Ali Pourahmad 的发明 | 类别：世界新发明 | 相关：科学发现与技术发明
利用非人工增雨方法将云转化为水，解决世界低降雨地区缺水问题——新型非人工增雨方法
◉ 发明：利用非人工降雨方法将云转化为水
◉ 发明人及专利所有人：阿里·普拉赫迈德
◉ 类别：世界各地发明家的新发明
◉ 引言和目标:
在本文中，我将简要介绍一种利用空气中悬浮的细小水颗粒吸取系统将云转化为饮用水的新方法的发明。
云的降雨特性受多种因素影响。从云的分类到影响降水的环境因素，所有这些都会导致云团产生降雨或不产生降雨（不降水）的特性。云分为三个主要层：最高层、中间层和最低层，每层都分布着特定的云。云的高度在这三个层中变化很大，因为不同类型云的分布位置与其高度直接相关。除了高度这一影响云降水的重要因素外，云形成位置的温度、湿度和大气稳定性等其他因素也会影响该位置的水汽凝结和降水。此外，云团的降雨特性与其类型有关，这意味着特定类型云团中悬浮水粒子的体积密度相对于其高度，可以被视为影响凝结和降水可能性的补充因素。
◉ 发明：利用非人工降雨方法将云转化为水
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
云团的高度取决于多种因素。这些因素包括：温度下降速率以及气团上升过程中冷却至露点的高度；干气团或湿气团达到饱和凝结点所需的水汽量；环境抬升作用导致的气团强制上升和辐合机制；对流不稳定性和地表加热；抬升凝结的高度以及气团上升过程中达到饱和极限的高度；自由对流高度（LFC）、平衡高度（EL）以及微物理尺度上云凝结核的类型（液滴的数量和大小）；最后，还有大尺度上的深对流，例如热带地区云团的高层结构和极地地区云团的低层结构。由此可见，云团的高度可以从离地零度（雾的形成）到几公里不等。此外，云团顶部的高度可以从几公里到深对流中的 20 多公里不等，根据高度的不同，云可能具有凝结和降水的潜力，也可能不具有凝结和降水的潜力。
尽管地球年平均降雨量估计接近一米，但由于纬度、风型、磁轨道变化和偏移以及其他环境因素的差异，地球各地的降雨量并不均衡。降雨量高的地区具有以下特征：靠近海洋和湖泊，这些区域拥有持续的水汽来源；靠近赤道的地区纬度较低且气候温暖，有利于水分蒸发；沿海山脉等地形有利于暖气团的上升；以及来自海洋副热带高压区、吹向陆地热带低压区的规律性湿润风（信风）。相比之下，降雨量少或无降雨的地区不具备上述地理、地形和海洋运动特征，甚至由于山脉雨影效应和高压天气系统等因素，完全没有降水特征。
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然而，在世界大部分干旱地区以及某些季节，我们会看到大量低层云，这些云不产生降雨，包括层积云、层云、雾（地面云）和人积云。低层云团从地表附近延伸到大约2公里高空。虽然所有云都由非常小的悬浮水滴组成，但在世界某些地区的特定环境下，低层云团的密度不足以使轻小的水滴聚集在悬浮颗粒周围，从而增加重量并落到地面。在这种情况下，天空会被完全覆盖数周（轻小的悬浮水滴），但由于这些云不产生一滴雨水，它们会随着风或气团的移动而离开该区域。这正是我最初想法的雏形，即"阻止云的逃逸"！
为了防止"云团逃逸"，我测试了多种方法并反复进行了精确的计算机测试，最终在工程模拟器测试中，利用不同高度的"云团水粒子吸取系统"取得了最佳结果。该系统在两个高度层级上实现了最高的100%效率：一个是山脚零海拔处，这是云团聚集和形成的中心；另一个是距离地面2公里以下的山脚，这是低云的分布区域。世界上大多数干旱少雨地区都有山脉，因此这些山脉是捕获和"捕云"的绝佳场所。因为在高海拔地区，气压和温度都会降低，所以当温暖轻盈的空气（暖水蒸气）上升到那里时，会迅速凝结成微小的水粒子（云和白雾）。在本文的技术描述部分，我详细介绍了如何在零海拔和2公里高度捕获和捕云。
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◉ 本发明技术说明:
在"零基准面"和"2公里基准面"两种方法中，我都使用了"新型水汽抽吸系统"来捕捉云层。但由于"零基准面"方法的运行和实施成本较低，我将首先详细介绍该方法。"零基准面"方法的原理是，当高空云团与山脉碰撞时，我们实际上是从这些不产生降雨的大片云团中产生大量水汽。在山脉上空形成的云包括层云和荚状云。有些云是在空气遇到山脉或其他高海拔地区时形成的。在这种情况下，温暖潮湿的空气上升并冷却，冷却后的空气无法再像温暖时那样容纳所有水汽，因此多余的水汽开始凝结成细小轻盈的水滴，并在山脉中部形成云团。然而，这些巨大而广泛的气团并不总是带来降雨，在干旱和半干旱气候中，随着气团的移动，它们会在几个小时到几天的时间里消失，而不会带来任何降水，具体时间取决于气候变化。
