激光雨,人工增雨怎么進行?何種情況下可以進行人工降雨?

雨雪的形成關鍵在于液化或凝華溫度條件的出現和凝結核的存在,人工增雨就是認為地提供這些條件,促進水蒸氣的液化或凝華以及水滴的兼并激光雨 。

激光雨,人工增雨怎么進行?何種情況下可以進行人工降雨?

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人工增雨要根據云的性質,如果是暖云(在0℃以上區域由小水滴組成),成雨關鍵在于大小水滴的兼并,可以用飛機在云層中投入直徑約0.05~0.1mm的水滴或飽和食鹽水等吸濕性凝結核;
如果是冷云(0℃以下區域的云可能由小冰晶組成)或混合云(由小水滴和小冰晶共同組成),有兩種方法:一種是在云層中投入冷凍劑如干冰,形成過冷區,加速水蒸氣的凝華,冰晶長大到一定程度就下落成雨;另一種方法是在云中撒如碘化銀粉末等作為凝結核,以加速凝華和兼并,形成降雨 。
為什么人工降雨用干冰不用固體的其他氣體?簡單地說用干冰只是因為干冰使用成本低(注意使用成本不僅包括采購干冰的成本),但干冰不是人工降雨的唯一常用化學物質 。
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干冰就是二氧化碳的冰晶,這個我們應該常見,一些餐館會在菜色的裝點中用干冰來制造冷霧的裝飾效果 。
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什么是人工降雨?這是一種通過添加外部因子人工誘導或增加云層降水的做法 。
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投放到云層中的這些物質可以是干冰(固態二氧化碳),也可以是碘化銀、鹽粉等 。此過程在國外被稱為“云播種” 。這個過程是通過飛機或火箭來完成的 。
上圖:人工降雨用客機也能做 。
為什么要人工降雨?我們知道雨形成的原理和過程 。這個過程從海水或各種水體的蒸發開始 。然后,當對流層(大氣的最下層)中的風上升時,氣溫下降,導致一些細小的液滴持續合并成大液滴,當液滴的尺度達到0.1mm左右時,它們將無法在那里漂浮,于是落下成為雨滴 。雨滴在下落過程中也會與其它雨滴合并形成更大的雨滴——視雨滴的密度而定 。
但是有時我們必須應對干旱 。有云但沒有雨的情況,往往是由于高氣壓造成雨滴形成困難,因為氣壓升高,水的蒸發溫度就會降低 。此外,當云的溫度接近“ 0”時,其中就可能有冰晶,這樣的云當中的水份不會凝結成液態 。那這些情況,我們就可以試著人工降雨 。
而使用人工降雨,就是針對云的各種形態,促使云當中的水分變成更大的雨滴 。
上圖:一般是這樣釋放降雨/增雨劑的 。
人工降雨是怎么實施的?擾動:第一步包括使用化學物質刺激目標區域上風向上升并形成云 。這些化學物質可以吸收聚攏水蒸氣,并有助于冷凝過程 。諸如氧化鈣、尿素與硝酸銨以及氯化碳酸鈣的化合物的微粒 。這些化學物質都是常見的吸潮物質,它們對水分子有比較強吸附能力 。
成云:在第二階段,通過尿素、干冰、食鹽等建立云團,以增加云層的密度直至接近飽和 。
云種:在進行人工降雨的最后階段,將超冷的化學藥品(干冰或碘化物)用預制的容器轟擊到云層的底部,大量吸收云層的熱量,以形成水珠,使其形成降雨 。一旦云層的底部開始凝結水汽析出,會拉動附近的云層水分來補充形成持續的降雨 。
上圖:使用碘化銀人工降雨的過程 。
