(57)【要約】  気象調節のための装置を提供する。装置は、エミッタ電極（２１）と、エミッタ電極（２１）に電気的に結合された、エミッタ電極（２１）に電荷を与える手段と、エミッタ電極（２１）を所定の高さに支持するための絶縁支持体と、装置を接地する手段とを備える。エミッタ電極（２１）は、マルターフィルムを備える。別の態様によれば、装置は、エミッタ電極（２１）を運ぶ軽航空機と、エミッタ電極（２１）に電気的に結合されたエミッタ電極（２１）に電荷を与える手段と、装置を接地する手段とを備える。さらに別の態様によれば、ターゲット領域内で降水量を増加させる方法を提供する。この方法は、エミッタ電極（２１）を設けるステップと、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、気象分析に応答してエミッタ電極（２１）に電荷を与え、エミッタ電極（２１）にエミッタ電極の付近をイオン化させるステップとを含む。
2011529332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象調節のための装置であって、
エミッタ電極と、
前記エミッタ電極に電気的に結合された、前記エミッタ電極に電荷を与える手段と、
前記エミッタ電極を所定の高さに支持するための絶縁支持体と、
前記装置を接地する手段と
を備え、
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備える
装置。
【請求項２】
前記マルターフィルムが、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マルターフィルムが、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記エミッタ電極が、導電性表面を有するコンデンサである、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記コンデンサがほぼ球形である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記エミッタ電極が、１つまたは複数のコロナ放電エミッタ電極組立体を備え、それらが互いに機械的および電気的に結合される、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記支持体が、６ｍ〜３０ｍ、好ましくは８ｍ〜１５ｍの高さを有する、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記支持体が絶縁層を備える、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記支持体が絶縁材料から形成される、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記エミッタ電極に電荷を与える前記手段が、ヴァンデグラフ起電機の荷電エンジンを備える、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記支持体が剛性構造を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記エミッタ電極が、表面を有する平面多角形形状のフレームによって支持される、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記エミッタ電極が、前記フレームの前記表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
中実または管状ワイヤの形状であり、１本または複数本のコロナ放電開始ワイヤをさらに備えた２つ以上のマルター電極を前記エミッタ電極が備える、請求項１から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記マルター電極の直径が、前記コロナ放電開始ワイヤの直径よりも大きい、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記コロナ放電開始ワイヤが、前記マルター電極の付近に配置され、前記マルター電極に機械的および電気的に結合される、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記マルター電極が、前記フレームの前記表面を横切り、ある距離だけ分離された、平行セグメントの形で構成される、請求項１４、１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記エミッタ電極が、箔帯形状の２つ以上のマルター電極を備える、請求項１から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記エミッタ電極がワイヤメッシュを備える、請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記エミッタ電極がマルター電極メッシュを備える、請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記エミッタ電極のワイヤループの非接触加熱用の高周波電磁波発生器をさらに備える、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
１つまたは複数の接地電極をさらに備え、前記接地電極が、前記１つまたは複数のエミッタ電極組立体の下方にあり、接地する前記手段に電気的に結合される、請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
１つまたは複数のコレクタ電極をさらに備える、請求項１から２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
導電性電解質溶液を収容するリザーバをさらに備える、請求項１から２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
エーロゾル発生器をさらに備える、請求項１から２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記エーロゾル発生器が、電解質溶液を広める１つまたは複数のデバイスを備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
上昇気流を発生させる１つまたは複数の手段をさらに備える、請求項１から２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
熱源をさらに備える、請求項１から２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記熱源が、太陽放射を吸収する黒色物質を備える、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
気象調節のための装置であって、
エミッタ電極を運ぶのに適した軽航空機と、
エミッタ電極と、
前記エミッタ電極に電気的に結合された、前記エミッタ電極に電荷を与える手段と、
前記装置を接地する手段と
を備える装置。
【請求項３１】
前記軽航空機が、前記エミッタ電極に電荷を与える前記手段に係留ロープを介して接続される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記軽航空機が、表面を有する軽航空コンデンサである、請求項３０または３１に記載の装置。
【請求項３３】
複数のエミッタ電極組立体が、前記軽航空コンデンサの前記表面の周りに構成され、可変長の複数の支持ロッドを用いて前記軽航空コンデンサの前記表面に一様に固定される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記支持ロッドが、前記コンデンサの前記表面に接触する、応力支持機構となる脚を有する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記エミッタ電極が、球面または準球面を有する中空のコンデンサを備え、前記軽航空機が前記コンデンサの内側に構成される、請求項３０、３１または３２に記載の装置。
【請求項３６】
１つまたは複数のエミッタ電極組立体が、前記コンデンサの周りに構成され、前記コンデンサに電気的に結合される、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記エミッタ電極組立体が、前記軽航空機の前記表面を取り囲むワイヤメッシュである、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記エミッタ電極組立体が、前記軽航空機の前記表面と前記メッシュの間に配置された球体によって支持され、前記球体が、前記軽航空機の周りに一様に配置される、請求項３６または３７に記載の装置。
【請求項３９】
ターゲット領域内で降水量を増加させる方法であって、
ａ）エミッタ電極を設けるステップと、
ｂ）前記ターゲット領域内および／または前記ターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、
ｃ）気象の分析に応答して前記エミッタ電極に電荷を与え、それにより、前記エミッタ電極に前記エミッタ電極の付近をイオン化させるステップと
を含む方法。
【請求項４０】
前記エミッタ電極を所定の高さに上昇させるステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
所定の高さが６ｍ〜３０ｍであり、好ましくは８ｍ〜１５ｍである、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
所定の高さが１００ｍを上回り、好ましくは５００ｍを上回る、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度に基づいて決定される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度の少なくとも５０％であり、好ましくは少なくとも６５％である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
エミッタ電極を設ける前記ステップが、前記エミッタ電極を絶縁支持体上に取り付けることを含む、請求項３９から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
エミッタ電極を設ける前記ステップが、前記エミッタ電極を軽航空機を用いて上昇させることを含む、請求項３９から４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備える、請求項３９から４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記マルターフィルムが、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記マルターフィルムが、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記エミッタ電極の下方の土壌に、水または水性導電性電解質溶液を用いて加湿するステップをさらに含む、請求項３９から４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
金属またはワイヤメッシュのシートを備える１つまたは複数のコレクタ電極が、前記エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される、請求項３９から５０のいずれかに記載の方法。
【請求項５２】
１つまたは複数の接地電極を設けるステップをさらに含む、請求項３９から５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