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有时，山区会因空气上升而形成云。这是因为山体温度高于周围空气，导致空气上升，正如前文所述，云的形成过程发生在高海拔地区。在这种状态下形成的云的类型包括积雨云、乳状云和积云。然而，尽管山区或山附近会形成云团，但正如我之前提到的，这些云团并非总是带来降雨，通常会因为以下三个主要原因而消失：温度升高、与干燥空气混合以及云团内部空气下沉。例如，在我居住的地方，位于伊朗南部海拔2347米的吉诺山附近，在热带城市阿巴斯港以北，吉诺山山脊1000米及以上的高空总是会形成巨大的云团，但大多数情况下，该地区不会降水，而且过一段时间后，这些云团就会消失。
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"吉诺山"云团密度降低和消失的原因是来自南部地区的额外热量和水汽。随着空气下沉，它发生绝热升温，导致云团蒸发和消融。通常，当云团上空的动力吸收机制被激活和增强时，就会发生消融。动力吸收机制包括：低层冷空气平流（CAA）和负涡度平流（NVA，或地表辐散和下沉气流）。需要注意的是，绝热过程是指气团在上升或下降过程中与其周围环境之间没有质量、水分或动量交换的过程。然而，正如我在学习中所了解到的，绝热理论并非固定不变的气候定律或原则，它并非总是准确无误，因为如果更干燥、更潮湿、更温暖或更寒冷的空气与气团混合，新气团的热力学性质就会发生变化。
另一方面，近地面和山坡的空气运动会受到摩擦的影响，导致空气混合和湍流，而这些湍流过程会逐渐削弱绝热过程。因此，近地面的气团更容易与周围环境混合，这些地表热通量以及随后的地表蒸发都会影响绝热过程。简单来说，当气团暴露于地表时，更容易吸收或失去水分和热量，因此，水汽凝结系数的持久性降低，云在这些区域消散得更快。需要注意的是，即使云逐渐消散，云中极小的水滴（云分子）也不会消失。事实上，这些微小的水滴会与环境因素结合，转化为水蒸气，并随着大气环流的水平或垂直运动而改变位置，在其他地方或更高海拔再次形成新的可见云团。
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
在世界各地，尤其是在中东地区，例如伊朗南部，多年来，由于全球气候和天气变化，以及大片云团不产生降雨的自然问题，国家发展计划和省级水资源分配模式在淡水供应方面面临着严峻挑战。为此，为了解决云团不降水的问题，我发明了一种直接抽取云团中细小水颗粒（悬浮水分子）和轻质暖水蒸气的系统。正如我前面提到的，第一种也是成本最低的方法是采用"零基准面"抽取系统，在中高海拔山区收集细小悬浮水颗粒和水蒸气。这种方法需要在山顶附近或山腰等雾云最常形成的高海拔地区设置带有冷凝水储存池（从雾和云团中提取水）的站点。
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如本文末尾视频所示，该站由以下部分组成：一个大型冷凝水储存池、启动电站所需的动力装置、一台大功率吸气式涡轮机、一根用于吸入细小水滴的短管、一台用于加热细小水滴的加热器、一台用于将水滴吸入池中的水泵，以及一台用于向居民区供水的增压泵。在第一种方法"零基准面"中，所有冷凝水设备都位于地面。在这种方法中，电站的选址取决于山腰或山顶雾云的高度和密度。山越高，由于撞击山体后上升的机制，云的形成就越大。这是因为热水蒸气被向上拉动并置于较低温度下，密度增大，开始形成悬浮的液态水滴和云团。这种自然现象几乎发生在不同地区的所有山脉中，我们所要做的就是从雾和云中收集微小的水滴，这些水滴由于密度不足，无法形成降雨和较大的水滴。
◉ 发明：利用非人工降雨方法将云转化为水
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
当雾云进入站点设备部署区域后，强力吸气喉涡轮机启动，开始抽取水蒸气。水蒸气是由悬浮在空气中的细小、轻质的暖水颗粒组成，被吸入涡轮机的吸气管。水蒸气进入网状过滤器后，这些微小的水滴相互聚合，形成较大的冷凝水滴。与此同时，水泵开始将管道过滤器中的水滴抽入蓄水池。大小水滴相互粘连，密度增大，在压力泵的二次抽吸作用下，形成细流，经由泵管喉部流入蓄水池或储水箱。从雾云中提取的水与雨水具有相同的性质和浓度，不同之处在于，这种方法的水滴储存强度和速率比快速、大范围的降雨更为缓慢。然而，由于这种方法可以将山上几乎所有的云水汽转化为完全的水凝结，因此提取的水量可能比间歇性降雨要大得多。
