水是生命之源，是人类赖以生存的基本条件，是社会经济发展的命脉。由于水资源在时空分配上的不均匀，加之人类对水资源的不合理开发利用和严重浪费，以及社会发展工业化程度的提高对水源污染的加重，使得用水矛盾越来越突出。进入21世纪，我们面临洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化三大问题，水已经成为全世界各国人民关注的焦点，人类社会遇到了前所未有的水问题的挑战。雨水是地球上一切可更新水资源的源泉，其总量达510万亿m3，我国降雨总量为5万亿m3，雨水资源开发、利用不仅对解决目前水资源短缺问题具有战略意义，也将成为21世纪干旱、半干旱地区水利深度发展的必然趋势。
　　我们知道，一切形式的水资源都来自雨水，从广义上讲，一切利用水资源的活动都可称为雨水利用。因此，云水资源的开发与利用是一个重要的环节，云水资源的开发主要应以人工增雨为主要的手段，就是用人为的手段增加云的降水量。
　　一、人工催化增加降水
　　人工增雨原理是在人们对自然降水过程了解的基础上，期望在自然降水形成过程中，对某些可利用的环节，采用一定的技术手段进行人工引晶催化，影响自然降水，达到人工增加降水的目的。就是说，当云中产生降水的条件不具备时，人为地补充一些必须的条件。
　　人工增雨的主要方法是向云中播撒人工催化剂。在低于0℃的冷云中播撒碘化银或干冰，可以产生大量人工冰晶，这些冰晶能通过冰晶过程迅速长大成为降水粒子，从而使冰晶过少的自然冷云增加降水。在冷云催化过程中释放的冰晶化潜热可使云中温度升高约0.5℃，从而加大浮力，促进对流和云体发展，以增加降水量，这叫动力催化。对于温度高于0℃的暖云，可以播撒大小适当的食盐、尿素或其它吸湿性物质颗粒，使云中迅速形成一批大云滴，它们能通过碰并过程迅速长大成雨滴，从而使大云滴不足的自然暖云增加降雨。人工催化降水一般有两种方法：
　　第一，影响云中微观降水过程，提高云层降水效率。自然云的降水效率一般只有10﹪～70﹪，就是说有30﹪～90﹪的自然云水没有充分利用，人工增雨就是要设法使这些达不到自然降水条件的云，人为地让其产生降水，以减少云滴的外流损失，增加降水粒子。因此有人把这种人工催化降水措施称之为人工激发降水或人工增加降水，也叫人工增雨。
　　第二，促进冷云中水的相态变化，使之释放潜热影响自然云。夏季的积云中存在许多过冷水滴，但它们很不稳定。如能人为地促使它们转变相态（由水冻结成冰），就可释放大量冻结潜热，使云中空气加热增加浮力，促进云发展。因此人工增雨原理实际上可分为冷云催化、暖云催化和动力催化三种。
　　一是冷云催化增雨原理。有的冷云（云顶温度低于0℃的云）之所以产生不了降水或者即使降水雨量也很小，是因为冷云中缺少足够数量的冰晶，当把人工冰晶引进冷云中后，能加速冷云降水过程的形成，达到增加降水的目的。
　　二是暖云催化增雨原理。暖云（云顶温度高于0℃的云）雨滴胚胎数量不足时，自然降水效率降低，如能在暖云中补充一定数量半径为40微米以上的大水滴，就能使暖云碰并过程提前加强和使更多的云滴转化为雨滴，实现增加降水的效果。
　　三是积云动力催化原理。积云发展的能量来自水的相变潜热。对积云进行大剂量播撒冷云催化剂，就会使过冷水冻结并产生大量冻结潜热，这种潜热使云内温度升高，增加云的浮力，增强上升气流，使积云发展加快、生命时间延长、云体增宽，甚至会使云体合并。动力催化的投入剂量要比冷云和暖云的催化剂量大2个量级以上。
　　二.提高冷云过程的降水效率
　　我国的东北地区，尤其是高纬度地区主要以冷云过程为主。为了解什么样的冷云通过引入适量冰核可提高降水效率，20世纪60年代，美国科罗拉多州立大学在Climax山区作冬季地形云人工增雨试验时，对降水效率和云顶温度的关系及播撒日降水量与云顶温度的关系进行了系统研究。从623d随机试验资料分析得出，在低于-20℃，实际降水量、潜在的凝结降水和冰水转化所得降水基本一致。而高于-20℃，实际降水效率稍低，但经播云后的降水量仍与潜在的可降水量相当，降水效率升高。这一工作不仅论证了用提高降水效率的方法可以增加降水的有效性，而且可用云顶温度作为选择作业云的指标。20世纪70年代，Grant对7个不同地区的人工降水试验结果作了统计分析，按不同云顶温度分别得出各地播撒云和未播云平均降水量之比，发现其共同点是，当云顶温度处于-10℃～-24℃，播云都有效，峰值区位于-15℃～-20℃，称为“播云温度窗”，作为选择可播性的重要条件之一。
　　1.层状云的静力催化
