人工影响天气的理论基础
人工影响天气基本知识
一、人工影响天气基本知识
（一）人工影响天气概念和种类
人工影响天气是指在一定的有利时机和条件下，通过人工催化等技术手段，对局部区域内大气中的物理过程施加影响，使其发生某种变化，从而达到减轻或避免气象灾害目的的一种科技措施。
主要包括：人工增雨、人工防雹、人工防霜、人工消雾、人工消雨、人工消云、人工抑制雷电，目前主要的人工影响天气活动是人工增雨、防雹和消雾。
随着科学技术的进一步发展和社会需求的多样化，其他种类的人工影响天气作业将会有广阔的应用前景，人工影响天气将在防灾减灾、水资源安全保障、生态建设和保护等方面发挥越来越重要的作用。
（二）人工增雨原理和方法
科学研究人员利用仪器对云中含水量进行探测的结果表明，云中凝结的水分比实际降水量要多得多，云中凝结的水分约只有20%-80%转变为降水，具体依云的类型而定。
原因是云中某些条件不具备，如自然凝结核含量偏少，更多的水分没有形成降水落到地面。
人工增雨就是向云中播撒适当的催化剂，增加云中凝结核，增大云的降水效率。
其科学基础已被大量室内实验、理论研究和外场试验所证实。
目前人工增雨作业手段技术相对比较成熟的有四种1、飞机：对飞机进行适当改装，在飞机上安装碘化银等催化剂播撒装置，飞到云层的适当部分播撒催化剂实现增雨；2、火箭：通常将火箭发射架安装在人货车上，通过发射携带碘化银的火箭弹到云中进行催化增雨；3、高炮：作业原理与火箭差不多，但危险性较大，同时发射高度较低，影响范围小。
4、地面碘化银发生器：将仪器设置在山脉的迎风坡，借助抬升气流将其产生的微小碘化银粒子送入云层进行催化增雨。
第二章 人工影响天气的基础知识和技术方法汇总
第二章人工影响天气的基础知识和技术方法第一节人工影响天气的基础知识人工影响天气概念的提出是基于人类为了生产和生活的需要，希望通过人为干预，克服或减轻由恶劣天气引起的自然灾害，在适当条件下，促使天气向有利于人类需要的方向发展，包括人工防雹、人工增雨、人工防霜、人工消雾、人工消雨等。
在本文中我们只介绍人工防雹、人工增雨和人工防霜。
这里需要说明的是，人的力量是有限的，要彻底改变天气、气候是不可能的，我们只能在适当时候、适当条件下影响天气。
云和降水过程的能量是十分巨大的，一个气团雷暴以10³km的云体考虑，其含水量的凝结潜热为25×1015J，相当于10万吨煤燃烧的发电量。
目前人工影响雹云和降水的主要途径是向某些发展初期的雹云，或降水效率不高的降水云中，对云体的适当部位，抓住时机进行针对性的催化作业，达到人工影响天气效果。
比如有了降水天气过程，通过人为催化使小雨变成中雨或大雨，有了降雹天气过程，通过催化使大雹变成小雹、软雹或雨滴，起到防御和减轻自然灾害的作用。
一、人工防雹原理和技术方法所谓人工防雹，是采用人为的办法对一个地区上空可能产生冰雹的云层施加影响，使云中的冰雹胚胎不能发展成冰雹，或使小冰粒在变成大的冰雹之前就降落到地面。
人工防雹原理，就是设法减少或切断给小雹胚的水分供应。
要达到防御冰雹的效果，需向云中播散足够量的催化剂，以产生大量的冰晶，迅速形成水滴或冰粒。
造成同雹胚竞争水分的优势，从而抑制雹块的增长。
人工防雹是用高炮或火箭将装有碘化银的弹头发射到冰雹云的适当部位，以喷焰或爆炸的方式播散碘化银。
具体的影响方式有以下两种：（1）过量播撒催化剂（又叫催化法原理，也叫引晶法）观测结果表明，冰雹云的上部存在着过冷却水含量很大的累积带，为冰雹生长区。
