調節逆溫層溫度,控制大氣汙染的方法

2023-05-31 00:45:26 2

專利名稱：調節逆溫層溫度,控制大氣汙染的方法
技術領域：
本發明涉及調節大氣基本結構，治理大氣汙染環保技術領域，特指專門用於監測與預報 逆溫層危害，通過人工調節逆溫層的溫度和密度，加速大氣垂直對流運動的方法，以達到消 散逆溫層氣團，促進煙塵、汙染物、水汽凝結物擴散，控制大氣汙染的效果。
背景技術：
太陽作為一個熾熱的球形體，表面溫度約為5727攝氏度，它不斷以電磁波方式向外輻射 能量。太陽輻射的波長大致可分為四個波段短於O. l微米的波段，其能量主要來自太陽的 色球層和日冕部分，該波段主要對大氣起光致電離作用；大於0. 1微米的三個波段，其能量 主要來自太陽的光球層，其中0.1 0.2微米的輻射佔太陽總輻射能的萬分之一，有使氧分子 光致離解的作用；0.2 0.3微米的輻射佔太陽總輻射能的1.75%，有使臭氧發生光致離解的 作用；波長大於0.3微米的能量，佔太陽總輻射能量的98%，易被水汽和地面所吸收，有照 明和轉化為熱能的作用。太陽輻射中波長短於0. 1微米的部分可深入大氣到距地表約90公裡 以上，白天為約60公裡以上，能使大氣中的氮和氧等成分電離。在距地表100公裡以下，分 子氧離子很多，原子氧離子很少。但在距地表200公裡到500 1000公裡之間，原子氧離子 比分子氧離子多。太陽的熱核輻射波長0.15-4um之間，被地面吸收，又以3-120um波長向大 氣輻射，大氣中的水汽、二氧化碳吸收長波輻射的能力很強。低層大氣吸收了地面輻射後， 又以輻射的方式傳給上部氣層，地面的熱量以長波輻射方式一層一層地向上傳遞，致使大氣 自下而上增熱。大氣是由多種成分組成的混合氣體，除去水汽和雜質的空氣稱為乾燥清潔空 氣。大氣層中空氣品質的分布不均勻，隨高度的增加，空氣密度逐漸變小。在超過1000 1400km的高空，氣體非常稀薄。根據大氣在垂直方向上的溫度、組成與物理性質、太陽輻射 進入大氣後產生熱效應以及大氣圈由於太陽輻射的光致電離，在結構上整個大氣從上到下大 致分為五層散逸層、熱成層(電離層)、中間層、平流層和對流層。
散逸層的大氣極為稀薄，氣溫高，分子運動速度快，高速運動的粒子能克服地球引力的 作用而逃逸到太空中去。熱成層(電離層)從距地表60公裡到距地表500 1000公裡之間， 這一層空氣更加稀薄，氣體在宇宙射線作用下處於電離狀態，受光致電離較盛，形成了電離 層。在電離層中，中性分子的數密度較大，離子運動受中性分子運動的幹擾較大，難以受地 磁場的控制。但在太陽輻射中短於O. l微米的電磁波，從大氣頂深入到距地表約90公裡，白 天約60公裡的過程中，使大氣光致電離的同時，也被大氣吸收而不斷削弱，從而難以透入到 距地表60公裡以下的大氣中，致使60公裡以下的大氣幾乎無光致電離過程，大氣保持了中 性，形成了溫度隨高度增加而遞減的中間層。在距地表12公裡和50公裡高度之間，氣溫隨 高度而升高，形成了平流層。平流層內空氣乾燥，幾乎沒有水汽和塵埃，大氣透明度好。平 流層的空氣無垂直對流運動，主要是平流運動。自地面向上到約12公裡處，溫度隨高度而遞 減，形成了對流層。對流層是大氣圈中最接近地面的一層。對流層集中了佔大氣總質量75% 的空氣和幾乎全部的水蒸氣，是天氣變化最複雜的層次。
對流層和中間層都是下熱上冷的溫度結構，所以對流較盛，其間夾有一個下冷上熱的較 穩定的平流層，但平流層溫度向上遞增的現象不及其上下層的溫度向上遞減現象顯著，綜合 分析對流層、平流層和中間層，可知湍流混和作用是主要的。
