播云催化剂

改变云（雾）的微结构和演变过程而往云（雾）中播撒的物质

为改变云（雾）的微结构和演变过程而往云（雾）中播撒的物质，又称人工催化剂。为了人工降水、防雹、消云、消雾、削弱台风和抑制雷电等目的，使用播云催化剂。它们的作用是在过冷云中制造冰晶以诱发伯杰龙过程，或在暖云中制造大云滴以诱发碰并增长（见云和降水微物理学）。

简介

人工影响天气过程中，为改变云（雾）微结构与演变过程，向云（雾）中播撒的物质，称播云（雾）催化剂。选用催化剂必须考虑有效、经济、不污染环境、容易播撒、安全无毒害等。当今所用催化剂有三类：①吸湿性巨核，包括盐（NaCl）、氯化钙、尿素和液水等，它们常用于对暧云的催化剂。②致冷剂，包括干冰（固体CO2）、液态丙烷、液氮、液态空气等，它们常用于对冷云作催化。投入冷云后，将使它们周围空气急速降冷，产生大量冰晶胚胎，并进一步生成冰晶。以干冰为例，实验室结果是：每1克干冰可产生1万亿个冰晶。③人工冰核，包括碘化银(AgI)等无机冰核及介乙醛等有机冰核，其中以碘化银最常用。它们常用于冷云增雨和防雹试验中，把它们播入云层，使云增加大量冰核，进而生成大量冰晶，造成增雨或消雹的效果。

人工影响天气

根据人们的意愿，通过人为干预，使某些局地天气现象朝有利于人们预定目的的方向转化，以克服或减轻恶劣天气引发的灾害，这种改造自然的科学技术措施称人工影响天气。由于天气过程的能量十分巨大，一个10立方公里的云体，其含水量的凝结潜热相当于10万吨煤燃烧发出的热量，而一个台风的水汽每分钟释放的潜热，便相当于20个百万吨级核弹爆炸所释放的能量数。因此直接制造和消灭一个天气过程是不可能的，比较现实的作法是在云、降水和其他过程中某些关键环节，施放一些催化剂，因势利导，促使天气过程按预定方向发展，以少量代价换取巨大经济效益。

中国人从17世纪至今的土炮、火炮消雹，便是人工影响天气的例子。目前正在各国试验的人工影响天气项目有：人工降水、人工消雾、人工防雹、人工削弱台风、人工消云、人工防霜冻、人工抑制雷电等。我国从50年代开始，至今已在大多数省（自治区）开展了人工影响天气试验。世界上第一次对自然云作人工催化试验则是1946年美国V.J. 谢费尔等进行的，从那时起至今，全世界已有80多国家与地区开展过人工影响天气试验。

人工冰核

在人工影响冷云（雾）的试验中，用以产生冰晶的微粒。应用最广的是碘化银 (AgI)微粒。它是B.冯内古特于1946年11月发现的。制造碘化银微粒的方法主要有三种:①将碘化银溶于碘化铵(或碘化钾、碘化钠)的丙酮溶液中，配制成浓度为1～10%的碘化银溶液,将其喷入高温火焰中燃烧,这时碘化银汽化，在空气中遇冷而形成微小的晶粒。②将碘酸银 (AgIO3)和高温燃烧剂（铝和镁）混合,作为烟火剂,制成飞机用的焰弹、火箭焰弹和地面用的烟火筒等,它们在空中燃烧后,可产生大量的碘化银微粒。③将碘化银装入火箭或炮弹头部，用炸药爆炸,形成微粒而分散在云中。此外,为人工影响冷云，也曾利用碘化钠和硝酸银制备碘化银水溶胶进行喷撒。除碘化银外,曾选用碘化铅(PbI2)、硫化铜(CuS)等无机化合物以及四聚乙醛【(CH3T(CHO)4】、乙酰丙酮铜络合物(Cu【CH·CO·CH3)2】2)、间苯三酚【C6H6(OH)3】等有机化合物作为人工冰核物质，但它们的效果都不及碘化银。

