一種人工催化降雨雪的裝置的制造方法
【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(dá)到增強(qiáng)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(dá)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(huì)在該目標(biāo)區(qū)域中產(chǎn)生大量冰晶，會(huì)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(dòng)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(jìn)行這些微物理過程時(shí)，會(huì)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(qiáng)，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(dòng)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?yàn)閭鹘y(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(shí)只有當(dāng)云層溫度處于-25~-KTC時(shí)，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(yùn)輸、使用受到嚴(yán)格管控。最后，載具（飛機(jī)、火 箭、高炮等）操作要求較高，而且維護(hù)使用費(fèi)用昂貴（2010年人工影響作業(yè)費(fèi)達(dá)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)問題在于提供一種帶電粒子催 化降雨或降雪的裝置和方法，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，并且增加降雨或降雪量。
[0006] 電催化改變天氣的理論依據(jù)為：高密度的電荷會(huì)使云滴和氣溶膠本身荷電，靜電 力會(huì)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(gè)數(shù)量級，加速云滴生長。如果氣溶膠粒 子狀態(tài)為冰核，會(huì)導(dǎo)致與其接觸的液滴瞬間冷凍，產(chǎn)生的冰凍顆粒會(huì)繼續(xù)增長。電催化的另 一個(gè)作用是在暖云的環(huán)境下增加液滴碰并截面，計(jì)算表明，電場凝聚碰撞截面高于自然碰 撞截面2個(gè)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(huì)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(huì)導(dǎo)致其飽和蒸汽壓變小，更有利于進(jìn)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(jìn)云滴發(fā)展過程，每一個(gè)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(gè)電荷才能增強(qiáng)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(dá)到IO5CnT3時(shí)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(tuán)）之間的電場力可以進(jìn)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(shí)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人工催化降雨雪的裝置，包括：高 壓發(fā)生器、高壓電纜、電極安裝框架、發(fā)射電極、絕緣結(jié)構(gòu)、塔架，所述高壓發(fā)生器通過高壓 電纜與導(dǎo)電的發(fā)射電極連接，所述發(fā)射電極繞制在絕緣的電極安裝框架上，所述電極安裝 框架下方安裝有絕緣結(jié)構(gòu)，所述絕緣結(jié)構(gòu)安裝在塔架頂端位置，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(jìn)行荷電并送入云中，進(jìn)而達(dá)到降雨或降雪的目的。
[0010] 進(jìn)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(jìn)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(dú)立電源模塊、差分隔離監(jiān)測及保護(hù)模塊、氣候監(jiān)測模塊、分 析存儲模塊、控制驅(qū)動(dòng)模塊。其中獨(dú)立電源模塊為測量和控制系統(tǒng)獨(dú)立供電保證其正常工 作；差分隔離監(jiān)測及保護(hù)模塊通過監(jiān)測高壓發(fā)生器各個(gè)部件的電壓電流工作情況實(shí)時(shí)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(cuò)誤非正常工作時(shí)，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(dá)、激光雷達(dá)、微波輻射 計(jì)、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(shí)時(shí)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(jìn)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(shí)時(shí) 氣候條件是否滿足人工降雨雪的作業(yè)需求并計(jì)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(dòng)模塊分為兩種工作模式：一為手動(dòng)模式，手動(dòng)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(dòng)模式，根據(jù)分析存儲模塊進(jìn)行的模擬計(jì)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(hù)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(jìn) 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(jìn)行高壓輸出。
[0013] 進(jìn)一步地，電極安裝框架整體結(jié)構(gòu)形成球體或錐體或柱體或多面體的構(gòu)造，發(fā)射 電極繞制電極安裝框架而成相應(yīng)的形狀。
[0014] 進(jìn)一步地，電極安裝框架可選用絕緣性能良好的環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯或尼龍或 玻璃鋼材料搭建而成，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高壓發(fā) 生器產(chǎn)生電壓范圍為O -（-200KV)，整體裝置的額定工作功率為10KW，輸出形式為直流或 脈沖形式。
[0015] 進(jìn)一步地，塔架采用金屬桿塔結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為鋼結(jié)構(gòu)或鐵結(jié)構(gòu)，高度為70m-100m，當(dāng) 塔架高度設(shè)定為70m時(shí)，在電場作用下帶電粒子簇團(tuán)如（(V (H2O) 6, 0- (H2O) 5, OF (H2O) 6)的下 降速度為〇.〇5m/s，山區(qū)平均上升氣流約為0. lm/s。所以70m高度的塔架即可以使上升氣 流促進(jìn)帶電離子簇團(tuán)的運(yùn)輸。當(dāng)塔架的高度為IOOm時(shí)，可將帶電離子簇團(tuán)的下降速度