[论文解读] Snowfall induced by corona discharge

Jingjing Ju, Tie-Jun Wang+13 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2016

Lightning and Electromagnetic Phenomena参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究首次证明，电晕放电可在云室中诱导降雪，其中离子风的作用比离子作为云 condensation nuclei（CCN）更为关键。在25分钟内施加30 kV放电，使降雪量增加了2.25克，其墙插效率比相同条件下飞秒激光烧蚀的效率高出四个数量级。

ABSTRACT

We demonstrated for the first time the condensation and precipitation (or snowfall) induced by a corona discharge inside a cloud chamber. Ionic wind was found to have played a more significant role than ions as extra Cloud Condensation Nuclei (CCN). 2.25 g of net snow enhancement was measured after applying a 30 kV corona discharge for 25 min. In comparison with another newly emerging femtosecond laser filamentation method, the snow precipitation induced by the corona discharge has about 4 orders of magnitude higher wall-plug efficiency under similar conditions.

研究动机与目标

• 研究电晕放电是否能在受控的大气条件下触发凝结和降水。
• 确定离子风与离子作为云凝结核（CCN）在促进降雪形成中的相对作用。
• 比较电晕放电与新兴激光基降水技术的能量效率。
• 量化在受控电晕放电作用下的净降雪增强量。
• 探索电晕放电作为可扩展、低能耗天气修改方法的潜力。

提出的方法

• 在温控云室中进行实验，以模拟大气条件。
• 使用针尖状电极施加30 kV电晕放电，以产生离子和离子风。
• 通过高速成像和质量测量系统监测凝结和降水过程。
• 通过比较放电前后积雪量的变化，测量净雪质量增强量。
• 通过将增强雪的质量除以电能输入，计算墙插效率。
• 将结果与相同环境条件下飞秒激光烧蚀的结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 电晕放电是否能在实验室云室中诱导出可测量的降雪？
• RQ2 与仅靠离子相比，离子风在促进降雪形成作为CCN方面是否更有效？
• RQ3 电晕放电诱导降雪的墙插效率与激光烧蚀相比如何？
• RQ4 放电的持续时间和电压如何影响降雪增强？
• RQ5 电晕放电能否作为激光基降水增强方法的可行替代方案？

主要发现

• 电晕放电在受控云室环境中成功诱导出可测量的降雪。
• 发现离子风在增强降雪形成方面比离子更为重要，表明气动效应在降雪形成中占主导地位，而非成核作用。
• 在30 kV电晕放电持续25分钟后，记录到净降雪增强量为2.25克。
• 在相同条件下，电晕放电诱导降雪的墙插效率约为飞秒激光烧蚀的10,000倍。
• 该方法在多次试验中表现出一致且可重复的结果，表明其具有良好的可重复性。
• 结果表明，离子风可能在人工降水过程中促进水滴聚并与冰晶形成中发挥关键作用。