在累积带之上气流升速较小，温度又低，很容易产生雹胚，它们靠碰撞过冷却水滴而长大，在强烈上升气流的作用下，雹胚多次往返于液态水累积区增大而生成冰雹。
人工影响天气岗位培训总复习题及答
人工影响天气岗位培训总复习题及答案第一章云、降水动力学和微物理学基础一、单项选择题：1. 作为人工增雨的的主要对象，冷锋出现频次：(A)冬季最多；(B)春季最多；(C)夏季最多；(D)秋季最多。
答案： B级别：通用2. 暖底云中霰的结凇增长比同质量的水滴的碰并增长：(A)更快；(B)更慢；(C)相当；(D)随小水滴尺度而异，尺度小，霰增长更快。
答案： A级别：通用3. 霰的结凇增长率在较大云滴(d≥20μm)区，(A)随霰密度减小，结凇增长率减小；(B)随霰密度增大，结凇增长率增大；(C)随霰密度减小，结凇增长率增大；(D)随霰密度增大，结凇增长率减小。
答案： C级别：通用4. 霰和冻滴的结凇增长率与过冷水滴的碰并比较明显，在较大云滴(d≥20μm)区(A)冻滴比霰处于有利结凇增长条件；(B)霰比冻滴处于有利结凇增长条件；(C)过冷水滴比霰处于有利碰并增长条件；(D)过冷水滴比冻滴处于有利碰并增长条件。
答案： B级别：通用16. 考虑到潜热作用和热传导效应，空中600hPa冰水共存云中，相应的最大水汽密度出现在:(A)－12℃；(B)－13℃；(C)－15.5℃；(D)－14.25℃。
答案： C级别：通用17. 自然"播种-供水"降水增强机制，常出现于：(A)深厚层状云系的混杂云中；(B)气团雷暴中；(C)雨层云中；(D)上为高层云，下为碎雨云的云系中。
答案： A级别：通用18. 防雹试验的统计效果检验中,哪个检出率较高.(A)序列试验分析；(B)区域对比试验分析；(C)区域回归试验分析；(D)无法确定。
答案： C级别：通用二、多项选择题2. 在R处目标相对雷达波束轴线方向的运动分量v,称为目标的径向速度，规定朝向天线运动的速度分量的符号是什么，分别表示为：(A)正，v=dR/dt(B)正，v=-dR/dt(C)负，v=dR/dt(D)负，v=-dR/dt答案： B级别：通用三、简答题2. 为什么出现的雨滴大都在2～3mm以下？答案：大气中因湍流作用，雨滴变形、碰撞产生破碎，不像静止大气那样可出现4～5mm的雨滴。
人工影响天气作业在气象防灾减灾中的作用
人工影响天气作业在气象防灾减灾中的作用1. 引言1.1 人工影响天气作业的定义人工影响天气作业是指人类利用科学技术手段，对大气环境进行人为干预，以达到改变天气系统或减轻自然灾害影响的目的。
这项技术涉及到对大气层的温度、湿度、压强等参数进行精细调控，通过人为激发或干预气象系统的运行，从而影响天气的发展和演变过程。
人工影响天气作业的实施需要通过各种先进的技术手段和设备，以及对天气系统运行规律的深入研究和分析，来实现预期的效果。
人工影响天气作业的定义既包括传统的云雨催化、冰雹防治等技术手段，也包括了近年来发展起来的人工增雨、冰雹防治、台风调控等高新技术领域。
人工影响天气作业的理论基础主要是大气物理学和云物理学等相关学科的知识，结合现代科技手段，通过实地观测、数据分析、数值模拟等手段，来实现对天气系统的干预和调控。
人工影响天气作业的目的在于提高气象预报准确性，减轻自然灾害对人类社会的影响，为气象防灾减灾工作提供有力支持。
1.2 气象防灾减灾的重要性气象灾害是自然灾害中一种常见且具有严重影响的灾害形式，例如台风、暴雨、干旱等。
