一種人工影響天氣的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣象干涉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種人工影響天氣的方法及系統(tǒng)，特別 適用于涉及減弱、轉(zhuǎn)移和增加降水的云水迀移技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是洪水災(zāi)害頻繁的國(guó)家。據(jù)史書(shū)記載，從公元前206年至公元1949年中華人 民共和國(guó)成立的2155年間，大水災(zāi)就發(fā)生了 1029次，幾乎每?jī)赡昃陀幸淮?。解放后全?guó)性 的大水災(zāi)主要有兩次，1954年大水災(zāi)和1998年大水災(zāi)。1954年水災(zāi)全國(guó)受災(zāi)面積達(dá)2. 4 億畝，成災(zāi)面積1. 7億畝。長(zhǎng)江洪水淹沒(méi)耕地4700余萬(wàn)畝，死亡3. 3萬(wàn)人，京廣鐵路行車受 阻100天。國(guó)家對(duì)自然災(zāi)害的救濟(jì)費(fèi)為3. 2億元。1998年，一場(chǎng)世紀(jì)末的大洪災(zāi)幾乎席卷 了大半個(gè)中國(guó)，長(zhǎng)江，嫩江，松花江等大江大河洪波洶涌，水位陡漲。800萬(wàn)軍民與洪水進(jìn)行 了殊死搏斗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)年全國(guó)共有29個(gè)省區(qū)遭受了不同程度的洪澇災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失 高達(dá)1666億元。成災(zāi)6000萬(wàn)畝，因?yàn)?zāi)害造成糧食減產(chǎn)上百億公斤。
[0003] 與洪水災(zāi)害相對(duì)應(yīng)的是，我國(guó)又是一個(gè)旱災(zāi)頻發(fā)的國(guó)家，不僅歷史上有多次導(dǎo)致 顆粒絕收的大旱情發(fā)生，更有數(shù)不勝數(shù)的局部旱災(zāi)發(fā)生。例如在修建林縣紅旗渠的官方記 載上就有局部旱災(zāi)的真實(shí)記載，旱災(zāi)的發(fā)生甚至導(dǎo)致人吃人的災(zāi)難性現(xiàn)象發(fā)生。與旱災(zāi)對(duì) 應(yīng)的是，2012年7. 21北京特大暴雨、2015年6. 16上海"看海"等都是暴雨成災(zāi)。
[0004] 旱災(zāi)與洪澇災(zāi)害的產(chǎn)生，都是降水集中與不均衡造成的：一是降水空間差異大，南 澇北旱，二是降水時(shí)間分配差別大，7、8、9三個(gè)月降水占全年降水量的70 %，此期間常有高 強(qiáng)度暴雨或受北上臺(tái)風(fēng)影響而形成的長(zhǎng)歷時(shí)連續(xù)降水，造成洪澇災(zāi)害。在秋冬季，由于氣溫 低，蒸發(fā)量小，秋季滯流耕地中的雨水及受凍結(jié)溫度梯度作用上升到地表的地下水凍結(jié)成 為固態(tài)，與冬季降雪一起，春暖融化滯存于耕地表層形成春澇，"一年秋雨，兩年成災(zāi)"。