前記エミッタ電極の下方に熱源が配置される、請求項３９から５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
導電性電解質溶液を収容するリザーバを設けるステップであって、前記リザーバが、前記エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合されるステップをさらに含む、請求項３９から５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
地球表面上に導電性炭素粒の層を設けるステップであって、前記層が、前記エミッタ電極の下方にあり、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合されるステップをさらに含む、請求項３９から５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
エーロゾル発生器を設けるステップであって、前記エーロゾル発生器が、前記エミッタ電極の下方に配置されるステップをさらに含む、請求項３９から５５のいずれかに記載の方法。
【請求項５７】
いくつかのエミッタ電極が設けられ、エミッタ電極組立体として構成される、請求項３９から５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
いくつかのエミッタ電極組立体が設けられる、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記いくつかのエミッタ電極組立体が、平面形状のフレームによって支持される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記エミッタ電極組立体が、互いに電気的に結合され、可撓性ジョイントを用いて互いに、また前記フレームの側部に機械的に結合される、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記フレームが、地球表面とある角度をなして配置される、請求項５９または６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記角度が約２０〜約７０度である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記エミッタ電極が、前記フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記フレームが三角形であり、両方のワイヤセグメント端部が、前記フレームの２つの側部のそれぞれに対をなして固定されたいくつかの可撓性支持物によって定位置に保持され、可撓性支持物が、前記ワイヤセグメント端部に対する応力支持機構となる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記フレームが三角形であり、ワイヤが前記フレームに、前記フレームの２つの側部上のノッチを通って１本のストランドの形で巻きつけられ、前記ノッチが、前記フレームの前記２つの側部のそれぞれの上に対をなして設けられる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記エミッタ電極組立体が、二等辺三角形形状であり、底面がエミッタ電極を含まず地球表面に平行な、１つまたは複数の角錐に構成される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６７】
隣接する角錐の頂点が異なる方向を向く、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置が利用される、請求項３９から６７のいずれかに記載の方法。
【請求項６９】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の２つ以上の装置が１列に、卓越風と同じ方向に配列される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置の２つ以上の平行列が、グリッドの形で配列される、請求項６８または６９に記載の方法。
【請求項７１】
第１のターゲット領域内で降水を減少させる方法であって、
降水を増加させる第２のターゲット領域を選択するステップと、
前記第２のターゲット領域内での降水を、請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法によって増加させ、それにより、前記第１のターゲット領域内での降水の減少を生じさせるステップと
を含む方法。
【請求項７２】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での霧の消散に対する使用。
【請求項７３】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での雲量の増加および地球表面の温度の減少に対する使用。
【請求項７４】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、サイクロン発達の初期段階でのサイクロン形成確率および強度の低下に対する使用。
【請求項７５】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、内陸への海洋水分の流入および陸域内での水分再循環の増強に対する使用。
【請求項７６】
請求項１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または請求項３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での森林再生に対する使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それ自体の電気双極子モーメントを有する水粒子、エーロゾル、分子クラスタ、および水分子など、大気空気の粒子および粒子間にかかる電気力の強化による、この文脈では気象調節として知られる大気条件の調節のための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
気象制御の特定の用途には、その実施に固有の方法およびデバイスが必要となる。例えば、いくつかの実施形態は、降水量の制御、増加、または減少に関する。「降水」という用語は、大気水蒸気の相変化からの任意の生成物が、重力のため地球表面上に堆積することを意味し、そのような生成物は、雨、霧雨、雪、雪あられなど、任意の形態で呈することがある。気象調節の電気的方法を、地球表面上またはその付近にある雲である霧の分散、選択された領域、特に海洋を覆う雲量の増加、および内陸への海洋水分（ｏｃｅａｎｉｃ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ）流入の増加など、他の目的に用いる場合、一般に、諸実施形態の固有の方法およびパラメータが必要となる。
【０００３】
本発明では、デバイスおよび方法を、ターゲット領域内での降水量の増加または減少という特定の気象調節用途について説明する。「ターゲット領域」という用語は、本願の文脈では降水量を制御することを意味する、局所大気条件を変更することが望ましい場合がある領域を意味する。特に明記しない限り、降水量の制御は、以後降水量の増加を意味する。説明するデバイスを、他のいくつかの気象調節用途に利用することも検討され、それにより、特定の気象調節に固有の方法が提供され、デバイスパラメータが特定の気象調節に合わせて最適化される。
【０００４】
本発明の目的は、大気中での微物理過程がそれにより電気的影響の影響を受ける、気象調節用途向けの新規の改善された方法およびデバイスを提供することである。大気物理学の最近の進歩、および非雷雨環境で周囲の大気電気が気象および気候にどのように自然に影響を及ぼすかについてのより深い理解に基づいて、非雷雨雲の自然荷電（遠隔雲荷電（ｒｅｍｏｔｅ  ｃｌｏｕｄ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）すなわちＲＣＣ）を増強することによる、かつ／または大気水分を配置換えする電気的過程により大気不安定性を局所的に増大させることによる、気象調節の概念が導入される。この概念に基づいて、いくつかの改善された新規の実施形態が提案される。従来技術の実施形態に比べて、提案する実施形態は、性能、拡張性、移動性、ならびに利用および維持管理の容易さにおいて優れている。
【０００５】
本質的に、ガス状水、すなわち水蒸気からの降水形成の微物理過程は、２つのグループに大まかに分類することができる。第１のグループは、凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）として知られる、ガスから液体への熱力学的相変化過程、および蒸気凝結（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または昇華（ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）として知られる、ガスから固体への熱力学的相変化過程を含む。液体の水滴は、ある空気量に含まれるガス状水の実際の量が、所与の温度においてその空気が保持することのできるガス状水の最大量を超えたときに、すなわち空気が蒸気で過飽和したときに、凝縮核（ＣＮ）と呼ばれる、適切な（濡れ性）表面を有する小さな大気（エーロゾル）粒子からの凝縮によって成長することができる。空気中の蒸気量は、蒸気の（分）圧によって表すことができる。したがって、空気は、蒸気の圧力がその飽和圧力を超えたときに過飽和する。蒸気飽和圧力は温度とともに減少するため、湿潤空気は十分に冷却されたときに過飽和状態になる。氷点未満の温度では、過飽和空気中の氷粒子が、氷晶核（ＩＮ）と呼ばれる、適切な表面を有する凍結した液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）およびエーロゾル粒子からの蒸気凝結によって成長することができる。液滴および氷粒子を含んだ大気空気のエリアが、雲として現れる。
【０００６】
第２のグループの過程は、雲粒合体過程である。雲中での液滴成長のある段階で、衝突−併合過程、または単に併合として知られる、衝突により液滴が合体してより大きな液滴になることが、凝縮による成長よりも効率的になる。重力および空気の粘性のため、より大きく成長した液滴の方が、小液滴よりも速く下降する。それらの液滴が下降するとき、この文脈ではコレクタと呼ばれるより大きな液滴が、より小さな液滴と衝突する。氷粒子と液体粒子も、同じように合体することができる。併合は、重力だけが液滴の運動を支配しているその古典的定義において、大気中での実際の液滴合体過程のかなり単純なモデルである。液滴は、乱流大気運動（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ａｉｒ  ｍｏｔｉｏｎ）によってさまざまな方向にさまざまな速度で移動することができる。そのような条件下では、類似サイズの液滴同士も併合することができる。しかし、古典的な併合の場合と同様に、低個数濃度であっても大きな液滴が存在することが、乱流凝集としても知られる乱流環境での併合を大幅に強化することができる（ＲｉｅｍｅｒおよびＷｅｘｌｅｒ、２００５）。
【０００７】
現在使用されている雲の調節の方法は一般に、雲の形成のターゲットとするメカニズムを、特定の媒体からなる（種まき用）粒子を雲に導入することによって増強することに基づいている。そのような方法は、雲の種まき法として知られている。種まき用媒体は、典型的には、飛行機またはロケットなどの輸送機によって雲に供給される。ある一定の条件下では、浮遊種まき用媒体を、風が山の斜面に当たることによって生じる空気の上昇によって供給することもできる。この技法は、地形性種まき（ｏｒｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。