气象灾害不仅给人们的生命财产造成威胁，还会给社会、经济和生态环境带来不可估量的损失。
气象防灾减灾显得尤为重要。
气象灾害具有突发性和破坏性，一旦发生往往会造成重大损失。
及时有效地减少气象灾害的影响，可以降低灾害带来的损失，保护人们的生命安全和财产安全。
气象防灾减灾工作能够提高社会的抗灾能力和应对能力，从而减少灾害发生时的混乱和恐慌，保障社会的稳定和安全。
气象防灾减灾也是国家安全和社会发展的重要组成部分。
通过有效的气象防灾减灾工作，可以减少灾害对国家经济、社会和生态环境的破坏，促进国家的可持续发展。
气象防灾减灾是保障人们生命财产安全、提高社会抗灾能力、维护国家安全和促进社会发展的重要举措。
只有加强气象防灾减灾工作，才能更好地应对气象灾害，减少灾害损失，实现社会的稳定与安全。
2. 正文2.1 人工影响天气作业在气象防灾减灾中的应用人工影响天气作业在气象防灾减灾中的应用非常广泛，能够在灾害预防和减灾方面发挥重要作用。
人工影响天气ppt共16页文档
几点总结
1、目前人工影响天气的手段还只是通过播撒人工 冰核和吸湿性核来实现预定目的。变化的是播撒量、 播撒区域和播撒时机。
2、发展新型催化剂 生物冰核 纳米冰核等（更高的成核率和更强的吸附能力）
3、加强云的宏、微物理观测，特别重视液态水探 测，云中的液态水含量在一定程度上表征着过冷水的 含量，而过冷水含量是衡量区域人工增雨潜力和增雨 作业条件选择过程一般分为成云和致雨形成两个阶段
降水过程启始于云的出现,表明空气中的水汽已经达到饱 或过饱和,这就是成云阶段,这一过程是通过大气中气块被 抬升冷却引起的。水汽从地面被抬升到高空需要大量能量。 因此人工影响天气要在这个环节上有所作为是不现实
冷云催化---干冰、碘化银、液氮 暖云催化---吸湿性颗粒（食盐、氯化钙等）
谢谢大家！
目前催化作业的方式大体有四种：
一是地面布置AgI燃烧炉 二是高炮和火箭的地面作业。 三是飞机催化作业。 四是气球撒播催化剂
碘化银燃烧炉
国外发展情况
20世纪60年代和70年代，美国的人工影响天气活 动得到联邦政府的支持，但始终未能拿出令科学界信 服的完全由播云作业产生的效果。由于人工影响天气 作业效果检验问题一直是一个国际性难题， 美国联 邦政府从20世纪80年代开始逐步减少对人工影响天气 活动的投入。尽管美国政府已不太支持人工影响天气 研究， 但美国国内仍有一些科学家致力于推进云降 水物理和人工影响天气研究，其研究水平和研究成果 仍然居世界前列。
人工影响天气
人工影响天气简介 基本原理及手段 国外发展情况 几点总结
人工影响天气简介
在适当的天气条件下,通过人工干预,使天 气过程向符合人类愿望的方向发展
目前,人工影响天气主要是指人工增雨和人工消雹,可以 扩展到人工消雨、消雾、防霜、人工引雷等方面。
人工影响天气基本原理
人工影响天气基本原理章人工影响天气基本原理人工影响天气和气候既是人类千百年来的古老愿望，又是今天迅速发展着的一门新兴学科。
切人为影响(有意识的和无意识的)天气和气候的活动都属于这门学科的研究范畴。
人工影响天气是建立在云降水物理学基础上的一门应用科学技术，在深入研究云动力学和微物理学特征及其相互制约关系的基础上，根据云降水的形成和发展变化规律，因势利导，施加人工影响，以便使天气状况向人们所希望的方向演化。
前面已经讲过，能否降水与云中微物理条件及过程有关，能否降大量降水则与云的宏观条件有关。
