测技术中，云水分布也可通过数值模拟定量预 测，其中建立数值模型、描述云水和大气运动的数学方程主要有涡度方程、水汽控制方程和 包含水汽的欧拉方程组：
[0104] 涡度方程
[0105]
[0107] n:相对涡度。涡度是用以描述流体旋转情况的流体力学概念，向量。大气中，涡 度是一个空气微团的旋度。为了方便辨识，设有正负涡度。在北半球中，逆时针为正涡度， 顺时针相反，气旋为正涡度。由于地球是旋转的，所以一般情况下采用相对涡度（即不考虑 地转产生的涡度）；
[0108] X，z :水平和垂直方向；
[0109] g:重力加速度；
[0110] P:空气密度；
[0111] y:空气粘度；
[0112] P:大气压力；
[0113] T:大气温度；
[0114] 水汽控制方程：
[0115] n= (Pdh-Pdht) / ^d
[0116] 其中y(1表不单位气柱中干空气的质量，Pdh和Pdht分别为干空气中的气压及模式 顶气压。
[0117] 包含水汽的欧拉方程组为：
[0118]
[0127] 湿空气状态方程：p=p。(Rd 0ad)y
[0128] 其中，a,为干空气密度的倒数；RdS干空气比气体常数；p。为参考气压；等号右边 各项FpF^F^Fe表示模式物理过程、遄流混合、球面投影和地球旋转引起的强迫项；a为任 意常数；T=Cp/Cv= 1. 4 ;a为所有水成物密度的倒数：
[0129] a=ad(l+qv+qc+qr+qi+.") 1
[0130] qx分别为水汽、水滴、雨水、云冰等的比含水量。在本发明的云水消减及增雨规模 预测技术中，云中的小冰晶、云滴、小水滴是降水的物质基础，转移走这些云水，也就消除了 降水。当云中宏微观物理结构适宜时，在动力和热力的作用下，就产生了降水。本技术中， 优选以半径100ym为界区分云滴和雨滴，以半径150ym为界区分冰晶和雪晶。
[0131] 在本发明的云水消减及增雨技术中，云水人工迀移作用的大小主要体现在迀移的 云水数量。迀移的云水量可以通过下式计算：
[0132]Nw= 3infwvwr2t
[0133] 式中，凡:输水量，kg;
[0134]fw:云中含水量，g/m3;
[0135]vw:云水移动速度，m/s;
[0136]r:管道半径，m;
[0137] n:管道数；
[0138]t:输送时间，小时。
[0139] 以本发明的云水消减及增雨系统优选推荐采用的内径2m，云水移动速度17m/s、 含水量较充足为5. 5g/m3条件下，单支浮空管道每小时可迀移云水4228kg，折算水量每秒 1. 17立方米；这些迀徙的水量与我国南水北调水量和速度相比较，南水北调东线从2013年 11月15日开始第一次正式通水，至12月10日通水结束，历时25天，共调3400万立方米 的水，水流量每秒15. 75立方米；由此计算，16支浮空管道迀移的云水就已经相当于东线水 量，而费用不到千分之一，效率提高百倍，水质上更是有质的提高。特别是对于消减降雨而 言，一旦云水迀移使得云中云滴饱和度降低到临界饱和度之后，降水就将停止。未达到临界 饱和度时，由于云滴、凝聚核的减少，也降低了云滴下降中因碰并等作用产生的雨水，根据 云底高度不同，消减雨水量将是运移出云水量的10-30倍。
[0140] 使用本发明的云水消减及增雨技术，以增雨为例，通过浮空管道输送云水到达增 雨区上空后，随着输入水分的大量增加，云滴将迅速增长，短时间内会出现一定数量的大云 滴。大云滴与增雨区上空的小云滴经过相互碰并、凝结核增长，变成较大水滴，当云滴增长 较大，数量又增多后，克服上升气流的影响落出云外就产生了降雨。对于云水人工输送来的 温度在o°c以上、以小水滴为主的暖性云水，可以进一步喷射盐粉，促进云滴吸湿增长，促进 降水。
[0141] 在冬季近地面温度在o°c以下，空中温度更低的情况下，为了增加降水，在出口 端选择适当时机和合理速度喷射干冰、液氮、碘化银等，促使云中冰晶数量增加，使云中过 冷云滴凝华，并继续长大，可增加层状冷云降水。干冰是固态二氧化碳，白色、无味，比重 1. 3-1. 6g/cm3,压力一个大气压时的气化温度为-78. 9°C，每千克干冰升华为气体时吸收 的热量为573. 5kJ，以液态贮存在钢瓶中，成粉状干冰粒子施放。液氮密度805kg/m3,沸 点-195. 8°C，气化潜热99600kJ/kg，与干冰同为"绿色催化剂"，不会污染环境，是首选催化 剂。
[0142] 在本发明中，降水量与消减、输送的云水量成正相关关系。内径2m的浮空管道，单 支浮空管道每小时迀移云水4228kg，加上空中碰并、凝结增长，可以形成降水42-100t。百 支云水管道每小时就将增加降水1万吨，效果显著。
