人工降雨特点范文

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在最近的几十年中，人工影响天气技术得到了我国科学技术研究领域的广泛关注，而云降水物理作为人工影响天气技术的最主要理论来源，自然也备受重视。现今，云降水物理以及相关的人工影响天气技术的实际应用明显增加，与此同时理论研究日益完善，这使得人工影响天气手段得到了更加广泛的扩充以及进一步的完善。但是，相关的研究和实验并不能就此结束，而应该再接再厉，让基于云降水物理的人工影响天气技术更上一层楼。

1 云降水的不同发展阶段

降水可以分为几种：降雨、冰雹、浓雾等，同时在降水过程中所伴随的其他相关天气现象也会对降水的后果产生一定的影响。不同类型的云层以及其相关性质则成为了影响降水的直接原因，因此，针对不同云层进行研究并对数据进行整理归纳，以得到云层与各类降水情况的直接关系显得尤为必要。

1.1 积云

积云一般的形成时间都是在白天，而其形成速度一般来说也极为迅速，在几分钟之内就可以扩展至几公里的纵向距离。而在积云扩展到相当的成都之后，一般会出现异变的情况，从而出现砧状的云层结构，与此同时，下沉气流也会随之建立，其一般存在于积云的附近以及顶部，并且较为稳定。对于积云来说，气流的影响是极为重要的。比如说，当气流合适的时候，积云中的旋风水滴往往会随之横向或纵向运动，从而使得积云发展较为迅速。而当积云完全形成之后，如果对流流场不合适，气流对于悬浮液滴的作用较强，则往往会导致积云裂解。这种裂解最直接的后果便是在当地形成一场阵型降水。

1.2 层状云

层状云与积云很好区分，因为两者的基本形态有着很大的区别，前者厚而面积小，吼着其较薄，因而看起来显得透明，但覆盖面积极大，往往是占据天空较大的水平面积甚至是正片天空。层状云也可以进行分类，基本上分为四种：卷层云、卷云、高层云和雨层云。而其中的卷层云出现的时候往往预兆着未来不久的时间内将会出现降水。

1.3 积层混合云

积层混合云之所以称之为混合云，主要是由于其包含的云层种类并不单一，往往是由层状云中夹杂着对流云而形成的。层状云往往可以促进积云的形成与发展，不仅如此，层状云对于对流云也有着极其重要的作用。对流云的存在往往可以产生较高强度的降水，而且这类降水的持续时间也普遍较长。层状云一般可以为流云的持续存在提供较为饱和的环境[1]。不仅如此，层状云的发展也可以提供较大面积的上升气流，这使得积层混合云的降水短时间强度减弱，但持续时间延长。可以说，层状云极好的联系了积云和流云，使得云降水向良性发展。

2 基于云降水物理的人工影响天气技术

现在世界各国都在对云降水物理进行着全方位的研究，而我国的相关研究则于20世纪80年代才开始起步。但是本世纪初，我国的干旱少雨情况日益严峻，河水断流、草原林原荒漠化严重的实例屡见不鲜。同时，由于降水而带来的冰雹、雷暴等自然灾害对于我国各地的农业、工业等领域也有着较为严重的危害。这使得我国的对于云降水物理的研究更为重视，研究进度也在飞速提升。

2.1 人工防雹

现在我国天气预报部门对于地区冰雹的预报工作往往是依靠雷达进行的，因为雷达可以通过反射回来的电磁波对于冰雹的形状、密度、范围以及个体大小有着较为精确的判断，从而及时对冰雹灾害进行预警，使得地区的受灾损失降到最低。一般来说，能够产生冰雹的云层有四种：强单体雹云、弱单体雹云、传播雹云和多单体雹云[2]，基本上都是积云或者是积层混合云。从云层的命名上我们可以看出，不同雹云所产生的冰雹特点是截然不同的。而且，往往在云层中停留的时间越久，冰雹降落时所产生的破坏性也就越大。因此，在人工防雹时，往往是采用高炮轰击的方法――即用高射炮来轰击将会产生冰雹或者是正在产生冰雹的云层。高炮在轰击的时候，由于爆炸往往会使云层附近的气流产生较强波动，爆炸产生的冲击波也会将云层中已经形成的较大冰晶轰碎，以达到防雹的目的。除此之外，人工防雹也会采用催化剂技术，即使用合适的催化剂来影响云层内固态冰晶的形成，以达到防爆的目的。