對流層是大氣層中的最底層，由於上升氣流的不均勻性而形成許多渦旋氣團，使溫度、 溼度不斷變化，在渦旋氣團內部及其周圍的介電係數由隨機的小尺度起伏，形成了不均勻的 介質團。在對流層中除了有規則的空氣流動外，經常存在著湍流運動。 一般說來，和液體一 樣，氣體的運動可以是片流，也可以是湍流。片流的特徵是有規則性， 一層相對於另一層，以一定的速度運動，而湍流是及不規則的，在任何時刻，空間任一點出的氣流速度都是以隨 機方式，在某平均值附近脈動，並且這種脈動速度可以和平均速度向比擬。
對流層厚度約10km，是主要天氣過程發生的地帶。對流層與地面進行物質和能量交換的 部分是與大氣汙染直接相關的大氣層，其厚度一般是幾百米，有時可高達上千米，有對僅有 幾十米。影響其厚度的主要因子是陽光的強度和風力的大小。對流層大氣的熱量主要直接來 自地面的長波輻射，離地面越遠，氣溫越低，氣溫隨高度增加而遞減， 一般情況下，氣溫和 氣壓隨著海拔高度的增加而遞減，簡稱"垂直遞減率"，即距地面海拔每升高100m，氣溫降低 約0.6度。越近地面空氣溫度越高，由於熱空氣比重比冷空氣輕，下層的空氣會自然上升， 由此形成上下對流。對流層中存在著極其複雜的天氣現象，如雨、雪、霜、雹、雲、霧等， 人類活動排放的汙染物主要是在對流層聚集，大氣汙染主要是在這一層發生。
在對流層中，平均情況下溫度隨高度的升高而降低的，但在某些條件下，大氣對流層內的 氣溫不是隨高度呈遞減關係，高層氣溫反而高於低層氣溫，出現下層空氣溫度低於上層的狀 態，這種氣溫逆轉的現象就是逆溫，嚴重時形成逆溫層，有時會在不同高度上出現幾個逆溫 層。逆溫層是一種穩定狀態的雲層，空氣較為穩定，沒有湍流使各高度不同成分的氣體加強 混合，密度較小，即使在強太陽輻射作用下，也難以發生化學變化，主要發生的只是電離等 物理反應，對於汙染散發極為不利，是嚴重汙染天氣的直接氣象因子。
逆溫層的類型及形成原因為
1、輻射逆溫多發生在對流層的接地層由於空氣愈靠近地面，受地面的影響愈大，離 地面愈近，降溫愈多；離地面愈遠，降溫愈少，因而形成了自地面開始的逆溫。隨著地面輻 射冷卻的加劇，逆溫逐漸向上擴展，黎明時達最強。冬季夜長，逆溫層較厚，消失較慢。由 於在晴空無雲(或少雲)的夜間，當風速較小時，地面因強烈輻射而很快冷卻，近地面氣層冷 卻最為強烈，較高的氣層冷卻較慢，因此，使低層大氣內產生逆溫。 一般是在日落前後由地 面開始形成，夜間隨著輻射冷卻的加強，逆溫層逐漸加厚，黎明前達到最大厚度，日出後， 地面溫度升高，逆溫層逐漸消失；夏季夜短，逆溫層較薄，消失也快，冬季夜長，逆溫層厚，
消失較慢。在低洼地區(谷地、盆地)由於冷卻的空氣還沿斜坡流人低谷和盆地，使逆溫得到 加強，往往能維持數天而得不到消失。
2、 下沉逆溫當某一層空氣發生下沉運動時，因氣壓逐漸增大，以及因氣層向水平方 向輻射，使其厚度減小。如果氣層下沉過程是絕熱的，而且氣層內各部分空氣的栢對位置不 發生改變，這樣空氣層頂部下沉的距離要比底部下沉的距離大，所以，其頂部的絕熱增溫要 比底部多，當下沉到某一高度上，空氣層頂部的溫度高於底部溫度，而形成逆溫。下沉氣 流一般達到某一高度就停止，所以下沉逆溫多發生在高空大氣中。下沉的空氣來自高空，水 汽含量本來就不多，加上在下沉以後，溫度升高，因此，在有下沉逆溫時，天氣總是晴好的。
3、 平流逆溫由於暖空氣平流到冷的下墊面上而形成的逆溫為平流逆溫。這是由於低 層空氣受地表面影響大、降溫多，上層空氣降溫少所形成的。暖空氣與地面之間溫差越大， 逆溫越強。冬半年，在中緯度沿海地區，因海陸溫差顯著，當海上暖溫空氣流到大陸上時， 常出較強的平流逆溫
