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摘要：气候变化与人类的生产生活息息相关，降雨过程对飞行安全与人们的出行活动有着巨大的影响。深入分析云降水物理有助于了解成云致雨的机制及微物理过程；从而开展对人工影响天气的研究，实现局地的人工增雨、防雹等目的。本文分析了研究云降水物理和人工影响天气的重要意义及目的；回顾和总结了近年来云降水物理与人工影响天气的发展过程；评述云降水物理与人工影响天气的研究现状；阐述了云中粒子的微物理结构特征、云中粒子增长的各种机制、云和降水形成的过程、冰雹云物理和人工防雹研究、人工增雨理论的研究。
关键词：云降水物理；人工影响天气；研究进展
一、引言
1、研究云降水物理和人工影响天气的重要意义及目的
我国是世界上气象灾害频发的少数国家之一，气象灾害造成的损失约占所有自然灾害造成经济总损失的70 %以上，特别是近年来受气候变化等多种原因的影响，部分地区严重旱灾的发生频率明显增加，给农业生产和人民生活等带来了严重影响。同时，我国是世界上冰雹灾害最严重的国家之一，每年冰雹所造成的经济损失约为数亿元至十余亿元，并带来人员伤亡等损失。因此，研究云降水物理与人工影响天气是十分重要的。
2、云降水物理与人工影响天气的发展研究现状
20世纪50年代，人工影响天气的研究在我国开始起步，至今已取得了许多研究成果：通过试验，获得大量云物理资料，结合其他资料，分析了云系宏观特征和微物理结构以及降水形成过程，建立了云系的概念模型，提出了多项人工增雨作业的物理判据；不但探测水平有了显著提高，研究方法也从单纯的观测分析发展到观测分析、野外试验和数值模拟相结合，将三维冰雹云数值模式用于人工防雹的技术研究；研究提出了识别冰雹云的指标，研究了冰雹形成的物理过程、催化防雹的机制和催化技术；研究建立了人工增雨概念模型和人工增雨综合技术系统；我国已初步形成了有一定科学依据的以飞机、高炮和火箭为主要手段的人工增雨和防雹作业体系。
二、云降水物理研究
1、云中粒子和微物理结构
（1）尺度谱及微物理特征量
根据具体的云雾降水粒子尺度谱资料，可以得到以下表征粒子群体特征的物理量：
a、被测粒子的最小和最大尺度；
b、谱型和峰值；
c、尺度谱分布是云雾降水粒子群体最基本的微物理属性，通过它可以得到例子群体的很多物理特征量；例如，常用的粒子群总体量和尺度平均量：总数浓度、算数平均半径、均方根半径、均立方根半径、峰值半径、中值半径、有效半径；常用的由尺度谱分布决定的粒子群体物理量：体积含水（冰）量、消光系数、雷达反射率因子等。
（2）云滴和雾滴
微观上通常根据水滴的下落归律，将半径小于100微米的水滴称为云滴，习惯上又将其中半径在50-100微米之间的云滴称为大云滴，半径大于100微米时则称为雨滴。
（3）雨滴和液滴的下落末速度
水凝物粒子在重力作用下的降落，是大气粒子最基本的沉降过程之一。微滴的下落速度受重力、空气浮力和空气阻力的影响。
如果环境空气处于不饱和状态，云滴和雨滴在下落过程中则会蒸发逐渐变小。如果水滴的尺度足够大，能够在完全蒸发之前到达地面，则将此水滴称为雨滴；反之水滴较小，在离开云底后，还没到达地面之前便已完全蒸发，则将此水滴称为云滴。
2、云中粒子增长的各种机制
云滴通过异质核化形成后，还要经过水汽扩散增长和碰并过程才能形成降水粒子。
（1）扩散增长：在凝结增长过程中，首先是最贴近水滴的气层中的水汽分子有一部分凝聚到水滴表面，使此层中的水汽分子浓度降低，周围高浓度区的水汽分子便向该层补充而继续凝结，因此凝结过程是水汽分子的扩散和输送过程。同时，凝结潜热使水滴温度升高，使逃逸分子增多而阻碍凝结；而热量分子通过分子热传导向周围介质输送，又会影响凝结。