[0005] 因此，人們迫切期望能掌握人工影響天氣的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)天氣的調(diào)節(jié)，特別是能 實(shí)現(xiàn)以云水人工迀移、飽和水汽轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ)的降水再分配技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和設(shè)計(jì)，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N人工影響天 氣的方法及系統(tǒng)，特別適用于涉及減弱、轉(zhuǎn)移和增加降水的云水迀移技術(shù)。本技術(shù)利用云水 人工迀移方法，遵循室內(nèi)模擬、方法篩選、可行性分析、實(shí)施方案設(shè)計(jì)、先導(dǎo)試驗(yàn)等技術(shù)研究 路線，解決了雨澇、洪澇、干旱分布不均等問(wèn)題。
[0007] 依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種人工影響天氣的系統(tǒng)，其包括一體化浮空管道、 浮空平臺(tái)和系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)；所述一體化浮空管道，用于云水收集-輸送-播撒，即云水 收集、輸送、播撒降水催化劑產(chǎn)生降水；所述浮空平臺(tái)，用于懸掛、牽引一體化浮空管道，通 過(guò)系留索定點(diǎn)懸浮在系留臺(tái)之上；所述系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，用于浮空平臺(tái)升降、管道連接、 分離、降水催化劑播撒和作業(yè)環(huán)境觀察、監(jiān)測(cè)的地面控制，用于提升云水人工迀移作業(yè)效 率、錄取資料和提高安全保障。
[0008] 所述的人工影響天氣的系統(tǒng)基于人工云水迀移基本原理而工作，即通過(guò)一體化浮 空管道，定向迀移云水，在雨澇區(qū)消減降水，同時(shí)增加水庫(kù)、湖泊或干旱地區(qū)的降水，此消彼 長(zhǎng)，聯(lián)合作用，既可解決雨澇成災(zāi)，也可緩解干旱；具體工作原理如下：由于水汽的露點(diǎn)溫 度下降較空氣溫度下降緩慢，因此一定高度后，濕空氣將達(dá)到飽和，熱力、動(dòng)力耦合將使水 汽飽和在l〇〇〇m左右的中低空即可能出現(xiàn)，形成低云（雨層云、層云、積雨云等）；這時(shí)云的 水滴較小，但是通過(guò)沉降中的相互合并、凝結(jié)將產(chǎn)生降水；雨澇、洪澇區(qū)上方云中的小水滴、 小冰晶被抽汲、轉(zhuǎn)移后，就可以較大程度減少降水的物質(zhì)基礎(chǔ)，達(dá)到消減降水作用；將云水 人工迀移到所選合適的地域和高度后，在適當(dāng)時(shí)機(jī)以合理速度噴射干冰等催化劑，人工增 加凝結(jié)核，可促進(jìn)降水產(chǎn)生，使得釋放的云水不再返回原地，發(fā)揮增雨效果。
[0009] 其中，一體化浮空管道為常壓、常溫、輕質(zhì)、大口徑、可伸縮的浮空管道，一體化浮 空管道由出入端口、彈簧龍骨、復(fù)合材料蒙皮、壓并搭扣、太陽(yáng)能薄膜電池、牽引接口等構(gòu)成 (參見(jiàn)附圖3)，能夠?qū)崿F(xiàn)云滴、小水滴、冰晶等云水物質(zhì)的管流定向輸送、水汽轉(zhuǎn)移和降水 再分配，具有管道整體重量輕、口徑大、管道體積可壓縮的特點(diǎn)，管壁堅(jiān)韌、耐磨、耐撕扯、防 云水散失、價(jià)格低廉、安全環(huán)保無(wú)毒，通過(guò)聯(lián)合使用可實(shí)現(xiàn)云水收集、定向輸送和播撒等功 能要求。