4、 湍流逆溫低層空氣湍流混合形成的逆溫，稱為湍流逆溫。湍流運動中，上升空氣 在上升過程中溫度降低，空氣升到混合層上部時，它的溫度比周圍的空氣溫度低，混合結果， 使上層空氣降溫；空氣下沉時，情況相反，會使下層空氣增溫。所以空氣經過充分混合後， 氣層的氣溫降溫幅度比湍流前要大，混合層與未發生湍流的上層空氣之間的過渡層就出現逆 溫。因湍流逆溫出現在湍流混合層的頂部，所以其離地的高度隨湍流層的厚薄而定，湍流逆 溫的厚度不大， 一般不超過幾十米。5、鋒面逆溫在對流層中的冷氣團與暖氣團相遇時，暖氣團因其密度小就會爬到冷空 氣上面去，形成一個傾斜的過渡區，稱為鋒面。在鋒面上，如果冷暖空氣的溫差較大，也可 以出現逆溫，這種逆溫稱為鋒面逆溫。鋒面逆溫僅在冷空氣一邊可以看到。
一般情況下，直接接觸地面的逆溫層稱為接地逆溫層，它的出現會造成近地面空氣的靜 止和比重較大的汙染物的沉積；離地半空的逆溫層會阻止其下面的空氣的繼續抬升，並將上 升的空氣連同其攜帶的汙染物反射回去，大大加重了大氣汙染的程度。國內外許多實例表明， 有許多大氣汙染事件發生在逆溫層條件下，截至今日，在全球各地發生的與逆溫層現象有密 切聯繫的各類嚴重大氣汙染事件包括
1. 1930年12月1日到5日，擁擠著許多煉油廠、金屬廠、玻璃廠的比利時馬斯工業區 狹窄的河谷上空出現了很強的逆溫層，致使13個大煙囪排出的煙塵無法擴散，大量有害氣體 積累在近地大氣層，對人體造成嚴重傷害。 一周內有60多人喪生，其中心臟病、肺病患者死 亡率最高，許多牲畜死亡。
2. 1943年9月8日，美國洛杉磯城區被煙霧籠罩了整整一天，使上千人中毒，最後有 400多人死亡， 一夜之間，草木枯黃，使當時的洛杉磯失去了優美的環境。調査表明，是日 益增多的汽車燃燒汽油後產生的碳氫化合物等在太陽紫外光線照射下引起化學反應，形成淺
藍色煙霧，加之由於洛杉磯上空， 一年中約有三百天出現逆溫，使煙霧形成之後，久聚不散。 一旦形成逆溫，由於空氣不易對流上升，導致汙染物不易擴散，使近地面冷空氣的密度增大， 空氣中的汙染物增多，很難越過上部較輕的熱空氣。使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。後 來人們稱這種汙染為光化學煙霧。1955年和1970年洛杉磯又兩度發生光化學煙霧事件，前 者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，後者使全市四分之三的人患病。
3. 美國的賓夕法尼亞州多諾拉城有許多大型煉鐵廠、煉鋅廠和硫酸廠，1948年10月26 日清晨，大霧瀰漫，受反氣旋和逆溫控制，工廠排出的有害氣體擴散不出去，全城14000人 中有6000人眼痛、喉嚨痛、頭痛胸悶、嘔吐、腹瀉。17人死亡。
4. 自1952年以來，倫敦發生過12次大的煙霧事件，禍首是燃煤排放的粉塵和二氧化硫。 煙霧逼迫所有飛機停飛，汽車白天開燈行駛，行人走路都困難，煙霧事件使呼吸疾病患者猛 增。1952年12月5至9日發生的震驚全球的倫敦煙霧事件，除了燃煤汙染嚴重外，與"逆溫" 有關。那幾天倫敦處於冷高壓控制之下，靜風，近地面層空氣溫度低於高空氣溫；家庭取暖 燃煤猛增，加之工廠煙囪林立、黑龍滾滾，城市上空的煙霧越積越濃。結果，整個城市籠罩 在一片濃煙之中，釀成了一萬多人死亡的"世紀悲劇"。
