斯堪的納維亞半島

[拼音]：rengong jiangshui

[外文]：rain making

用人為的手段促使雲層降水的措施。又稱人工增加降水。它主要是根據不同雲層的物理特性，向雲中播撒水滴、鹽粉或溶液滴、碘化銀或固體二氧化碳(即乾冰)等催化劑（見播雲催化劑），使雲滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。這是人工影響天氣中進行得最多的一項試驗。

一塊雷雨雲中，液態和固態的水量達百萬噸的量級，由於雲中的水分不斷地補充和更新，總的凝結水量更為巨大，雲和降水是重要的水資源。自然雲是由雲滴組成的，雲滴尺度只有0.01毫米的量級，它們懸浮在空中，不能下落。只有轉化為雨、雪或霰等尺度達 1毫米量級的降水粒子後，才能落到地上。很多自然雲並不降水，就是降水雲一般也只有20～80％的水分能轉化為降水，大量水資源不能充分利用。雲的降水效率不僅決定於雲的巨集觀條件（見雲動力學），而且決定於雲滴轉化為降水粒子的微物理過程（見雲和降水微物理學）。人工影響雲的微物理過程，可以在一定條件下使本來不能自然降水的雲受激發而降水，也可使那些水分供應較多、往往能自然降水的雲，提高降水效率而增加降水量。但不能自然降水的雲能供應的水分較少，因此人工催化的經濟價值有限。

原理和方法

冷雲催化

在溫度低於 0°C的冷雲降水過程中，冰晶濃度起著重要的作用。根據降水粒子濃度的實測資料和理論估算，只有當冰晶濃度達到1個/升或更高的量級時，才有較高的降水效率。對因冰晶濃度不足、降水效率很低的自然雲，若在其過冷卻部位播撒成冰催化劑，就可以增加冰晶濃度。每克乾冰或碘化銀，可產生1012個以上的冰晶，若用幾百克，就可以使幾十立方公里雲體的冰晶濃度達 10個/升。這些人工冰晶通過伯傑龍過程迅速增長，促進冷雲降水過程，使降水量增加。一些比較嚴格試驗的統計分析表明，冷雲催化可以增加降水量10～20％。如果人工冰晶的濃度很大，則形成的雪晶的平均尺度較小，它們從雲中下落到地面的時間較長，在氣流的作用下，會落到下風方向更遠的地方而改變降水的分佈。

暖雲催化

在溫度高於 0°C的暖雲裡，降水主要在雲滴碰並過程中得到發展。雲滴越大，碰並增長就越快。計算表明，當雲滴半徑超過0.04毫米時，就可以迅速碰並而長成雨滴。在那種大雲滴的濃度不足的自然雲中，播撒大量半徑大於0.04毫米的水滴，就能夠促進降水過程。計算表明，每克水可以形成約幾百萬個大雲滴，要催化10立方公里的雲體，則需要幾噸水。若往雲中播撒一定大小的吸溼性物質顆粒或者溶液滴，它們能在雲中吸溼而迅速長成大雲滴，這樣所需的催化劑量，就用不到水的十分之一。

除了播雲以外，法國和蘇聯有人試驗在地面加熱，造成人工上升氣流的方法，試圖在一定氣象條件下激發或增加降水。美國有人設想利用瀝青或碳黑吸收太陽輻射，提高局地空氣的溫度，促進雲的發展以增加降水。中國有人研究過爆炸對降水的影響。這些人工降水方法的研究，都還處在探索的階段。

動力催化

通過冷雲催化使雲中產生大量冰晶，所釋放的潛熱將改變積雲的巨集觀動力過程而增加降水。它是60年代在人工降水試驗方面的一項進展。積雲中上升氣流的速度，主要決定於雲內外溫差造成的浮力。在發展旺盛的積雲內，存在著大量過冷水滴。在這種雲中播撒大量的成冰催化劑時，能使過冷水滴凍結而釋放潛熱，水汽在冰粒表面凝華時也釋放潛熱。估計這兩種潛熱足以使雲中區域性溫度升高0.5°C左右，這將加大浮力而促使某些積雲的上升氣流速度增大，雲體擴充套件，生命期延長，結果使進入雲體的水分總量增大而增加降水量。雖然動力催化同一般冷雲催化所用的催化劑一樣，但著眼點不同，動力催化所用的催化劑量必須大大增加，才可能收效。積雲動力催化在50年代曾作過初步的嘗試，但周密設計的積雲動力催化試驗，直到1963年才開始。J.辛普森在美國佛羅里達州所做的隨機試驗表明，催化後積雲的雲頂平均增高1.6公里，平均雨量增加1.7倍。他指出，催化後雲頂增高量同大氣層結（見大氣靜力穩定度）有密切的關係。在其他國家和地區，也作過類似試驗，但效果不一。有人對整個地區積雲群體進行過動力催化的隨機試驗，初步結果表明有增雨的效果。

冷雲催化的溫度條件

人工降水的效果同雲的自然條件有密切關係。就冷雲催化而言，雲中的溫度條件十分重要。就整個雲體而言，雲頂溫度一般最低，常將它作為估計雲中自然冰晶濃度的引數。當雲頂溫度低到一定程度時，雲中常會形成大量冰晶，這時用人工方法增加冰晶，效果就不顯著。反過來，雲頂溫度如果太高，碘化銀等催化劑的成冰能力就太低，也不利於人工催化。所以對冷雲催化法增加降水來說，雲頂溫度不宜太高或太低。一些地形雲和積雲的人工降水試驗結果的統計分析表明，當雲頂溫度處於-10～-25°C時，人工降水的效果比較明顯。這一最適宜的溫度區間，稱為播雲溫度窗。鑑於降水過程的複雜性，採用不同催化技術時，必須研究各類雲中最有利的溫度條件或其他條件。