（2）碰并增长：不同大小云滴因下落末速度不同导致云滴碰并增长。
（3）雨滴的繁生：雨滴繁生的主要途径是：雨滴在空中变形而破裂；雨滴在空中因互相碰撞而溅散。
（4）凇附增长：一旦冰晶尺度变得足够大，它们在过冷却云滴群中下落时可与云滴发生碰并，当过冷却云滴接触到冰晶表面时，过冷却云滴可在冰晶表面不断冻结沉积。
（5）贝吉隆过程或称冰晶效应：对冰、水共存的系统，当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时，大气中（指贴水及贴冰的气层之外）必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。
3、云和降水形成的过程
由于大气中水汽和气溶胶粒子的存在，通过相变过程形成不同尺度的液相、固相水成物粒子。当水成物粒子通过多种相互联系的微物理过程增长到足够大小时，下落速度超过其环境空气的上升速度，同时从离开云底到达地面的过程中没有完全蒸发或升华，最终以雨、雪、霰、雹等多种形式到达地面。
三、人工影响天气
1、冰雹云物理和人工防雹研究
（1）增加人工成冰核形成人工雹胚，与自然雹胚竞争云中过冷却液态水：向正在发展的雹云中的雹胚形成区播撒比自然雹胚多得多的人工冰核通过核化、凝华、碰冻等增长过程，迅速形成大量毫米尺度的人工雹胚，与自然雹胚竞争云中过冷却云滴，减缓雹块生长速率，以抑制较大冰雹的形成。
（2）促进雹胚形成区预先产生降水：在多单体雹暴中，对处于发展阶段的小云塔雹胚形成区进行催化，是其中的冰晶迅速增长至毫米尺度，相应该区域内的弱上升气流不能支持这些较大尺度的水成物粒子，使这些粒子下落，则不参与冰雹生长过程，并伴随降水粒子的拖曳作用和下落蒸发降温，促使下沉气流形成或加强，从而进一步减弱上升气流和水分供应。
2、人工增雨理论的研究
（1）冷云人工增雨：
冷云中过冷水滴、冰晶和水汽三者共存，产生降水的关键时云中冰水转化。由于冷云中冰水共存产生冰晶效应。在一般的冷云降水中，自然产生的冰晶浓度有时很低，導致降水效率不高。对冰晶浓度不足、降水效率很低的自然云，若在其过冷却部位播撒适当数量的成冰催化剂，就可以改变云中微物理过程，实现增加冰晶浓度、促进冰水转化，提高降水效率，达到促进和增加降水的目的。
（2）积云动力催化：
促使云的宏观动力过程加强，使云体增大、生命期延长。即在云的过冷部位播散大量人工冰核，使云体迅速冰晶化而释放大量冻结潜热，从而增加云体浮力，使云能够增长得更快更厚，以至于产生更多的降水。
（3）暖云人工增雨：
暖云云顶高度比冷云低，通常没有冰晶出现，在这类云中，自然降水过程是：上升气流携带水汽入云，以凝结核为核心，通过凝结过程生成云滴，并通过凝结和碰并过程增长为雨滴，然后下落至地面形成降水。因此，关键是形成一些足以引起重力碰并的大云滴，其中大盐核起着决定性作用。
参考文献：
[1]贺洪军，何洋，张宪冬，王东，贺鑫. 基于云降水物理的人工影响天气技术探究[J]. 科技视界，2016，（01）：92.
[2]郭学良，付丹红，胡朝霞. 云降水物理与人工影响天气研究进展（2008～2012年）[J]. 大气科学，2013，（02）：351-363.
[3]洪延超，雷恒池. 云降水物理和人工影响天气研究进展和思考[J]. 气候与环境研究，2012，（06）：951-967.
[4]郑国光，郭学良. 人工影响天气科学技术现状及发展趋势[J]. 中国工程科学，2012，（09）：20-27.