2.2 人工降雨

干旱问题已经成为我国很多地区发展的一个绊脚石，荒原面积扩大，无论是林业、农业还是畜牧业都受到了严重的打击。而人工增雨则可以适当的缓解这些问题带来的危害。人工降雨必须要遵循一定的模式，首先就是要对云层的降水潜力进行评估。我们都知道，人工降雨的完成也是需要一定的成本的，如果进行了人工降雨的相关措施但是并不能达到预期的效果，也就得不偿失了。因此，在人工降雨之前工作人员必须对目标云层进行分析，以确定实施人工降雨后降水量能否达到缓解干旱的目的。云层中，能够不仅仅要注意固态冰晶与液态水之间的转化，也要注意水蒸气与液态水之间的转化，合理的进行评估是保障人工降雨成功的关键。其次，就是进行人工降雨的正式工作。人工降雨的方式有很多种，而现在比较常用的便是催化剂降雨和升温增雨。通过之前对于云层的介绍，我们可以看出，降雨潜力较大的便是积云和积层混合云，当云层的储水量达到人工降雨的标准之后，相关部门便可以采用相关方式进行降雨工作。催化剂的种类有很多，但是它们的作用机理基本上都是相同的，即使暖云中的水滴或者是冷云中的冰晶相互凝结，重量增加，从而使得云层无法承载，形成降雨。在实施完人工降雨的措施之后，就要对人工降雨的效果进行评估了。在不同的地区与不同的降水环境下，所需要采取的人工降水方式往往是不同的，因此我们必须对各种情况人工降雨的效果以及所采取的催化剂进行归纳整理与分析，只有这样才能尽可能的提高未来人工降雨的成功概率。

3 结语

我们可以看出，人工影响天气技术，无论是人工防雹还是人工增雨，对我我国都具有着极为重要的意义。因此，我们应该积极利用云降水物理学来指导人工影响天气技术，为我国的天气控制提供有利的条件。在将会出现冰雹的地区进行人工防雹措施，以减少恶劣天气带来的经济损失；在干旱少雨地区采用人工降雨技术以维持当地生态环境的稳定。我国的云降水物理研究起步较晚，因此我们更应该加强对该方面的研究，为我国的人工影响天气技术创造更好的实施条件。

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中图分类号：P427 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-12-0247-2

人工影响天气在气象防灾、减灾中发挥着一定的作用，它在预防以及减轻气象灾害中有着重要的作用，天气雷达、气象卫星、地理信息技术、中小尺度气象监测网、新型的催化剂和播撤工具的运用，为人工影响天气作业奠定了科学的可靠基础，也提高了人工影响天气的作业效果，因此，人工影响天气在防灾、减灾过程中占据主导地位。

1 人工影响天气在防灾、减灾中的科学理论基础。

1.1 人工影响天气的内涵

人工影响天气是人类借助先进的科学技术，在合适的大气条件下，利用火箭、高炮等工具，对单一地区中的云层输入碘化银或干冰，进行人工干预，以导致云层发生变化，满足降水条件，从而降雨、降雪，减轻霜、冰雹、大雾、大火等气象灾害的发生，这是减轻气象灾害等最有效的措施之一。

