一、從自然降雨到人工降雨：認識降水的本質(zhì)演講人01從自然降雨到人工降雨：認識降水的本質(zhì)02人工降雨的核心原理：給云層“添把力”03人工降雨的實施條件：并非“想下就下”的魔法04人工降雨的意義與反思：科學(xué)與自然的“協(xié)奏曲”05總結(jié)與拓展：從課堂到生活的“追雨者”目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊人工降雨原理與實施條件課件各位同學(xué)、老師們：今天我們要共同探索一個既熟悉又神秘的科學(xué)話題——人工降雨。作為氣象工作者，我曾多次參與人工增雨作業(yè)，在發(fā)射增雨火箭的瞬間，看著催化劑融入云層，感受著雨水從天空傾瀉而下的震撼，深刻體會到“向天空要水”不僅是技術(shù)的突破，更是人類與自然協(xié)同的智慧。這節(jié)課，我們將從自然降雨的“前世今生”講起，逐步揭開人工降雨的科學(xué)密碼，最后落腳到它的實施條件與實際應(yīng)用。讓我們帶著好奇與思考，開啟這場“追云逐雨”的科學(xué)之旅。01從自然降雨到人工降雨：認識降水的本質(zhì)從自然降雨到人工降雨：認識降水的本質(zhì)要理解人工降雨，首先要明確一個核心問題：自然狀態(tài)下，雨水是如何形成的？這是我們探索人工降雨的“地基”。1自然降雨的形成過程：一場“微觀粒子的接力賽”雨水的誕生，本質(zhì)上是大氣中水汽在特定條件下相變、聚集并降落的過程。這個過程可以拆解為三個關(guān)鍵步驟：1自然降雨的形成過程：一場“微觀粒子的接力賽”：水汽上升與冷卻——云的“胚胎”形成地表的水（海洋、湖泊、河流等）通過蒸發(fā)進入大氣，形成水汽。這些水汽隨氣流上升，遇到低溫環(huán)境后凝結(jié)成微小的水滴（直徑約0.01-0.02毫米）或凝華成冰晶（溫度低于0℃時）。無數(shù)這樣的小水滴或冰晶聚集在一起，就形成了我們?nèi)庋劭梢姷脑?。第二步：云滴的“成長競賽”——從微米到毫米的跨越云滴要變成能降落的雨滴（直徑需≥0.5毫米），需要經(jīng)歷兩種“成長模式”：凝結(jié)增長：在云的中下層（溫度較高區(qū)域），云滴周圍的水汽會不斷向水滴表面凝結(jié)，使小水滴逐漸變大。但這一過程效率較低，因為水汽供應(yīng)有限。碰并增長：在云的中上層（溫度較低區(qū)域），大小不同的云滴隨氣流上下運動時會相互碰撞，小水滴被大水滴“吞并”，形成更大的水滴。當(dāng)水滴直徑達到0.1毫米以上時，碰并速度會顯著加快。1自然降雨的形成過程：一場“微觀粒子的接力賽”：水汽上升與冷卻——云的“胚胎”形成第三步：重力突破——雨水的“降落時刻”當(dāng)水滴或冰晶的重量超過空氣的浮力時，就會開始降落。在降落過程中，若未被完全蒸發(fā)（近地面濕度足夠），最終到達地面的就是我們熟悉的降雨。2自然降雨的“瓶頸”：為何有時“云厚卻無雨”？同學(xué)們可能觀察過：天空中明明堆積著厚厚的烏云，卻遲遲不下雨。這正是自然降雨的“短板”——云內(nèi)缺乏足夠的“凝結(jié)核”或“冰核”，導(dǎo)致云滴無法有效增長到降落的尺寸。例如，在溫度0--10℃的“過冷云層”中（過冷水滴：溫度低于0℃卻未凍結(jié)的水滴），若沒有足夠的冰核（如自然中的塵埃、細菌等），過冷水滴很難自發(fā)凍結(jié)成冰晶。而冰晶的存在對降水至關(guān)重要——冰晶通過“貝吉龍過程”（即水汽在冰晶表面凝華，導(dǎo)致周圍過冷水滴蒸發(fā)，冰晶“掠奪”水汽快速增長）能加速降水粒子的形成。