人工降雨是怎么降雨的？
基本概述
根据云和降水物理学原理，通过播撒催化剂(盐粉、干冰或碘化银等。)进入云中，云滴或冰晶会增加到一定程度，落到地面形成降水，也叫人工增雨。播撒催化剂的方法有飞机在云中播撒、高射炮或火箭向云中发射碘化银炮弹爆炸、地面燃烧碘化银焰剂等。这是人工影响天气中最经常进行的实验。在一定条件下，人工影响云的微物理过程，可以刺激不能自然降水的云，也可以使那些有较多水分补给、经常能自然降水的云，提高降水效率，增加降水。而不能自然降水的云能供给的水少，所以人工催化的经济价值有限。
编辑本段的原则和方法
冷云催化
冰晶浓度在0℃以下的冷云降水过程中起着重要的作用，根据降水粒子浓度的实测数据和理论估算，只有当冰晶浓度达到1/L量级或更高时，降水效率才会更高。对于冰晶浓度不足导致降水效率低的自然云，如果在过冷部分播撒冰催化剂，可以提高冰晶浓度。每克干冰或碘化银可以产生1012个以上的冰晶。如果用几百克的话，几十立方千米的云层中冰晶的浓度可以达到10/升。这些人工冰晶通过贝杰龙过程快速生长，促进冷云降水过程，增加降水量。一些严谨实验的统计分析表明，冷云催化可增加沉淀10 ~ 20%。如果人工冰晶的浓度大，雪晶的平均尺度就小，从云中落到地面的时间就长。在气流的作用下，它们会落在更远的下风处，改变降水的分布。人工降雨
冷云催化的温度条件:人工增雨的效果与云的自然条件密切相关。就冷云催化而言，云中的温度条件非常重要。就整个云体而言，云顶温度一般是最低的，常作为估算云中天然冰晶浓度的参数。当云顶温度低到一定程度时，云中往往会形成大量冰晶。此时，通过手动添加冰晶，效果并不显著。反之，如果云顶温度过高，碘化银等催化剂的成冰能力过低，不利于人工催化。因此，冷云催化法增加降水时，云顶温度不宜过高或过低。对一些地形云和积云人工增雨试验结果的统计分析表明，当云顶温度在-10 ~-25℃时，人工增雨效果明显，这个最佳温度范围称为播云温度窗。鉴于降水过程的复杂性，在使用不同的催化技术时，需要研究各种云中最有利的温度条件或其他条件。
暖云催化
在温度高于0℃的暖云中，降水主要是在云滴碰撞过程中产生的。云滴越大，它们碰撞和增长的速度就越快。计算人工降雨
计算表明，当云滴半径超过0.04毫米时，可以迅速碰撞成长为雨滴。在大云滴浓度不足的自然云中，播撒大量半径大于0.04毫米的水滴，可以促进降水过程。计算表明，每克水可以形成几百万个大云滴，催化10立方千米的云体需要几吨水。如果在云中播撒一定大小的吸湿物质的颗粒或溶液滴，它们可以吸收云中的水分，迅速成长为大云滴，因此所需催化剂的量不到水的十分之一。除了播云，法国和苏联也有人尝试加热地面造成人工上升气流，试图在一定的气象条件下刺激或增加降水。美国有人设想用沥青或炭黑吸收太阳辐射，提高当地空气温度，促进云的发展来增加降水。国内有人研究过爆炸对降水的影响。这些人工增雨方法的研究仍处于探索阶段。
动力学催化
冷云催化在云中产生大量冰晶，释放的潜热会改变积云的宏观动力过程，增加降水。这是60年代人工增雨试验的一个进步。积云中上升气流的速度主要是由云内外温差产生的浮力决定的。旺盛的积云中有大量过冷水滴。当大量的成冰催化剂播撒在这种云中时，过冷的水滴可以冻结并释放潜热，水蒸气凝结在冰粒表面时也释放潜热。据估计，这两种潜热足以使云内局部温度升高0.5℃左右，从而增加浮力，促进部分积云上升速度，云体膨胀，寿命延长。这样一来，进入云体的水总量会增加，降水量也会增加。虽然动力学催化用的催化剂和一般冷云催化用的催化剂是一样的，但侧重点不同，动力学催化用的催化剂量必须大幅度增加才能有效。积云动力学催化早在20世纪50年代就有尝试，但精心设计的积云动力学催化实验直到1963才开始。j·辛普森在美国佛罗里达州的随机实验表明，积云云顶平均增加65438±0.6公里，平均降雨量增加65438±0.7倍。他指出，催化后云顶增加与大气层结密切相关(见大气静力稳定度)。其他国家和地区也做过类似的实验，但结果不同。有人在全区进行了一次动力催化积云种群的随机试验，初步结果表明它有增雨的作用。