【０００８】
雲の種まきによって増強することのできる過程の１つが、蒸気凝結による氷粒子成長のベルシェロン過程である。冷たい雲中、すなわち氷点未満の温度の雲中では、純水の液滴は、−４２℃付近の温度まで下がっても液体（過冷却状態）のままとなり、したがって、氷粒子と共存することができる。氷に対する蒸気飽和圧力は、液体の水に対する蒸気飽和圧力よりも低い（Ｂｅｒｇｅｒｏｎ、１９３５、１９３９）。成長する雲粒によって水蒸気が消費されるとき、その分圧は減少する。蒸気の分圧が、液滴に対する蒸気飽和圧力未満に下がると、空気は、液滴に対しては不飽和になるが、氷粒子に対しては依然として過飽和である。この時点で、氷粒子が、蒸発液滴を犠牲にして成長し続ける。凝縮よりも効率の良いこの過程では、利用できる蒸気のより多くの部分を、降水に潜在的に変換することができる。しかし、冷たい雲中では、自然ＩＮの個数濃度が、氷点に至るまでの温度とともに準指数関数的に減少し、それにより、氷点よりほんの数度下回る温度においてこの過程が遅くなっている。そのような条件下では、氷、したがって降水の生成の強化は、その表面特性が氷晶の表面特性と類似しているヨウ化銀（ＡｇＩ）結晶などの人工的な氷晶核を、雲に種まきすることによって達成される。この方法が、気象調節において現在最も一般的である。
【０００９】
大気空気の温度よりもずっと低い温度で蒸発する物質の粒子が、別のタイプの種まき用媒体である。蒸発している間に周囲空気から熱を奪い、したがって周囲空気を冷却する、ドライアイスとして知られる固体二酸化炭素のペレット、および液体窒素の小液滴が、そのような種まき用媒体の例である。冷たい雲中では、それらの粒子の周りでのより高度の過飽和および過冷却が、液滴および氷粒子のより大きな初期成長速度、ならびに液滴凍結の強化によるＩＮの個数濃度の増加を招くことができる。暖かい雲中では、冷却粒子の付近で達成されるより高い過飽和度、したがって凝縮の強化が、より大きな液滴の生成を招くことができる。一方、そうした液滴は、併合を、その過程においてより効率の良いコレクタとして働くことによって強化することができる。
【００１０】
別の方法は、その水性溶質に対する蒸気飽和圧力が純水の蒸気飽和圧力に比べて低い、塩の微粒子を雲に種まきすることに基づくものである。そのようなＣＮからの、または付着により塩粒子を取得した液滴からの凝縮によって成長する溶質液滴は、水滴よりも大きなサイズを達成し、したがって、上述したように併合を強化することができる。この方法は、吸湿性種まき（ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。
【００１１】
強磁界、雲粒上の十分に高い電荷、または両方の組合せの存在が、降水形成を直接的または間接的に担う過程を含む、雲の発達の複数の微物理過程に大いに影響を及ぼしうることを示唆する多数の証拠がある。電荷の１つの効果は、荷電雲粒および中性雲粒による荷電エーロゾル粒子の捕捉（すなわち付着による取得）の増強である。明らかではないが、全く同じ符号の電荷をもつ雲粒間の短い距離での正味の電気力は、静電鏡像力のため常に引力がある（Ｔｉｎｓｌｅｙ等、２０００）。同様の電荷をもつそのような粒子の場合、長距離斥力があるが、気流力（ａｉｒ  ｆｌｏｗ  ｆｏｒｃｅ）が、支配的な鏡像力の範囲内に粒子をもってゆくことができる。考慮中の２つの雲粒がエーロゾル粒子と液滴である場合、引力のある正味の電気力の効果が、普通なら幾何学的に不可能な、液滴によるエーロゾル粒子の捕捉の成功をもたらすことができる。
【００１２】
エーロゾル粒子が氷晶核である場合、液滴によるその捕捉は、液滴の瞬間凍結を生じさせる。接触凍結として知られる氷粒子生成のそのようなメカニズムは、ベルシェロン過程に対抗して、特に効率の良いメカニズムであることが分かっている（Ｓａｓｔｒｙ、２００５）。ベルシェロン過程とは対照的に、氷粒子を、蒸発による液滴の「再処理」が関与する比較的遅い氷晶核のベルシェロン成長をバイパスして、接触凍結によって液滴から瞬時に形成することができる。一方、生成された氷粒子は、蒸気凝結、または次の過冷却液滴とさらに合体してそれを凍結させることなどによって、成長し続けることができる。
【００１３】
人工氷晶核の冷たい雲中への種まきは、ベルシェロン過程と接触冷却過程をどちらも強化する。接触冷却過程の強化は、氷晶核の個数濃度の増加のため氷晶核捕捉の確率が上がることによるものである。しかし、あまりにも多くの氷晶核を導入すると、それらが利用できる蒸気を奪い合うため、あまりにも多くの小さくなった氷粒子の形成が生じうる。この問題は、オーバーシーディング（ｏｖｅｒ−ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。対照的に、自然氷晶核の電気捕捉による接触凍結の増強は、それが、自然氷晶核のより効率的な使用と、最終的には、降水可能なより少数であるがより大きな氷粒子の生成を招くことができるため、有利である。
【００１４】
引力のある電気力の別の効果に、液滴併合の収集効率の増大があり、これは、暖かい雲中での氷晶過程（ｉｃｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）のない降雨形成（ｒａｉｎ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）にとって特に重要である。併合事象中に、荷電液滴をより大きな中性液滴またはどちらか一方の符号で荷電したより大きな液滴によって収集すべき場合、後者は、引力のある電気力がなければ幾何学的に不可能な場合であっても成功しうる。電気的に強化された併合の別の側面が、併合効率、すなわち併合中に液滴の衝突だけでなく永久的な収集も生じた（これは、液滴が、気流によって偏向されることによる衝突を回避せず、一時的に併合し、次いで分離して、おそらくはいくつかのより小さな液滴に分かれたことを意味する）確率の増大である。電気力による併合の強化は、実験上でも（Ｓａｒｔｏｒ、１９５４；Ｇｏｙｅｒ等、１９６０；Ａｂｂｏｔｔ、１９７５；ＤａｙａｎおよびＧａｌｌｉｌｙ、１９７５；Ｓｍｉｔｈ、１９７２；Ｓｍｉｔｈ、１９７６；ＯｃｈｓおよびＣｚｙｓ、１９８７；ＣｚｙｓおよびＯｃｈｓ、１９８８）、理論上／モデリングでも（Ｓａｒｔｏｒ、１９６０；ＬｉｎｄｂｌａｄおよびＳｅｍｏｎｉｎ、１９６３；ＰｌｕｍｌｅｅおよびＳｅｍｏｎｉｎ、１９６５；Ｐａｌｕｃｈ、１９７０；Ｓｃｈｌａｍｐ等、１９７６；Ｔａｇ、１９７６；Ｔａｇ、１９７７；Ｆｒｅｉｒｅ等、１９７９；Ｋｈａｉｎ等、２００４）、多くの研究の中で調査されている。
【００１５】
小液滴上の電荷の効果は、塩の吸湿性効果に類似している。塩溶液の液滴のように、ある程度まで荷電した液滴が凝縮により成長するために必要とする過飽和度はより低い（ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）。過冷却した、十分に荷電した液滴の電場は、その液滴の凍結を直接促進することができる。水分子は、それ自体の電気双極子モーメントを有するため、電場に整列する傾向があり、そのことが、より高い温度での過冷却水の凍結に好都合に働く。この直接的な電気凍結（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｆｒｅｅｚｉｎｇ）の効果は、まだ詳細に調査されていないが、Ｗｅｉ等（２００８）による実験によって実証されている。
【００１６】
雲粒の荷電に基づく雲の調節の方法を開発するというアイデアは、新しくはない。そのような方法は、化学的な雲の種まきに代わる環境に優しい手段である。電気的方法の別の利点は、ある決まったメカニズムをターゲットとする特定の種まき方法は、曇天大気（ｃｌｏｕｄｙ  ａｉｒ）中にある一定の範囲の個数濃度内で種まきすべき特定の媒体に合わせて実施されるのに対して、雲粒の荷電により、複数の降水形成メカニズムを一度で増強できることである。例えば、降水の増加は、暖かい雲中で、液滴に対する電気的に強化された吸湿性効果、および電気的に強化された併合によって達成される。混合雲、すなわち冷たい上部と暖かい下部のある雲中では、上部雲エリア内での液滴電気凍結（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｆｒｅｅｚｉｎｇ）により強化された氷生成も、この効果に寄与する。さらに、降下する氷粒子は、暖かい雲エリア内で効率の良い併合コレクタとして働くことができる（いわゆるシーダフィーダ効果）。
【００１７】
効果的であるために、雲の発達の特定の過程の増強には、電気的に活性の雲粒１つ当たりにある一定の最小電荷が必要である。例えば、併合衝突効率を強化するには、１０〜２０μｍの半径を有する液滴上に少なくとも数百の素（電子）電荷が必要である（Ｋｈａｉｎ等、２００４）。効果的な電気凍結（Ｔｉｎｓｌｅｙ等、２０００）ならびに小液滴の吸湿性の増強（ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）には、同程度の大きさの粒子１つ当たりの電荷が必要である。雲の発達過程を大いに調節するのに十分なほど荷電した雲粒を、以後過荷電粒子（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ぶ。
【００１８】
雲粒を過荷電させるための第１の手法は、支配的に同じ符号をもつ（すなわち単極の）発生したイオンによる直接荷電に焦点が当てられていた。従来技術では、以後コロナ放電と呼ぶ直流（ＤＣ）コロナ放電などの単極イオナイザ、および本体内に収められた他の要素を典型的に備えるデバイスのいくつかの設計が、提案されてきた。そのようなデバイスでは、雲から取り出される、または水滴のような形で人工的に生成される、荷電すべき粒子が、コロナ放電エミッタ電極（ＥＥＣＤ）の付近を通過し、したがって、イオン付着により電荷を取得する。あるいは、いくつかの実施形態では、粒子が電荷を、荷電電極との接触を通じて取得する。次いで、生成された荷電粒子が、雲中に導入（種まき）される。そのような方法は、例えば、Ｋｈａｉｎ等の特許出願（２００３）に記載されている。しかし、実際には、大量の曇天大気中の雲粒を直接過荷電させる方法の実施は、工学技術上の厳しい困難に直面する。
【００１９】
イオン付着によって達成することのできる粒子上の平均電荷は、支配的な符号のイオンの個数濃度と反対符号のイオンのその濃度との比である、いわゆる単極性率（ｕｎｉｐｏｌａｒｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）の対数に比例する（Ｃｌｅｍｅｎｔ等、１９９１）。雲粒、特に小さな雲粒を過荷電させるには、対応する単極性率も十分大きくなければならない。コロナイオンの符号とは反対の符号をもつイオンは、空気中に常に存在するため、必要な単極性は、エミッタ電極の周りの限られた荷電ゾーン内でのみ維持することができる。
【００２０】
荷電デバイスの生成能を制限する他の要因は、粒子荷電に必要な時間、およびコロナ放電のイオン生成能を低減させることのある、生成された空間電荷の強電場である（Ｓｍｉｔｈ、１９７２；Ｌｏｖｅｌａｎｄ等、１９７２）。粒子を電極と接触過荷電させることも、実際には、そうした粒子のごく一部についてしか達成することができないため、問題となる。
【００２１】
荷電ゾーンから移動させられた後、粒子は、粒子電荷にその速度が比例する粒子の非平衡の電荷減衰のため、短時間しか過荷電状態にとどまらない。このことが、そのような粒子を大量の曇天大気全体にわたって限られた時間内で分散させるという困難な課題をもたらす。短寿命の過荷電粒子を用いた雲の地形性種まきは、効率的となる可能性が低いため、そのような不安定な種まき用媒体は、雲の高度で生成して種まきすべきであり、それにより、航空機または無人機などのいくつかの空輸輸送機のコストのかかる利用が必要となる。従来技術で提案された、過荷電粒子を雲中に供給するために煙突様の導管を利用することも、工学技術上の困難および高コストに直面する。
