人工降雨

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人工降雨，又稱人工增雨，是指根據自然界降水形成的原理，人為補充某些形成降水的必要條件，促進雲滴迅速凝結或碰並增大成雨滴，降落到地面的過程。

其方法是根據不同雲層的物理特性，選擇合適時機，用飛機、火箭向雲中播撒乾冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，使雲層降水或增加降水量，以解除或緩解農田乾旱、增加水庫灌溉水量或供水能力，或增加發電水量等。中國最早的人工降雨試驗是在1958年，吉林省這年夏季遭受到60年未遇的大旱，人工降雨獲得了成功。

目錄

基本信息

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• 中文名:人工降雨
• 外文名:artificial precipitation
• 類   別:降水
• 應   用:農業、軍事
• 別   稱:人工增雨
• 原   料:乾冰、碘化銀、鹽粉

方法

冷雲催化

在自然雲內冰晶濃度有時不足,這時需要引進人工冰核,使雲中微觀結構發生變化,促進冷雲降水過程而增加降水量。這種作用過程叫冷雲催化。在冷雲降水過程中,冰晶的濃度起着重要作用。據有關資料介紹,冰晶濃度達到1～100個/L量級時降水效率較高。在冷雲催化中,雲的溫度條件十分重要。一般來說,當雲頂溫度很低時,冰核自然活化的濃度很高,雲中自然冰晶濃度較高,自然降水過程進行得比較充分,增雨潛力比較小。反之,冰晶和水的飽和水汽壓差異較小,冰晶的增長速率比較低,人工冰核物質的成冰能力也大大降低,人工催化很難達到要求的冰晶濃度。因此,有資料顯示,當雲頂溫度在-4～-10℃範圍時進行催化,效果比較好,這個溫度範圍被稱之為「催化溫度窗」。同時,冷雲催化還會影響降雪的分布。這是由於對冷雲進行催化以後,雲中冰雪晶數量增加,過冷水滴減少,使得下降的雪晶不但個體較小,而且很少帶有凍滴,它們的落速就比自然降雪小得多,在氣流作用下,它們就會落到下風方更遠的地方,使降雪的分布發生改變。

暖雲催化

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在溫度高於0°C的暖雲里，降水主要在雲滴碰並過程中得到發展。雲滴越大，碰並增長就越快。計算表明，當雲滴半徑超過0.04毫米時,就可以迅速碰並而長成雨滴。在那種大雲滴的濃度不足的自然雲中，播撒大量半徑大於0.04毫米的水滴，就能夠促進降水過程。計算表明，每克水可以形成約幾百萬個大雲滴，要催化10立方公里的雲體，則需要幾噸水。若往雲中播撒一定大小的吸濕性物質顆粒或者溶液滴，它們能在雲中吸濕而迅速長成大雲滴，這樣所需的催化劑量，就用不到水的十分之一。

除了播雲以外，法國和蘇聯有人試驗在地面加熱，造成人工上升氣流的方法，試圖在一定氣象條件下激發或增加降水。美國有人設想利用瀝青或碳黑吸收太陽輻射，提高局地空氣的溫度，促進雲的發展以增加降水。中國有人研究過爆炸對降水的影響。這些人工降水方法的研究，都還處在探索的階段。

動力催化

通過冷雲催化使雲中產生大量冰晶，所釋放的潛熱將改變積雲的宏觀動力過程而增加降水。它是60年代在人工降水試驗方面的一項進展。積雲中上升氣流的速度，主要決定於雲內外溫差造成的浮力。在發展旺盛的積雲內，存在着大量過冷水滴。在這種雲中播撒大量的成冰催化劑時，能使過冷水滴凍結而釋放潛熱，水汽在冰粒表面凝華時也釋放潛熱。估計這兩種潛熱足以使雲中局部溫度升高0.5°C左右，這將加大浮力而促使某些積雲的上升氣流速度增大，雲體擴展，生命期延長，結果使進入雲體的水分總量增大而增加降水量。雖然動力催化同一般冷雲催化所用的催化劑一樣，但着眼點不同，動力催化所用的催化劑量必須大大增加，才可能收效。積雲動力催化在50年代曾作過初步的嘗試，但周密設計的積雲動力催化試驗，直到1963年才開始。J.辛普森在美國佛羅里達州所做的隨機試驗表明，催化後積雲的雲頂平均增高1.6公里，平均雨量增加1.7倍。他指出，催化後雲頂增高量同大氣層結（見大氣靜力穩定度）有密切的關係。在其他國家和地區，也作過類似試驗，但效果不一。有人對整個地區積雲群體進行過動力催化的隨機試驗，初步結果表明有增雨的效果。

注意事項

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1人工降雨作業只有在一定的自然雲的條件下才能獲取所需的增加水量的結果,技術條件還無法做到人工造雨。

2對於不同條件的雲進行同樣的催化作用,可能會得出正、反兩種不相同的結果。所以為了獲得增雨效果,必須對自然雲條件和降水過程進行更深入的探測研究。

3自然降水量的變率很大,而人工增雨量又往往比較小,在一次降水過程中,很難把人工增雨和自然降雨區分開來。因此,評價人工降雨效果及其檢驗方法仍然是人工影響天氣科學主攻目標。