數值模擬

用數學物理方程組描述和計算成雲降水過程和人工催化過程，通過數值計算方法模擬不同條件下各種催化技術的人工影響過程，以研究催化的原理、技術和效果。由於雲和降水的自然變率很大，外場試驗的研究週期很長，花費很大，一個嚴格設計的試驗（某種催化程式、技術等），一般需進行幾年才能對其效果作出估價。如果要比較不同催化技術的效果，選擇最佳的試驗設計，就需要更長的時間。因此用數值模擬方法為實際試驗和理論研究提供依據，就顯得十分重要。60年代辛普森用積雲數值模擬，計算了自然雲的發展高度，並假定動力催化使雲中水滴在比自然過程更高的溫度下凍結，釋放潛熱，從而計算出催化後的積雲發展高度。試驗的實測結果同模式計算相當一致。這就為動力催化的原理和試驗雲的選擇，提供了科學依據。隨著電子計算機的普及，各國針對各種人工降水試驗，進行了很多數值模擬。它們雖然對實際過程都作了較大的簡化，具有不同方面的侷限性，但同外場試驗相結合，能縮短估價人工降水效果的試驗週期，從而成為人工降水試驗研究的一個重要組成部分。

效果檢驗

一般在自然雲已經降水或者接近於降水的條件下，人工降水的方法才能發揮作用。由於降水的自然變率很大，人工增加降水量的幅度較小，如何估價人工降水的效果就顯得十分困難。人工催化增加的降水量，是催化後的實際降水量和不經催化的自然可能降水量之差。實際降水量可以測定，但能否正確估價自然可能降水量，就成了效果檢驗的關鍵。在對降水的物理規律認識不足的情況下，主要依靠統計學的方法對自然可能降水量作出估價。初期的統計檢驗方法，多數採用迴歸統計法，在人工催化目標區附近選擇一個不受催化影響的地區作為對比，用歷史資料建立目標區和對比區降水量的迴歸方程。把人工降水試驗期間對比區的降水量代入迴歸方程，求出目標區的自然可能降水量，再與目標區實測降水量對比，就可估價人工降水的效果。採用這種方法對於同一次試驗，選用不同的對比區或者不同年限的歷史資料作對比，得出的結果，可能出入很大，所以這種方法的可信度不高。一般認為隨機試驗可以避免主觀的偏差得到統計學上的可信估價。隨機試驗是把適合於人工降水的試驗機會(試驗單元)按照隨機規則（例如抽籤）分成兩組：一組催化並觀測，另一組不催化只觀測，作對比。當試驗單元足夠多時，隨機決定的兩組試驗單元的自然條件應該只有極小的系統性差別，而兩組試驗實測降水量的系統性差異，就可以歸之為人工催化的結果。判斷催化效果，存在著成功和失敗的可能性，當判斷催化有效而實際無效時，常以顯著度水平來表示這種可能性。顯著度水平越小，判斷催化有效的可信度越高。在人工降水試驗中，一般要求顯著度水平小於5％，即可信度大於95％。

人工降水的效果受雲和其他條件所制約。在某種條件下可能有顯著的正效果，在另一種條件下可能無效甚至出現負效果。不分條件籠統地進行統計，分析得出的效果往往不顯著。把試驗單元按照某種指標分成幾類分別統計，有時就能得出比較顯著的結果。例如在冷雲催化試驗中按雲頂溫度分類，統計得出，在一定溫度區間裡有比較顯著的效果。

從人工降水研究來說，僅對降水增量作出估價是不夠的，必須對整個物理過程的各個環節都有確切的瞭解。如催化劑在雲中指定部位是否達到了一定的濃度，冰晶或大滴的濃度是否明顯增加等。觀測和統計這些巨集觀和微觀特徵量的變化，可從物理過程上分析人工催化的效果。這種觀測檢驗，稱為人工降水效果的物理檢驗。如在冷雲試驗中觀測到催化後冰晶濃度增大，過冷水滴減少，說明人工催化對雲的微物理過程已起到作用。一般認為，人工降水的科學試驗，必須根據統計學的要求，嚴格按照預定的設計進行長時間的試驗，同時對自然降水過程和人工催化過程，進行細緻的野外探測和數值模擬，才能使試驗具有比較堅實的物理基礎和統計的可信度。

由於水資源對國民經濟的重要性，人工降水試驗作為開發水資源的一種潛在手段，受到廣泛的重視。世界上先後有大約八十個國家和地區開展了這項試驗，其中以美國、澳大利亞、中國和蘇聯等國的試驗，規模較大。1958年以後，中國北方各省，曾用飛機向大範圍層狀雲中播撒乾冰或碘化銀等成冰催化劑，試圖增加冬季和春季的降水量；中國南方各省，也曾用飛機或高射炮向積狀雲內播撒鹽粉或碘化銀等催化劑，以期增加夏旱時期的降水量。但自然降水過程和人工催化過程中的很多基本問題，仍不很清楚，人工降水的效果檢驗還有很多困難。

參考書目

B.J.梅森著，中國科學院大氣物理研究所譯：《雲物理學》，科學出版社，北京，1978年。(B.J.Mason，The Physics of Clouds， Oxford Univ.Press， London，1971.

W.N.Hess，ed.，Weather andClimate Modification，John Wiley and Sons，New York，1974.