【００２２】
従来技術で提案された技術的手段による雲粒の直接過荷電に基づく方法は、実際には、実施が明らかに困難であり、したがって、既存の雲の種まき法に匹敵しえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】Ｋｈａｉｎ，Ａ．，Ｆｅｌｄｍａｎ，Ｙ．，Ｐｉｎｓｋｙ，Ｍ．，Ａｒｋｈｉｐｏｖ，Ｖ．，Ｒｙａｂｏｖ，Ｙ．，Ｐｕｚｅｎｋｏ，Ａ．，２００３：“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”．米国特許出願シリアル番号７２６５６３号明細書  Ｓｅｒ．  Ｃｏｄｅ  １０  （２００３年１２月４日出願）
【特許文献２】Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ，Ｖ．Ｖ．，Ｕｙｂｏ，Ｖ．Ｉ．，Ｂｏｎｄａｒｅｎｋｏ，Ｎ．Ｎ．，Ｃｈｅｖａｒｄｏｖ，Ｓ．Ｇ．，２００１：“Ｗｅａｔｈｅｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ”．露国特許第ＲＵ２１６１８８１Ｃ２号（２００１年１月２０日出願）
【特許文献３】Ｖｏｎｎｅｇｕｔ，Ｂ．，１９６２：“Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ”．米国特許第３０１９９８９号明細書（１９５４年４月５日出願）．
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ａｂｂｏｔｔ，Ｃ．Ｅ．，１９７５：“Ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１４，８７−９０
【非特許文献２】Ｃａｒｓｌａｗ  Ｋ．Ｓ．，Ｈａｒｒｉｓｏｎ，Ｒ．Ｇ．，及びＫｉｒｋｂｙ，Ｊ．，２００２：“Ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ，ｃｌｏｕｄｓ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ”．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９８，５５９９，（Ｎｏｖ  ２９），１７３２−１７３７
【非特許文献３】Ｃｌｅｍｅｎｔ  Ｃ．Ｆ．及びＨａｒｒｉｓｏｎ  Ｒ．Ｇ．，１９９１：“Ｃｈａｒｇｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ａｅｒｏｓｏｌｓ”Ｉｎ：Ｏ’Ｎｅｉｌｌ  Ｂ．Ｃ．Ｐｒｏｃ．８ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｎｆ．  Ｓｅｒｉｅｓ  １１８，２７５−２８０
【非特許文献４】Ｃｚｙｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨ．Ｔ．Ｏｃｈｓ  ＩＩＩ，１９８８：“Ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｉｎ  ｆｒｅｅ  ｆａｌｌ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，４５，３１６１−３１６８
【非特許文献５】Ｄａｙａｎ，Ｈ．，及びＩ．Ｇａｌｌｉｌｙ，１９７５：“Ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｕｎｄｅｒ  ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｏｒｃｅｓ”．Ｉ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ，ｃｈａｒｇｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３２，１４１９−１４２９
【非特許文献６】Ｆｒｅｉｒｅ，Ｅ．，Ｌｉｓｔ，Ｒ．，１９７９．“Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｐａｉｒｓ  ｗｉｔｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｓｐｅｅｄ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３６，１７７７−１７８７
【非特許文献７】Ｇｏｙｅｒ，Ｇ．Ｇ．，Ｊ．Ｅ．ＭｃＤｏｎａｌｄ，Ｒ．Ｂａｅｒ，及びＲ．Ｒ．Ｂｒａｈａｍ，Ｊｒ．，１９６０：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ  ｏｎ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ”．Ｊ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１７，４４２−４４５
【非特許文献８】Ｈａｒｒｉｓｏｎ  Ｒ．Ｇ．，Ａｍｂａｕｍ  Ｍ．Ｈ．Ｐ．，２００８：“Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｈａｒｇｉｎｇ”．Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙ．Ｓｏｃ．Ａ，４６４，２５６１−２５７３
【非特許文献９】Ｈａｗｋｅｓ，Ｐ．Ｗ．，１９９２：“Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”．Ａｄｖ．ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙ．，ｖ．８３，３４−３５
【非特許文献１０】Ｊｏｎｅｓ，Ｃ．Ｄ．，Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ，Ｗ．Ｃ．Ａ．，１９７５：“Ｐｌｕｍｅｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｌｏｗｅｒ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｔｅｒｒ．Ｐｈｙｓ．，３８，４８５−４９４
【非特許文献１１】Ｋｈａｉｎ，Ａ．，Ｖ．Ａｒｋｈｉｐｏｖ，Ｍ．Ｐｉｎｓｋｙ，Ｙ．Ｆｅｌｄｍａｎ及びＹａ  Ｒｙａｂｏｖ，  ２００４．“Ｒａｉｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｆｏｇ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｅｅｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｐａｒｔ  Ｉ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．  Ｊ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，  ４３，  １５１３−１５２９
【非特許文献１２】Ｋｎｉｖｅｔｏｎ，Ｄ．Ｒ．，Ｔｏｄｄ，Ｍ．Ｃ．，２００１：“Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ  ｏｆ  Ｃｏｓｍｉｃ  Ｒａｙ  Ｆｌｕｘ  ａｎｄ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ”．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｌｅｔｔ．，２８（８），１５２７−１５３０
【非特許文献１３】Ｌｉｎｄｂｌａｄ，Ｎ．Ｒ．及びＲ．Ｇ．Ｓｅｍｏｎｉｎ，１９６３：“Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，６８，１０５１−１０５７
【非特許文献１４】Ｌｏｖｅｌａｎｄ，Ｒ．Ｂ．，Ｒｉｃｈｅｒ，Ｊ．Ｇ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｒ．Ｈ．，Ｃｌａｒｋ，Ｒ．Ｓ．，１９７２：“Ｐｒｏｊｅｃｔ  ｆｏｇｇｙ  ｃｌｏｕｄ  ＩＶ．  Ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”．Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．ＮＷＣ  ＴＰ５３３８，Ｎａｖａｌ  Ｗｅａｐｏｎｓ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ  Ｌａｋｅ，Ｃａｌｉｆ．，４２ｐｐ．
【非特許文献１５】Ｍａｋａｒｉｅｖａ，Ａ．Ｍ．及びＧｏｒｓｈｋｏｖ，Ｖ．Ｇ．，２００７：“Ｂｉｏｔｉｃ  ｐｕｍｐ  ｏｆ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ａｓ  ｄｒｉｖｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｙｃｌｅ  ｏｎ  ｌａｎｄ”．Ｈｙｄｒｏｌ．Ｅａｒｔｈ  Ｓｙｓｔ．Ｓｃｉ．，１１，１０１３−１０３３，２００７
【非特許文献１６】ＭａｃＧｏｒｍａｎ，Ｄ．Ｒ．，Ｒｕｓｔ，Ｗ．Ｄ．，１９８８：“Ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｎａｔｕｒｅ  ｏｆ  ｓｔｏｒｍｓ”．Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖ．Ｐｒｅｓｓ，Ｏｘｆｏｒｄ
【非特許文献１７】Ｍａｌｔｅｒ，Ｌ．，１９３６：“Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ”．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，Ｖｏｌ．５０，Ｉｓｓｕｅ  １，ｐｐ．４８−５８（ＤＯＩ：１０．１１０３／ＰｈｙｓＲｅｖ．５０．４８）
【非特許文献１８】Ｍａｖｒａｋｉｓ，Ａ．，Ｌｙｋｏｕｄｉｓ，Ｓ．，２００６：“Ｈｅａｖｙ  ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｅｐｉｓｏｄｅｓ  ａｎｄ  ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ”．Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，７，１５７−１６１
【非特許文献１９】Ｎａｄｙｋｔｏ，Ａ．Ｂ．，Ｙｕ，Ｆ．，２００３：“Ｕｐｔａｋｅ  ｏｆ  ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｌａｒ  ｖａｐｏｒ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｂｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｄｕｅ  ｔｏ  ｄｉｐｏｌｅ−ｃｈａｒｇｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．１０８，Ｎｏ．Ｄ２３，４７１７（ｄｏｉ：１０．１０２９／２００３ＪＤ００３６６４）
【非特許文献２０】Ｏｃｈｓ，Ｈ．Ｔ．及びＲ．Ｒ．Ｃｚｙｓ，１９８７：“Ｃｈａｒｇｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｉｎ  ｆｒｅｅ  ｆａｌｌ”．Ｎａｔｕｒｅ，３２７，６０６−６０８