[0010] 優(yōu)選地，浮空平臺(tái)由浮空器、系留索、懸浮索、系留臺(tái)等構(gòu)成（參見(jiàn)附圖4)，有效載 荷大于1000kg，在1000米以上高空可連續(xù)駐留24小時(shí)以上，抗10級(jí)以上大風(fēng)和雷暴天氣； 本系統(tǒng)中的浮空平臺(tái)是基于浮空器技術(shù)建造的具有較大有效載荷、定點(diǎn)駐留的空間載物平 臺(tái)，由于采用系留氦氣球、氮?dú)?氫氣雙殼氣球作為浮空器，因此安全可靠。
[0011] 優(yōu)選地，一體化浮空管道由多節(jié)管道連接而成，集束聯(lián)合使用，浮空管道起始點(diǎn)在 云中依抽吸半徑呈動(dòng)態(tài)面積或立體分布。一體化浮空管道的內(nèi)徑（半徑）>2m，長(zhǎng)度>0. 5km， 以螺旋壓縮彈簧為龍骨，以輕質(zhì)、層薄的復(fù)合膜材料為管壁，截面積大，可以實(shí)現(xiàn)浮空器輔 助下的中高空駐留和組合應(yīng)用。浮空管道龍骨采用壓縮彈簧，具有所需徑向支撐力，同時(shí) 壓縮后大大節(jié)省收納空間；壓縮彈簧（CompressionSprings)對(duì)外載壓力提供反抗力量，使 用時(shí)打開(kāi)壓并搭扣即可伸展到所需最大長(zhǎng)度，形成云水定向運(yùn)移所需的管道；壓縮彈簧由 金屬絲（管）等節(jié)距盤(pán)繞，通常為圓柱形，也有中凹形、中凸形、正方形、長(zhǎng)方形、圓錐型、圓 錐-直線組合型等。
[0012] 更優(yōu)選地，浮空管道的管壁緊貼龍骨，需要不透水汽、重量輕、強(qiáng)度高；由其構(gòu)建的 管道完全不同于現(xiàn)有的排水管道、油氣管道、電力管道、通風(fēng)管道等，不是埋藏地下、架設(shè)于 地面或者近地表，而是懸浮于空中，用于云滴、冰晶等云水的定向迀移。
[0013] 進(jìn)一步地，浮空管道材質(zhì)采用作為支撐龍骨的壓縮彈簧可以有熱卷彈簧和冷卷彈 簧兩種生產(chǎn)形式，彈簧材料也有鋼絲與不銹鋼等大類；鋼絲，同樣線直徑生產(chǎn)出來(lái)的彈簧力 度會(huì)比不銹鋼大，但容易銹蝕；需做后續(xù)防銹處理。壁體材料要求滿足不透水汽、重量輕、強(qiáng) 度高、抗反復(fù)折疊、無(wú)毒環(huán)保；待選材料包括耐磨耐撕扯拉伸的聚氨酯彈性體，缺點(diǎn)是硬度 高，不利折疊；具有良好不粘附性、溫度特征和耐候性的聚四氟乙烯；B0PA尼龍膜、CPE聚乙 烯膜、CPP流延膜、PVC聚氯乙烯膜等，各有特點(diǎn)。
[0014] 進(jìn)一步地，根據(jù)一體化浮空管道技術(shù)要求，管道支撐龍骨優(yōu)選等節(jié)距、圓柱形、不 銹鋼螺旋壓縮彈簧，彈簧線徑4mm，外徑4. 008m,總?cè)?shù)250,支撐圈數(shù)2圈，自由長(zhǎng)3956m; 壁體選用新材料共擠膜，比重〈〇. 9g/cm3,拉伸強(qiáng)度>30MPa，斷裂伸長(zhǎng)度>300 %，直角撕裂長(zhǎng) 度>1000N/cm，水汽透過(guò)率<3G/m2. 24h;從技術(shù)效果分析：使用等節(jié)距、圓柱形、不銹鋼、螺 旋壓縮彈簧龍骨，可實(shí)現(xiàn)重量輕、強(qiáng)度高、可壓縮-展開(kāi)、反復(fù)使用、無(wú)污染等要求；管道壁 選用新材料共擠膜，具有堅(jiān)韌、耐磨、耐撕扯、防云水散失、價(jià)格低廉、安全環(huán)保無(wú)毒的特點(diǎn)； 緊貼彈簧，便于折疊，減少磨損，與壓縮彈簧龍骨共同構(gòu)建輕質(zhì)、大口徑、可壓縮云水輸送管 道。
