[发明专利]一种人工催化降雨雪的装置

说明书

技术领域

本发明属于一种新型人工影响天气的方法和装置，具体涉及电催化降雨或降雪的装置和方法。

背景技术

目前传统人工影响天气的方法基本上都是利用物质催化达到增强云滴形成和增长的目的，催化剂一般由飞行器和火箭施放到云层中或者在地表经过焚烧炉通过上升气流到达云层。

传统人工影响天气的原理主要分为两种：一种是在人工影响天气的过程中在云中引入催化剂(干冰、碘化银)，会在该目标区域中产生大量冰晶，会在一定程度上增加冷云降水的效率，该过程被称为静力催化；另一种原理为改变局部云体的动力状态。在云中引入催化剂(干冰、碘化银)，形成冰晶或水滴，进行这些微物理过程时，会释放出潜热，从而可影响云的上升气流，使云内上升气流加强，云的发展速度加快，水分积累加大，这样可使原来不产生降水的积云产生降水，使本来可能有降水的积云增加降水量，该过程被称为动力催化。

但是传统人工影响天气的方式有其不可避免的缺陷：首先，传统的人工增雨作业条件苛刻，传统的方法称为人工“增雨”，而非人工降雨，因为传统的方法是在自然条件已经开始降雨的条件下作业才有效果，传统的人工增雨方法必须有合适作业条件的云系，且温度窗口较窄，如冷云增雨时只有当云层温度处于-25～-10℃时，增雨作业才有效果。其次，传统人工增雨作业管制严格，如采取空中飞行器播撒方法，作业前必须申请航空管制，另外火箭、高炮发射装置及其弹药的生产、存储、运输、使用受到严格管控。最后，载具(飞机、火箭、高炮等)操作要求较高，而且维护使用费用昂贵(2010年人工影响作业费达18亿)，并且有些催化剂中所含化学物质对环境造成不利影响。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供一种带电粒子催化降雨或降雪的装置和方法，使得人工影响天气受云系作业条件的影响减小，作业条件及要求变宽，并且增加降雨或降雪量。

电催化改变天气的理论依据为：高密度的电荷会使云滴和气溶胶本身荷电，静电力会导致距离近的云滴粒子相互吸引，增加了液滴、气溶胶粒子碰撞合并的几率。随着粒子带电量的增加，电催化可以提高粒子间碰撞频率3个数量级，加速云滴生长。如果气溶胶粒子状态为冰核，会导致与其接触的液滴瞬间冷冻，产生的冰冻颗粒会继续增长。电催化的另一个作用是在暖云的环境下增加液滴碰并截面，计算表明，电场凝聚碰撞截面高于自然碰撞截面2个数量级，该过程对降雨的形成至关重要。另一方面，带电粒子碰并合并后不会受气流的影响再次分离成许多更小的液滴所以电荷可以使碰撞增长的效率大大提高。液滴上的电荷会导致其饱和蒸汽压变小，更有利于进行凝结增长，带电液滴产生的电场可以促使过冷水直接冷冻。为了有效促进云滴发展过程，每一个云滴粒子所带的电荷是有一定要求的，例如半径为10-20um的气溶胶液滴至少需要几百个电荷才能增强其碰并增长的效率。所以该方法对于电荷的密度有一定要求。国外理论研究表明(Khain et al.，Journal of Applied Meteorology 43，2004，1513-1529)，当云层中带电粒子密度达到10⁵cm^-3时即可快速诱发云滴的电场催化碰并。

因此改变分布在大气中粒子(水、气溶胶、分子簇团)之间的电场力可以进而改变大气气候条件，为了有效改变气候条件例如控制、增加、减少沉降，此过程需要采用特殊的方法和装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明根据带电粒子催化降雨的原理提供一种人工催化降雨雪的装置，包括：高压发生器、高压电缆、电极安装框架、发射电极、绝缘结构、塔架，所述高压发生器通过高压电缆与导电的发射电极连接，所述发射电极绕制在绝缘的电极安装框架上，所述电极安装框架下方安装有绝缘结构，所述绝缘结构安装在塔架顶端位置，高压发生器产生直流负高压或者脉冲负高压传送至发射电极，电极产生电晕放电，发射电极周围产生大量等离子体，发射出大量电荷和负离子，其产生的单极性离子使云滴带电，周围空气中的大量气溶胶经过放电电极或者通过离子附着进行荷电并送入云中，进而达到降雨或降雪的目的。

进一步地，高压发生器的输出电压和功率可以由测量和控制系统给出的控制信号进行控制。将高压发生器与测量和控制系统通过传输线连接，通过监测气候数据控制高压发生器的输出电压和功率，其中：