【非特許文献２１】Ｐａｌｌｅ，Ｅ．，Ｂｕｔｌｅｒ，Ｃ．Ｊ．，Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｋ．，２００４：“Ｔｈｅ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ｂｙ  ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ  ａｎｄ  ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ  ｃｌｏｕｄｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｏｌａｒ−Ｔｅｒｒ．Ｐｈｙｓ．，６６，１７７９−１７９０
【非特許文献２２】Ｐａｌｕｃｈ，Ｉ．Ｒ．，１９７０：“Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，７５，１６３３−１６４０
【非特許文献２３】Ｐｌｕｍｌｅｅ，Ｈ．Ｒ．及びＲ．Ｇ．Ｓｅｍｏｎｉｎ，１９６５：“Ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ”．Ｔｅｌｌｕｓ，１７，３５６−３６４．
【非特許文献２４】Ｓａｒｔｏｒ，Ｄ．，１９５４：“Ａ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ，ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１１，９１−１０３
【非特許文献２５】Ｓａｒｔｏｒ，Ｄ．，１９６０：“Ｓｏｍｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，６５，１９５３−１９５７
【非特許文献２６】Ｓｃｈｌａｍｐ，Ｒ．Ｊ．，Ｇｒｏｖｅｒ，Ｓ．Ｎ．，Ｐｒｕｐｐａｃｈｅｒ，Ｈ．Ｒ．，Ｈａｍｉｅｌｅｃ，Ａ．Ｅ．，１９７６．“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３３，１７４７−１７５５
【非特許文献２７】Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｈ．，１９７２．“Ｆｏｇ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｗｅａ．Ｍｏｄｉｆ．，４，７０−８４
【非特許文献２８】Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｈ．，１９７６．“Ｔｈｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｆｏｒ  ｕｎｃｈａｒｇｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１５，２７５−２８１
【非特許文献２９】Ｔａｇ，Ｐ．Ｍ．，１９７６：“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ：  Ｐａｒｔ  Ｉ．Ａｎ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１５，２８２−２９１
【非特許文献３０】Ｔａｇ，Ｐ．Ｍ．，１９７７：“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ：Ｐａｒｔ  ＩＩ．Ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐ  ｓｅｅｄｉｎｇ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１４，６８３−６９６
【非特許文献３１】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，２０００：“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｗｉｎｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｇｌｏｂａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ，  ａｎｄ  ｉｎｆｅｒｒｅｄ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｃｌｏｕｄ  ｍｉｃｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，  ａｎｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｓｐａｃｅ  Ｓｃｉ．Ｒｅｖ．，９４，２３１−２５８
【非特許文献３２】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，Ｒｏｈｒｂａｕｇｈ，Ｒ．Ｐ．，Ｈｅｉ，Ｍ．，及びＢｅａｒｄ，Ｋ．Ｖ．，２０００：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ  ｃｈａｒｇｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ  ｏｆ  ａｅｒｏｓｏｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ａｎｄ  ｏｎ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｉｃｅ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，５７，２１１８−３４
【非特許文献３３】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，及びＹｕ，Ｆ．，２００２：“Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｌｏｕｄｓ  ａｓ  ｌｉｎｋｓ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｓｏｌａｒ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ”．Ｉｎ  ＡＧＵ  ｍｏｎｏｇｒａｐｈ  Ｓｏｌａｒ  Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｅａｒｔｈ’ｓ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ．
【非特許文献３４】Ｖｏｎｎｅｇｕｔ，Ｂ．，及びＭｏｏｒｅ，Ｃ．Ｂ．，１９５８：“Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ａｔｔｅｍｐｔｓ  ｔｏ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｕｍｕｌｕｓ  ｃｌｏｕｄｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｉｎｔｏ  ｔｈｅ  ｌｏｗｅｒ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ（Ｌｏｎｄｏｎ），３１７−３３１
【非特許文献３５】Ｗｅｉ，Ｓ．，Ｘｉａｏｂｉｎ，Ｘ．，Ｈｏｎｇ，Ｚ．，Ｃｈｕａｎｘｉａｎｇ，Ｘ．，２００８：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｄｉｐｏｌｅ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｏｎ  ｉｃｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｕｎｄｅｒ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ”．Ｃｒｙｏｂｉｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂ；５６（１），９３−９９
【非特許文献３６】Ｚｈａｏ  Ｊ．，Ｈａｎ  Ｙ．−Ｂ．，Ｌｉ  Ｚ．−Ａ．，２００４：“Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｏｌａｒ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ａｎｎｕａｌ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ａｒｅａ”．Ｃｈｉｎ．Ｊ．Ａｓｔｒｏｎ．Ａｓｔｒｏｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．２，１８９−１９７
【非特許文献３７】Ｚｈｏｕ，Ｌ．，及びＴｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，２００７：“Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ａｔ  ｔｈｅ  ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ  ｏｆ  ｌａｙｅｒ  ｃｌｏｕｄｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，１１２，Ｄ１１２０３（ＤＯＩ：１０．１０２９／２００６ＪＤ００７９９８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、従来技術の上述の欠点を克服する、気象調節のための改善された装置を提供することが、本願の一目的である。従来技術の欠点を回避し、より効率が良く、よりコストのかからない、ターゲット領域内で降水量を増加させる改善された方法を提供することが、本発明の別の目的である。制御が容易で、成功率を増加させる、ターゲット領域内で降水量を増加させる方法を提供することが、本発明の別の目的である。これらの目的は、独立請求項に記載の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を記載する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、気象調節のための装置を提供する。この装置は、エミッタ電極と、エミッタ電極に電気的に結合された、エミッタ電極に電荷を与える手段と、エミッタ電極を所定の高さに支持するための絶縁支持体と、装置を接地する手段とを備える。エミッタ電極は、マルターフィルム（Ｍａｌｔｅｒ  ｆｉｌｍ）を備える。マルターフィルムは、好ましくは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える。マルターフィルムに特に好ましい材料は、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せである。
【００２７】
好ましい一実施形態では、エミッタ電極が、導電性表面を有するコンデンサである。コンデンサは、好ましくは、ほぼ球形である。「ほぼ球形の」コンデンサは、いくらか球形の形状を有するコンデンサと理解されたい。前記形状は、例えば、球形形状に類似した多角形に構成される、いくつかの面または平面構造を備えることができる。例えば、いくつかの五角形および六角形を、サッカーボール上と同じく構成することができる。
【００２８】
本発明の装置の好ましい一実施形態によれば、エミッタ電極は、１つまたは複数のコロナ放電エミッタ電極組立体を備え、それらは互いに機械的および／または電気的に結合される。
【００２９】
装置の支持体は、好ましくは６ｍ〜３０ｍ、特に好ましくは８ｍ〜１５ｍの高さを有する。支持体が絶縁層を備えることがさらに好ましい。あるいは、支持体は、絶縁材料から形成してもよい。支持体は、剛性構造をさらに有することができる。例えば、エミッタ電極は、表面を有する平面多角形形状のフレームによって支持することができる。
【００３０】
一実施形態では、エミッタ電極が、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える。