4人工降水已從初期的試驗研究,逐步轉為有嚴格設計、多種探測手段及作業技術現代化與通訊等相結合的試驗應用技術,成為我國及不少國家的抗旱減災的措施之一。

原理

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根據不同雲層的物理特性，選擇合適時機，用飛機、火箭彈等向雲中播散乾冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，促使雲層降水或增加降水量。人工增雨分為暖雲增雨與冷雲增雨。要使曖雲（溫度高於0℃的雲）降水或增雨，要在雲中播撒鹽粉、尿素等吸濕性粒子，促使大雲滴生成導致形成或增加降水。若要冷雲（溫度低於0℃的雲）降水，就要用飛機等播撒乾冰、碘化銀等催化劑，從而產生大量冰晶，使冷雲上部的冰晶密度增大，促成或增加降水。

人工影響雲的微物理過程，可以在一定條件下使本來不能自然降水的雲受激發而降水，也可使那些水分供應較多、往往能自然降水的雲，提高降水效率而增加降水量。但不能自然降水的雲能供應的水分較少，因此人工催化的經濟價值有限。

條件

一般在自然雲已經降水或者接近於降水的條件下，人工降水的方法才能發揮作用。由於降水的自然變率很大，人工增加降水量的幅度較小，如何估價人工降水的效果就顯得十分困難。人工催化增加的降水量，是催化後的實際降水量和不經催化的自然可能降水量之差。實際降水量可以測定，但能否正確估價自然可能降水量，就成了效果檢驗的關鍵。在對降水的物理規律認識不足的情況下，主要依靠統計學的方法對自然可能降水量作出估價。初期的統計檢驗方法，多數採用回歸統計法，在人工催化目標區附近選擇一個不受催化影響的地區作為對比，用歷史資料建立目標區和對比區降水量的回歸方程。把人工降水試驗期間對比區的降水量代入回歸方程，求出目標區的自然可能降水量，再與目標區實測降水量對比，就可估價人工降水的效果。採用這種方法對於同一次試驗，選用不同的對比區或者不同年限的歷史資料作對比，得出的結果，可能出入很大，所以這種方法的可信度不高。一般認為隨機試驗可以避免主觀的偏差得到統計學上的可信估價。隨機試驗是把適合於人工降水的試驗機會(試驗單元)按照隨機規則（例如抽籤）分成兩組：一組催化並觀測，另一組不催化只觀測，作對比。當試驗單元足夠多時，隨機決定的兩組試驗單元的自然條件應該只有極小的系統性差別，而兩組試驗實測降水量的系統性差異，就可以歸之為人工催化的結果。判斷催化效果，存在着成功和失敗的可能性，當判斷催化有效而實際無效時，常以顯著度水平來表示這種可能性。顯著度水平越小，判斷催化有效的可信度越高。在人工降水試驗中，一般要求顯著度水平小於5%，即可信度大於95%。由於水資源對國民經濟的重要性，人工降水試驗作為開發水資源的一種潛在手段，受到廣泛的重視。世界上先後有大約八十個國家和地區開展了這項試驗，其中以美國、[[澳大利亞]、中國和前蘇聯等國的試驗規模較大。1958年以後，中國北方各省，曾用飛機向大範圍層狀雲中播撒乾冰或碘化銀等成冰催化劑，試圖增加冬季和春季的降水量；中國南方各省，也曾用飛機或高射炮向積狀雲內播撒鹽粉或碘化銀等催化劑，以期增加夏旱時期的降水量。但自然降水過程和人工催化過程中的很多基本問題，仍不很清楚，人工降水的效果檢驗還有很多困難。

人工降水的效果受雲和其他條件所制約。在某種條件下可能有顯著的正效果，在另一種條件下可能無效甚至出現負效果。不分條件籠統地進行統計，分析得出的效果往往不顯著。把試驗單元按照某種指標分成幾類分別統計，有時就能得出比較顯著的結果。例如在冷雲催化試驗中按雲頂溫度分類，統計得出，在一定溫度區間裡有比較顯著的效果。從人工降水研究來說，僅對降水增量作出估價是不夠的，必須對整個物理過程的各個環節都有確切的了解。如催化劑在雲中指定部位是否達到了一定的濃度，冰晶或大滴的濃度是否明顯增加等。觀測和統計這些宏觀和微觀特徵量的變化，可從物理過程上分析人工催化的效果。這種觀測檢驗，稱為人工降水效果的物理檢驗。如在冷雲試驗中觀測到催化後冰晶濃度增大，過冷水滴減少，說明人工催化對雲的微物理過程已起到作用。一般認為，人工降水的科學試驗，必須根據統計學的要求，嚴格按照預定的設計進行長時間的試驗，同時對自然降水過程和人工催化過程，進行細緻的野外探測和數值模擬，才能使試驗具有比較堅實的物理基礎和統計的可信度。