1.2 来自于国外的先进科学理论支持

人工影响天气的科学理论是美国科学家在二十世纪四十年代末实验室内的实验基础上逐步发展起来的。利用碘化银、干冰，在催化剂的物质属性指导下，将碘化银作为催化剂来实施人工降雨、防霜等。利用飞机、高炮等运载工具向云层中输入碘化银、干冰等催化剂，从而达到降雨的作用，其应用十分广泛，如农田里可用来防霜，机场里可用来防雾。目前世界上许多国家已经采用此种先进技术，以以色列为例，我们都知道，巴以战争中主要的争端是水资源，以色列采用先进的技术进行人工降雨，有效地改变了农田灌溉等水资源缺乏的现状。美国、北欧若干国家、俄罗斯等还向部分发展中国家送去先进科学技术以作为技术支持。

2 人工影响天气在气象防灾、减灾中的作用

2.1 人工影响天气在防雹中的作用

我区有许多地州都会不同程度的遭受到冰雹的侵害。众所周知，我区盆地和山陵地带分布广泛，地形构成复杂。如伊犁河谷，伊犁河谷位于天山山脉西部，三面环山，加上气候温和湿润，极易形成冰雹天气。为了防止冰雹的危害，自1978年以后我区逐步形成奎屯、玛纳斯河流域；阿克苏、渭干河流域；博尔截拉河流域；昭苏、特克斯盆地及伊犁流域；塔城、额敏盆地等五大防雹区域。早在1974年就开始利用三七高炮进行人工防雹作业。随着近些年科学技术的发展，人工影响天气借助雷达、GPRS等先进设备，在过去的基础上，提高了作业效果，减轻了冰雹给农业、工业生产等带来的不利的影响，多年综合分析检验表明，防雹使雹灾损失40-60%。

2.2 人工降雨在抗旱中的作用

我国大部分国土处在内陆，主要以温带、暖温带、亚热带大陆性季风气候为主，大陆季风气候干旱少雨也成为我国大多数地区的气象灾害表现之一。如鄯善县，主要体现在春旱上，鄯善县位于新疆维吾尔自治区境内，属于温带内陆荒漠气候，气候干燥，蒸发量大，主要的水资源来自于地下井水和冰雪融水，降水尤其是特大暴雨次数少、周期长，并且春季是旱情高发季节，大面积的灌溉不符合有效利用水资源，容易造成大范围的浪费，种种因素增加了该地水资源紧缺对工农业以及人民生活的压力。21世纪后，地下井水水位迅速下降，至今鄯善县达浪坎乡、吐峪沟乡等乡镇打井深度已达250-350m间，因此节水型灌溉是鄯善县发展的必然趋势，在不断的科学实验和实践工作中，总结了滴灌以及人工降雨两种行之有效的措施，人工降雨又是各种增雨措施中见效最快、投入最小、收益最大的方法。2010年鄯善县1月至8月共作业7次，作业山区累计降水达43mm，城区降水为5.0mm，近六年增加降水多达385mm，城区降水达81.9mm，有效的增加了柯克亚水库储水量，大大的缓解了旱情。事实证明，人工影响天气增雨作业为该地的社会经济发展做出巨大的贡献，实现更大的生产和生活价值。

2.3 对暴雨、大雾、暴风雪等天气的预防

加强科学技术以及科研的投入，在暴雨、大雾等气象灾害未扩大之时进行及时预告，提前做好各种防护措施。例如2010年7月29日，吉林市发生特大暴雨，沿线永吉、口前镇等地更是千年不遇的特大洪涝灾害，在面对灾难来临的同时，吉林市气象局发出黄色预警报告，市政府更是提前进行人力、物力以及科学技术的支持，同时在7月30日上午，由于大水将上游一化工厂淹没，数千只装油罐的油桶从上游顺势流下，给附近居民的饮水造成很大的影响，市政府临时号召，由居委会向各家各户告知饮用水的储备，最终才没有造成对居民生活的影响。因此，对于大型气象灾害的发生，预防是关键。