[5]雷恒池，洪延超，赵震，肖辉，郭学良. 近年来云降水物理和人工影响天气研究进展[J]. 大气科学，2008，（04）：967-974.
[6]张婷，张行才. 人工增雨研究综述[J]. 山西农业科学，2008，（03）：87-90.
关键词：云降水物理；人工影响天气；研究进展
一、引言
1、研究云降水物理和人工影响天气的重要意义及目的
我国是世界上气象灾害频发的少数国家之一，气象灾害造成的损失约占所有自然灾害造成经济总损失的70 %以上，特别是近年来受气候变化等多种原因的影响，部分地区严重旱灾的发生频率明显增加，给农业生产和人民生活等带来了严重影响。同时，我国是世界上冰雹灾害最严重的国家之一，每年冰雹所造成的经济损失约为数亿元至十余亿元，并带来人员伤亡等损失。因此，研究云降水物理与人工影响天气是十分重要的。
2、云降水物理与人工影响天气的发展研究现状
20世纪50年代，人工影响天气的研究在我国开始起步，至今已取得了许多研究成果：通过试验，获得大量云物理资料，结合其他资料，分析了云系宏观特征和微物理结构以及降水形成过程，建立了云系的概念模型，提出了多项人工增雨作业的物理判据；不但探测水平有了显著提高，研究方法也从单纯的观测分析发展到观测分析、野外试验和数值模拟相结合，将三维冰雹云数值模式用于人工防雹的技术研究；研究提出了识别冰雹云的指标，研究了冰雹形成的物理过程、催化防雹的机制和催化技术；研究建立了人工增雨概念模型和人工增雨综合技术系统；我国已初步形成了有一定科学依据的以飞机、高炮和火箭为主要手段的人工增雨和防雹作业体系。
二、云降水物理研究
1、云中粒子和微物理结构
（1）尺度谱及微物理特征量
根据具体的云雾降水粒子尺度谱资料，可以得到以下表征粒子群体特征的物理量：
a、被测粒子的最小和最大尺度；
b、谱型和峰值；
c、尺度谱分布是云雾降水粒子群体最基本的微物理属性，通过它可以得到例子群体的很多物理特征量；例如，常用的粒子群总体量和尺度平均量：总数浓度、算数平均半径、均方根半径、均立方根半径、峰值半径、中值半径、有效半径；常用的由尺度谱分布决定的粒子群体物理量：体积含水（冰）量、消光系数、雷达反射率因子等。
（2）云滴和雾滴
微观上通常根据水滴的下落归律，将半径小于100微米的水滴称为云滴，习惯上又将其中半径在50-100微米之间的云滴称为大云滴，半径大于100微米时则称为雨滴。
（3）雨滴和液滴的下落末速度
水凝物粒子在重力作用下的降落，是大气粒子最基本的沉降过程之一。微滴的下落速度受重力、空气浮力和空气阻力的影响。
如果环境空气处于不饱和状态，云滴和雨滴在下落过程中则会蒸发逐渐变小。如果水滴的尺度足够大，能够在完全蒸发之前到达地面，则将此水滴称为雨滴；反之水滴较小，在离开云底后，还没到达地面之前便已完全蒸发，则将此水滴称为云滴。
2、云中粒子增长的各种机制
云滴通过异质核化形成后，还要经过水汽扩散增长和碰并过程才能形成降水粒子。
（1）扩散增长：在凝结增长过程中，首先是最贴近水滴的气层中的水汽分子有一部分凝聚到水滴表面，使此层中的水汽分子浓度降低，周围高浓度区的水汽分子便向该层补充而继续凝结，因此凝结过程是水汽分子的扩散和输送过程。同时，凝结潜热使水滴温度升高，使逃逸分子增多而阻碍凝结；而热量分子通过分子热传导向周围介质输送，又会影响凝结。
（2）碰并增长：不同大小云滴因下落末速度不同导致云滴碰并增长。
（3）雨滴的繁生：雨滴繁生的主要途径是：雨滴在空中变形而破裂；雨滴在空中因互相碰撞而溅散。