5. 在1984年 1985年冬季，德國煤田豐富的魯爾山谷長久的逆溫現象造成大氣汙染， 許多學校和工廠被迫關閉，私人汽車也被禁止使用。
6. 2001年2月22日從午夜開始，瀋陽、錦州、遼陽、鞍山、營口、撫順、鐵嶺、阜 新等市地紛紛發生變電所停電和線路跳閘故障。因汙閃造成的遼寧電網大動蕩事故持續時間 長達14個小時。其原因在於由於地面有大量積雪未化，從夜間到天明受冷輻射影響，地面附 近溫度下降，低於霧層以上高空氣流的溫度，形成了逆溫層，汙染物積聚到很高的濃度，造 成遼寧中部電網大面積汙閃事故。
7. 2006年初近半個多月，吉林省多次出現近地層逆溫，冬季當冷空氣入侵，近地層空 氣溫度降得很低，容易出現氣溫隨地層高度增加而升高的現象，形成了 230米厚的逆溫層， 再加上風力較小，空氣中一氧化碳等汙染物不易擴散，l月2日，吉林省氣象局發布了一氧 化碳中毒黃色預警信號，預警信號中提示依據氣象信息，長春、遼源、吉林、通化、白山、 延邊地區部分地方風力較小，近地層可能出現逆溫，氣象條件不利於燃煤民房煙道排煙和空 氣汙染物擴散，需提高警惕。但是2月13日以來，由於氣壓偏低，頻繁出現逆溫層，風力又 小，延邊朝鮮族自治州所轄的延吉、龍井、圖們、和龍、汪清、安圖六縣(市)部分居住在 平房、火炕樓的居民發生一氧化碳中毒。延邊州部分市(縣)居民一氧化碳中毒住院人員為32人，其中延吉市13人，圖們市6人，汪清縣5人，龍井市3人，安圖縣3人，和龍市2 人。截止到1 5日2 1時3 0分，延邊州部分縣(市)中毒患者陸續到醫院就診2 7 7人， 累計死亡1 2人。2006年2月14號，合肥市發生多起因使用煤球爐不當導致一氧化碳中 毒的病例，先後有87人入院接受治療，3人不幸死亡。2006年2月11日山東省青島市六 家醫院也接診了 30多名一氧化碳中毒患者。2006年2月中旬，黑龍江、吉林、安徽、山東 等省發生了多起一氧化碳中毒事件。
8. 2008年初，在中國南方地區持續存在逆溫層,造成了嚴重凍雨災害。受連日罕見雨雪, 冰凍天氣影響，l月26日京珠高速公路湖南段滯留車輛超過兩萬，滯留司乘人員超過6萬;持續 的雨雪天氣導致湖南、湖北、江蘇、江西、安徽等省共計21個機場關閉。l月30日,受南方 雪災的影響,京廣線段和滬昆線部分區段受阻,致使廣州地區滯留旅客達近80萬人。由於時值 春運,涉及人群非常多,影響面更廣，釀成了全局性的事件。
9.目前許多城市由於逆溫層的存在，始終面臨著大氣汙染的困擾。例如新疆首府烏魯 木齊市三面環山，冬季經常出現逆溫層，厚度有時達800米。首府冬季6個月採暖期，採暖 用煤400萬噸，2007年全市用煤1196萬噸，人均耗煤將近全國4倍，排出的煙塵大量滯留 在逆溫層下。逆溫層的空氣非常穩定，不易上下流通，像"大鍋蓋"一樣，扣在烏魯木齊市上 空。下面的水汽、煙塵以及各種有害氣體"上天無路，入地無門"，只能在逆溫層下面的空氣 中飄浮。又例如，蘭州處於河谷盆地，特殊的地形、地貌和氣象條件不利於大氣汙染物稀釋 擴散。特別是冬季，逆溫層厚，強度大，大氣層結構穩定，分布在市區的上千臺燃煤供暖鍋 爐全部啟動，加之近20萬居民小火爐，城區空氣汙染十分嚴重。其三，山西省的臨汾平川地 帶處於海拔200多米的條形盆地中，空氣流通緩慢， 一方面易形成溫暖溼潤的氣候，另一方 面汙染物也不易擴散。特別是每年進入11月份以後，極易形成大氣逆溫層，使盆地上空溫度 比地面的溫度還高，大氣對流消失，氣體汙染物產生多少、聚積多少，空氣可見度極低，汙 染加重。
迄今為止，針對逆溫層造出大氣汙染危害的治理技術與思路為