[0143] 在本发明中，综合考虑风向等气象条件、炜度、地形、交通等地理条件，研究、确定 需要消减降水的区域（城区、市镇、农田等）和增雨区（湖泊、水库、河流、旱区等）位置，规 划作业路线、交通条件与运输方式。对于需要消减降雨的区域，例如包括需要防止内涝、雨 灾的大中城市的城区，对交通、经济关系重大的码头、铁路枢纽、物流集散地，经济作物种植 基地、家畜养殖基地，军事基地，大宗作物产地等等，使用本发明的技术不仅仅能够消减降 雨、降低持续降雨强度，而且能够消减冰雹灾害。对于需要增加降雨的区域，例如包括中短 距离（100km以内）的水库、湖泊、大型河流、农村植树造林区、退耕还林区、退耕还草区、湿 地和滨海，中长距离的干旱地区，使用本发明的技术会有非常明显的效果。
[0144] 根据中国干湿分布状况，长距离的云迀移，对于平衡中国南北降水，减轻南方洪 溃、雨溃灾害影响，同时给干旱少雨的北方带去宝贵的雨水，去沙漠化甚至绿化西北，使用 本发明的技术的意义重大。具体地，中短距离迀移雨水，使用本发明的技术易于实现且意义 也很大，并且可以降低人口密集区"内涝"，分散降水量，降低城镇区域降水强度和由之带来 的破坏程度。
[0145] 在本发明的云水消减及增雨系统中，所需云水迀移作业规模及所需设备数量，根 据云水迀移速度、迀移距离要求等，计算和准备作业所需浮空管道、浮空平台等数量。例如， 一体化浮空管道在云水迀移方面，特别对于大中城市消减降水，一般每次在100万吨规模， 折算到云水质点，为3. 3-10万吨，按照作业2昼夜时间计，需要并联内径2m的浮空管道164 支-493支。对于悬浮一体化浮空管道的浮空平台计算而言，在本发明中，优选每支浮空管 道及附件（重量2260kg)和工业抽风机（重量170kg)合计重量2430kg，1-2艘浮空器即可 负担。此外，浮空平台由浮空器升级改造而成，位于对流层之内平流层之下，一般设置距离 地面1000-2500m，以系留索固定于地面固定式系留粧，部分固定于可移动系留台。单艘浮空 平台载荷大于l〇〇〇kg，根据云水迀移规模和输送距离长短，多艘联合使用。
[0146] 本发明中所使用的一体化浮空管道一般采用高强度、耐磨、耐撕扯、新型共挤膜材 料建造，在使用时浮空管道从平时的压缩_折叠状态在空中展开，悬挂在浮空平台之下。浮 空管道优选单管内径>2m，长度>0. 5km，横向及纵向联合使用（如图2所示）。管道间直接 连接，位于增雨区的管道出口端安装有干冰等催化剂喷射器。在具体云水移动实施作业时， 在确定云水人工运移规模、距离、效果后，准备好作业所需浮空平台、浮空管道等设备并运 送到作业线路之后，按照确定系留台、浮空平台充气、升空、悬停、牵引浮空管道升空、展开、 定位、连接的顺序实施云水迀移。尽可能利用自然压差，形成云水从消减区向增雨区的定 向、自然流动，在流速、流量达不到要求的情况下，启动抽风机，人工增强流速、流量。根据研 究，随着高度增加，气压非均衡下降，形成管道两端气压差。在自然压差和人工驱动力的作 用下，积雨云、雨层云内的饱和水汽、云滴、冰晶就会发生定向流动。在具体实施时，例如云 内含水量5-lOg/cm3,自然压差0. 5-lMPa。为减弱云逸散且受动力、体积限制，云水迀移速 度设计为17m/s左右。
[0147] 尤其需要说明的是，使用本发明，转移的云水可以向附近湖泊、水库、河流迀移。由 于出口端配备喷射干冰、液氮等降水催化物质，迀移过来的云水将转变为降水，不会从空气 中返回消水区。对于干旱缺水地区，可以利用云水迀移系统直接从附近山谷、森林、湖泊等 水汽丰富地区之上的云中抽取云水，迀移到干旱地区，催化降水，缓解旱情。相对于现有以 高射炮、火箭弹、飞机播撒等方式，提高了催化剂应用效率，从"漫天播撒"转变到出口端喷 射的"精准发力"，从"等云下雨"、"靠天施舍"转变到"主动出击"、"找云牵云"，增加了降雨 几率，提高了增雨效果。
[0148] 在本发明中，浮空管道将引导、限制云水迀移方向和范围。由于临时架设于中低 空，范围和规模较小，不会对飞机航路产生影响，同时随用随建、作业完成后就回收、撤除， 相比于地面的运河、沟渠，成本和费用大为节省。浮空管道由高强度耐磨耐撕扯材料（PO/PE 共挤膜、聚氨酯弹性体等，坚韧、耐磨、耐撕扯、防云水散失、平滑、安全环保无毒、价格低廉） 建造，可拉伸、压缩，平时贮存于集装箱中，应用时运输到云水迀移路径上，在空中展开。管 道质轻体薄，由浮空平台牵引、悬挂在空中，成为云水迀移临时通道。
[0149] 浮空平台由浮空器改造而成，内充氦气，安全可靠。通过系留索固定在系留台上 方，最长可停留15个昼夜（一般云水迀移作业时间不超过10天），抗10级强风，完全满足 作业要求。而且，通过应用专有技术，充填的氦气用量只有同体积其它浮空器的三分之一到 二分之一，降低了运行成本，增加了有效载荷。
[0150] 专利效果
[0151]云水消减及增雨技术发展的关键在于提高云水资源的利用效率，降低降水带来的 灾害。利用效率提高的核心在于缺水地区补充降水、雨涝地区减少降水。研究表明，我国大 陆上空平均水汽输入总量约为18. 2万亿立方米，输出总量约为15. 8万亿立方米，每年净输 入量约为2. 4万亿立方米，占输入总量的13. 2%。在现有技术条件下，我国人工增雨潜力每 年