王博

摘 要：為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，當(dāng)前國(guó)家常常會(huì)使用人工增雨技術(shù)，提升了降雨量，滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生活的需求。除了人工增雨之外，氣象工作人員還會(huì)使用類似的在云層中播入高濃度冰晶胚胎的方式來(lái)防止冰雹的出現(xiàn)，避免了冰雹天氣對(duì)人們生活生產(chǎn)的影響。本文對(duì)強(qiáng)對(duì)流云人工增雨以及防雹原理進(jìn)行了分析，進(jìn)行了二維數(shù)值研究，希望可以優(yōu)化氣象工作的進(jìn)行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流云;人工增雨;防雹原理;二維數(shù)值研究

在當(dāng)前的氣象工作中，相關(guān)的工作人員一般通過(guò)在云的發(fā)展早期播入高濃度人工冰晶胚胎來(lái)實(shí)現(xiàn)增雨和防雹，冰晶會(huì)促使云層中產(chǎn)生大冰晶以及霰粒，進(jìn)而阻止冰雹的產(chǎn)生，增加降雨量。但是，在實(shí)際工作中人工增雨和防雹工作的原理不夠明確，冰晶用量的不確定會(huì)影響防雹效果，減少降雨量。因此，在當(dāng)前的氣象工作中對(duì)人工增雨和防雹的原理進(jìn)行分析有助于推動(dòng)現(xiàn)代氣象工作進(jìn)行效果的提升。

一、對(duì)流云模擬

對(duì)流云一般是單胞對(duì)流體，在云成型發(fā)展過(guò)程中，其動(dòng)力輻合會(huì)隨之加強(qiáng)，云高度也會(huì)提升。在云成型階段，其主要的組成部分是云滴，其中的雨水質(zhì)量較小。在成型過(guò)程中，云的上升速度會(huì)不斷增大，且出現(xiàn)溫度上的變化，云成型中的溫度變動(dòng)值一般不會(huì)超過(guò)5攝氏度。在這個(gè)過(guò)程中，云滴轉(zhuǎn)化為的雨滴會(huì)不斷的擴(kuò)大，且更多的吸收云滴。在溫度較低時(shí)，余地會(huì)凍結(jié)成為霰粒。成型的云一般高度會(huì)達(dá)到10.5km，這時(shí)云體中的雨滴全部轉(zhuǎn)化為霰粒，霰粒會(huì)借助云層中的水分進(jìn)一步擴(kuò)大，最終形成冰雹。之后，云層上部形成的冰晶會(huì)在環(huán)境風(fēng)的推動(dòng)作用之下運(yùn)動(dòng)形成云砧，冰晶在增長(zhǎng)至體積的極限之后也會(huì)轉(zhuǎn)化為霰，并停留在對(duì)流云結(jié)構(gòu)的上部。云砧之中冰晶的濃度極高，冰雹和部分的霰粒在下落過(guò)程中會(huì)融化并形成降水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在云成型20分鐘前后云層中會(huì)形成雨滴，這些雨滴會(huì)快速的轉(zhuǎn)化為霰粒，在降水的形成中有著重要的作用。

二、人工催化實(shí)驗(yàn)

1.高濃度冰核的人工防雹催化實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不對(duì)自然云進(jìn)行改變，在云成型發(fā)展至15分鐘時(shí)。實(shí)驗(yàn)人員會(huì)在云層中溫度為零下12至零下16攝氏度的區(qū)域中人工的進(jìn)行冰晶胚胎的播撒，冰晶胚胎的密度為5×10^5個(gè)/kg。冰晶胚胎的結(jié)構(gòu)和譜分布與自然界中的冰晶結(jié)構(gòu)相似，模擬防雹工作中的催化過(guò)程。催化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行五分鐘之后，人工冰晶的高度較低，因此快速吸收水分出現(xiàn)了凝華。此刻云層中還存在較多的自然雨滴，冰晶會(huì)與云層中的自然雨滴基礎(chǔ)形成霰粒，導(dǎo)致云層中雨滴的數(shù)量減少，避免了雨滴在后續(xù)發(fā)展中觸碰云滴形成霰粒，阻止了冰雹的形成。

在云層下部人工播撒高濃度的冰晶胚胎之后，云層中的氣流以及湍流會(huì)導(dǎo)致部分冰晶停留在云層下部結(jié)構(gòu)中，并借助凝華過(guò)程不斷增大。但是，冰晶在體積增大過(guò)程中無(wú)法得到雨滴和水分的補(bǔ)充，因此，形成的霰粒體積較小，形成信息恒冰雹的速度較慢，融化成雨滴的速率也相對(duì)降低，導(dǎo)致地面降水的實(shí)踐有所推遲。經(jīng)過(guò)催化之后，冰雹的量得到了降低，動(dòng)能也有所減少。人工播撒的冰晶在凝華中釋放出了一定的熱量，使得云層上升速度有所提升，造成降水延遲。下圖為雷達(dá)回波和二維模擬回波的比較。

2.不同催化時(shí)刻的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

冰晶胚胎的播撒時(shí)刻不同對(duì)云層的影響也不同，從下圖可以看出，不同時(shí)刻進(jìn)行冰晶的播撒均達(dá)到了防雹的目的，但是，不同時(shí)刻進(jìn)行的催化操作會(huì)導(dǎo)致防雹效果出現(xiàn)差異。10分鐘時(shí)進(jìn)行播撒冰晶胚胎之后，這些冰晶會(huì)在云層中凝華并增大，質(zhì)量不斷增大，部分冰晶在達(dá)到質(zhì)量和體積的閾值之后會(huì)轉(zhuǎn)化為霰，并吸收云滴繼續(xù)增長(zhǎng)。這一過(guò)程中，霰粒的質(zhì)量相對(duì)于自然情況之下有所增大，造成云滴的消耗增加，降低了雨水的轉(zhuǎn)化量和質(zhì)量，進(jìn)而霰粒的形成數(shù)量也有所降低，冰雹的產(chǎn)生量和速率也受到了影響。冰雹的質(zhì)量降低會(huì)造成降水量的減少，不利于增雨工作的進(jìn)行。下圖為不同時(shí)刻自然云和人工催化云中的冰晶和霰粒對(duì)比。

3.不同劑量的催化實(shí)驗(yàn)

不同的催化劑使用量也會(huì)影響增雨和防雹效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)人工播撒的冰晶濃度高于5×10^5個(gè)/kg時(shí)，防雹增雨效果會(huì)隨著冰晶濃度的增大而增大，大量的冰晶胚胎在進(jìn)入云層之后會(huì)導(dǎo)致霰粒形成速率不斷提升，降低冰雹的質(zhì)量，加速冰雹下落過(guò)程中的融化速率，增加降雨量。

三、結(jié)語(yǔ)

在云層的形成初期人工播撒冰晶可以凍結(jié)云層中的雨滴，形成大量的冰晶和霰粒，吸收了云層中的大量云滴，避免了體積較大冰雹的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了防雹增雨的目的。在實(shí)際工作中，氣象工作人員可以結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)播撒催化劑的時(shí)間和劑量進(jìn)行調(diào)整，以便優(yōu)化增雨防雹效果。

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