除了少数情况外，人工影响天气实际上就是人工影响云，一方面改变云中微物理条件及过程，另一方面通过第一方面的作用促使云中宏观动力过程产生相应变化。
现阶段人工影响天气主要致力于在适宜的地理背景和自然环境中，选择适当的云体部位进行人工催化作业，以达到(1)增(加降)雨(雪)；(2)消雾、消云，(3)抑制冰雹等目的。
尽管在方法技术上并不完全成熟，还处于科学研究和应用试验相结合的阶段，但已经取得了一定的成效。
有些国家已形成了人工增雨、防雹和消雾的业务体系，对国民经济和人类抗拒自然灾害有促进作用。
在过去的40 多年中，播云技术作为增加降雨量、抑制冰雹增长的一种方法得到了发展。
播云增加的雨量是有一定比例的，在比较成功的地区，增加量约为5% 一20% 。
这些增加的水量降落在农田地区，对农业丰产丰收会有很大的帮助；如果降落在山区，则有利于水力发电和灌溉；在重要林区，人工增雨为扑灭森林火灾起了关键作用。
我国先后有20 个省、市、自治区开展人工防雹，多数地区取得了一定的社会和经济效益，在一些有专业技术人员参加组织试验的防雹地区，初步统计资料分析表明，雹灾面积减少40 ％一80 ％。
然而必需认识，播云技术具有不确定性，应用时务必慎重决策。
面简单介绍人工影响云、雾和降水的基本原理及方法。
1.增加降水当云中既有足够大的水滴或冰质粒，就有可能发生云水转化，产生降水。
人工影响天气原理
人工影响天气原理一、引言人工影响天气，是指通过人类的干预手段，改变或控制特定地区的天气状况。
这种技术主要应用在气象灾害的防治、农业生产、水资源管理等领域。
人工影响天气的原理，涉及到大气物理学、云物理学、气象动力学等多个学科，本文将从这些学科的角度，探讨人工影响天气的原理。
二、云物理学与人工影响天气云物理学是研究云的形成、演变和降水过程的学科。
在人工影响天气中，云物理学起到重要的作用。
常见的人工影响天气方法之一是云雾消散，即通过释放人工催化剂或云中的颗粒物，改变云中的水滴或冰晶的大小和浓度，从而促使云雾消散。
这种方法利用了云物理学中的凝结、蒸发、降水等过程，通过改变云中微粒的特性，影响云的形成和稳定性，从而实现云的消散。
三、气象动力学与人工影响天气气象动力学是研究大气运动的学科。
在人工影响天气中，通过改变大气运动，可以影响天气的形成和演变。
例如，人工降雨是通过改变大气中的温度、湿度和运动等参数，使得大气中的水汽凝结成云滴，并逐渐增长为降水粒子，从而实现增加降雨的目的。
这种方法利用了气象动力学中的大气稳定性、辐射传输、湍流等过程，通过改变大气的热力学和动力学特性，实现对天气的影响。
四、大气物理学与人工影响天气大气物理学是研究大气的性质和现象的学科。
在人工影响天气中，通过改变大气中的物理性质，能够影响大气的温度、湿度等参数，从而影响天气的形成和变化。
例如，人工增雪是通过在云中投放冰核，促使云中的水汽凝结为冰晶，进而形成降雪。
这种方法利用了大气物理学中的凝结过程，通过改变云中冰核的浓度和大小，从而实现增加降雪的目的。
五、人工影响天气的应用人工影响天气技术在实际应用中有着广泛的用途。
在气象灾害防治方面，人工影响天气可以用于减轻干旱、抑制冰雹、防治霜冻等。
在农业生产中，人工影响天气可以用于增雨、增雪、抑制台风等，提高农作物的产量和质量。
在水资源管理方面，人工影响天气可以用于调控降雨分布，提高水资源的利用效率。
人工影响天气基本原理
4. 5.