【００３１】
エミッタ電極に電荷を与える手段は、大きな電荷密度および／または大電圧を与えるのに適した任意の手段とすることができる。この手段に好ましい一例が、ヴァンデグラフ起電機の荷電エンジン（ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｅｎｇｉｎｅ）である。
【００３２】
好ましい一実施形態によれば、好ましくは中実または管状ワイヤの形状であり、好ましくは１本または複数本のコロナ放電開始ワイヤをさらに備えた２つ以上のマルター電極をエミッタ電極が備える。マルター電極の直径は、好ましくは、コロナ放電開始ワイヤの直径よりも大きい。コロナ放電開始ワイヤは、好ましくは、マルター電極の付近に配置され、マルター電極に機械的および／または電気的に結合される。一実施形態によれば、マルター電極は、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、平行セグメントの形で構成される。
【００３３】
一代替実施形態では、エミッタ電極が、箔帯（ｆｏｉｌ  ｓｔｒｉｐ）形状の２つ以上のマルター電極を備える。エミッタ電極は、ワイヤメッシュをさらに備えることができる。その代わりにまたはそれに加えて、エミッタ電極は、マルター電極メッシュを備えることができる。
【００３４】
別の実施形態によれば、装置は、エミッタ電極のワイヤループの非接触加熱に適した高周波電磁波発生器を備える。
【００３５】
装置が１つまたは複数の接地電極を備え、接地電極は、１つまたは複数のエミッタ電極組立体の下方にあり、接地する手段に電気的に結合されることがさらに好ましい。装置は、１つまたは複数のコレクタ電極をさらに備えることができる。
【００３６】
本発明の好ましい一実施形態によれば、装置は、導電性電解質溶液を収容するリザーバをさらに備える。さらに、エーロゾル発生器を設けることができ、エーロゾル発生器は、好ましくは、電解質溶液を広めるための１つまたは複数のデバイスを備える。
【００３７】
別の好ましい実施形態では、装置は、上昇気流を発生させる１つまたは複数の手段をさらに備える。この手段は、例えば、熱源を備えることができる。そのような熱源の簡単な一例が、装置の下方または周りに配置される、太陽放射を吸収する黒色物質である。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、気象調節のための装置が提供され、この装置は、エミッタ電極を運ぶのに適した軽航空機と、エミッタ電極に電気的に結合された、エミッタ電極に電荷を与える手段と、装置を接地する手段とを備える。本発明の第１の態様による装置の作動高さは、絶縁支持体の高さによって制限されるが、本発明の第２の態様による装置の作動高さは、エミッタ電極を軽航空機によって任意の作動高さに輸送することができるため、基本的に無制限である。したがって、本発明による装置は、装置の特定の用途に応じて、所定の高さに上昇させることができる。例えば、本発明による装置の高さは、ターゲット領域内に存在する雲の高さに応じて調節することができる。それにより、本発明による装置の有効性および成功率が、従来技術に比べて劇的に増加することが可能である。
【００３９】
好ましくは、軽航空機は、エミッタ電極に電荷を与える手段に係留ロープを介して接続される。好ましい一実施形態によれば、軽航空機は、表面を有する軽航空コンデンサ（ｌｉｇｈｔｅｒ−ｔｈａｎ−ａｉｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）である。換言すれば、軽航空機は、コンデンサを形成し、または、コンデンサとして利用することもできる構成部品から基本的に形成される。好ましくは、複数のエミッタ電極組立体が、軽航空コンデンサの表面の周りに構成され、例えば可変長の複数の支持ロッドを用いてそこに一様に固定される。支持ロッドは、コンデンサの表面に接触する、応力支持機構となる脚を有することができる。
【００４０】
一代替実施形態によれば、エミッタ電極は、球面または準球面を有する中空のコンデンサを備え、軽航空機がコンデンサの内側に構成される。好ましくは、１つまたは複数のエミッタ電極組立体が、コンデンサの周りに構成され、コンデンサに電気的に結合される。エミッタ電極組立体が、軽航空機の表面を取り囲むワイヤメッシュであることがさらに好ましい。好ましい一例では、エミッタ電極組立体が、軽航空機の表面とメッシュの間に配置された球体によって支持され、球体は、軽航空機の周りに一様に配置される。
【００４１】
第１の態様による装置（支持体上に取り付けられる）に関して説明する好ましい特徴を、第２の態様による装置（軽航空機）を向上させるためにも利用できることを、当業者なら理解するであろう。
【００４２】
本発明のさらに別の態様によれば、ターゲット領域内で降水量を増加させる方法が提供される。この方法は、エミッタ電極を設けるステップと、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、気象分析に応答してエミッタ電極に電荷を与え、それにより、エミッタ電極にエミッタ電極の付近をイオン化させるステップとを含む。
【００４３】
好ましい一実施形態によれば、この方法は、エミッタ電極を所定の高さに上昇させるステップをさらに含む。第１の代替手段によれば、所定の高さは６ｍ〜３０ｍであり、好ましくは８ｍ〜１５ｍである。本発明の第２の態様によれば、所定の高さは１００ｍを上回り、好ましくは５００ｍを上回る。
【００４４】
所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態に基づいて決定されることが、一般に好ましい。所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の雲の高度に基づいて決定されることが特に好ましい。この方法の好ましい一実施形態によれば、所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の雲の高度の少なくとも５０％であり、好ましくは少なくとも６５％である。
【００４５】
第１の態様によれば、エミッタ電極を設けるステップが、エミッタ電極を絶縁支持体上に取り付けることを含むことが好ましい。第２の態様によれば、エミッタ電極を設けるステップが、好ましくは、軽航空機を用いてエミッタ電極を上昇させるステップを含む。
【００４６】
エミッタ電極がマルターフィルムを備えることが、さらに好ましい。マルターフィルムは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜、好ましくは次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せからなる薄膜を備える。
【００４７】
別の好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、エミッタ電極の下方の土壌に、水または水性導電性電解質溶液を用いて加湿するステップを含む。
【００４８】
好ましくは、金属またはワイヤメッシュのシートを備える１つまたは複数のコレクタ電極が、エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。一般に、本発明の方法は、１つまたは複数の接地電極を設けるステップを含むことができる。さらに、エミッタ電極の下方に熱源を配置することができる。熱源は、エミッタ電極の下方に分配される、太陽放射を吸収する物質によって達成することができる。
【００４９】
特定の一実施形態によれば、導電性電解質溶液を収容するリザーバを設けることができ、リザーバは、エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。さらに、地球表面上に導電性炭素粒の層を設けることができ、その層は、エミッタ電極の下方にあり、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。
【００５０】
本発明の方法の好ましい一実施形態によれば、いくつかのエミッタ電極が設けられ、エミッタ電極組立体として構成される。好ましくは、いくつかのエミッタ電極組立体が設けられる。いくつかのエミッタ電極組立体は、好ましくは、例えば平面形状のフレームによって支持される。好ましくは、エミッタ電極組立体は、互いに電気的に結合され、可撓性ジョイント（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｊｏｉｎｔ）を用いて互いに、またフレームの側部に機械的に結合される。フレームは、好ましくは、地球表面とある角度をなして配置される。前記角度は、好ましくは、約２０〜約７０度である。
【００５１】
好ましい一実施形態では、エミッタ電極が、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える。好ましい一例では、フレームが三角形であり、両方のワイヤセグメント端部が、フレームの２つの側部のそれぞれに対をなして固定されたいくつかの可撓性支持物によって定位置に保持され、可撓性支持物は、ワイヤセグメントに対する応力支持機構となる。好ましくは、フレームが三角形であり、ワイヤがフレームに、フレームの２つの側部上のノッチを通って１本のストランドの形で巻きつけられ、ノッチは、フレームのそれらの側部上に対をなして設けられる。
【００５２】
エミッタ電極組立体は、好ましくは、二等辺三角形形状であり、１つまたは複数の角錐に構成される。角錐の底面は、好ましくは、エミッタ電極を含まず、地球表面に平行に配置される。好ましくは、隣接する角錐の頂点が異なる方向を向く。
【００５３】
本発明の第１および第２の態様による装置を、上述した方法を実施するために利用できることを、当業者なら理解するであろう。本発明の方法の特に好ましい一実施形態によれば、２つ以上の装置を１列に、特に卓越風と同じ方向に配列することができる。したがって、本発明による方法によって達成すべき効果を増大させ、さらには倍増させることさえできる。それに加えてまたはその代わりに、上述した装置の２つ以上の平行列が、グリッドの形で配列される。グリッド、および特に隣接する装置間の距離は、好ましくは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態に基づいて決定される。
【００５４】
本発明の別の態様によれば、上述した方法を、逆の効果を達成するために利用することができる。したがって、第１のターゲット領域内で降水を減少させる方法が提供される。この方法は、降水を増加させる第２のターゲット領域を選択するステップと、前記第２のターゲット領域内での降水を、上述した方法によって増加させるステップとを含む。それにより、前記第１のターゲット領域内での降水の減少が生じる。降水を増加させる方法に関して上述した好ましい特徴はいずれも、降水を減少させる方法にも使用できることを、当業者なら理解するであろう。
【００５５】
装置に関して説明するあらゆる特徴を、上述した方法を向上させるためにも利用することでき、逆も同様であることをさらに理解されたい。
【００５６】
上述した方法および装置は、本発明のいくつかの用途に利用することができる。第１の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での霧の消散に対する使用を対象とする。上述した装置および／または方法を用いたターゲット領域内での降水の増加が、前記ターゲット領域内に存在するあらゆる霧を本質的に消散させることを、当業者なら理解するであろう。
【００５７】
第２の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での雲量の増加に対する使用を対象とする。それにより、ターゲット領域内での地球表面の温度が減少する。
【００５８】
