一種區(qū)域性聯(lián)合催化降雨雪的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種新型人工影響天氣的方法和裝置，具體涉及電催化降雨或降雪的 裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前傳統(tǒng)人工影響天氣的方法基本上都是利用物質(zhì)催化達到增強云滴形成和增 長的目的，催化劑一般由飛行器和火箭施放到云層中或者在地表經(jīng)過焚燒爐通過上升氣流 到達云層。
[0003] 傳統(tǒng)人工影響天氣的原理主要分為兩種：一種是在人工影響天氣的過程中在云中 引入催化劑（干冰、碘化銀），會在該目標(biāo)區(qū)域中產(chǎn)生大量冰晶，會在一定程度上增加冷云 降水的效率，該過程被稱為靜力催化；另一種原理為改變局部云體的動力狀態(tài)。在云中引入 催化劑（干冰、碘化銀），形成冰晶或水滴，進行這些微物理過程時，會釋放出潛熱，從而可 影響云的上升氣流，使云內(nèi)上升氣流加強，云的發(fā)展速度加快，水分積累加大，這樣可使原 來不產(chǎn)生降水的積云產(chǎn)生降水，使本來可能有降水的積云增加降水量，該過程被稱為動力 催化。
[0004] 但是傳統(tǒng)人工影響天氣的方式有其不可避免的缺陷：首先，傳統(tǒng)的人工增雨作業(yè) 條件苛刻，傳統(tǒng)的方法稱為人工"增雨"，而非人工降雨，因為傳統(tǒng)的方法是在自然條件已經(jīng) 開始降雨的條件下作業(yè)才有效果，傳統(tǒng)的人工增雨方法必須有合適作業(yè)條件的云系，且溫 度窗口較窄，如冷云增雨時只有當(dāng)云層溫度處于-25~-KTC時，增雨作業(yè)才有效果。其次， 傳統(tǒng)人工增雨作業(yè)管制嚴(yán)格，如采取空中飛行器播撒方法，作業(yè)前必須申請航空管制，另外 火箭、高炮發(fā)射裝置及其彈藥的生產(chǎn)、存儲、運輸、使用受到嚴(yán)格管控。最后，載具（飛機、火 箭、高炮等）操作要求較高，而且維護使用費用昂貴（2010年人工影響作業(yè)費達18億），并 且有些催化劑中所含化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境造成不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種區(qū)域性聯(lián)合 催化降雨雪的裝置及方法，使得人工影響天氣受云系作業(yè)條件的影響減小，作業(yè)條件及要 求變寬，并且增加降雨雪量以及降雨雪的范圍，實現(xiàn)區(qū)域性降雨或降雪的目的。
[0006] 電催化影響天氣的原理：高密度的電荷會使云滴和氣溶膠本身荷電，靜電力會導(dǎo) 致距離近的云滴粒子相互吸引，增加了液滴、氣溶膠粒子碰撞合并的幾率。隨著粒子帶電量 的增加，電催化可以提高粒子間碰撞頻率3個數(shù)量級，加速云滴生長。如果氣溶膠粒子狀態(tài) 為冰核，會導(dǎo)致與其接觸的液滴瞬間冷凍，產(chǎn)生的冰凍顆粒會繼續(xù)增長。電催化的另一個作 用是在暖云的環(huán)境下增加液滴碰并截面，計算表明，電場凝聚碰撞截面高于自然碰撞截面2 個數(shù)量級，該過程對降雨的形成至關(guān)重要。另一方面，帶電粒子碰并合并后不會受氣流的影 響再次分離成許多更小的液滴所以電荷可以使碰撞增長的效率大大提高。液滴上的電荷會 導(dǎo)致其飽和蒸汽壓變小，更有利于進行凝結(jié)增長，帶電液滴產(chǎn)生的電場可以促使過冷水直 接冷凍。為了有效促進云滴發(fā)展過程，每一個云滴粒子所帶的電荷是有一定要求的，例如半 徑為10-20um的氣溶膠液滴至少需要幾百個電荷才能增強其碰并增長的效率。所以該方 法對于電荷的密度有一定要求。國外理論研宄表明（Khain et al.，Journal of Applied Meteorology 43, 2004, 1513-1529)，當(dāng)云層中帶電粒子密度達到IO5CnT3時即可快速誘發(fā)云 滴的電場催化碰并。