（4）凇附增长：一旦冰晶尺度变得足够大，它们在过冷却云滴群中下落时可与云滴发生碰并，当过冷却云滴接触到冰晶表面时，过冷却云滴可在冰晶表面不断冻结沉积。
（5）贝吉隆过程或称冰晶效应：对冰、水共存的系统，当实际水汽压介于二者的饱和水汽压之间时，大气中（指贴水及贴冰的气层之外）必有水汽从过冷却水滴向冰晶方向扩散。
3、云和降水形成的过程
由于大气中水汽和气溶胶粒子的存在，通过相变过程形成不同尺度的液相、固相水成物粒子。当水成物粒子通过多种相互联系的微物理过程增长到足够大小时，下落速度超过其环境空气的上升速度，同时从离开云底到达地面的过程中没有完全蒸发或升华，最终以雨、雪、霰、雹等多种形式到达地面。
三、人工影响天气
1、冰雹云物理和人工防雹研究
（1）增加人工成冰核形成人工雹胚，与自然雹胚竞争云中过冷却液态水：向正在发展的雹云中的雹胚形成区播撒比自然雹胚多得多的人工冰核通过核化、凝华、碰冻等增长过程，迅速形成大量毫米尺度的人工雹胚，与自然雹胚竞争云中过冷却云滴，减缓雹块生长速率，以抑制较大冰雹的形成。
（2）促进雹胚形成区预先产生降水：在多单体雹暴中，对处于发展阶段的小云塔雹胚形成区进行催化，是其中的冰晶迅速增长至毫米尺度，相应该区域内的弱上升气流不能支持这些较大尺度的水成物粒子，使这些粒子下落，则不参与冰雹生长过程，并伴随降水粒子的拖曳作用和下落蒸发降温，促使下沉气流形成或加强，从而进一步减弱上升气流和水分供应。
2、人工增雨理论的研究
（1）冷云人工增雨：
冷云中过冷水滴、冰晶和水汽三者共存，产生降水的关键时云中冰水转化。由于冷云中冰水共存产生冰晶效应。在一般的冷云降水中，自然产生的冰晶浓度有时很低，導致降水效率不高。对冰晶浓度不足、降水效率很低的自然云，若在其过冷却部位播撒适当数量的成冰催化剂，就可以改变云中微物理过程，实现增加冰晶浓度、促进冰水转化，提高降水效率，达到促进和增加降水的目的。
（2）积云动力催化：
促使云的宏观动力过程加强，使云体增大、生命期延长。即在云的过冷部位播散大量人工冰核，使云体迅速冰晶化而释放大量冻结潜热，从而增加云体浮力，使云能够增长得更快更厚，以至于产生更多的降水。
（3）暖云人工增雨：
暖云云顶高度比冷云低，通常没有冰晶出现，在这类云中，自然降水过程是：上升气流携带水汽入云，以凝结核为核心，通过凝结过程生成云滴，并通过凝结和碰并过程增长为雨滴，然后下落至地面形成降水。因此，关键是形成一些足以引起重力碰并的大云滴，其中大盐核起着决定性作用。
参考文献：
[1]贺洪军，何洋，张宪冬，王东，贺鑫. 基于云降水物理的人工影响天气技术探究[J]. 科技视界，2016，（01）：92.
[2]郭学良，付丹红，胡朝霞. 云降水物理与人工影响天气研究进展（2008～2012年）[J]. 大气科学，2013，（02）：351-363.
[3]洪延超，雷恒池. 云降水物理和人工影响天气研究进展和思考[J]. 气候与环境研究，2012，（06）：951-967.
[4]郑国光，郭学良. 人工影响天气科学技术现状及发展趋势[J]. 中国工程科学，2012，（09）：20-27.
[5]雷恒池，洪延超，赵震，肖辉，郭学良. 近年来云降水物理和人工影响天气研究进展[J]. 大气科学，2008，（04）：967-974.
[6]张婷，张行才. 人工增雨研究综述[J]. 山西农业科学，2008，（03）：87-90.