3 人工影响天气在全国几大地区气象防灾、减灾的过程实施过程

3.1 西南部以及四川盆地地区中加快现代气象科技发展的脚步

西南部地形结构复杂、又是地震的高发地带，自古就有“蜀道难，难于上青天”，因此对于该地的人工影响作业很复杂。而达州地区是最为严重的，处于暴雨、干旱、洪涝、冰雹等交界地带，雨季的洪涝，大雾、霜冻等的频繁发生，冬季的寒潮等无疑不加重该地的经济负担，影响经济建设水平。自九十年代末以来，运用先进的科学技术，卫星、雷达等高科技的投入，政府在“十一五”计划中的大力扶持，使得该地有效的将灾害的影响减到最小化，尤其对几种突发性灾害的预测和预防上更是做到防患于未然。近几年来，该市进一步加强现代气象和防灾体系的完备，巩固已有的科学技术，增强创新意识。

3.2 西北内陆地区防雹、防旱建设安全西部

西北地区也是古代“丝绸之路”的必经之路，如今人类的发展已经对该地区生态产生一定的影响，而且该地也是气象灾害较为严重的地区，冰雹、大旱是该地区的“常客”，这些灾害给制约西北内陆城市的发展，尤其是宁夏回族自治区和青海省东北部。近些年来，利用科学技术，结合当地雨水少和气候较干的特征，普遍实施人工降雨，并且作业水平已达到国家一类城市的标准。

4 人工影响天气在气象防灾、减灾中的发展

4.1 增强防灾、减灾意识

要增强防灾、减灾意识，各级领导要重视抗灾工作，每逢旱季、冰雹多发生的季节要提前组织人手，保证各种设施齐全，人力、物力等进行多方面的投入，给群众发安全手册、对农民进行科学技术、防汛防寒等知识讲座，做到防患于未然，最大程度减轻气象灾害等对人民日常生活等的影响。

4.2 加强科学技术的研究

人工影响天气作为防灾、减灾的手段有着重要的作用，但是我们应当认清的是，这种人工影响天气的科学技术仍然处在胚胎阶段，缺乏一定的成熟性，因此还需要在以后的科学发展中不断地加以研究、改造，加强人工影响作为科学研究的投入，使灾难减轻到最小化，同时也要加强技术的有效实施，提高效果。利用已有的设备和技术，进一步研究其潜力，加强高炮、飞机、火箭等的作业能力，时刻增强创新意识，在研究现实的基础上，推出经济投入更小、效益更高的产品。

4.3 因地制宜，突出重点项目

在干旱的季风性地区，水资源日益成为经济发展、人民生活水平提高的桎梏，因此根据该地区的生产和技术水平，在不影响经济发展的基础上，加强作业的能力，增加人工降雨量。而在温室地区，水资源丰富，但是极易发生水灾，因此雨季未来临之际就要做好防汛工作，把排水等工作做到细致。

4.4 健全各种法律法规以及各种规章制度

健全各种规章制度，是确保各种科技措施正常运行的前提，对于相关的作业点等也要进行实地考察，务必保证其科学性、安全性。同时，做好安全防患体系，制定人员分布以及紧急突况时相应的对策，对员工进行严格的岗前培训，严格操作，安全、有效的开展技术活动。

近几年我国气象灾害较为频繁，干旱、水土流失、地震、山体滑坡、泥石流，洪水，台风等自然灾害警示我们到了要保护赖以生存的地球的时候了。我国气象灾害分布广、各地区又有不同的特点，因此，要因地制宜进行防灾、减灾工作。在政府、国家给予支持的条件下，积极谋求发展思路，开阔预防气象灾害的发展渠道，建立健全法律体系，切实有效的做好各项防患工作，做好防灾、减灾工作的攻坚之战。

参考文献

[1] .对新疆发展喷灌的认识[J].节水灌溉, 2000,(6).

[2] 周和平,徐小波,马福忠,等.新疆21世纪初节水灌溉问题[J].中国农村水利水电,1999,(10).

[3] 孙祥彬.新疆的气象活动[J].