编辑此段落的模拟值。
用数学和物理方程描述和计算旱地。
水过程和人工催化过程，通过数值计算方法模拟各种催化技术在不同条件下的人工影响过程，研究催化的原理、工艺和效果。由于云和降水的自然变异性很大，野外试验的研究周期很长，费用也很高，一次严格设计的试验(一些催化程序、技术等)通常需要几年时间。)来评价它的效果。如果要比较不同催化技术的效果，选择最佳的实验设计，则需要更长的时间。因此，通过数值模拟为实际实验和理论研究提供依据是非常重要的。辛普森在20世纪60年代利用积云数值模拟计算自然云的发展高度，并假设动力催化使云中的水滴在比自然过程更高的温度下冻结，释放潜热，从而计算出催化后积云的发展高度。试验的实测结果与模型计算相当一致。这为动力学催化原理和实验云团的选择提供了科学依据。随着电子计算机的普及，许多国家对各种人工增雨试验进行了许多数值模拟。虽然它们大大简化了实际过程，在不同方面有局限性，但结合野外试验可以缩短评价人工增雨效果的试验周期，从而成为人工增雨试验研究的重要组成部分。
编辑此段落效果测试
人工增雨法一般只有在自然云已经降水或接近降水的情况下才能发挥作用。由于降水的自然变率大，人工增雨的幅度小，所以如何评价人工增雨的效果就变成了人工增雨。
非常难。人工催化增加的降水量是催化后的实际降水量与无催化的自然降水量之差。实际降水量是可以测量的，但能否正确评估自然可能降水量成为效果检验的关键。在对降水物理规律认识不足的情况下，我们主要依靠统计方法来评估自然可能的降水量。在最初的统计检验方法中，大多采用回归统计，选取人工催化目标区附近的一个区域作为对照，用历史数据建立目标区和对照区降水量的回归方程。将人工增雨试验时对比区的降水量代入回归方程，即可得到目标区的自然可能降水量，再与目标区的实测降水量进行对比，即可评价人工增雨的效果。用这种方法进行同一个实验，选取不同比较地区或不同年份的历史数据进行比较，结果可能差异较大，所以这种方法的可靠性不高。一般认为，随机测试可以避免主观偏差，得到统计上可信的评价。随机试验是将适合人工降水的试验机会(试验单元)按照随机规则(如抽签)分成两组:一组催化观察，另一组只观察不催化进行比较。当有足够多的试验单元时，随机确定的两组试验单元的自然条件应该只有极小的系统差异，两组试验实测降水量的系统差异可以归结为人工催化的结果。判断催化效果，有成功和失败的可能。在判断催化有效但实际无效时，这种可能性往往用显著性的高低来表示。显著性水平越小，判断催化有效性的置信度越高。在人工增雨试验中，一般要求显著性水平小于5%，即可信度大于95%。人工增雨的效果受到云层等条件的制约。它在一种条件下可能有显著的积极作用，在另一种条件下可能无效甚至是消极的。统计一般不考虑条件，分析结果往往不显著。当把测试单元按某一指标分成几类分别统计时，有时可以得到更显著的结果。比如冷云催化试验，根据云顶温度分类，统计表明在一定温度范围内有显著效果。人工降雨