　　国内外大量观测表明，降水性层状云中的过冷水含量偏小。胡志晋等利用一维层状云模式计算表明，催化引入较多人工冰核后，除过冷水可转化为降水外，可使部分冰面过饱和水汽转化为降水。20世纪90年代中期，三维数值模拟结果进一步认为人工播云催化后，水汽补充凝华增长加上过冷水冻结，合在一起释放的潜热，使空气加热10-1k量级，导致云中上升气流速度增大10-2～10-1m/s，使得处于云的发展和维持阶段，通过上升气流不断供应水汽，促使汽-冰转化持续进行。而且云系下部暖云区的云水量还可通过碰并增长进一步转化为降水。因此，说明冷性层状云的静力催化实际上仍包含了一部分动力作用。
　　有关层状云的静力催化是否具有动力效应，20世纪80年代Orville等的云数值模拟结果认为，对于处在热力稳定状态的层状云，静力催化使云体温度仅升高10-1k，最多只能引起很弱的嵌入对流，进而认为，用静力催化来增加层状云的降水量是最常用的方法。
　　综合上述提高冷云过程降水效率的原理，可归纳成较全面的层状云人工增雨机制：在云体过冷却（-10℃～-24℃）部位，播撒人工冰核或致冷剂，迅速形成数浓度为10～100/L的冰晶，既通过蒸-凝过程使云中过冷云水转化为降水，又使一部分冰面过饱和水汽通过凝华方式转化为降水，凝华潜热的释放导致云内空气增温和局部上升运动加强，促使云和降水的發展和持续。 　　2.地形云的静力催化
　　由于相对固定的地形强迫作用，地形云的云滴温度、尺度、数浓度及其与冰晶浓度之比，可能满足人工催化增雨的最佳条件。关键在于影响地形冷云过程进展的速率，即自然发展的云所含的冰核不充分，冰晶核化作用迟缓或核化速率太低。为了截留由地形抬升形成的云中过冷水，不使其流失于山障背风侧。通过播撒人工冰核，经活化产生的冰晶，再通过“蒸-凝过程”实现冰-水转化，赶在通过山脊之前产生降雪。进而提出，把地形云凝结水向冰晶增长转移的水分与供给的凝结水分之比作为其可播性，而且发现自然地形云中的冰晶数浓度和人工播撒最佳冰核浓度主要取决于云温。
　　我国大部分地区都具有复杂的地形特征。地形对云、降水的影响表现为地形抬升增强低层云的水分凝结率，使其供水用加强。我国北方受地形影响而增加降水，除天山北侧外，包括太行山、贺兰山西侧、大青山、大兴安岭、长白山等山脉以及秦岭北侧。美国气象学会发布的“关于人工影响天气的政策声明”，对过冷地形云采用现行催化技术，已可实现季节性增加降水10﹪的量级。而且这种增雨潜力，受到外场探测和数值模拟的支持，并经过美国长期的山区外场人工增雨计划的降水资料的统计证实。由此得到启发，在我国开展地形混态云系统的静力催化，应是具有前景的、经济上可行的增雨措施。它还有利于通过水库蓄水和山地增雪进行有效的水资源管理。
　　3.积云的静力催化
　　积云发展到积雨云阶段，一般可产生有效降水，其降水形成主要通过冷云过程，但往住它的降水效率不高，具有人工催化提高其降水效率的潜力。
　　对云的结构开展了飞机探测和卫星资料分析，发现决定云微结构的主要因子分别是沙漠尘、大陆污染气溶胶、海洋飞沫的综合作用及从海洋向内陆移动时发生的从海洋性云向大陆性云的变性。实际有效的冰核扩散既决定于播撒高度，也决定于云发展阶段。只有当飞机在上升气流核下播撒，才能到达有效的成核高度。改进的途径主要是运用雷达和飞机探测作出判断，采用火箭或飞机焰弹有效地保证催化剂直接进入发展中的上升气流区，并具有相应的数浓度。由此分析和探讨，有利于深入研究问题、促进学术思想活跃和业务技术发展。
　　三、积云的动力催化
　　积云动力催化与积云静力催化差别在于积云发展的程度不同，播撒策略不同，影响的物理机制也不尽相同。动力催化要求大量播撒冷云催化剂，冰晶数浓度应达到10-2～10-3/L，使云中的过冷水大部分冰晶化。冻结潜热和凝华潜热集中释放，使云温明显升高，产生较大浮力，直接影响云及其环境的动力过程，延长生命期，甚至促进与附近积云的合并，加强低层辐合，增加云内水分凝结量，直到引发中尺度直接环流，明显地增加较大范围的降水。
　　积云动力催化概念，是Simpson等根据积云动力学研究，并建立一维模式，对自然云和催化云作了大量探测和数值模拟提出来的，经较为严格的试验设计和效果检验，对单个积云的动力催化试验获得了比较肯定的结论。
　　模式的基本假设有其合理的物理基础，它对积云催化提供了比提高降水效率更有利的增大降水的机会。但模式比较复杂，要求定量化地了解积云发展的微物理结构及其它单體的相互作用，以至云系和大尺度天气系统的相互作用。在参数测定和跟踪其演变特征方面均有相当难度。作为一系列复杂的多重演变事件链，有时表现出具有相当大的脆弱性。因为只要其中一个过程链不正确或中断，那就很难跟踪其后的催化效应，尤其是对流云自然变异性很大。因此，积云动力催化这项可资利用的水资源调节和管理的技术手段，仍属尚未充分证实的候选方法。
　　目前，我国正面临着水资源缺乏，迫切需要开发和运用大气水资源，应考虑在雨季，充分利用大气水分、热力和动力条件，适时的、有针对性的进行人工催化作业，以提前或延长雨季，增加雨量的绝对量。