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人工增雨的催化剂有哪些?使用这些催化剂会影响环境吗?

饶云花
饶云花,气象专业副研级高级工程师,擅长撰写气象类科普文章。
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你知道吗?盐的用途很多,除了可以食用外,也是人工增雨的主要催化剂之一。

那么,此刻的你是否会冒出一个想法:到厨房抓上一把食盐,往空中的云层一撒,能否达成增雨目的?

其实不能。一般来说,一颗食用盐粒直径大约为0.1毫米,即100微米左右。这个头,对于绝大多数食物来说,是十分微小不过。但对于空中的水汽来说,一颗食盐盐粒却是个头巨大的家伙,因为在没有形成降雨的云层里,一般来说,水汽分子的大小只有5-10微米。将一把食盐盐粒抛向空中的云层,犹如是往棉花糖上丢铅球,因重力原因,盐粒已达到下落标准,会穿过云层直愣愣地往下落。所以可以想象,当作业人员在飞机里向云中抛撒一把食盐,盐粒会飘飘洒洒地落下去,而云,还是那片云。

那么,盐是如何做到对云增雨的呢?

盐主要用于暖云增雨。暖云自然降水时,云滴直径一般要达到100微米以上,才可以打败上升气流,形成雨滴往地面落。当暖云中水汽十分充沛,水汽粒子直径一般只有5微米到10微米,这些粒子自由地悬浮在空中,因为自身非常轻,并不会往下掉。如果抓住时机往云中播撒盐粉,因为盐粉的到来,水汽粒子便团结一处,等到水汽粒子直径增长到数十微米后,依然不断与周围小水滴碰撞合并,最终克服上升气流变成雨滴落下来。

因此说,盐作为吸湿剂增雨是事实,也确有年头。只是要增雨,就要先给盐粒做好“瘦身”工作。早期给暖云增雨的盐粒,经过物理方法进行研磨,直到其直径小到30微米左右。但因为个头还是偏大,当把这些盐粉撒进云中,产生的增雨效果并不是很好。

经过反复实践,现在采取的是化学方法,通过物质间的燃烧反应,产生1微米以下的盐粒(氯化钾、氯化钠)。这些盐粒因个子微小,很适合作为云中水汽的玩伴,它们被送进云中,能与水汽分子们紧密结合,在这个过程中不断吸湿、碰撞、变大。经过实验证明,播撒同等体积的盐粉,直径越小的盐粒,催生出的雨水也越多。

在实际操作中,用人工方法对冷云增雨更为常见。通俗来讲,就是通过催化剂使得云中的冰晶越来越多、越来越大,最后沉降融化成雨。冷云增雨的催化剂有成冰剂(比如碘化银),还有能使气温骤降的制冷剂(比如干冰、液态二氧化碳、液态氮等)。

总结来说,人工影响天气催化剂分为成冰剂、致冷剂和吸湿剂三类。

成冰剂:主要用于-6℃~-20℃的冷云催化作业。碘化银是最常用成冰剂之一,其晶体结构与冰晶相似,是制造冰晶的高手。碘化银微小颗粒主要通过化学方法获得,在人影飞机上,工作人员把一定比例的化学成分和助燃剂点燃,当温度达到2000℃以上时,生成的碘化银瞬间气化,在空气中遇冷又快速凝华,微小的碘化银粒子立即进入云层进入工作状态参与成冰。一般来说,每克碘化银中能分化出1013到1014个碘化银粒子。

致冷剂:用于0℃~-6℃对流云或层状云催化作业,有干冰、液氮、丙烷等成员。干冰是固体的二氧化碳,它的升华温度是-78.5℃,增温后直接由固态升华成气态,1克干冰能产生出几百亿个冰晶,是个制冷能手。液氮的沸点为-195.8℃,丙烷的沸点为-80℃,其工作原理与干冰相似。

吸湿剂:用于0℃以上暖云催化作业。有氯化钠(食盐)、氯化钙、硝酸铵、尿素等成员,1克食盐能催化出几千万个雨滴胚胎。

从重量来说,1克催化剂能催化出一千至几百亿不等的冰核或雨滴胚胎、冰晶,因此每次作业只需少量催化剂就能高效完成任务。

从成分来说,比如致冷剂干冰、液氮,参与完成增雨任务后,汽化成为二氧化碳和氮气——它们都是空气的组成成员。再比如吸湿剂食盐、尿素等,它们原本就来源于自然界,增雨结束后又回归自然界。所以说,它们都属于生态安全的催化剂,当然不会污染环境。

再比如使用频率较多的碘化银,飞机增雨作业和火箭作业的使用量都非常小,经过长期数据监测显示,作业区域水体和土壤中积累的银离子浓度远低于世界卫生组织规定的浓度。

因此,正确使用人影催化剂不会造成环境污染。

评论
传承解惑
大学士级
干冰、液氮原本就来源于自然界,增雨结束后又回归自然界,它们都属于生态安全的催化剂,当然不会污染环境。
2023-07-20
点亮科技梦想
少傅级
再比如使用频率较多的碘化银,飞机增雨作业和火箭作业的使用量都非常小,经过长期数据监测显示,作业区域水体和土壤中积累的银离子浓度远低于世界卫生组织规定的浓度。
2023-07-20
科普5d3a538e23e4a
大学士级
人工影响天气催化剂分为成冰剂、致冷剂和吸湿剂三类,正确使用人影催化剂不会造成环境污染。
2023-07-20