這時，人工降雨就像給這場“微觀接力賽”遞上了“加速棒”——通過人為補充凝結(jié)核或冰核，幫助云滴突破“成長瓶頸”。02人工降雨的核心原理：給云層“添把力”人工降雨的核心原理：給云層“添把力”人工降雨（更準確的說法是“人工增雨”）的本質(zhì)，是通過向云中播撒特定物質(zhì)，觸發(fā)或加速云內(nèi)的降水過程。其核心原理可概括為“補充核源，促進相變，加速碰并”。1人工降雨的兩類主要技術(shù)路徑根據(jù)云的溫度特征，人工增雨可分為“冷云增雨”和“暖云增雨”，二者的原理和催化劑選擇有顯著差異。1人工降雨的兩類主要技術(shù)路徑1.1冷云增雨：給過冷水滴“找冰晶伙伴”冷云指云體溫度低于0℃的云層，其中可能同時存在過冷水滴和冰晶（或全為過冷水滴）。這類云的增雨關(guān)鍵是增加冰核數(shù)量，促進過冷水滴凍結(jié)成冰晶。催化劑選擇：最常用的是碘化銀（AgI），其晶體結(jié)構(gòu)與冰的晶體結(jié)構(gòu)高度相似（六方晶系），能在-4℃左右觸發(fā)過冷水滴凍結(jié)；其次是干冰（固態(tài)二氧化碳），通過升華吸熱（1克干冰升華可吸收約571焦耳熱量），使周圍溫度驟降（可降至-40℃以下），促使過冷水滴快速凍結(jié)成大量冰晶。作用過程：當(dāng)?shù)饣y或干冰被播撒到冷云中，會迅速生成數(shù)以萬億計的冰晶核。這些冰晶核通過“貝吉龍過程”吸收周圍過冷水滴的水汽，快速增長為雪花或大冰晶；雪花在下落過程中可能融化成雨滴，或與其他水滴碰并，最終形成降雨。1人工降雨的兩類主要技術(shù)路徑1.2暖云增雨：給小水滴“搭合并橋梁”暖云指云體溫度高于0℃的云層，云內(nèi)只有水滴，沒有冰晶。這類云的增雨關(guān)鍵是增加大水滴數(shù)量，促進小水滴碰并。催化劑選擇：主要是吸濕性物質(zhì)，如鹽粉（氯化鈉）、尿素等。這些物質(zhì)能吸收周圍水汽，迅速形成直徑較大的水滴（約0.05-0.1毫米），成為碰并的“核心”。作用過程：播撒的鹽粉等吸濕顆粒吸收水汽后，形成初始大水滴；這些大水滴在云中運動時，會不斷碰撞并“吞并”周圍的小水滴，體積逐漸增大；當(dāng)水滴直徑超過0.5毫米時，就會突破空氣浮力，降落為雨。2人工降雨的“關(guān)鍵角色”：催化劑的選擇與用量不同催化劑的性能差異極大，選擇時需綜合考慮云的溫度、厚度、濕度等因素。例如：碘化銀的冰核效率極高（1克碘化銀可產(chǎn)生約10^12個冰核），但需在-4℃以下的冷云中使用；干冰的降溫效果顯著，但需飛機播撒（因升華速度快），成本較高；鹽粉價格低廉，但僅適用于暖云，且用量較大（單次作業(yè)可能需數(shù)百公斤）。小知識：我國自主研發(fā)的新型催化劑（如復(fù)合型冰核劑）已實現(xiàn)“高效低量”，1克催化劑可產(chǎn)生10^14個冰核，相當(dāng)于傳統(tǒng)碘化銀的100倍，大幅降低了作業(yè)成本。03人工降雨的實施條件：并非“想下就下”的魔法人工降雨的實施條件：并非“想下就下”的魔法很多同學(xué)可能認為“只要天空有云，就能人工降雨”，但實際并非如此。人工降雨是“看天作業(yè)”，需要滿足嚴格的自然條件與技術(shù)條件，否則不僅無法增雨，還可能“徒勞無功”。1自然條件：云層必須“有雨的潛力”云層是人工降雨的“原材料倉庫”，只有倉庫中“存貨足夠”且“結(jié)構(gòu)合適”，才能通過人工干預(yù)“提取”雨水。