从人工增雨的研究来看，仅仅评价增雨量是不够的，需要对整个物理过程的各个环节有一个确切的认识。例如，催化剂是否在云的指定部分达到了一定的浓度，冰晶或大液滴的浓度是否显著增加。观察和统计这些宏观和微观特征的变化，可以从物理过程分析人工催化的效果。这种观测试验称为人工增雨效果物理试验。比如冷云实验，观测到催化后冰晶浓度增加，过冷水滴减少，说明人工催化在云的微物理过程中发挥了作用。一般认为，人工增雨的科学实验必须按照统计学的要求，严格按照预定的设计进行长时间的实验，同时对自然降水过程和人工催化过程进行仔细的实地探测和数值模拟，这样实验才能有比较扎实的物理基础和统计可信度。由于水资源对国民经济的重要性，人工增雨试验作为一种潜在的开发水资源的手段，受到了广泛的重视。世界上大约有80个国家和地区进行了这项实验，其中美国、澳大利亚、中国和苏联的实验规模比较大。1958之后，我国北方省份用飞机将干冰或碘化银等成冰催化剂播撒到大范围层状云中，企图增加冬春降水；中国南方各省也使用飞机或高射炮将盐粉或碘化银等催化剂撒入积云，以便在夏季干旱期间增加降水。然而，自然沉淀和人工催化过程中的许多基本问题仍不清楚，测试人工沉淀的效果仍有许多困难。
编辑本段的开发过程
向天祈雨早在远古时代，我们的祖先就幻想着掌握呼风唤雨的本领。刀耕火种的原始人跪在赤热的太阳下祈雨；巫师们使出浑身解数求雨，有时戴着面具跳舞，有时张开喉咙唱歌；他们经常向看不见的神献祭牛羊和动物的灵魂，有时甚至向活人献祭。巫师们用芦苇管将水滴吹向空中，希望这种象征性的雨滴能带来充沛的雨水。美洲的印第安人将枯蛇尸体挂在围栏上求雨，东方人舞龙，西方人祈祷。但是无情的干旱一次又一次地用地里的秧苗枯萎了他们的希望。后来求雨的花样不断翻新。有人开枪，有人爆炸，有人点燃化学品。我认为这种化合物的烟雾可能会吸引雨水。这些求雨者中也有一些幸运儿，偶然的巧合让他们的符咒名噪一时。在美国历史上，曾经有一个人祈求下雨。他的机会很合时宜，几次“有效”，却弄巧成拙，差点送命。当时南加州降雨量达到51cm，土地被洪水吞噬，造成无数人畜死伤和数百万美元的损失。无知的村民怨声载道，指责求雨者使用魔法造成大灾难。由于自然沉淀和人工催化过程中的许多基本问题还不清楚，人工沉淀的理论和技术方法还处于探索和实验研究阶段。世界上约有80个国家和地区进行了这一实验，其中美国、澳大利亚、前苏联和中国都有大规模的实验。在我国，一些干旱频繁的省区积极开展人工降雨技术的试验研究和推广应用。目前，该技术趋于成熟，已成为抗旱的重要手段。
编辑这个发明故事
直到1948，人们才真正发现了人工降雨的科学方法。这一年，美国通用电气公司的科学家文森特·谢弗(Vincent Schaefer)经过长期探索，在一次实验中意外发现了人工降雨的关键，解决了千百年来一直没有解决的难题，成为科学史上的佳话。随着科技的进步，人们逐渐了解了雨的来龙去脉。水蒸气从海洋和湖泊的水面上升，成为空气的一部分，然后形成云，雨或雪花从云中落下。然而，水蒸气是如何凝结成雨滴的，长期以来一直不清楚。后来，约翰·阿特金证明水蒸气在灰尘等细小颗粒周围聚集形成水滴或冰晶。这些尘埃颗粒非常微小，肉眼根本无法察觉，但没有它们，即使空气中有足够的水蒸气，也不可能形成一滴雨水。二战期间，通用电气公司聘请了阿尔文·兰格缪尔博士研究飞机机翼在穿越云层时结冰的问题。年轻的富歇是兰格缪尔博士的助手。接受任务后，他们出发前往美国东北部的新罕布什尔州，那里山峰终年积雪，暴风雪频繁，寒风凛冽。谢弗和朗缪尔整天在山里寒冷的空气中工作。他们逐渐发现了一个奇怪的现象:虽然气温经常在零摄氏度以下，但他们周围和脚下的云层中并没有冰晶。这个奇怪的现象深深地留在富歇的脑海里。战后，沙夫制造了一种小型机器，可以产生又冷又湿的空气，这种空气与新罕布什尔州山区云层中的空气非常相似。富歇推测，冷空气中无法形成冰晶可能是因为缺乏艾特金提到的结晶中心。富歇对着他的小机器吸了一大口气，然后开始冷却，再往冷空气里放一点粉末，比如面粉、糖粉之类的。富歇耐心实验了几个月，把他能想到的各种粉末都扔进机器里，但没有一种能形成雪花或雨滴的凝结中心。