1.蘭州市計劃讓環城生態圈與城區園林規劃中的綠色資源實現對接，在周邊天然森林 與蘭州城區園林之間，選擇有條件的地方，以15公裡的寬幅架設"綠橋"，讓天然森林的生 態效應流進城區，從而改變城區的大氣環境應用生態環境綠化措施，擴大南部山區森林覆蓋 面積，加強"冷湖效應"，加大南北區域之間的溫度場差，強化風場，有效地解決蘭州市上 空的逆溫層，加快城市汙染物的擴散速度"綠橋"工程的建立形成，在改變"橋內"生態系 統的同時，有效地改善蘭州城區的人居環境，降低大氣的汙染。
2.新疆烏魯木齊市環保局面向社會公開徵集金點子，許多市民針對治理大氣汙染等提 出了建議和意見。截至1月11日，環保局已經收到了 200多條建議，這些建議整理後將作為 治理大氣汙染的重要參考，其中有建議提出由於三面環山，冬季容易產生逆溫層，可在雅山 等高處放置引風機，通過人工造風把懸浮在空中的汙染物吹散，解決多年來解決不了的問題。
3.目前治理逆溫層導致的光化學煙霧汙染的方法有控制和減少汽車尾氣中氮氧化物的 排放；提高能源利用率；改善能源結構，用電能、太陽能、氫氣等清潔能源替代石油燃料。
由此可見，在大多數天氣狀況和特定的地形下，對大範圍逆溫現象造出的危害，特別對 大範圍的光化學煙霧汙染和一氧化碳汙染，除了等待逆溫現象自行消失外，別無辦法。由於 大範圍地區產生逆溫層現象，會使大氣汙染更加嚴重，影響人們的生產和生活，甚至威脅人 類的生存和發展，因此期許尋找新的技術方法，以解決逆溫層導致嚴重的大氣汙染問題。本 發明依據大氣環流與太陽輻射的基本規律，依據微波的特性，專門針對逆溫層產生的大氣汙 染問題，提出一個全新、實用、獨創的技術解決方案。

發明內容
本發明解決的技術問題是防止逆溫層造成的大氣汙染。由於逆溫層的出現，使得對流層內 下層空氣溫度低於上層，並構成穩定狀態的雲層，沒有湍流使各高度不同成分的氣體進行混 合，密度較小，構成了嚴重汙染天氣的直接氣象因子，為此本發明提出的技術方案是
l.根據氣象衛星預報的區域氣象資料，派遣小型無人駕駛氣象飛機，進入對流層、特別是 逆溫層、平流層和中間層，專門監測與預報逆溫層危害，測量出各層的溫度、溫差，測量出 各層的風速和風向；
2. 用多臺車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，集中照射對流層中聚集逆溫層的目 標區，增加直接來自地面的熱輻射。超高功率微波逆溫層發射器由初級能源、能量轉換裝置、 脈衝調製裝置、高功率微波源和發射天線構成。其能源系統釆用電能，使用普通電源，能量 轉換由磁通壓縮發生器完成；脈衝調製裝置的作用是將電脈衝調製成上升前沿、波形和脈寬 都較為理想的脈衝，從而有效地激勵高功率微波源器件產生高功率微波；最後由高增益的定 向發射天線集中反覆向目標逆溫層照射。利用對流層和中間層都是下熱上冷的溫度結構，通 過調節逆溫層的溫度與密度，增高目標區氣溫，加速熱空氣的浮升。隨著逆溫層的熱空氣猛 烈上升，能量不斷地聚集，產生上升氣流。當上升氣流的風速達到每小時200千米時，逆溫 層目標區中央形成真空地帶，對流層上部乃至中間層下部的冷空氣急速下降。上升氣流到達 高空時，將遇到高速水平方向的風，迫使上升氣流向下旋轉運動，逐漸形成一個呈水平方向 的空氣旋轉柱。當目標區內空間的環狀流動達到一定的程度，上升空氣就能穿破逆溫層頂， 使得太陽射線透射到逆溫層目標區，並進一步加速了氣流環狀運動的勢頭。由於高空中的氣 溫低至60攝氏度，源源不斷地從地面吸取熱空氣，使湍流擴散的範圍迅速擴大，最終導致目 標區逆溫層消散，氣體汙染物消失。