[0007] 因此改變分布在大氣中粒子（水、氣溶膠、分子簇團）之間的電場力可以進而改變 大氣氣候條件，為了有效改變氣候條件例如控制、增加、減少沉降，此過程需要采用特殊的 方法和裝置。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明根據(jù)帶電粒子催化降雨的原理提供一種區(qū)域性聯(lián)合催化降雨雪的裝置，包 括高壓發(fā)生器、高壓電纜、發(fā)射電極、高壓塔架、絕緣結(jié)構(gòu)，高壓塔架的數(shù)量為N個（N多2)， 高壓發(fā)生器通過高壓電纜與發(fā)射電極相連接，發(fā)射電極有N根（N多1)，分別架設(shè)在安裝于 各個高壓塔架頂部的絕緣結(jié)構(gòu)上。高壓發(fā)生器產(chǎn)生直流負(fù)高壓或者脈沖負(fù)高壓傳送至發(fā)射 電極，電極產(chǎn)生電暈放電，發(fā)射電極周圍產(chǎn)生大量等離子體，發(fā)射出大量電荷和負(fù)離子，其 產(chǎn)生的單極性離子使云滴帶電，周圍空氣中的大量氣溶膠經(jīng)過放電電極或者通過離子附著 進行荷電并送入云中，進而達到區(qū)域性降雨的目的。
[0010] 進一步地，高壓發(fā)生器的輸出電壓和功率可以由測量和控制系統(tǒng)給出的控制信號 進行控制。將高壓發(fā)生器與測量和控制系統(tǒng)通過傳輸線連接，通過監(jiān)測氣候數(shù)據(jù)控制高壓 發(fā)生器的輸出電壓和功率，其中：
[0011] 測量和控制系統(tǒng)包括獨立電源模塊、差分隔離監(jiān)測及保護模塊、氣候監(jiān)測模塊、分 析存儲模塊、控制驅(qū)動模塊。其中獨立電源模塊為測量和控制系統(tǒng)獨立供電保證其正常工 作；差分隔離監(jiān)測及保護模塊通過監(jiān)測高壓發(fā)生器各個部件的電壓電流工作情況實時反應(yīng) 高壓發(fā)生器的工作狀態(tài)，并在高壓發(fā)生器工作參數(shù)發(fā)生錯誤非正常工作時，反饋給系統(tǒng)界 面，并停止高壓發(fā)生器的輸出；氣候監(jiān)測模塊又包括毫米波氣象雷達、激光雷達、微波輻射 計、全天空成像儀、溫濕度和風(fēng)向測量儀儀器，目的測量作業(yè)區(qū)域溫濕度參數(shù)、高空云分布 情況、云中水成物相態(tài)形狀、云的垂直結(jié)構(gòu)信息、和上空大氣水汽含量等信息。實時反映出 作業(yè)區(qū)域氣候條件以及變化情況。分析存儲模塊即對高壓發(fā)生器工作參數(shù)和氣候參數(shù)數(shù)據(jù) 進行整合存儲分析工作，判斷其高壓發(fā)生器是否處于正常工作狀態(tài)、判斷作業(yè)區(qū)域的實時 氣候條件是否滿足人工降雨雪的作業(yè)需求并計算出該作業(yè)區(qū)域人工降雨雪所需求的放電 功率；控制驅(qū)動模塊分為兩種工作模式：一為手動模式，手動調(diào)節(jié)控制信號來控制高壓發(fā) 生器的輸出電壓幅值和功率。二為自動模式，根據(jù)分析存儲模塊進行的模擬計算給出的結(jié) 果自行調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的輸出功率和電壓幅值。
[0012] 另外，高壓發(fā)生器主要包括三相整流濾波模塊、高頻串聯(lián)諧振逆變模塊、升壓整流 模塊、輸出濾波及保護模塊以及電壓電流檢測模塊。其原理為把輸入380V的三相交流電進 行整流濾波然后再高頻逆變，通過IGBT高頻晶閘管控制其脈沖寬度（控制信號由測量和控 制系統(tǒng)給定），再通過升壓整流濾波等過程進行高壓輸出。
[0013] 進一步地，發(fā)射電極可采用導(dǎo)電性能良好的鋼絲、鎢絲或者碳纖維制作，發(fā)射電 極直徑小于3mm，高壓發(fā)生器產(chǎn)生電壓范圍為0-（-200KV)，整體裝置的額定工作功率為 IOKw 0
[0014] 進一步地，高壓塔架整體成T字型，高壓塔架的高度范圍在70m至100m，每個高壓 塔架距離范圍為200m至500m。
[0015] 當(dāng)塔架高度設(shè)定為70m時，在電場作用下帶電粒子簇團如 (O 2-(H2O)6, 0_(H2O)5, 0H_(H2O)6)的下降