1948七月的一个早晨，天气很热。富歇继续耐心地将各种粉末一次又一次地扔进寒冷的空气中，但仍然没有结果。这时，富歇的一个朋友邀请他去吃饭。富歇累坏了，很乐意休息一下。走之前，他把冰箱盖好，嘴巴朝上，这样沉重的冷空气就会沉到底，逃不掉。富歇匆匆吃完午饭，还在想着机器里的冷空气。他回到冰箱，看到温度计已经升到冰点以上，这让他感到有点恼火。几个月来，他如此专注于他的实验，以至于没有注意到夏天不知不觉就要来了。富歇想，如果你在大热天做冷冻实验，你今后应该更加小心。今天的实验呢？他紧紧地盖上盖子，耐心地等待冰箱再次冷却空气。富歇盯着慢慢下降的水银柱，忧心忡忡，转身去找一些干冰，他想用这些干冰来加快空气冷却的过程。富歇打开冰箱的盖子，把带着白色蒸汽的干冰扔了进去。这时，他对着冰箱深吸了一口气。突然，他感觉到一道银光在他面前闪烁。在射进冰箱的一束金色阳光中，他看到无数晶莹的银色晶体在滚动。富歇立刻明白了，这就是他梦寐以求的冰晶。经过无数次失败后，他偶尔挥挥手就成功了。富歇迅速叫来一名助手。他对着冰箱深吸了一口气，然后扔了一把干冰。这时，立刻出现了一个闪着灿烂银光的小冰晶，它缓缓地落下来，仿佛一层美丽的白色绒毛——人造雪的实验成功了。富歇想，如果你能在实验室里造出雪花，为什么不在田野里的云里试一试呢？他决定在飞机上安装一个喷射干冰的装置，在天上试一试。11年6月的一个寒冷的日子，沙夫和朗缪尔看到天边有一朵云。沙夫立即登上了飞机。他知道可能要花很长时间才能找到适合传播干冰的云。这是一个巨大的充满水蒸气的灰色云。富歇选择了正确的时间，启动了机器。干冰像拖着的丝带一样落入云层。中途，干冰降低了周围的温度，甚至熄灭了飞机的发动机。富歇急中生智，立即将所有剩余的干冰从机舱窗户扔进了下面的云层。在地面等待的兰格缪尔博士抬头看着从云层中飘下的白色雪花，异常激动。当富歇走下飞机时，他冻得脸色发青。兰格缪尔欣喜地跑去迎接他，高兴地喊道:“你创造了历史上的奇迹！”富歇的实验确实在人类影响天气的历史上翻开了新的一页。从那时起，科学家的飞机经常飞越牧场、田野和山脉。他们把干冰倒在云端，让晶莹的雨滴滋润干渴植物的根部。在富歇发现人工降雨可以通过冻结形成后，他停止了寻找可以形成水滴中心的物质。然而，通用电气公司的另一位年轻科学家伯纳德·冯内古特对谢弗的结论并不满意。就像年轻的富歇对探索未知感兴趣一样，他相信艾特金关于雨滴中心有微粒的结论是有充分根据的。他查阅了很多资料，希望找到一种体积和形状都适合形成水滴或冰晶中心的化学物质。冯内古特最终选择了碘化银。他用燃烧后得到的极细粉末，希望能在云中扩散，形成雪花。冯内古特使用地面发射器向云中发射碘，耐心等待。但是什么都没发生。冯内古特迷惑不解，去请教一位化学家。他们很快发现了为什么冯内古特使用的碘化银不够纯。他迅速换上新碘化银，射向云层后，白色的雪花纷纷飘下。碘化银增雨剂一经使用，就比干冰得到了广泛的应用。因为碘化银很容易用简单的装置从地面发射到云中，所以不像用干冰那么麻烦。使用干冰有时很危险。好几次，巨大的干冰冰块直直地落到屋顶上，砸出了大洞，引起了一场恐慌。在成功面前，最保守的人也承认现代人工降雨是控制天气的一大进步。今天，耕云会降雨已不再是神话。富歇和冯内古特的发明给遭受干旱的人们带来了福音。他们勤奋的观察，勤奋的思考，执着的探索精神，也将被人们长久称颂。
编辑此段落的发展状态
由于自然沉淀和人工催化过程中的许多基本问题还不清楚，人工沉淀的理论和技术方法还处于探索和实验研究阶段。世界上约有80个国家和地区先后进行了这一实验，其中美国、澳大利亚、前苏联和中国进行了更大规模的实验。这个实验已经在中国一些易旱的省区进行了，有很多成功的例子。这对增加降水、缓解干旱威胁起到了积极作用。人工降雨