我国地处北温带，云层温度常常在零摄氏度以下。在我国北方的夏季和春季，也多为零度以下的云层形成降水，因此我们研究冷云降水是很有意义的。当冰晶和过冷水同时存在时，会产生这样一种情况：因为冰晶表面的饱和水汽压低于水滴表面的饱和水汽压，云中的水滴将要蒸发，冰晶则会不断地“夺取”过冷水滴的水汽而增大。气象学上将这种冰晶逐渐长大，而过冷却水滴逐渐变小的现象称为冰水转化过程。当冰晶长大到足够大时，在下落的过程中就发生重力碰并增大，最后增大到降水物那样大，上升气流再也托不住它们时，便落出云底。如果在下落的过程中未能完全融化，落到地面就是雪或雹；如果融化了，落到地面就是雨。所以冷云降水的主要原因是冰水转化过程。
在我国北方春季的层云、雨层云和积雨云都是冰晶、水滴和过冷水滴共存的云，它们常常产生较大的降水。根据中纬度地区的飞机观测，层状云云顶温度高于－5℃时，一般只有小雨，云顶在－5℃到－20℃之间才有大雨。为了使大家便于了解对层状冷云降水，简单说明如下：层状云云顶温度在－5℃到－20℃时，在层状云上部会产生冰晶，而云底温度高于零摄氏度以上时，按云中温度和高度的关系将云层分成三层。第一层冰晶层，第二层过冷水滴层，第三层水滴层。第一层冰晶靠周围水汽凝华长大，当冰晶长大定大小，便落入第二层。在第二层因为冰晶和过冷水滴共存，即产生冰水转化过程，长到一定的大小又落入第三层。在第三层冰晶融化成较大的水滴，同时发生重力碰并增大，最后落到地面形成降水。
能产生有价值降水的理想情况是：第一层的冰晶进入到过冷水较多的第二层，再进入含水量较大的第三层。同时还具有一定的上升气流，因为上升气流能减小云滴的下降速度，使其路经各层云所需的时间增长，从而又利用在各层云中的增大作用，最后能以较大的水滴降到地面。
总的说来，层状冷云的自然降水能降落到地面，必须是云层厚、云底低，在云的中上部有一定数量的冰晶，以进行冰水转化。如果是暖云，则有一定数量的大水滴，云中有上升气流和充足的水汽，在一定的条件下就能形成降水。
（第三节）人工降水
一、人工降水的原理及方法
实际上人工降水的道理就是根据自然降水形成的原理，在云内对某些微观物理过程作些改变，间接影响云的宏观状态，这就是通常所说的播云催化技术。这种技术就是在云体内部加入一些关键性的物质，改变云滴的大小分布，或增加冰晶浓度，以达到改变或加速降水粒子的生长过程，促使云层下雨。
根据我国多年观测积累的资料来看，我国北方地区常常出现春旱，虽然也常出现冷暖空气交界面所形成的层状冷云，但往往很少下雨。这时庄稼又特别需要雨水，如能将这些不下雨的层云变成雨水降到地面，对庄稼的生长该有多好啊！层状冷云没有产生有经济意义的降水或降水不大的主要原因，经研究认为是云中缺乏冰核而不能产生降水。对我国南方的暖云来说，不能产生降水的主要原因是云内缺少大水滴。由于以上的原因，我们就在云中撒播一些催化剂，如干冰、食盐粉使云中产生冰晶或促使云滴增大，从而形成降水。
根据目前国内外成功经验，在冷云中播撒干冰和碘化银，在暖云中播撒盐粉和大水滴等，可以促成降水。
目前国内外有效地进行人工降水有以下一些方法：1．干冰催化干冰有一种特殊的性质，极易升华（干冰的温度在-78.5℃时，直接由固体变成气体）。它升华时能使周围的空气很快地降温，可降到-40℃以下。人工催化就是利用它的这个性质。我们将干冰从飞机上直接撒入冷云中，使云的局部地方突然冷却，周围就形成高度的过饱和区和过冷却区，使很多水汽凝华，并在温度降低到-40℃以下的地区出现许多微小的冰晶。据统计，1克干冰可以产生1千兆个冰晶 （1兆＝1亿亿）如果它们分布均匀，使得每升空气内包含一千个冰晶，这样就造成了冰与水共存的情况，于是冷云降水的条件就形成了。经过冰水转化和碰并增大，空气中有一定的相对湿度，就能产生有经济价值的降水。根据近百次播撒干冰的实验所取得的资料分析得知：如云顶温度在－7℃到－15℃之间，则播撒干冰后产生降水或雪的机会达100％；如云顶温度低于－15℃，则一般不撒干冰，降水的可能性也相当大；至于云顶温度在－7℃以上时撒干冰后降水的可能性极少；当云顶温度为0℃时，撒了干冰也不会降水。一般在撒播干冰后10分钟到15分钟降水可到达地面。目前干冰的撒播量为每公里0.01千克到10千克。撒播的数量应根据云中的温度、厚度、气流强弱、含水量、过冷水等因素决定。
2．碘化银催化
碘化银有一种特性，当温度介于135℃和146℃之间时，形成以六角形为主的晶体。当碘化银燃烧达数百度的温度时，燃烧的烟屑主要呈六角形。而六角形结晶与冰晶的结构非常相似，我们利用这种特性将碘化银燃烧后撒入云中进行“欺骗结晶”，也就是说碘化银起到了一个“假冰晶”的作用。使过冷却水滴可以附着在碘化银的微小晶粒上。撒播碘化银时，要求云中的温度要低于－4℃，根据冰水转化的道理，撒播后如果云内每升有一个冰晶就能发生冰水转化，产生降水。如果撒播后产生的冰晶太多了，就会出现完全冰晶化，这样就达不到预期的结果。燃烧一克碘化银可以形成1万亿到1千兆个粒子，每个粒子的半径在0.1到1微米范围内。用飞机播撒一般是每公里燃烧0.01到0.1克碘化银即可。