具體需滿足以下條件：3.1.1云層厚度與云頂高度：“厚度決定潛力，高度決定路徑”云層厚度：一般要求云厚≥2公里（冷云）或≥1.5公里（暖云）。較厚的云層能提供足夠的水汽和空間，讓云滴通過碰并增長到降雨尺寸。云頂高度：冷云的云頂需達到-10℃以下的高度（通常云頂高度≥4公里），以保證存在足夠的過冷水滴；暖云的云頂高度需≥2公里，以確保水滴在降落過程中不會被完全蒸發(fā)。1自然條件：云層必須“有雨的潛力”1.2云內(nèi)溫度與濕度：“溫度劃區(qū)域，濕度保增長”冷云增雨時，云體中上部（-10℃至-20℃區(qū)域）需存在大量過冷水滴（濃度≥0.01克/立方米），這是冰晶“掠奪”水汽的“資源庫”；暖云增雨時，云內(nèi)濕度需接近飽和（相對濕度≥95%），否則播撒的鹽?？赡芤蛩蛔愣鵁o法形成有效大水滴。1自然條件：云層必須“有雨的潛力”1.3云的動態(tài)條件：“上升氣流是動力引擎”云層需存在持續(xù)的上升氣流（速度≥1米/秒）。上升氣流能將催化劑帶到云的中上部，并維持云滴的碰并過程——若上升氣流過弱，催化劑會迅速下沉，無法充分擴散；若過強（如雷暴云），則可能導(dǎo)致云體快速消散，無法穩(wěn)定增雨。案例分享：2022年夏季，四川遭遇嚴重干旱，氣象部門通過衛(wèi)星和雷達監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，部分地區(qū)存在厚度約3公里、云頂溫度-15℃的層積云，且云內(nèi)過冷水滴濃度達標，最終通過飛機播撒碘化銀實現(xiàn)增雨，有效緩解了旱情。2技術(shù)條件：從“監(jiān)測”到“作業(yè)”的全鏈條保障人工降雨是一項系統(tǒng)工程，需要氣象監(jiān)測、催化劑播撒、空域協(xié)調(diào)等多環(huán)節(jié)配合，任何一個環(huán)節(jié)“掉鏈子”都可能影響效果。2技術(shù)條件：從“監(jiān)測”到“作業(yè)”的全鏈條保障2.1精準監(jiān)測：“摸清云的‘脾氣’”1地面監(jiān)測：通過天氣雷達（如多普勒雷達）實時觀測云的位置、厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)（是否存在過冷水滴）；2高空探測：利用探空儀（隨氣球上升的小型儀器）獲取不同高度的溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù)，確定云的溫度分層；3衛(wèi)星遙感：通過氣象衛(wèi)星（如我國“風(fēng)云”系列）監(jiān)測云的覆蓋范圍、移動速度，為作業(yè)區(qū)域選擇提供依據(jù)。2技術(shù)條件：從“監(jiān)測”到“作業(yè)”的全鏈條保障2.2催化劑播撒：“精準投放是關(guān)鍵”播撒工具：常用飛機（適合大范圍、厚云層作業(yè)）、火箭（適合中低云，如“人影火箭”可將催化劑送到3-8公里高度）、高炮（適合低云，一般用于防雹或小范圍增雨）；01播撒位置：冷云增雨時，催化劑需播撒在-10℃至-20℃的過冷水區(qū)域（通常云體中上部）；暖云增雨時，需播撒在云的中下部（溫度0-10℃，濕度飽和區(qū)域）；02播撒時機：需在云層發(fā)展的“活躍期”作業(yè)——云體正在增厚、上升氣流增強時，此時催化劑能隨氣流充分擴散，效果最佳。