波炮震雲,激光攪雲,無汙染。

硝硫反應過量會形成酸雨,適量會是化肥雨。

這些都可以人工增雨。


AUTUYG


人工降雨是用乾冰或其它化學物質,在空中它們蒸發比較快,吸收熱量比較大,周圍溫度下降,變成雨,當然需要比較厚的雲層,如果晴空萬里,那雨是降不下來的 ,就是化學物質蒸發降低周圍溫度使雲變雨


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