3. 本發明採取的超高功率微波逆溫層發射器利用高功率微波束波長通常在30—3釐米、 頻率為1 30吉赫、輸出脈衝功率在吉瓦級，用高功率波源產生的微波經增益定向天線向空 間發射出去，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束。其電磁波功率極強，向目標 區集中輻射微波，可使該區逆溫層大氣發生劇烈理化反應，在瞬間以1000-10000瓦/平方釐 米的強度將氣溫提高到3000—500(TC。超高功率微波逆溫層發射器基礎部件是脈衝功率源， 採用磁流體發電機或磁通壓縮發生器，有2級磁通量壓縮發生器。第l級產生爆炸的啟動電 流,當爆炸啟動後,爆炸將使電樞管膨脹變形,使之與線圈形成短路,將會壓縮電磁場並減少線圈 的電感,使線圈中的電流直線上升，直到發生器崩潰為止，並產生巨大的電磁脈衝。可根據不同 需要進行選擇和參數調整，以便利用常規的電能產生高功率的電脈衝，提供給高功率微波系 統作為能源。高功率脈衝開關的作用是使脈衝的峰值、上升前沿和脈寬更為理想，使其能有 效地激勵微波源器件，並在一定程度上實現整個線路的阻抗匹配，提高能量轉換效率。高功 率微波源利用高功率電脈衝產生高能電子束流，通過在特殊設計的結構內與電磁場相互作用， 產生高功率的微波脈衝，可採用迴旋管振蕩器、自由電子雷射器、相對論磁控管振蕩器、虛 陰極振蕩器等離子體振蕩器、返波振蕩器、速調管振蕩器、固體功率源等。高功率天線實現 高增益，提高微波能力，具有較強的耐壓性能。
對照現有解決因逆溫層造成的大氣汙染技術，本發明的有益效果為
1. 積極主動預防性。迄今為止，國內外尚無直接面對逆溫層的汙染問題提出實際有效主 動的解決方案，多是間接的消極治理方案，效果並不佳，且社會與經濟成本巨大。本發明首 先提出利用氣象衛星與無人駕駛氣象飛機，對逆溫層危害進行主動專門的監測與預報。 一旦 發現逆溫層形成致使大氣汙染，即可用多臺車載可移動超高功率微波逆溫層發射器，提高逆 溫層溫度，製造人工湍流，最終消散逆溫層，阻礙大氣汙染的進一步惡化。
2. 經濟性。超高功率微波逆溫層發射器可以多次反覆使用，極大降低了治理大氣汙染的 社會與經濟成本。
3. 實用機動性。由於產生逆溫層的類型、形成原因、所處的地域各不相同，因此採取氣 象衛星、無人駕駛氣象飛機預報和車載機動可移動超高功率微波逆溫層發射器，可以靈活機動地預防城市、鄉村發生的因逆溫層導致的大氣汙染。
具體實施例方式
本發明的具體實施方式
為首先依據氣象衛星預報的區域氣象資料，根據不同類型的逆溫 層輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、湍流逆溫、鋒面逆溫，派遣小型無人駕駛氣象飛機， 進入對流層、特別是逆溫層、平流層和中間層，專門監測與預報逆溫層危害，測量出各層的 溫度、溫差，測量出各層的風速和風向；本發明採取的超高功率微波逆溫層發射器利用高功 率微波束波長通常在30—3釐米、頻率為1 30吉赫、輸出脈衝功率在吉瓦級，用高功率波 源產生的微波經增益定向天線向空間發射出去，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波 射束。其電磁波功率極強，向目標區集中輻射微波，可使該區逆溫層大氣發生劇烈理化反應， 在瞬間以1000-10000瓦/平方釐米的強度將氣溫提高到3000—500(TC。