Question

人工降雨 为什么是用干冰,而不是用冰然后液化呢

Answer 1

人工影响云雨是人类控制自然的重要方面.一百多年前,我国就有炮轰雷雨云的防雹尝试.近几十年来,科学技术的进步,国内外人工影响云、雾、降水的方法取得了很大的进展.
人工降雨就是根据自然界降水形成的原理,人为地补充某些形成降水所必须的条件,促使云滴迅速凝结或并合增大,形成降水.所采用的方法,因云的性质不同,有以下几种：
（一）人工影响冷云降水
中纬度地区冬季经常出现大范围的过冷却层状云,但很少降水.夏季也经常出现云顶高于0℃层高度的积状云,其中能产生降水的也为数不多.根据贝吉龙学说,这种云之所以没有降水,主要是云内缺乏冰晶,云滴得不到增长.影响冷云降水的基本原理是设法破坏云的物态结构,也就是在云内制造适量的冰晶,使其产生冰晶效应,使水滴蒸发,冰晶增长.当冰晶长大到一定尺度后,发生沉降,沿途由于凝华和冲并增长而变成大的降水质点下降,这就是所谓冷云的“静力催化”.60年代又提出了“动力催化”试验,其依据是：在云体的过冷却（-10℃）部分,大量而迅速地引入人工冰核.当冰核转化成冰晶时,要释放大量潜热,使云内温度升高,形成或增大上升气流,促使云体在垂直和水平方向迅速发展,相应延长云的生命期,加速云内降水形成过程,从而增加降水量.静力催化与动力催化都是从影响云的微物理结构着手,所不同的是静力催化着眼于云内水的相态不稳定性,动力催化立足于影响或加强云内的热力不稳定.
在云内人工产生冰晶的方法有二种,一种是在云中投入冷冻剂,如干冰（即固体二氧化碳）,在1013hPa下,其升华温度为-79℃.将干冰投入过冷却云中后,在它的周围薄层内便形成一个冷区,在此冷区内,过饱和度很大,因此水汽分子结合物能够存在和长大.试验表明,当温度低于-40℃时,即有自生冰晶.因此,在干冰周围形成了大量的冰晶胚胎,其中较大的冰晶经过湍流扩散到四周空间,以后继续成长为更大的降水质点而下落.在不同温度下,干冰所产生的冰晶数是不同的.理论计算指出,一克干冰所产生的冰晶数是随气温的降低而增加的.温度从-1℃降至-20℃时,所产生的冰晶数从5.55×1011个增到1.22×1014个,它比实验值要大些.按实验室测定,当云温为-2—-15℃时每克干冰可产生8×1011个冰晶.
另一种方法是引入人工冰核（凝华核或冻结核）.目前人们认为碘化银是一种非常有效的冷云催化剂.碘化银具有三种结晶形状,其中六方晶形与冰晶的结构相似,能起冰核作用,适用于-4—-15℃的冷云催化.每克碘化银所能产生的冰晶数视温度而定,温度低,有效冰核数目多,产生的冰晶数也多.例如当温度t=-10℃时,一克碘化银能产生1010—1012个冰核,当t=-20℃时则能产生1016个冰核.
对碘化银成冰作用的机制,多年来争论很大,有人认为水汽分子直接在AgI质点上凝华形成冰晶,碘化银起凝华核的作用.也有人认为碘化银起冻结核作用,一开始碘化银质点作为凝结核形成水滴,然后再冻结产生冰晶.另外也有人认为碘化银起接触核的作用,也就是碘化银质点与过冷水滴互相碰撞后冻结而形成冰晶.有的云雾工作者又提出这样的看法：自然界中的水汽过饱和度一般是小于1％的,当温度低于-12℃时,碘化银质点的成冰机制主要是凝华作用.当温度在-12—-5℃时,主要是起先凝结后冻结的作用.当温度等于-5℃时,起接触核的作用比较明显.
（二）人工影响暧云降水
整个云体温度高于0℃的云称为暖云.我国南方夏季的浓积云、层积云多属于这种云.在暖云中,胶性稳定状态的维持往往是由于云中缺乏大水滴,滴谱较窄,冲并作用不易进行之故.暖云内不可能有冰晶效应,促使降水形成起决定性作用的是水滴大小不均匀和冲并过程.因此,要人工影响暖云降水可以引入吸湿性核（如食盐）.由于其能在低饱和度下凝结增长,故可在短时间内形成数十微米以上的大滴.也可直接引入30—40μm的大水滴,从而拓宽滴谱,加速冲并增长的过程,达到降水的目的.或引入表面活性物质（能显著减小水滴表面张力又可抑制蒸发的物质）,改变水滴的表面张力状态,以利于形成大水滴并促使其破碎,加速链锁反应,从而形成降水.
我国南方大量的野外试验中,发现在暖性对流云顶播撒大颗粒（直径大于100μm）、大剂量（每千米几十千克）的盐粉,效果很显著.对于发展快、垂直厚度大、含水量丰富而又有上升气流的暖性对流云进行反复催化,可以得到大量降水.但是这种方法消耗食盐量大,效率低.要求飞机有较大的载量.
在美国、澳大利亚和我国都曾对暖云作过播散大水滴的试验,用飞机从云顶或云下部撒水.
发现能使暖云降水有所发展,并可使薄云消散.用这种方法要求飞机有较大的载量,其效能也不如播散吸湿性物质.
参考资料：《气象学与气候学（第三版）》作者：周淑珍