[0015] 進(jìn)一步地，云水收集速度、強(qiáng)度和距離要求浮空管道聯(lián)合使用；為實(shí)現(xiàn)管道之間快 速、緊密聯(lián)接，同時(shí)方便拆卸，在出入口內(nèi)側(cè)合理位置安裝電磁條，利用管壁蒙皮上安裝的 太陽(yáng)能薄膜電池提供電力，產(chǎn)生電磁力；出口呈圓臺(tái)狀，利于插進(jìn)入口端；插入后，接通電 源，產(chǎn)生磁力，異極相吸即可快速而且緊密聯(lián)接。
[0016] 進(jìn)一步地，管道壓并與展開(kāi)：管道貯存與運(yùn)輸時(shí)，通過(guò)支承圈上焊接的壓并搭扣鎖 定管道，使管道保持最小體積；使用時(shí)，打開(kāi)壓并搭扣，受彈力作用，管道自動(dòng)展開(kāi)，在浮空 器輔助下，升空、定位、聯(lián)接，形成云水輸送管道。
[0017] 優(yōu)選地，浮空平臺(tái)是云水人工迀移系統(tǒng)的重要組成和主要載體，由浮空器、系留 索、懸浮索、系留臺(tái)等構(gòu)成。
[0018] 更優(yōu)選地，浮空器是指比重輕于空氣、依靠大氣浮力升空的飛行器，用以懸載一體 化浮空管道；浮空器根據(jù)有無(wú)推進(jìn)裝置分為氣球和飛艇；氣球按有無(wú)系留裝置分為自由氣 球和系留氣球兩類；按氣囊內(nèi)所充氣體的種類分為熱氣球、氫氣球和氦氣球三種；本系統(tǒng) 使用系留氦氣球、內(nèi)氫外氮雙層氣囊氣球，但主要應(yīng)用前者；除了囊體，還有太陽(yáng)能薄膜電 池和液壓伸縮滑套。
[0019] 進(jìn)一步地，系留臺(tái)有固定式和可移動(dòng)式兩種，用于系留浮空器；固定式系留臺(tái)預(yù)建 于城區(qū)和交通干線路邊，間隔l〇〇〇m，以埋地水泥粧中間安裝鋼筋系留環(huán)形式預(yù)留；移動(dòng)式 系留臺(tái)則以車載形式，機(jī)動(dòng)運(yùn)移至所需位置，在上開(kāi)口鐵箱四周臨時(shí)加載重物，中間預(yù)置系 留環(huán)。
[0020] 進(jìn)一步地，系留索、懸浮索特征在于：由于聯(lián)接浮空器與系留臺(tái)、浮空器與浮空管 道，保證浮空器和浮空管道長(zhǎng)時(shí)間固定在高空不隨意晃動(dòng)和飄走；可用高強(qiáng)度棉綸、丙綸、 杜邦絲、聚乙烯等材料制造；為減輕重量，系留索、懸浮索皆采用單繩，也可以根據(jù)情況換用 雙繩；單繩參數(shù)為：細(xì)軸數(shù)>48,每米重量<150g，首次沖擊力BEAL標(biāo)準(zhǔn)>80000kN，首次沖擊 延展率：36%，靜力延展率：8%，能夠經(jīng)受超強(qiáng)切割。
[0021] 進(jìn)一步地，浮空器采用自調(diào)壓可變積型系留浮空器；由于高空氣壓遠(yuǎn)低于地面， 傳統(tǒng)浮空器升空后，需要不斷釋放氦氣、降低內(nèi)壓以保持內(nèi)外氣壓平衡，避免浮空器囊體破 裂；下降時(shí)，又需要通過(guò)配備的氦氣筒向浮空器補(bǔ)充氦氣，增加內(nèi)壓；氦氣的釋放、補(bǔ)充等 操作進(jìn)一步增加了氦氣消耗，增大了浮空器作業(yè)成本；面對(duì)單艘數(shù)以千立方米計(jì)、一次云迀 移作業(yè)數(shù)以百艘計(jì)的巨量氦氣用量，使用自調(diào)壓可變積型系留浮空器能夠節(jié)省氣量近三分 之二；地面時(shí)，充氦氣氣壓lat，展開(kāi)體積為最大體積的36% ;初始載荷2450kg;升限2000 米時(shí)，浮空器內(nèi)氣壓0. 36at，展開(kāi)體積