激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

雨雪的形成关键在于液化或凝华温度条件的出现和凝结核的存在,人工增雨就是认为地提供这些条件,促进水蒸气的液化或凝华以及水滴的兼并激光雨 。

激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图
人工增雨要根据云的性质,如果是暖云(在0℃以上区域由小水滴组成),成雨关键在于大小水滴的兼并,可以用飞机在云层中投入直径约0.05~0.1mm的水滴或饱和食盐水等吸湿性凝结核;
如果是冷云(0℃以下区域的云可能由小冰晶组成)或混合云(由小水滴和小冰晶共同组成),有两种方法:一种是在云层中投入冷冻剂如干冰,形成过冷区,加速水蒸气的凝华,冰晶长大到一定程度就下落成雨;另一种方法是在云中撒如碘化银粉末等作为凝结核,以加速凝华和兼并,形成降雨 。
为什么人工降雨用干冰不用固体的其他气体?简单地说用干冰只是因为干冰使用成本低(注意使用成本不仅包括采购干冰的成本),但干冰不是人工降雨的唯一常用化学物质 。
激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图

激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图
干冰就是二氧化碳的冰晶,这个我们应该常见,一些餐馆会在菜色的装点中用干冰来制造冷雾的装饰效果 。
激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图

激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图

激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图
什么是人工降雨?这是一种通过添加外部因子人工诱导或增加云层降水的做法 。
激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?

