每日科学（第29期）——人工降雨的原理

讲解学生：郑智翔指导教师：陈国荣

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学习目标：

l 理解人工降雨的基本原理。

l 了解自然降雨过程中的水循环。

l 认识人工降雨的不同方法及其工作原理。

l 明白人工降雨技术的历史背景和科学意义。

科学原理：

1. 自然降雨原理：

l 自然降雨是水循环的一个重要环节。地球表面的水在太阳的照射下会蒸发成水蒸气，水蒸气上升到高空后因温度降低而凝结成小水滴，这些水滴聚集在一起形成云。当云内的水滴足够多、足够重时，就会因为重力作用落下，形成降雨。

2. 人工降雨原理：

l 人工降雨的原理是模仿自然降雨的过程。通过人为方式向云层中添加催化剂（如碘化银），这些催化剂可以促使水蒸气更快凝结成水滴，从而加速降雨过程或增加降雨量。人工降雨的方法主要有三种：一是使用飞机在云层中播撒催化剂；二是使用地面高射炮，将含催化剂的炮弹射入云层；三是在地面使用燃烧炉，通过燃烧产生的热气携带催化剂上升至云层。

3. 催化剂工作原理：

l 催化剂的作用是改变云层中水滴的状态，从而促进降雨。云层中的温度随高度增加而下降，云的温度高于0℃时称为暖云，低于0℃时称为冷云。在暖云中，小水滴通过碰撞和合并过程变成大水滴，最终克服云内浮力而掉落成雨。在冷云中，冰晶成长到能克服云内浮力时掉落，成为降雨。当云内水滴太小或缺乏冰晶而无法降雨时，人工方法会产生冰晶或使小水滴长大，从而促进降雨。

l 干冰（固态二氧化碳）的温度为-78℃，在缺乏冰晶的冷云内，撒播干冰会使其温度急剧下降，不需要冰晶核的情况下，就可以将过冷水滴转变成冰晶。通过冰晶成长过程，最终形成降雨。

l 碘化银则是一种非常有效的冰晶核，在冷云内缺乏冰晶的情况下，加入碘化银可以促使-5℃以下的水滴凝固为冰晶。在水滴与冰晶共存时，通过冰晶成长过程形成降雨

人工降雨应用案例：

1. 东北、西北、华北地区的农业灌溉：

l 从2016年到2020年，为应对春季北方重大干旱，东北、西北、华北等地区通过人工降雨增加了降水量。这一举措有效缓解了农作物的干旱问题，累计增加降水约2100亿立方米。同时，气象部门还加大了对粮棉主产区的防雹力度，为经济作物提供了保护，支持了农业的健康发展和乡村振兴。

2. 森林火灾扑救：

l 2019年4月，四川木里发生森林火灾时，通过发射23枚火箭弹和“空中国王”飞机连续作业3小时，有效抑制了火势蔓延。

l 2018年6月，大兴安岭森林火灾中，迅速组织的增雨飞机紧急驰援，增雨量达到5000至7500万立方米，相当于发挥了几千人的扑火作用。

3. 青海湖生态恢复：

l 从2006年开始，三江源地区实施了以生态修复为主要目标的人工增雨工程。这一工程有效地恢复了生态系统的水分涵养功能，截至近年，青海湖水体面积达到4625.6平方公里，为17年来面积最大，生态环境得到显著改善。

4. 中国早期的人工降雨实例：

l 1958年，吉林省遭受严重干旱，通过飞机播撒200公斤食盐，成功实施了人工降雨。

l 1987年，大兴安岭特大火灾中，发射了4700枚降雨弹，有效减小了火势。

l 2009年2月，中国北方地区发生罕见干旱，使用碘化银炮弹促进降水，有助于缓解干旱状况。

l 2008年北京奥运会期间，为保证开幕式天气晴朗，发射了1100多枚消雨火箭。

人工降雨技术未来展望：

l 多领域、多种类、全方位的发展：中国气象局提出的“播雨”计划旨在到2025年形成规范高效、技术先进、安全可靠的人工影响天气新型工作体系。这个体系将覆盖多个领域，包括增加雨雪、防止冰雹灾害等。

l 科技手段的应用：人工降雨技术的发展依赖于科技手段的有力支撑，例如使用现代化的探测设备如天气雷达、云雷达、微波辐射计等，以及云降水监测预报系统，以提高作业的精准性和效率。

l 精细化作业策略：研发精细化的云结构产品和作业条件监测识别方法，以及人工影响天气催化效果模拟评估系统，为提升作业效果和安全性做出贡献。

l 装备现代化：加强装备现代化，例如引入高性能飞机、大型无人机等，提高人工影响天气作业的覆盖面、机动性和精准作业能力。

l 集约化、研究型发展：推动人工影响天气工作向集约化、研究型、融入式发展转变，聚焦国家战略，优化人工影响天气试验示范基地规划和布局。

l 作业效果和效益评价：建立面向不同场景的人工影响天气作业效果评估和效益评价体系，以实现更加精准的作业预测和监测预警。