超高功率微波逆溫層 發射器基礎部件是脈衝功率源，採用磁流體發電機或磁通壓縮發生器，有2級磁通量壓縮發 生器。第1級產生爆炸的啟動電流，當爆炸啟動後，爆炸將使電樞管膨脹變形，使之與線圈形成 短路，將會壓縮電磁場並減少線圈的電感,使線圈中的電流直線上升,直到發生器崩潰為止，並 產生巨大的電磁脈衝。可根據不同需要進行選擇和參數調整，以便利用常規的電能產生高功 率的電脈衝，提供給高功率微波系統作為能源。高功率脈衝開關的作用是使脈衝的峰值、上 升前沿和脈寬更為理想，使其能有效地激勵微波源器件，並在一定程度上實現整個線路的阻 抗匹配，提高能量轉換效率。高功率微波源利用高功率電脈衝產生高能電子束流，通過在特 殊設計的結構內與電磁場相互作用，產生高功率的微波脈衝，可採用迴旋管振蕩器、自由電 子雷射器、相對論磁控管振蕩器、虛陰極振蕩器等離子體振蕩器、返波振蕩器、速調管振蕩 器、固體功率源等。高功率天線實現高增益，提高微波能力，具有較強的耐壓性能。本發明 用多臺車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，集中照射對流層中聚集逆溫層的目標區， 增加直接來自地面的熱輻射，利用對流層和中間層都是下熱上冷的溫度結構，通過調節逆溫 層的溫度與密度，增高目標區氣溫，加速熱空氣的浮升。隨著逆溫層的熱空氣猛烈上升，能 量不斷地聚集，產生上升氣流。當上升氣流的風速達到每小時200千米時，逆溫層目標區中 央形成真空地帶，對流層上部乃至中間層下部的冷空氣急速下降。上升氣流到達高空時，將 遇到高速水平方向的風，迫使上升氣流向下旋轉運動，逐漸形成一個呈水平方向的空氣旋轉 柱。當目標區內空間的環狀流動達到一定的程度，上升空氣就能穿破逆溫層頂，使得太陽射 線透射到逆溫層目標區，並進一步加速了氣流環狀運動的勢頭。由於高空中的氣溫低至60攝 氏度，源源不斷地從地面吸取熱空氣，使湍流擴散的範圍迅速擴大，最終導致目標區逆溫層 消散，氣體汙染物消失。
權利要求
1. 一種調節逆溫層溫度，控制大氣汙染的方法，其特徵是根據氣象衛星預報的區域氣象資料，派遣小型無人駕駛氣象飛機，進入對流層、特別是逆溫層、平流層和中間層，專門監測與預報逆溫層危害，測量出各層的溫度、溫差，測量出各層的風速和風向；用多臺車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，集中照射對流層中聚集逆溫層的目標區，增加直接來自地面的熱輻射，利用對流層和中間層都是下熱上冷的溫度結構，通過調節逆溫層的溫度與密度，增高目標區氣溫，加速熱空氣的浮升。隨著逆溫層的熱空氣猛烈上升，能量不斷地聚集，產生上升氣流。當上升氣流的風速達到每小時200千米時，逆溫層目標區中央形成真空地帶，對流層上部乃至中間層下部的冷空氣急速下降。上升氣流到達高空時，將遇到高速水平方向的風，迫使上升氣流向下旋轉運動，逐漸形成一個呈水平方向的空氣旋轉柱。當目標區內空間的環狀流動達到一定的程度，上升空氣就能穿破逆溫層頂，使得太陽射線透射到逆溫層目標區，並進一步加速了氣流環狀運動的勢頭。由於高空中的氣溫低至60攝氏度，源源不斷地從地面吸取熱空氣，使湍流擴散的範圍迅速擴大，最終導致目標區逆溫層消散，氣體汙染物消失。
2. 根據權利要求1所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，其特徵是由初級能 源、能量轉換裝置、脈衝調製裝置、高功率微波源和發射天線構成。其能源系統採用電能， 使用普通電源，能量轉換由磁通壓縮發生器完成；通過脈衝調製裝置將電脈衝調製成上升前 沿、波形和脈寬都較為理想的脈衝，從而有效地激勵高功率微波源器件產生高功率微波；最 後由高增益的定向發射天線集中反覆向目標逆溫層照射。