文章插图
投放到云层中的这些物质可以是干冰(固态二氧化碳),也可以是碘化银、盐粉等 。此过程在国外被称为“云播种” 。这个过程是通过飞机或火箭来完成的 。
上图:人工降雨用客机也能做 。
为什么要人工降雨?我们知道雨形成的原理和过程 。这个过程从海水或各种水体的蒸发开始 。然后,当对流层(大气的最下层)中的风上升时,气温下降,导致一些细小的液滴持续合并成大液滴,当液滴的尺度达到0.1mm左右时,它们将无法在那里漂浮,于是落下成为雨滴 。雨滴在下落过程中也会与其它雨滴合并形成更大的雨滴——视雨滴的密度而定 。
但是有时我们必须应对干旱 。有云但没有雨的情况,往往是由于高气压造成雨滴形成困难,因为气压升高,水的蒸发温度就会降低 。此外,当云的温度接近“ 0”时,其中就可能有冰晶,这样的云当中的水份不会凝结成液态 。那这些情况,我们就可以试着人工降雨 。
而使用人工降雨,就是针对云的各种形态,促使云当中的水分变成更大的雨滴 。
上图:一般是这样释放降雨/增雨剂的 。
人工降雨是怎么实施的?扰动:第一步包括使用化学物质刺激目标区域上风向上升并形成云 。这些化学物质可以吸收聚拢水蒸气,并有助于冷凝过程 。诸如氧化钙、尿素与硝酸铵以及氯化碳酸钙的化合物的微粒 。这些化学物质都是常见的吸潮物质,它们对水分子有比较强吸附能力 。
成云:在第二阶段,通过尿素、干冰、食盐等建立云团,以增加云层的密度直至接近饱和 。
云种:在进行人工降雨的最后阶段,将超冷的化学药品(干冰或碘化物)用预制的容器轰击到云层的底部,大量吸收云层的热量,以形成水珠,使其形成降雨 。一旦云层的底部开始凝结水汽析出,会拉动附近的云层水分来补充形成持续的降雨 。
上图:使用碘化银人工降雨的过程 。
这类似用明矾来净化水 。例如:一个水箱里装的水很浑浊,因为有很多杂质和灰尘颗粒,当你在水箱中添加明矾时,杂质就会沉淀下来 。这是为什么呢?在添加明矾作为“沉淀剂”后,水中的颗粒附着在明矾形成的胶体上,变重变大并沉降 。这就是水滴在云中的情况 。
为什么用干冰?从上面的介绍来看,人工降雨并不只是用干冰,但干冰是唯一使用的可以变成气体的人工降雨助剂 。这是有原因的,因为干冰就是二氧化碳,制备很容易 。而且干冰在吸收热量之后不是融化而是迅速地升华,这个过程吸收的热量是巨大且迅速的,因此干冰可以用作一种快速制冷剂 。如果你用手接触干冰,可能只要几秒钟就可能造成严重的冻伤,所以玩干冰要当心!(此外在缺乏通风的室内释放大量干冰对人和动物是有危险的,会导致缺氧,请特别注意 。)
上图:干冰在空气中就会是这种感觉 。
但相比液态氮、液氦、液氢、液氧,它们虽然也可以用于快速吸热,但制备成本太高 。
此外,干冰本来就从大气中提取,相对来说对大气也没有污染(干冰的使用过程不能算是碳排放) 。
但人工降雨也不一定要使用干冰 。有时根据云的特性和其它因素会选用不同的降雨剂,主要的有这些:
碘化银
人工雨云播种的主要使用的化学剂是碘化银 。碘化银化学式为AgI,是无机化合物,由碘化物溶液与银离子的反应生成 。碘化银是高度感光性的 。该化学品为淡黄色,其固体形式可使云中水分快速凝结 。碘化银充当云沉淀的触发种子或钩子 。该化学物质与云混合可诱导冻结云以水的形式释出 。
【激光雨,人工增雨怎么进行?何种情况下可以进行人工降雨?】碘化钾
云播种中产生人造雨所需的另一种化学物质是碘化钾 。碘化钾与碘化银相似,不同之处在于碘化钾不仅用于人工降雨,还用于其他用途 。在切尔诺贝利事故中,人们使用碘化钾作为防止核辐射的屏蔽物 。它也可以有效地保护人体的某些内部器官 。它也是与硝酸盐结合形成碘化银的化学物质 。由于其功能,它也可以用来制造人造雨 。
丙烷
丙烷是具有三个碳原子的烷烃有机化合物 。它的化学式为C 3 H 8 。丙烷是一种常见的物质,作为燃料,是一种天然气,通常是无色的,但是在某些情况下会变成液体 。丙烷气体作为云播种材料,可以推动云层凝结 。它的液体形式也将触发云中水汽凝结为液体形式,进一步引起降雨 。丙烷需要其他化学物质才能在云播种中正常使用 。丙烷在人工降雨过程中很重要 。
碳化钙
在搅拌状态下,电石也可用于制造人造雨 。碳化钙与氧化钙一起用作水蒸气的吸收剂 。它由盐和尿素或硝酸铵化合而成 。该化学物质是化学式为CAC2的钙化合物 。它通常是无色的,但也可能显示为白色 。在电弧炉反应中生成电石 。石灰和焦炭混合物也可用于生产电石 。
硝酸铵
云播种中涉及的另一种化学物质是硝酸铵 。硝酸铵是化学式为NH4NO3的铵阳离子的硝酸盐 。硝酸铵以结晶白色固体形式出现,常用作农业肥料 。硝酸铵与其他化学物质一样,可以提供液滴的凝结核并增加云的密度 。凝结核是云中水珠凝结的促进剂,由亲水物质形成的您凝结核有利于水的附着和聚集,可以加速水滴的形成 。
氯化钠
由于碘化银等化学剂成本较高,而氯化钠成本低,因此作为人造雨的替代化学物质 。便宜但有效 。
尿素
尿素是通常用于农业中但也能帮助人工降雨的另一种化学物质 。尿素化学式为CH4N2O,常被用来作为植物肥料,外观为白色固体 。在云种时,尿素是吸收水蒸气的一种助剂,可以形成更密集的云 。此外,它还会刺激云中结晶水形成水团 。
一个AI:人工降雨除霾的设想
上图:通过人工降雨给中国大城市除霾的想象图