第二种方法是"2公里基准面"，其中站点的大部分重型和主要设备都位于地面，而用于收集细水颗粒的轻型设备则由几个大型氦气球悬挂在云层中。在这种方法中，设备部分包括一个大型冷凝水储存池、为站点供电的变电站、用于空气吸入的强力喇叭口式涡轮机、用于将水滴吸入池中的水泵以及用于向居民区供水的压力泵。空中设备部分还包括：一根用于吸取细水颗粒的长软管、一个用于加热细水颗粒的加热器以及两个充满氦气的大型气球，用于将空中设备运送到云层所在的低空。根据云层的高度，也可以使用三个气球。在这种方法中，站点最重要的部分是空中设备部分，它必须位于云层密度最高的区域，以吸入最多的悬浮水颗粒，然后，水通过连接到悬浮在空中的气球的吸水软管，排入位于地面的泵，然后排入站点水池。
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
吸气软管采用超轻碳纤维塑料制成，以最大限度地减轻气球的重量，使其能够上升到2000米的最高高度。虽然在高空，大多数云层位于地面以上1000米甚至500米以下，但考虑到不同地区云层形成高度的差异，我设计的这套系统可以通过增减气球数量来控制上升高度和气球位置，从而根据云层高度进行调整。在吸气软管与气球连接的末端，设计了一个漏斗状的入口，用于吸入云层中的细小水滴。该漏斗配备了4个加热器，用于加热细小的水滴，使其在漏斗入口处快速聚集，形成更大更重的水滴。这些水滴附着在位于吸气软管内壁的超薄轻质交叉金属丝网上，然后被地面站涡轮机的吸力向下牵引，形成细小的水流。
正如本文末尾视频所示，由于漏斗口处的吸力作用，大量云团以扭曲交织的方式被吸入连接气球的软管中。在漏斗口（加热器所在位置）形成的涡流使得水蒸气粒子更加紧密密集地相互碰撞，并在漏斗口较高温度下迅速凝结成较大的水滴。随后，涡轮机的吸力将极小的水滴向下牵引，当它们撞击到吸水软管内壁时，会附着在交叉的金属丝网上，并由于其流动性而粘附在金属丝网上形成更大的水滴。这些较大的水滴由于自身重量、重力以及涡轮机的吸力作用，会在金属丝网上翻滚，最终被吸入软管末端（即排水泵进入池塘的位置）。在软管末端，这些巨大的水滴汇聚成大量细小的水流，流入水池或蓄水池。我还设计并在水池两侧安装了两根出水管，将从云层中提取的水输送到居民区。
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
在本文结尾，我想指出，目前传统的云层人工增雨方法由于各种原因效率低下，甚至会适得其反，导致云层无法形成降雨。人工增雨是指通过向云层中添加碘化银或干冰颗粒来促进降雨的过程。然而，如果云层本身具有足够的密度来自然降雨，添加过量的碘化银颗粒会导致云层中出现大量冰晶和极冷的液滴，这些水汽不会转化为雨滴或雪滴，而是分裂成大量重量极轻的悬浮凝结核，这些凝结核重量不足以形成雨滴或雪滴。在大多数情况下，在多云地区进行的人工增雨会导致降雨减少甚至完全消失，这被认为是造成"云层消毒"的重要因素之一。
云播撒法的效果高度依赖于各地区具体的气候湿度和地理结构，这使得该方法在伊朗等国家完全无效。伊朗90%的省份湿度不足以有效吸收和结合化学物质，因此在伊朗成功实施云播撒法的可能性不足10%。但另一方面，伊朗超过90%的地区具备应用"水粒子吸入系统"的潜力，因为这些地区拥有充足且必要的天然云凝结核（CCN）。这些凝结核是微小的悬浮颗粒，水蒸气可以附着在其上并凝结成水。这些颗粒包括灰尘、悬浮海盐或伊朗大部分地区丰富的各种天然污染物。我们只需要利用我发明的"水粒子吸取系统"来收集和储存它们，这样就可以永久解决世界各大洲降雨量少的地区因缺乏降雨而持续干旱的问题。
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
与其他发明一样，这项发明也具有进一步发展和优化的潜力。利用"水颗粒吸取系统"可以极大地帮助解决世界各地少雨或无雨地区面临的缺水或储水量不足的问题。
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◉ 利用非人工降雨方法将云转化为水，解决世界低降雨地区缺水问题的视频 / 类别：发明，作者：阿里·普拉赫迈德
◉ 本视频动画创作者：Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家：Ali Pourahmad
◉ 叙述者：阿里·普拉哈迈德
◉ 语言：英语
◉ 字幕：无
关于本文的发明者和作者:👇
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◉ 阿里·普拉哈迈德的科学发明
◉ 阿里·普拉哈迈德的科幻电影
◉ 阿里·普拉哈迈德奖
◉ 阿里·普拉哈马德的画作
◉ Ali Pourahmad 器乐
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