第３の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、サイクロン発達の初期段階でのその形成確率および強度の低下に対する使用を対象とする。
【００５９】
第４の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、内陸への海洋水分流入および陸域内での水分再循環の増強に対する使用を対象とする。
【００６０】
第５の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での森林再生に対する使用を対象とする。
【００６１】
本発明のさらなる態様、目的、および利点を次に、図を参照して説明する。
【００６２】
以下では、本発明の好ましい諸実施形態を、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による装置の好ましい一実施形態のスケッチである。
【図２】本発明による装置の別の好ましい実施形態のスケッチである。
【図３】本発明の装置の別の好ましい実施形態を示す図である。
【図４】本発明による装置の別の好ましい実施形態を示す図である。
【図５】好ましい一実施形態による角錐フレーム上のいくつかのエミッタ電極組立体の構成を示す図である。
【図６ａ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｂ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｃ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｄ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図７ａ】本発明による基本エミッタ電極組立体の三角形実施形態を示す図である。
【図７ｂ】本発明による基本エミッタ電極組立体の三角形実施形態を示す図である。
【図８】三角形基本エミッタ電極組立体の一代替実施形態を示す図である。
【図９】三角形基本エミッタ電極組立体の別の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による装置の好ましい一実施形態を示す図である。
【図１１】本発明による準球形コンデンサの一例を示す図である。
【図１２】本発明に使用される軽航空機の一例を示す図である。
【図１３】本発明によるマルター電極を示す図である。
【図１４】本発明によるマルターメッシュを示す図である。
【図１５】本発明によるマルターメッシュを示す図である。
【図１６】本発明によるマルター箔帯を示す図である。
【図１７】水分子がイオンと衝突する間のその軌道を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
本明細書で説明する一般的な方法およびその実施においては、人工雲荷電が、地上のデバイスを用いて間接的にかつ遠隔で達成され、電気的に不安定な過荷電液滴を雲に種まきするための技法は必要ない。この方法の基礎は、雲荷電の自然過程を、設計した手段を用いて制御可能に増強することであり、それに代わる手段として設計しようとすることではない。いくつかの特定の非限定的な実施形態が、主として、ターゲットエリア内での降水の増加を扱う。大地エリアでの降水の増加は、さまざまな実施形態では、ターゲット大地エリアと気象的に関係する大気のターゲット領域内の雲粒に対して付加的な電荷を導入し、その導入が後にターゲット大地エリア上に降水を引き起こすことによって実施される。
【００６５】
本質的に、あらゆる雲は荷電しており、すなわち、ある程度荷電粒子を含む。雷雨雲中では、強い内部荷電の複数のメカニズムが、降水形成、特に氷生成に関係しており、したがって、雲荷電と降水の間に正のフィードバックを形成する（ＭａｃＧｏｒｍａｎおよびＲｕｓｔ、１９８８）。全球雷雨活動が、グローバルサーキット（ｇｌｏｂａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ）モデルにおける支配的な電荷セパレータ（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）であると考えられており（Ｗｉｌｓｏｎ、１９２９）、その活動において、負に荷電した地球と正に荷電した電離圏の間で約２５０〜３００ｋＶの電位が維持される。反対極性をもつ空気イオン（両極イオン化）対が、大気空気中で自然の高エネルギー粒子、主として宇宙線によって、絶えず生成されている。晴天領域では、それらのイオンが、いわゆる晴天電場、すなわち電離圏から地球への電位勾配によって駆動され、したがって、晴天電流または周囲電流（ａｍｂｉｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）として知られる、大気柱を約１〜４ｐＡｍ−２の密度で流れる漏れ電流が形成する。
【００６６】
内部荷電がない、または比較的弱い非雷雨層雲が、地球上の全降水の大部分を生成する。そのような雲は、晴天電流による外部荷電の影響を受けやすい。というのも、曇天大気の導電率は典型的に、主として晴天電流のキャリアであるイオンが雲粒に付着することにより、同じ高度の晴天大気（ｃｌｅａｒ  ａｉｒ）の導電率の何分の１もの小ささになるためである（ＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ、２００７）。ほぼ下向きの晴天電流が、高勾配の導電率を有する晴天大気から曇天大気への境界面を通って流れるとき、電荷が雲境界の粒子上に蓄積し、すなわち正電荷が上部で、また負電荷が下部で蓄積する。
【００６７】
外部雲荷電における電荷分離は、次のように生じる。高エネルギー粒子によってイオン対が形成されると、微視的スケールでの初期電荷分離が生じる。次いで、晴天電場内の電気力により、反対極性をもつイオンが反対方向に、すなわち正イオンが下方に、また負イオンが上方に引き離される。最終的に、それらのイオンのいくつかが雲粒に付着し、したがって雲粒を、雲境界の上部で正に、また下部で負に荷電させる。どの電荷分離も、エネルギー入力を必要とする。イオン対を形成するための初期エネルギー入力は、高エネルギー粒子によってもたらされる。反対符号イオンを巨視的距離まで分離するのに必要なエネルギー入力は、この過程において発電機として働くグローバルサーキットによってもたらされる。
【００６８】
外部荷電によって雲粒上で達成される平均電荷は、晴天電流密度に比例し、典型的には過荷電しきい値に近く（ＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ、２００７；ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）、これは、雲粒の過荷電部分が雲の発達に影響を及ぼしうることを示唆している。一方、気象変数が晴天電流と強く相関があるということの多数の証拠が、観測によりもたらされている。太陽活動の周期的変動および不規則変動が、下層大気中での大気イオン化、したがって晴天電流を変調させる。気象変数の太陽活動による影響の受けやすさを観測したものに基づく最近の調査は、宇宙線の入射が無視できないことを強く示している（Ｔｉｎｓｌｅｙ、２０００；Ｃａｒｓｌａｗ等、２００２；ＴｉｎｓｌｅｙおよびＹｕ、２００２；Ｐａｌｌｅ等、２００４；ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）。降水と宇宙線流束の間の統計的関係の証拠が、最初にＫｎｉｖｅｔｏｎおよびＴｏｄｄ（２００１）によって提示され、後にＺｈａｏ等（２００４）によって提示された。地中海沿岸周辺のさまざまな位置で異なる、大雨の宇宙線との相関関係の比較分析が、ＭａｖｒａｋｉｓおよびＬｙｋｏｕｄｉｓ（２００６）によって行われた。
【００６９】
原則として、気象調節は、非雷雨雲の外部荷電がその影響を受ける晴天電流の密度を制御することによって達成することができる。大量の大気空気中で人工両極イオン化を生じさせることは技術的に困難であるため、可能であれば、雲の高度で晴天電場を増加させることが一選択肢となる。これは、雲の下方にある電荷コンデンサとして働く物体に対する電荷の蓄積によって局所的に達成することができる。このコンデンサの電場の方向が晴天電場の方向と同じ（下向き）になるため、負電荷が好ましい。地上でのコンデンサの上昇が大きいほど、雲の高度での電場強度が大きくなる。これは、この文脈では導電性である大地によって生じる反対符号の鏡像電荷の電場が、雲の高度では、コンデンサの上昇とともに減少するためでもある。
【００７０】
上記の構成におけるコンデンサが、電荷コンデンサの一般的なタイプである、半径Ｒの導電性表面を有する球形であり、地上の高さｈまで上昇させられ、大地に対して電位Ｕに維持された場合、雲の高度Ｈでの電場Ｅは、次の式によって与えられる。
【００７１】
【数１】
2011529332.tif 000003
【００７２】
前述の鏡像電荷の影響を考慮に入れた式（１）により、パラメータＲ、Ｕ、およびｈの実際的な要件を評価することが可能になる。雲底Ｈ＝６００ｍにおいて、その高度の雲にとって適度な電場の強化であり、雲荷電電流の数倍の増加をもたらすＥ＝１２０Ｖ／ｍを達成するには、ｈ＝３００ｍのところのＲ＝３ｍを有する球形コンデンサを、約Ｕ＝３．５ＭｅＶの電圧に設定すべきである。
【００７３】
非限定的な例として、上記のパラメータの値を１桁の開きで達成するための要件は、その荷電エンジンが接地されており、荷電エンジンに電気的に結合されたその球形コンデンサが軽航空機によって地球表面の上方の必要な高さに上昇させられる、ヴァンデグラフ起電機（ＶＤＧＧ）で技術的に満たすことができる。
【００７４】
実際的な解決策は、球形軽航空機の表面を導電性にする、例えば表面を金属箔または導電ペイントで覆うことによって、ＶＤＧＧコンデンサとして働く球形軽航空機を得るというものである。図１に示す実施形態では、この軽航空コンデンサ１１を、地球表面１２に係留ロープ１３で錨固定することができ、係留ロープ１３の長さ、したがってコンデンサの上昇は、リール１４によって制御することができる。支持物１６、例えばロープに取り付けられたループによってロープの付近にあり、ロープと一緒にリールに巻かれたワイヤ１５が、コンデンサを、別のワイヤ１７を経由して、ＶＤＧＧ荷電エンジン１９の（負）電極１８に電気的に結合し、ＶＤＧＧ荷電エンジン１９の（正）ベース１１０が、接地点１１１に電気的に結合される。地球表面に錨固定された軽航空機および係留ロープを備えるそのような支持体を、以後係留型支持体と呼ぶ。
【００７５】
このシステムの電場は、コンデンサからの距離とともに弱まり、また電場の垂直成分のみに関心があるため、電場の垂直成分を通過する雲は限られた時間荷電される。雲を十分に荷電させるのに必要な時間は、次のように推定することができる。雲が荷電される、すなわち電荷分布が最終的に確立されると仮定すると、空間電荷密度ρおよび晴天電流密度ベクトルＪに関する保存則は、次のように変わる。
【００７６】
【数２】
2011529332.tif 000004
【００７７】
オームの法則が有効であるとさらに仮定すると、それによりＪおよび電場強度Ｅは、空気の導電率σによって、
【００７８】
【数３】
2011529332.tif 000005
【００７９】
のように関係付けられる。
【００８０】
Ｅとρを関係付けるポアソン方程式は、
【００８１】
【数４】
2011529332.tif 000006
【００８２】
である。
【００８３】
この方程式において、εは空気の誘電体誘電率であり、これは真空中での誘電体誘電率にほぼ等しく、すなわちε〜ε０＝８．８５×１０−１２Ｆｍ−１である。式（３）を（４）に代入し、式（２）を考慮に入れることによって、次の式が生じる。
【００８４】
【数５】
2011529332.tif 000007
【００８５】
