大气科学和人工影响大气有什么区别？

人工促进云中降水的措施。也称为人工增雨。根据不同云的物理特性，主要是将水滴、盐粉或溶液液滴、碘化银或固体二氧化碳(干冰)等催化剂(见播云催化剂)撒入云中，使云滴或冰晶增大到一定程度，落到地面形成降水。这是人工影响天气中最经常进行的实验。在一片雷雨云中，液态和固态的水量达到几百万吨的量级。因为云中的水是不断补充更新的，总的冷凝水就更大了。云和降水是重要的水资源。自然的云是由云滴组成的，云滴的大小只有0.01 mm，悬浮在空中，不能落下。只有转化为雨、雪或霰等尺度为1 mm的降水粒子，才能落到地面。许多自然云不降水，即使降水云一般也只有20 ~ 80%的水可以转化为降水，所以大量的水资源不能得到充分利用。云的降水效率不仅取决于云的宏观条件(见云动力学)，还取决于云滴转化为降水粒子的微物理过程(见云和降水微物理)。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。原理和方法冷云催化在温度低于0℃的冷云降水过程中，冰晶的浓度起着重要的作用。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。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。动力催化通过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，动力学催化的催化剂用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。冷云催化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。数值模拟用数学物理方程描述和计算云的降水过程和人工催化过程，用数值计算方法模拟不同条件下各种催化技术的人工影响过程，研究催化的原理、技术和效果。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。效果测试一般来说，人工增雨的方法只有在自然云已经落下或接近落下的情况下才能发挥作用。由于降水的自然变化性很大，很难评估人工增雨的效果。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。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。