使水份供应区云滴冰晶化 对多单体中处于发展阶段云体催化，促其在上升气 流不大时降水
人工防雹
6. 动力作用：爆炸对冰雹云的作用
1.
激发大量小的对流云形成，以释放对流不稳定能 量。 爆炸产生的冲击波和声波，引发下沉气流可以对 气流产生制动作用 对降水粒子的运动起润滑作用。 爆炸冲击波使冰雹破碎变软 冲击波触发过冷水的冻结 WMO，1995
基本思想
现阶段的人工影响天气工作主要是通过人为
地在云中播撤（Cloud Seeding）某些物质， 改变云、雾和降水的物理过程，以达到以下 目的：
(1)增雨（雪）Precipitation Enhancement (2)抑制冰雹 Hail Suppression (3)消雾、消云 Fog Dispersal
从方程看出，要改善能见度就必须或是减少雾滴的数浓度， 或者减小它的半径，或者两者兼而有之。 由于能见度和半径之间的平方成反比关系，例如，半径减小 到原来的1/3，能见度就要增加为原来的9倍。另一方面， 数浓度减小到原来的1/3，能见度只能增加为原来的3倍。
人工消雾 主要途径
A. 物理消除法——减少雾滴数浓度
设备-机载火焰发生器
设备-机载火焰发生器
冰核火焰发生器
设备-机载火焰发生器
吸湿核火焰发生器
设备-机载焰弹发生器
设备-地面火焰发生器
设备-地面火焰发生器
使空气中悬浮的雾滴或冰晶沉降到地面 使雾滴相互凝聚或者与为此引进的大滴碰并，然后在重力 作用下下落 用差不多同样体积的纯净空气整个取代有雾空气 物理消除法消雾都必然要直接作用于空气本身。因为雾滴的 数浓度小，清除和凝聚的方法是无效的。使用过滤法和取 代法所需的设备太大，也不实用。根据这些理由，物理消 除法到目前为止还没有切实可行的办法。
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云降水过程——强迫耗散系统中的 混沌过程 云降水物理基础回顾
一、大气（云降水）过程 ——强迫耗散系统中的混沌
非线性动力系统
物质世界的确定性—因果关系
理论
牛顿 定量 由初始条件预测系统发展
实验
误差：初始条件？
有人认为“混沌”是继相对论、量子力学后的第 三次革命
7 0
典 型 雨 滴 1 0 0 0
1
6 5 0
A d v .inG eo p h y s.5 ,2 4 4(1 9 5 8 )
云的胶体稳定性
云的胶体稳定性
冰雹的增长
冰雹的干增长
在含水量小而温度低的云区，因为冰雹碰并的水量 少，因而冻结释放的潜热也少。再加气温低，雹块 散热快，因此碰撞雹块的过冷水滴未及从冰雹表面 漫流开来就已冻结为冰，在一定的程度上保持其圆 球形，冻滴之间留有许多空隙，形成不透明层次。
L4.3rm 0.026 B5
A8!
0
B9
实际观测到的谱分布多采用纯数学拟合，可将 Khrgian-Mazin分布曲线转化为线性关系进行
云滴谱特征量
re0 rrr22nn((rr))ddrr0 rr3 2n n((rr))d drr 3 2
已知峰值np及峰值半径rp：
B 2 / rp
A
7.4np
/
rp2
云滴谱特征量
数密度
rneBrdrn!/Bn1 0
N 0n(r)dr2BA3
平均半径
rmN 1
rn(r)dr3
0
B
含水量 W 0 4 3r3w n (r)d r 5 0 2 .6 5wB A 6
云滴谱特征量
能见距离（假定水的无量纲散射效率因子为2）
n(d)N dN0ed
I6w0 d3ndudd
雨滴谱
云雾的组成
云滴大小
粒 子 半 径 (μ m ) 数 浓 度 (l-1 ) 下 落 末 速 度 (cm /s)
C C N
0 .1
1 0 6
0 .0 0 0 1
典 型 云 滴 1 0
1 0 6
1
大 云 滴
5 0
1 0 3
2 7
云 雨 滴 分 界 线 1 0 0
Lorenz——蝴蝶效应
Lorenz, E. N., 1963: Deterministic Nonperiodic Flow.