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中图分类号：U448.27 文献标识码：A文章编号：

1.引言

斜拉桥是一种由三种基本承载构件，即梁（桥面）、塔和两端分别锚固在塔和梁上的拉索共同承载的结构体系，以其结构受力性能好、跨越能力强、结构造型多姿多彩、抗震能力强及施工方法成熟等特点，而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一，在桥梁工程中得到了越来越多的应用。

由于斜拉索质量、刚度和阻尼都很小，随着斜拉桥跨度的增大，拉索振动问题的影响日益显著。在各种振动情况中，风雨激振是拉索风致振动中最强烈的一种，且风雨激振的起振条件容易满足，振幅极大，对桥梁的危害最为严重，因而关于斜拉桥拉索风雨激振的研究得到了国内外学者的广泛重视。

风雨激振是指干燥气候下气动稳定的圆形截面的拉索，在风雨共同作用下，由于水线的出现，改变了拉索的截面形状，使其在气流中失去稳定性，由此发生的一种大幅振动。

2.研究现状

2.1.现场实测

现场观测是最早用于研究风雨激振的手段。它可以获得拉索风雨激振最准确的特征，为验证风洞试验和理论分析研究结果的真实性、可靠性提供宝贵的资料。

Hikami等[1]对日本名港西(MeikoNishi)大桥的实测。20世纪80年代，在日本建造名港西大桥的过程中，发现了比较严重的风雨激振现象，Hikami等选取了其中24根索进行实测，对该桥进行了为期5个月的现场实测，实测内容包括索面的拉索振幅。

Main和Jone[3]对美国Fred Hartman桥的斜拉索风雨激振记录。进行了16个月的现场监测，分析了记录的5000组5分钟时程的斜拉索加速度和气象资料。

陈政清[4]等对洞庭湖大桥的实测。自2001年1月至2004年4月，陈政清在国家自然科学基金资助下，与香港理工大学合作，在岳阳洞庭湖大桥上进行了连续4年的风雨激振观测研究。

通过研究国内外专家对风雨激振现场观测的结果，得出了一些结论：(1) 与拉索振动形态的关系。进入稳定的大幅振动后，其波形犹如甩鞭状，拉索表面会形成振荡的水线，表现为低阶振型。(2) 与环境参数的关系。风雨激振存在起振振动，只在一定风速范围内发生；在无雨情况下，很少观测到风雨激振，而且雨量为小到中雨情况观测到风雨激振次数最多。(3) 与拉索本身参数的关系。风雨激振的振幅大小与拉索的表面材料、长度、风偏角和倾斜方向等参数有关。

2.2.风洞试验

按照水线的模拟方法，研究风雨激振的风洞试验可分为两种类型：人工降雨试验和人工水线试验。

1. 人工降雨试验

人工降雨试验是在风洞内通过人工模拟降雨，提供与实际拉索发生风雨激振相类似的风雨条件，对通过弹簧悬挂在固定支架上的拉索节段模型进行的一种试验形式。

2. 人工水线试验

人工水线试验是在风洞内对带有人工水线的拉索节段模型进行的一种试验形式。根据人工水线与拉索的连接形式和试验的测量内容的不同，人工水线试验可分为：固定人工水线测振试验、固定人工水线测力试验、固定人工水线测压试验和运动人工水线测振试验。

2.3.理论分析

目前关于斜拉索的风雨激振问题形成机理大致可分为如下几类观点：

1. 驰振机理

日本的Hikami与Shiraishi[1]1985年在Meiko.Nishi桥最先观测到风雨激振现象。随后他们通过一系列的人工降雨风洞实验再现了这一现象。他们在实验的基础上初步分析了风雨振的发生机理，认为风雨激振可能有两种机理：一种是Den Hartog驰振机理；另一种是弯扭两个自由度驰振机理。

2. 上水线振荡诱发机理

H.Yamaguchi[6]认为单自由度Den Hartog驰振理论不能解释风雨振的形成机理水线是风雨激振不可缺少的条件，当水线的振荡频率接近于拉索的自振频率时，水线与拉索之间的相互作用导致斜拉索产生负阻尼，引发斜拉索发生大幅振动。Peil, U.& Nahrath, N[8]认为上水线的运动是导致风雨振的主要原因。Seidel等[9]指出当风速大于某个限制，流动不存在转变，这时不会发生风雨激振；发生风雨激振的速度下限是由风偏角和拉索倾斜角决定的。