3. 根據權利要求l、 2所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，其特徵是利用 高功率微波束波長通常在30—3釐米、頻率為1 30吉赫、輸出脈衝功率在吉瓦級，用高功 率波源產生的微波經增益定向天線向空間發射出去，形成功率高、能量集中且具有方向性的 微波射束，使該區逆溫層大氣發生劇烈理化反應，在瞬間以1000-10000瓦/平方釐米的強度 將氣溫提高到3000—500(TC。
4. 根據權利要求l、 2、 3所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，其特徵是超 高功率微波逆溫層發射器基礎部件是脈衝功率源，採用磁流體發電機或磁通壓縮發生器，有 2級磁通量壓縮發生器。第1級產生爆炸，啟動電流,當爆炸啟動後,爆炸將使電樞管膨脹變形， 使之與線圈形成短路,將會壓縮電磁場並減少線圈的電感，使線圈中的電流直線上升，直到發 生器崩潰為止，並產生巨大的電磁脈衝。
5. 根據權利要求1、 2、 3、 4所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，其特徵是 高功率脈衝開關的作用是使脈衝的峰值、上升前沿和脈寬更為理想，使其能有效地激勵微波 源器件，並在一定程度上實現整個線路的阻抗匹配，提高能量轉換效率。
6. 根據權利要求l、 2、 3、 4、 5所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，其特 徵是高功率微波源利用高功率電脈衝產生高能電子束流，通過在特殊設計的結構內與電磁場 相互作用，產生高功率的微波脈衝，可採用迴旋管振蕩器、自由電子雷射器、相對論磁控管 振蕩器、虛陰極振蕩器等離子體振蕩器、返波振蕩器、速調管振蕩器、固體功率源等。
7. 根據權利要求1、 2、 3、 4、 5、 6所述的車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器， 其特徵是高功率天線實現增益，發射微波，具有耐壓性能。
全文摘要
本發明涉及調節大氣基本結構，治理大氣汙染環保技術領域。解決的技術問題是防止逆溫層造成的大氣汙染。提出的技術方案是根據氣象衛星預報的區域氣象資料，派遣小型無人駕駛氣象飛機，進入對流層、特別是逆溫層、平流層和中間層，專門監測與預報逆溫層危害，測量出各層的溫度、溫差，測量出各層的風速和風向；用由初級能源、能量轉換裝置、脈衝調製裝置、高功率微波源和發射天線構成的多臺車載可移動式超高功率微波逆溫層發射器，用高功率波源產生的微波束波長，通常在30-3釐米、頻率為1～30吉赫、輸出脈衝功率在吉瓦級，集中照射對流層中聚集逆溫層的目標區，瞬間以1000-10000瓦/平方釐米的強度，將氣溫提高到3000-5000℃，通過人工調節逆溫層的溫度和密度，加速大氣垂直對流運動，以達到消散逆溫層，控制大氣汙染的效果。
文檔編號A01G15/00GK101473765SQ20091000881
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月6日 優先權日2009年2月6日
發明者正 楊, 趙立萍 申請人:楊 正;趙立萍