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催化劑

乾冰

乾冰是二氧化碳的凝結固態。乾冰的溫度是攝氏的負78.5度，因此在保持物體維持冷凍或低溫狀態下非常有用。乾冰能夠急速的冷凍物體和降低溫度並且可以用隔離手套來做配置。乾冰已經被廣泛的使用在許多層面了，乾冰在增溫時是由固態直接升華為氣態，直接轉化為氣體而省略掉轉為液態的程序，因此其相變並不會產生液體，也因此稱它做「乾冰」。要將二氧化碳變成液態，就必須加大壓強至5.1大氣壓才會出現液態二氧化碳。

製造人造雨：利用飛機將乾冰灑在雲上，雲中的小水滴就會被凍結成許多小冰晶，促使更多的水蒸氣凝結在上面，化為雨滴，降落到地面。製造雲霧：由於乾冰的溫度很低，升華後低溫的二氧化碳氣體碰到空氣後，可以使空氣中的水蒸氣凝結成小水滴，所以有白氣出現，所以舞台表演上，常使用乾冰來製造雲霧般的特殊效果。

冷凍劑：由於二氧化碳比空氣重，乾冰升華後仍可包覆在冷凍的物品上，能夠維持較好的冷凍效果，尤其是在空運需要特別冷凍的物品，往往都使用它。

碘化銀

碘化銀（AgI）為碘和銀的化合物，黃色粉末（558度~），見光分解，並大量吸熱，先變灰後變黑，不溶於水和氨水，用於照相術和人工降雨的晶核。

發展歷程

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古代巫術

早在遠古時代，我們的祖先就幻想着掌握呼風喚雨的本領。刀耕火種的初民,跪在赤熱的陽光下祈求雨水；巫師們為了求雨使盡了花招，有時戴上面具手舞足蹈，有時放開喉嚨咿呀歌唱；他們還常常向冥冥中的神靈祭獻牛羊牲靈，有時甚至祭獻活人。巫師們用葦管向空中吹噴水珠,希望這種象徵性的雨滴可以帶來豐沛的雨水。美洲的印第安人在籬笆上掛上乾癟的蛇屍求雨，東方人跳龍舞，西方人做祈禱；但無情的乾旱卻一次次地使他們的希望和田地里的禾苗一起枯萎。 後來，求雨的花樣不斷翻新。有人鳴槍,有人爆破，還有人燃點化學物質，相信這類化合物的煙霧可能引來雨水。這些求雨者中也有個別幸運兒，偶然的巧合使他們的法術名噪一時。美國歷史上曾有一個求雨者,機會趕得巧，頗有幾次「靈驗」，但弄巧成拙，幾乎因此罹禍身亡。當時加利福尼亞州南部降雨達51厘米,大水吞沒土地，人畜死傷無數，損失達數百萬美元。愚昧的村民怨天尤人，指控這個求雨者施行法術招來大禍。

現代技術

人工降水第一次試驗是在1946年,美國科學家謝費爾用飛機向溫度為-20℃的層狀雲播撒乾冰碎塊,5min後出現降雪。這一試驗成功引起各國重視,先後有80多個國家開展這項試驗和應用作業。其中以美國、以色列、澳大利亞和前蘇聯等試驗研究較多。我國於1958年後在大多數省區進行了試驗和應用,北方各地主要用飛機向系統性層狀雲播撒碘化銀等冷雲催化劑,以期增加冬春季節降水量；南方主要用飛機或高炮向積狀雲內播撒碘化銀或鹽粉,以期增加夏旱季節的降水量,少量試驗在雨季進行,以期增加水庫蓄水量。

首次實現人工降雨的科學家是傑出的美國物理化學家歐文·朗繆爾。歐文·朗繆爾，1881年1月31日生於美國紐約市布魯克林。他從小對自然科學和應用技術極感興趣。他年輕時就有一個偉大的理想：實現人工降雨，使人類擺脫靠天吃飯的命運。朗繆爾經過深入地研究，終於搞清了有雲未必就下雨的原因，是因為雲中冰核、冰晶的數目太少了。

當時，在人們中流行着一種觀點：雨點是以塵埃的微粒為「冰晶」，若要下雨，空氣中除有水蒸氣外還必須有塵埃微粒。這種流行觀點嚴重地束縛着人們對人工降雨的實驗與研究。朗繆爾通過實驗告訴人們：塵埃對降雨並非絕對必要，乾冰具有獨特的凝聚水汽的作用，即相當於雲中的冰晶或冰核。溫度降低也是使水蒸氣變為雨的重要因素之一。他在實驗中不斷調整加入乾冰的量和改變溫度，發現只要溫度降到零下40℃以下，人工降雨就有成功的可能。朗繆爾發明的乾冰布雲法是人工降雨研究中的一個突破性的發現，它擺脫了舊觀念的束縛。之後，朗繆爾決心將乾冰布雲法實施於人工降雨的實踐。

1946年，已經66歲的朗繆爾像年輕人一樣燃燒着探索自然奧秘的熱情。七月的一天，在朗繆爾的指揮下，一架飛機騰空而起飛行在雲海上空。試驗人員將207千克乾冰撒入雲海，30分鐘以後，狂風驟起，傾盆大雨灑向大地。第一次人工降雨試驗獲得成功。朗繆爾開創了人工降雨的新時代。