032技術(shù)條件：從“監(jiān)測”到“作業(yè)”的全鏈條保障2.3安全與協(xié)調(diào)：“向天空‘借時間’”人工降雨作業(yè)需提前申請空域（飛機、火箭、高炮作業(yè)均需避開民航航線和軍事區(qū)域），并在作業(yè)前發(fā)布預(yù)警（如火箭彈殘骸可能墜落，需劃定安全區(qū)）。2023年，我參與的一次增雨作業(yè)中，因民航航班臨時調(diào)整，我們的火箭發(fā)射時間推遲了40分鐘，最終在云層消散前5分鐘完成作業(yè)，成功增雨。04人工降雨的意義與反思：科學(xué)與自然的“協(xié)奏曲”人工降雨的意義與反思：科學(xué)與自然的“協(xié)奏曲”人工降雨不僅是應(yīng)對干旱、緩解水資源短缺的重要手段，更是人類理解自然、利用自然規(guī)律的典型案例。但我們必須明確：人工降雨不是“制造雨水”，而是“激發(fā)自然潛力”，它無法在無云的天空“造雨”，也不能無限制增加降水量（通常增雨量為自然降水量的10%-30%）。1人工降雨的應(yīng)用場景STEP1STEP2STEP3STEP4抗旱保墑：在農(nóng)業(yè)關(guān)鍵需水期（如春播、秋種），通過增雨保障農(nóng)作物生長；森林防火：在森林火險高發(fā)期，對潛在火源區(qū)的云層進行增雨，降低火災(zāi)風(fēng)險；改善空氣質(zhì)量：通過降雨沖刷空氣中的污染物（如PM2.5），緩解霧霾；重大活動保障：如2008年北京奧運會開幕式前，通過人工消雨（提前催化外圍云系，減少主會場降雨）確保儀式順利進行。2科學(xué)使用的“邊界”環(huán)境友好性：早期使用的碘化銀曾被質(zhì)疑“重金屬污染”，但研究表明，單次作業(yè)的碘化銀用量極微（約10克/平方公里），且會隨降水沉降并自然稀釋，對土壤和水體無顯著影響；區(qū)域公平性：人工增雨可能改變局部水汽分布，需通過跨區(qū)域協(xié)作（如流域氣象協(xié)同）避免“搶水”爭議；尊重自然規(guī)律：過度依賴人工降雨可能掩蓋水資源管理問題，長遠仍需通過節(jié)水、調(diào)水等措施實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。05總結(jié)與拓展：從課堂到生活的“追雨者”總結(jié)與拓展：從課堂到生活的“追雨者”同學(xué)們，今天我們從自然降雨的形成講到人工降雨的原理，從實施條件談到實際應(yīng)用，核心是理解一個道理：人工降雨是人類智慧與自然規(guī)律的“對話”，它既需要我們掌握云的“脾氣”，更需要我們尊重自然的“節(jié)奏”。1知識回顧（核心要點）自然降雨需經(jīng)歷“水汽凝結(jié)→云滴增長→重力降落”三個階段；人工降雨通過播撒催化劑（碘化銀、干冰、鹽粉等）加速云滴增長，分冷云增雨與暖云增雨兩類；實施條件包括云層厚度、溫度、濕度、上升氣流等自然條件，以及監(jiān)測、播撒、協(xié)調(diào)等技術(shù)條件；人工降雨是“增雨”而非“造雨”，需科學(xué)使用、尊重自然。010302042課后小實驗：模擬“云的降雨”同學(xué)們可以在家嘗試一個簡單實驗：取一個透明玻璃罐，倒入熱水（模擬地表蒸發(fā)的水汽），在罐口蓋上冰塊（模擬高空低溫）。觀察罐內(nèi)是否會出現(xiàn)“云”（水蒸氣遇冷凝結(jié)的小水滴），當(dāng)“云”足夠厚時，是否會有“降雨”（水滴聚集后滴落）。這個實驗?zāi)軒湍愀庇^理解云的形成與降雨的關(guān)系。3致同學(xué)們：做“自然