衡量人工冰核物质优劣的指标:①成冰阈温,指开始显著起到冰核作用的温度上限。成冰阈温高的物质，表示它可在温度较高的过冷云中起成冰作用，这种物质的使用机会较多。②成冰率，指在一定温度下每克物质能产生的冰晶数目，成冰率高，则成冰催化剂的用量可以节省。此外，选择人工冰核物质时，还必须综合考虑其来源、价格、制备方法的难易、有无毒性等因素。

人工冰核具有成冰率随温度降低而增大的重要特性。如碘化银烟粒中，能起成冰作用的粒子数目随温度降低而增多，在环境温度为-10～-20℃的条件下可使1克碘化银产生约1012～1014个冰晶（见图）。然而人工冰核的成冰能力还同粒子的大小有关：同一种成冰物质，粒子越小，成冰温度要求越低。因此，虽然温度降低时，成冰作用的粒子数目会增多，即单位质量的催化剂形成的粒子数增多，但小到一定程度（例如碘化银粒子半径小于0.1微米）之后,粒子的成冰能力因受温度的影响而迅速降低，因此，人工冰核物质所能达到的成冰率受到一定的限制。　人工冰核成冰作用的物理机制，仍在探索之中。碘化银所以具有这种成冰性能，一般解释为碘化银与冰的晶体结构非常相似。碘化银不溶于水，且与水滴接触或吸附水分子后仍能维持其晶格结构，这些特性有利于在碘化银微粒表面上形成冰胚。其他一些物质，特别是一些有机化合物的成冰作用机制，则更为复杂，虽有过一些假说，但都尚无定论。

成冰冷却剂

用局部致冷的方法产生冰晶的冷云催化剂。应用最广的是干冰。干冰在常压下的升华温度为-78.5℃,升华热为142.5千卡/公斤。把干冰粒子投入过冷云时，将使其周围的空气急速冷却，造成水汽达到高度过饱和状态。在气温低于-40℃的最冷区域内产生的大量冰晶胚胎,经过气温高于-40℃的次冷过饱和区内时，水汽将进一步在其上凝华，而迅速长成冰晶。室内实验结果表明，每克干冰可产生约1012个冰晶，在环境温度低于-2℃的条件下，此值没有明显的变化，且同干冰粒子的大小无关。而在外场试验中，干冰粒子在下落过程中能影响的云层厚度，同粒子大小有关。试验结果，直径为0.4厘米和0.1厘米的干冰粒子其直接作用的铅直厚度分别为300米和14.5米。除干冰外,常用的成冰冷却剂还有液化丙烷。每克丙烷可产生约1011个冰晶。由于使用时液化丙烷必须从高压容器中喷出，因此在云中使用受到了限制，故常用于地面消除过冷雾。

人工吸湿核

人工影响暖云（雾）试验中用以形成大云(雾)滴的吸湿性微粒，常用食盐等无机盐制成。在使用中要求根据吸湿核的凝结增长特性和云(雾)的条件，将吸湿性物质按设计要求加工成一定大小的颗粒。吸湿核吸湿之后，成为溶液滴。因为盐溶液的平衡水汽压低于纯水的饱和水汽压，所以云中的盐溶液滴，处于高过饱和状态，能迅速凝结而长成大云（雾）滴，再通过重力碰并而产生降水。盐溶液滴在增长过程中，由于吸收水分而不断稀释，当增长至一定大小时，其平衡水汽压接近于环境水汽压，使增长过程变得非常缓慢。达到这样大小的溶液滴的半径（平衡半径）γm与吸湿核原来的半径γo之比，因吸湿物质不同而异，可用来衡量暖云催化剂的优劣。一般地说，此比值越高，催化剂用量就越节省。　其中t为增长到γm所需时间，试验的环境相对湿度为98%，Rm为出现凝结增长的环境最低湿度。

食盐的主要特点是吸湿能力强、无毒、来源广，在相对湿度高于78%的环境条件下开始凝结增长；在饱和的湿空气中,食盐粒子能迅速增长至其原来尺度的3倍左右。食盐的缺点是有腐蚀性，加工和保存比较困难。

除食盐外，用于人工影响天气试验的其他吸湿性物质,还有尿素、氯化钙,以及硝酸铵和尿素的混合液。此外,能否用某些表面活性物质作为暖云催化剂的问题,也进行过很多研究，但还很少用于外场试验。

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