3. 盐粉催化
早期在我国南方对暖积云的催化作业大都采用飞机从云顶部投放大颗粒（尺度大于100 m）和大剂量（几十千克／公里）盐粉，效果很显著。从云底播撒大颗粒可以缩短质点增长的时间，也不像云下播小颗粒那样对颗粒大小与云条件有严格配合的要求。但是这样播撒消耗食盐的量大，效率低，要求飞机有较大的载量。用氯化钠、氯化钙和其他某些带碱性的物质尽管确有比较强的吸湿性能，但在飞机作业中因这些物质具有腐蚀性，对设备、飞机，乃至作物都能造成损害。我国空军已明令禁止用飞机播撒盐粉。
二、适合人工降水的天气条件和云场
人工降水催化的对象是云，而云与天气条件有密切的关系，在不同的天气条件下，云的情况也是不相同的。对一个处于消散状态的云进行催化，是不能达到预期的目的的。因此在人工降水工作中，选择能够降水的天气条件，有适合人工降水的云场，是达到预期目的的重要环节。可以肯定，飘浮的碎云块和厚度还不到一公里的云是不适合人工降水的。那么什么样的云场适合人工降水呢？
人工降雨试验研究发现，在冬季降雪系统中，对流层中的低层层积云是丰水云区，当云顶温度高于-20℃，且没有高层降雪带作用时，其中常含有较多的过冷水，通常在降雪系统的早期阶段存在上述条件，人工引晶高度宜在丰水云区的顶层。春夏季丰水云区常在暖云（高于0℃）出现，有时其厚度可达2500米，但云中垂直气流弱，通过暖云催化方式（播撒吸湿性物质），人造雨胚的增长路径甚短，不易充分长大，且雨滴破碎繁生过程不易发生，从而影响人工催化效果。显然在这段期间进行暖云催化的条件较差。根据对陕西、吉林地区的某些个例分析，在中、高空的自然催化云带中常存在有过冷水滴，因此对这类云带进行引晶催化，增加其中降水质粒子数目或改变其质粒谱特征，从而加强其对下层暖性云层的云水向降水转化，可能是一种更有效的催化方式。
综合对各地降水过程的观测分析结果，可以认为，在一定天气形势下，受地形影响增强供水云的地区有更好的人工增加降水的条件。
内蒙古发现低槽和切变系统增雨效果好，其中低槽增雨应在系统前部300千米范围内作业。西南来的低涡最大雨量中心在移动方向右前侧，故催化在低涡的东南象限最有利。切变产生的降水与切变线的位置基本上相对应，可沿切变线两侧的雨区范围内作业，视所需影响的区域可侧重在相应一侧，作业持续时间视切变线维持时间而定。
新疆根据冬季云的微结构特征和雪晶分析，认为催化部位应选择在-10—-15℃的过冷却水滴层的上部，以促进形成星状雪晶，提高降水效率。由于空气湿度、过饱和度和湿层厚度在降水前期均比降水后期大，作业时机应放在降水前期。
我国北方的降水微物理过程表现为上层催化云与分离的下层供水云之间的相互作用。催化云常为对流层中、高层的高空云带（与冷涌对应的位势不稳定区中的对流泡区或带）。供水云常为锋下层积云或锋面上稳定抬升的高层云下部云水区。当层状云中嵌有对流体并且具有一定伸展厚度时，则不在其单一云体内完成云水向雨水的转化过程。主要增长在于低层的冷云或暖云中，在供水云中的增长量常大于70％。华北地区锋面云系的个例研究发现，下滑冷锋的降水多发生在锋前，冷锋云带前部自然引晶催化作用强烈，过冷水已基本耗尽。而在冷锋云带后部，缺少自然引晶催化作用的雪粒，存在一大范围连续过冷水区，云水转化为雨水不充分，地面降水较小，为较好的人工催化部位，这说明在冷锋云带后部靠近地面锋线附近进行催化作业是可行的。
美国塞拉合作试验计划（SCPP）对塞拉山上空冬季风暴中的过冷水特征和演变，用双频道微波辐射计、山顶积冰探测器，配合其他探测项目进行了综合考察，以弥补飞机探测受高度下限的限制，结果发现风暴内许多地方具有过冷水，尤其是地形以上1千米范围内。按盛行气流和风暴轨迹，可以把影响当地的风暴分成两类，它们分别与纬向气流和经向气流一致，称为纬向风暴和经向风暴。前者在锋后具有持续的较高含量的过冷水，能维持很长时间，最有利于播云催化，而后者过冷水出现在停滞阶段的锋前区，主要伴随地形云，由于时效达2—10小时，可事先通过探测进行预报，以提供过冷水区的位置、尺度和维持时间的信息。它们主要决定于天气系统的结构、强度演变和风暴轨迹，过冷水区相当一部分位于飞机不能安全到达的地形以上1千米内，最常出现的温度是-8—-10℃，可以满足持续进行人工催化的要求。
在我国南方，浓积云与积雨云是主要的人工降雨对象，它们一般与低槽冷锋、西南低涡、台风槽、南支槽、东风波及切变线等天气系统相联系。而春季与华南准静止锋相联系的层状云也可作为人工影响天气对象（表2-1）。
表2-1湖南不同云层催化降雨机率统计表
无寸小雨中雨大雨暴雨
％％％％％
降水机率％占总作业次数百分比
浓积云348242162412137621
积雨云102151535343130212110063
雨层云111193277641007
续表
无寸小雨中雨大雨暴雨