3. 上水线特定位置致振机理

顾明和杜晓庆[10]建立了三维拉索风雨激振的准二自由度运动方程，气动力系数根据带人工水线三维拉索模型试验得到，分析了水线平衡位置和水线振幅的取值，采用数值求解方法计算了拉索风雨激振振幅，得出了水线特定位置是引起索结构大幅振动的主要因素的结论。

4. 涡激振动机理

Delong Zuo[11]揭示了风雨激振与高风速下干索涡激振动之间的联系，认为风雨激振的内在机理与涡激振动的相同，与降水无关。由于风偏角和拉索倾角的存在使得这种涡激振动不同于经典卡门涡脱，是一种三维涡激振动。

2.4.CFD数值模拟

风工程的研究方法中数值模拟是最近30年在前三种方法的基础上逐步发展起来的，下面的介绍为CFD技术在拉索风雨激振方面的相关研究。

陈文礼和李惠[13]提出物理试验与CFD数值模拟的混合子结构方法，通过与圆柱涡激振动的流固耦合方法结果进行比较，分析了上水线对绕流场特性的影响，然后采用有限元程序ANSYS和计算流体动力学程序CFX对考虑风速剖面的CFRP斜拉索涡激振动进行流固耦合方法的CFD数值模拟。

3.结语与展望

本文参考国内外文献，对斜拉桥拉索风雨激振问题进行了系统总结, 并对今后的研究提出展望。总结如下:

在现场观测和风洞试验方面，未来的研究应更加关注水线的形成及其在风雨激振中的作用，精确测量不同拉索运动状态下的水线形状和位置，为理论分析和数值模拟提供基础。

在理论分析方面，虽然国内外很多学者和专家提出了各种理论模型和数值解析方法分析风雨激振发生机理，但是迄今为止还是没有一种大家公认的对斜拉索风雨激振的发生机理能够完全解释清楚的模型，今后的研究应侧重于风雨激振的轴向流、风场与水线间的气液两相耦合现象以及风场、水线与拉索间的气液固三相耦合现象的研究，对风雨激振机理进行更加深入和精细化的研究。

参考文献

[1] HIKAMI Y，SHIRAISHI N． Rain-wind-induced vibrations of cables in cable stayed bridges [J]. Journal ofWind Engineering and Industrial Aerodynamics，1988，29: 409 － 418．

[2] 顾明，刘慈军，罗国强. 斜拉桥拉索的风（雨）激振及控制 [J]. 上海力学, 1998, 12: 281~288.

[3] 陈文礼. 斜拉索风雨激振的试验研究与数值模拟[D]. 黑龙江：哈尔滨工业大学，2009.

[4] U. Peil, N. Nahrath, Modeling of rain-wind induced vibration [J], Wind and Structue, 2003, 6(1), 41~52.

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对物理这门学科感兴趣，觉得很好玩，当要求学生用所学的知识去解释日常生活中的现象时，学生便会感到不知所措，这是因为理论与实践脱节的缘故。因此，教师应重视培养学生学与用相结合的能力，把物理学活、学透。每当向学生传授新的物理知识时，都应联系它在实际生产或生活中的某些应用，同时要求学生细心观察周围的世界，找出与所学知识相关的事。

例如，在讲到“杠杆的平衡条件”时，以杆秤为例，让学生分析出“小小秤铊压千斤”的道理，并进一步提出这样一个常见的问题：有的不法商贩“扣秤”通常采用哪些手段？利用了什么原理？接着引导学生列出“杠杆平衡条件”的表达式，画出杆秤杠杆示意图。从而使学生对“杠杆平衡的条件”有更深的理解，进而运用自如。在学习了“家庭电路和家庭用电”内容后，教师可安排指导学生在家中观察电路，利用家用电笔辨别火线和零线，学习灯头线接法，了解保险丝的作用并会选用。