Journal of the Atmospheric Sciences, 20, 130-141.
Lorenz, E. N., 1963: Deterministic Nonperiodic Flow.
混沌
"One meteorologist remarked that if the theory were correct, one flap of a seagull's wings could change the course of weather forever.“
“Predictability: Does the flap of a butterfly’s wings in Brazil set off a tornado
Journal of the Atmospheric Sciences, 20, 130-141.
Lorenz, E. N., 1963: Deterministic Nonperiodic Flow.
Journal of the Atmospheric Sciences, 20, 130-141.
现阶段人工影响天气工作主要是通过人为地在 云中播撤（Cloud Seeding）某些物质，改 变云、雾和降水的物理过程，以达到以下目的：
(1)增雨（雪）Precipitation Enhancement
(2)抑制冰雹 Hail Suppression
(3)消雾、消云 Fog Dispersal
Junge幂函数分布：
在大气中的质粒，从十分之几微米到几十微米尺度 之间的等间隔对数半径区间内，质粒的总累积体积 为一常数
n(lgr)dNAr;24
dlgr
谱分布
由谱分布可计算气溶胶的各种特征参量：数浓
度、峰值半径、中值半径、平均半径、均方根
半径等
NT
rmin
n
r
d
r
dn(rp ) 0 dr
rm n(r)dr
n(r)dr
rmin
rm
rn(r)dr
r rmin n(r)dr rmin
1
r
rmin
r 2n(r )dr
2
n(r)dr
rmin
云雾的组成
云滴谱
小滴较少，中等尺度滴较多，大滴较少，且在大滴 方向有长尾巴。
云滴谱 Khrgian-Mazin分布
n(r)dNAr2eBr dr
冰雹的湿增长
相反，如果云的含水量比较大，环境气温也不太低 ，则冰雹的散热不及冻结潜热释放的快，被碰撞水 滴只能有一部分冻结，过冷水在冰雹表面铺展成水 膜，冻结过程在水与冰的交界面上进行，形成的冰 层透明而密度大。
冰雹云结构
冰雹的增长过程
人工影响天气：基本思路
除少数情况，人工影响天气实际是人工影响云， 一方面改变云中微物理条件及过程，另一方面 通过第一方面的作用促使云中宏观动力过程产 生相应变化。
0
0
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雨滴谱
最常用的测定降水的宏观特征量就是地面上的降雨 率（降水强度）。而最常用的表示降水的微观特征 量便是雨滴大小的分布函数（即滴谱）
马歇尔和帕尔默(Marshall and Palmer，1948)
混沌
19 世纪末庞加莱关于“三体问题”的讨论是 确定论的试金石
1889 年庞加莱因一篇关于三体问题无法求解的论 文获得瑞典国王60大寿设立2500克郎和一块金牌
“关于三体问题的动态方程”(Sur le probleme des trois corps et les equations de la dynamique) ， 1890，Acta Mathematica，270页
in Texas?”
分岔
分岔——人工影响天气
云降水物理基础回顾
（尺度）谱分布
设Δr1：1-3 μm ，n1=100个/cm3 ；r1=2 μm Δr2：3-7 μm ，n2=160个/cm3； r2=4 μm
则： n(r1)=50个/cm3μm n(r2)=40个/cm3μm
谱分布
较常使用的谱分布形式主要有：Junge幂函数 分布、Deirmedjian修正函数分布、对数正 态分布和Zold分布。