這類似用明礬來凈化水 。例如:一個水箱里裝的水很渾濁,因為有很多雜質和灰塵顆粒,當你在水箱中添加明礬時,雜質就會沉淀下來 。這是為什么呢?在添加明礬作為“沉淀劑”后,水中的顆粒附著在明礬形成的膠體上,變重變大并沉降 。這就是水滴在云中的情況 。
為什么用干冰?從上面的介紹來看,人工降雨并不只是用干冰,但干冰是唯一使用的可以變成氣體的人工降雨助劑 。這是有原因的,因為干冰就是二氧化碳,制備很容易 。而且干冰在吸收熱量之后不是融化而是迅速地升華,這個過程吸收的熱量是巨大且迅速的,因此干冰可以用作一種快速制冷劑 。如果你用手接觸干冰,可能只要幾秒鐘就可能造成嚴重的凍傷,所以玩干冰要當心?。ù送庠谌狈νL的室內釋放大量干冰對人和動物是有危險的,會導致缺氧,請特別注意 。)
上圖:干冰在空氣中就會是這種感覺 。
但相比液態氮、液氦、液氫、液氧,它們雖然也可以用于快速吸熱,但制備成本太高 。
此外,干冰本來就從大氣中提取,相對來說對大氣也沒有污染(干冰的使用過程不能算是碳排放) 。
但人工降雨也不一定要使用干冰 。有時根據云的特性和其它因素會選用不同的降雨劑,主要的有這些:
碘化銀
人工雨云播種的主要使用的化學劑是碘化銀 。碘化銀化學式為AgI,是無機化合物,由碘化物溶液與銀離子的反應生成 。碘化銀是高度感光性的 。該化學品為淡黃色,其固體形式可使云中水分快速凝結 。碘化銀充當云沉淀的觸發種子或鉤子 。該化學物質與云混合可誘導凍結云以水的形式釋出 。
【激光雨,人工增雨怎么進行?何種情況下可以進行人工降雨?】碘化鉀
云播種中產生人造雨所需的另一種化學物質是碘化鉀 。碘化鉀與碘化銀相似,不同之處在于碘化鉀不僅用于人工降雨,還用于其他用途 。在切爾諾貝利事故中,人們使用碘化鉀作為防止核輻射的屏蔽物 。它也可以有效地保護人體的某些內部器官 。它也是與硝酸鹽結合形成碘化銀的化學物質 。由于其功能,它也可以用來制造人造雨 。
丙烷
丙烷是具有三個碳原子的烷烴有機化合物 。它的化學式為C 3 H 8 。丙烷是一種常見的物質,作為燃料,是一種天然氣,通常是無色的,但是在某些情況下會變成液體 。丙烷氣體作為云播種材料,可以推動云層凝結 。它的液體形式也將觸發云中水汽凝結為液體形式,進一步引起降雨 。丙烷需要其他化學物質才能在云播種中正常使用 。丙烷在人工降雨過程中很重要 。
碳化鈣
在攪拌狀態下,電石也可用于制造人造雨 。碳化鈣與氧化鈣一起用作水蒸氣的吸收劑 。它由鹽和尿素或硝酸銨化合而成 。該化學物質是化學式為CAC2的鈣化合物 。它通常是無色的,但也可能顯示為白色 。在電弧爐反應中生成電石 。石灰和焦炭混合物也可用于生產電石 。
硝酸銨
云播種中涉及的另一種化學物質是硝酸銨 。硝酸銨是化學式為NH4NO3的銨陽離子的硝酸鹽 。硝酸銨以結晶白色固體形式出現,常用作農業肥料 。硝酸銨與其他化學物質一樣,可以提供液滴的凝結核并增加云的密度 。凝結核是云中水珠凝結的促進劑,由親水物質形成的您凝結核有利于水的附著和聚集,可以加速水滴的形成 。
氯化鈉
由于碘化銀等化學劑成本較高,而氯化鈉成本低,因此作為人造雨的替代化學物質 。便宜但有效 。
尿素
尿素是通常用于農業中但也能幫助人工降雨的另一種化學物質 。尿素化學式為CH4N2O,常被用來作為植物肥料,外觀為白色固體 。在云種時,尿素是吸收水蒸氣的一種助劑,可以形成更密集的云 。此外,它還會刺激云中結晶水形成水團 。
一個AI:人工降雨除霾的設想
上圖:通過人工降雨給中國大城市除霾的想象圖