[科普中国]-人工降水制冷剂

在云中直接播撒致冷剂，可产生大量冰晶。致冷剂的催化机制，Vonnegut(1981)明确指出云中播撤干冰的核化作用时，致冷剂造成的局部超低温，形成超过饱和，促使水汽自发均质(也称同质)核化形成冰晶，与过冷云中有无自然冰核或过冷水滴的多少基本无关。汽化潜热计算表明，1 g干冰可使104 cm3的空气体积从-15℃降至-40℃。若云滴浓度为103/cm3，也仅能产生107个冰晶，远低于干冰作为催化剂的成核率。即使在干冰的致冷作用范围内的所有过冷水滴全部自发冻结，以及已存的所有自然冰核均活化成冰，二者加在一起与水汽同质核化成冰的个数相比要少得多。只有对致冷剂的播云催化机制有了正确认识，才能采取和优选科学合理的致冷剂播云技术。致冷剂播云作业时对播撒装置和催化技术要求较多，应充分考虑选择。

简介在云中直接播撒致冷剂，可产生大量冰晶。致冷剂的催化机制，Vonnegut(1981)明确指出云中播撤干冰的核化作用时，致冷剂造成的局部超低温，形成超过饱和，促使水汽自发均质(也称同质)核化形成冰晶，与过冷云中有无自然冰核或过冷水滴的多少基本无关。汽化潜热计算表明，1 g干冰可使104 cm3的空气体积从-15℃降至-40℃。若云滴浓度为103/cm3，也仅能产生107个冰晶，远低于干冰作为催化剂的成核率。即使在干冰的致冷作用范围内的所有过冷水滴全部自发冻结，以及已存的所有自然冰核均活化成冰，二者加在一起与水汽同质核化成冰的个数相比要少得多。只有对致冷剂的播云催化机制有了正确认识，才能采取和优选科学合理的致冷剂播云技术。致冷剂播云作业时对播撒装置和催化技术要求较多，应充分考虑选择。1

种类人工影响天气中实际应用的致冷剂有干冰(固态CO2)、液氮、液态CO2和液态丙烷等。1

特性干冰即固态CO2，气态CO2的临界温度31℃，临界压强73atm(标准大气压)，三相点温度为-56.6℃，压强为5.28标准大气压，干冰汽化温度-78.5℃、-98℃(考虑气压低通气条件)。因此，在空气中，液态CO2不可能存在。为了制备干冰，先将CO2压缩成液态，储备在高压钢简中，温度20℃时，筒内压强为58标准大气压。当液态CO2自筒内放出时，汽化吸热，温度降至-56.6℃，部分液态CO2可转化为雪团状结晶，原则上可将它们压制成各种尺度的干冰丸，储备于冷藏瓶中备用。

液氮氮气占空气总质量的78.08%，氮气在高压下液化，是制氧过程的副产品，价廉、易制备。液氮密度8.05×1012kg/m3，汽化温度为-195.8℃，汽化潜热9.96× 104 J/kg。汽化后为惰性的纯氮气，无刺激性。在过冷雾中播撤会产生大量冰晶，经冰水转化，消雾效果较好。播撒的液氮在大气中迅速蒸发膨胀，膨胀系数可高达600，对环境没有任何不良影响，因此可称液氮为"绿色催化剂"。

液态丙烷丙烷的凝固温度为-187.1℃，1个大气压下，沸点为-44.5℃，-15℃时的汽化潜热为3.94×105 J/kg，高于干冰，价格最低，可贮于钢筒中，因防火安全未获解决，在高空播撒不适宜。它在0℃附近即可起核化作用，而且在较高的负温下，其成冰核率基本上不衰减。易于分散成很细的雾滴，在施放点30～36 cm范围内可产生大量冰晶，国外研究者通过实验检测和外场测定，液态丙烷的成核率可达1011-1012/g，在较高的负温区比Agl的成冰率还要高。主要应用于机场消雾和地形云人工增加降水的催化作业。1

7.1.3吸湿性催化剂

在暖云催化中常用食盐(NaCl)、氯化钙(CaCI2)、硝酸铵(NH4NO3)以及有机化合物尿素(NH4CONH2)等。这些物质具有强吸湿性，可在低于水面饱和条件下吸湿凝结增长。它们来源丰富，价格便宜，其中食盐和氯化钙对金属材料具有腐蚀性，剂量较大时对农作物亦有损害，而硝酸铵、尿素无腐蚀性，还具有一定肥效，可用于催化暖云和暖雾。

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学