一种区域性联合催化降雨雪的装置及方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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~-KTC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】
[0005] 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区域性联合 催化降雨雪的装置及方法，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，并且增加降雨雪量以及降雨雪的范围，实现区域性降雨或降雪的目的。
[0006] 电催化影响天气的原理：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。国外理论研宄表明（Khain et al.，Journal of Applied Meteorology 43, 2004, 1513-1529)，当云层中带电粒子密度达到IO5CnT3时即可快速诱发云 滴的电场催化碰并。
[0007] 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。
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0009] 本发明根据带电粒子催化降雨的原理提供一种区域性联合催化降雨雪的装置，包 括高压发生器、高压电缆、发射电极、高压塔架、绝缘结构，高压塔架的数量为N个（N多2)， 高压发生器通过高压电缆与发射电极相连接，发射电极有N根（N多1)，分别架设在安装于 各个高压塔架顶部的绝缘结构上。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，进而达到区域性降雨的目的。
[0010] 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：
[0011] 测量和控制系统包括独立电源模块、差分隔离监测及保护模块、气候监测模块、分 析存储模块、控制驱动模块。其中独立电源模块为测量和控制系统独立供电保证其正常工 作；差分隔离监测及保护模块通过监测高压发生器各个部件的电压电流工作情况实时反应 高压发生器的工作状态，并在高压发生器工作参数发生错误非正常工作时，反馈给系统界 面，并停止高压发生器的输出；气候监测模块又包括毫米波气象雷达、激光雷达、微波辐射 计、全天空成像仪、温湿度和风向测量仪仪器，目的测量作业区域温湿度参数、高空云分布 情况、云中水成物相态形状、云的垂直结构信息、和上空大气水汽含量等信息。实时反映出 作业区域气候条件以及变化情况。分析存储模块即对高压发生器工作参数和气候参数数据 进行整合存储分析工作，判断其高压发生器是否处于正常工作状态、判断作业区域的实时 气候条件是否满足人工降雨雪的作业需求并计算出该作业区域人工降雨雪所需求的放电 功率；控制驱动模块分为两种工作模式：一为手动模式，手动调节控制信号来控制高压发 生器的输出电压幅值和功率。二为自动模式，根据分析存储模块进行的模拟计算给出的结 果自行调节高压发生器的输出功率和电压幅值。
[0012] 另外，高压发生器主要包括三相整流滤波模块、高频串联谐振逆变模块、升压整流 模块、输出滤波及保护模块以及电压电流检测模块。其原理为把输入380V的三相交流电进 行整流滤波然后再高频逆变，通过IGBT高频晶闸管控制其脉冲宽度（控制信号由测量和控 制系统给定），再通过升压整流滤波等过程进行高压输出。
[0013] 进一步地，发射电极可采用导电性能良好的钢丝、钨丝或者碳纤维制作，发射电 极直径小于3mm，高压发生器产生电压范围为0-（-200KV)，整体装置的额定工作功率为 IOKw 0
[0014] 进一步地，高压塔架整体成T字型，高压塔架的高度范围在70m至100m，每个高压 塔架距离范围为200m至500m。
[0015] 当塔架高度设定为70m时，在电场作用下带电粒子簇团如 (O 2-(H2O)6, 0_(H2O)5, 0H_(H2O)6)的下降