（５）における電気抵抗率１／σの勾配が、晴天大気と曇天大気の間の境界に垂直であり、座標軸ｘがこの勾配に沿って選択されると仮定すると、空間電荷密度の絶対値に関する次の式を（５）から得ることができる。
【００８６】
【数６】
2011529332.tif 000008
【００８７】
ここで、Ｊｎは、大気電流密度の（境界面に対して）垂直な成分であり、Δｘは、晴天大気と曇天大気の間の境界面の幅であり、σｃｌｄは、曇天大気の導電率であり、σａｉｒ＝γσｃｌｄは、晴天大気の導電率（γ＞１）である。多くの場合、境界は平坦で地球表面に平行であり、したがってＪｎは、大気電流密度の垂直成分になると近似することができる。電荷蓄積に必要な時間τの推定値は、曇境界上の表面電荷｜ρ｜Δｘと電流密度Ｊｎの比として得ることができる。（５）から得られるように、τ＝ε（γ−１）／σａｉｒである。典型値σａｉｒ〜１０−１３Ω−１ｍ−１、およびγ〜１０の場合、この時間τは約９００秒、すなわち１５分である。雲は、その水平速度に応じて、その時間の間に数キロメートルの距離を通過することができ、したがって、上昇した複数のコンデンサを、雲の運動方向に沿って、通過する雲に対する適度に連続する電場、したがって大気電流の強化を確実にする距離をそれらの間において設けるべきである。列中のコンデンサ間の、雲底とコンデンサの間の距離の２倍を超えない距離が指針である。
【００８８】
実際には、上昇したコンデンサ（要素）の２次元グリッド（クラスタ）を備えるユニットが、雲荷電エリアの十分な幅を達成するために必要となる場合がある。各コンデンサは、固定位置にあっても、例えばトラックまたはボートに載せて移動できてもよい。大気条件および達成される影響度に応じて、影響の開始から２０〜３０分から１〜２時間に及ぶ期間にわたって効果を観測することができる。したがって、雲の運動の変化する速度および方向、ならびに他の大気条件の下で、特定のターゲットエリア内で効果を達成するためには、選択的に作動される複数のユニットのネットワークが一般に必要である。
【００８９】
別の手法は、大気の雲底下のエリア内で浮遊空間電荷を形成することに基づくものであり、これは、地上施設から、論じた浮遊コンデンサに必要な高度未満の高度で達成することができる。ある空気量に含まれる空間電荷は、その量に含まれるあらゆる粒子（イオンおよび荷電エーロゾルを含む）の電荷の、その符号を考慮に入れた和と定義される。次いで、浮遊荷電コンデンサとして働く、生成された空中電荷の柱（ｐｌｕｍｅ）が、自然の上昇気流および／または人工上昇気流によって上昇する。イオンとは対照的に、エーロゾルによって蓄積した空間電荷の寿命はずっと長く、典型的には最大約２０〜４０分であり、それにより、空間電荷柱が、上昇気流に応じて最大数キロメートルの高度まで上昇することが可能になる。
【００９０】
作動セッション中、ある位置に含まれる自然のエーロゾルまたは人工エーロゾルを、十分な速度で、かつ初期柱高度を決定する地上の十分な高さのところで荷電させることによって、好ましくは負の空間電荷を連続して生成すべきである。荷電固体コンデンサの論じたケースとは対照的に、雲は、デバイスの必ずしも直接上方ではなく、大気中に伝搬する生成された空間電荷柱の上方で荷電させることができる。
【００９１】
効果が達成可能な場合にその生じる場所を推定するために、空間電荷柱のダイナミクスによって変わる雲荷電のエリアと程度を両方とも、気象データセットおよび特定の空間電荷発生器の特性に基づいて予測することができる。ガウス分散モデルに基づく、さまざまな大気条件について過去数十年にわたって開発された、エーロゾル柱のダイナミクスの多くのモデルを、低電気移動度によりその運動が大気運動によって主として支配されている、荷電エーロゾル粒子の柱に適用することができる。柱モデルに関する基本的な入力パラメータセットには、発生器の荷電速度（すなわち、単位時間当たりにエーロゾルが取得する電荷）、初期柱高度、風速および方向、ならびに大気安定度階級（すなわち大気乱流の尺度）によって変わる、空間電荷分布の垂直方向および水平方向の標準偏差がある。ある一定の大気条件について開発されたいくつかのモデルは、追加の気象パラメータを要する。
【００９２】
人工雲荷電を予測する方法は、次のとおりである。適切な雲が存在することを含めて大気条件が好ましい場合、雲底、雲量、および柱モデリングパラメータに関連のあるものを含む気象データが連続して収集され、パラメータ値が得られる。データは、典型的には数十キロメートルにわたる、柱伝搬の可能性がある広いエリアにわたって収集すべきである。
【００９３】
空間電荷発生器の荷電速度は大気条件によって変わるため（これについては後に論じる）、その速度も測定され、かつ／または気象データに基づいてモデリングされる。次に、優勢な大気条件に最も適したモデルが選択され、実行される。空間電荷のモデリングした密度プロファイルを得ると、柱の電場の垂直成分の、したがって既知の高度の雲底付近の関連する大気電流（ＡＥＣ）の２次元プロファイルを、空間電荷プロファイルから柱の容積全体にわたって数値積分することによって得ることができる。一方、雲境界上に生じる空間電荷密度、雲中の電場、および雲粒上の電荷分布（雲粒のスペクトルが例えば放射計を用いて測定されることを条件として）のプロファイルなど、他のプロファイルを、例えばＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ（２００７）の手法に基づいて得ることができる。
【００９４】
気象調節では、特に降水の開始および量を許容できる精度で予測することのできる、与えられた（この場合には電気的な）影響の結果の予測モデルが、現在の最高水準技術では利用可能になっていない。大きなばらつき、ならびに関係する多数の過程およびパラメータ、ならびに高分解能でのマルチチャネル処理に対する計算能力の現在の利用可能性のため、そのようなモデルが近い将来利用可能になる可能性は低い。
【００９５】
前述の雲荷電モデリングの方法は、以下の方法が実施されることを条件として、引き起こされる降水のいくつかの定量的評価を達成するようにさらに拡張することができる。この段階では、統計的手法だけが、ある決まった方法でパラメータ化される与えられた影響が、やはり適切にパラメータ化すべき効果をもたらす見込みがかなりあるという、ある程度の確実性をもたらすことができる。類似した大気条件下での影響パラメータと効果パラメータの相関関係は、特定エリア内での気象調節の履歴データに基づいて、業界標準のＨｕｇｉｎまたはカスタム開発した実装など、人工知能のエキスパートシステムを用いて統計的に定量化することができる。この方法では、大気条件の類似性もパラメータ化すべきであり、各パラメータについての類似度、すなわちケース間の値の最大許容差を定義すべきである。大気条件の類似性に関するパラメータセットには、それらに限定することはできないが、高層気象図のパラメータ、ならびに雲タイプ、雲底高度、温度の空間プロファイル、氷粒子および液滴のスペクトル、過飽和などの雲パラメータがある。
【００９６】
上昇した固体コンデンサの場合と同様に、空間電荷発生器を利用して、変動する大気条件下で適度に広いターゲットエリア内で降水を生成または強化するときには、そのような発生器のクラスタのネットワークが必要となりうる。気象調節の目的に効果的であるために、空間電荷発生器の設計は、可能な最高の性能を達成するように最適化すべきである。好ましくは、この実施形態は、特にその利用および移動性に関して実際的となるべきである。空間電荷の初期垂直輸送を促進することも、有利となりうる。この方法では、荷電エーロゾルを雲の中に供給する必要がないため、必ずしもエーロゾル粒子を過荷電させることではなく、大きな空間電荷生成速度を達成することが重要である。
【００９７】
自然の大気エーロゾルを開放空気環境でコロナ放電（単極）イオンによって荷電させることに基づく、コスト効果の高い空間電荷発生器の概念は、Ｖｏｎｎｅｇｕｔ（１９６２）によって最初に紹介された。Ｖｏｎｎｅｇｕｔの特許に概説された装置、および自然の空間電荷を雲の中に供給することによる対流荷電（ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）に関する仮説を試験するために、ＶｏｎｎｅｇｕｔおよびＭｏｏｒｅ（１９５８）は、直径約０．２５ｍｍの長さ７ｋｍの直線ワイヤを備えた単純なＥＥＣＤを利用した。この実施形態では、ワイヤは、その長さに沿って地上約１０ｍのところで８０本の金属アンテナマスト上に支持され、２５ｋＶの電圧で動作する市販のＤＣ電源の負電極に接続されていた。ＤＣ電源の正電極は接地され、大地がコロナ放電コレクタ電極として働いた。
【００９８】
鋭い先端を有する針タイプの電極を用いるよりも、細いワイヤをエミッタ電極として用いる方が実際的である。というのも、針タイプの電極は、電気化学的腐食のため鈍感になり、一方、ワイヤの腐食は、よりゆっくりと、その長さに沿ってほぼ一様に生じるためである。細いワイヤはまた、鋭い先端を用いた場合に生じることがある、過度の強度の電場がエミッタ電極の表面にかかった状態でのオゾンや窒素酸化物などの危険ガスの放出を最小限に抑える。対照的に、中程度の電場がワイヤの広い表面エリアにかかった状態でコロナ放電を用いることによって、危険ガスを放出せずに大きなイオン排出量を達成することができる。
【００９９】
しかし、ＶｏｎｎｅｇｕｔおよびＭｏｏｒｅの基本設計は、細く脆弱なワイヤの利用、規模拡大、配置換え、および維持管理に関して実際的ではない。さらに、支持体（マスト）が、それを通って流れる大きな漏れ電流を導入することがある。高電圧環境では、絶対ゼロ（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｚｅｒｏ）になりえない導電率を有する任意の支持構造が、漏れ電流を導入する可能性がある。支持構造を湿潤条件下で濡らすと、その導電率が増加しうる。漏れ電流のため、有限の導電率を有する大地を、特にＤＣ電源の接地電極（接地点）と支持体の間が大きく隔たったところではもはや導電性と見なすことができず、そのことが、エミッタ電極上の電圧の減少によって生じるエミッタ電極の性能劣化と、おそらくはＤＣ電源の過負荷を招く。
【０１００】
図２に示す、基本設計に対する大幅な改善は、ワイヤまたは電気的に結合されたワイヤセグメントを小型化して、エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）２１に入れ、エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）２１は、好ましくは単一の支持体２２によって地上のある高さに上昇させられ、例えば適切なワイヤ２３を用いてＤＣ電源２５の負電極２４に電気的に結合され、ＤＣ電源２５の正電極が、接地点２６と電気的に結合されるというものである。そのような設計が、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等のロシア特許（２００１）において提案された。
【０１０１】
定義上、ＥＥＡは、１つまたは複数の電気的に結合されたエミッタ電極、およびそれらのエミッタ電極を支持する、以後エミッタ電極フレームまたは単に電極フレームと呼ぶ構造を備える。Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計によれば、ＥＥＡのフレームは二等辺角錐の形状であり、ワイヤが角錐の側部に１本のストランドの形で巻きつけられている。単一のＥＥＡが、支持体上にホルダまたはブラケット（図２には図示せず）を用いて取り付けられる。高電圧絶縁体（図２には図示せず）が、支持体とブラケットの間に配置される。
【０１０２】
イオン電流と呼ばれるイオン生成速度と漏れ電流との比が、コロナ放電実施形態の重要な性能特性である。さまざまな要因の中でもとりわけ支持体品質によって変わる、イオン電流対漏れ電流比の可能な最高の値を達成するように試みるべきである。支持体品質は、支持体の絶縁特性と、可能な最高のイオン電流出力を有し、したがって大きな機械的負荷、すなわち電極フレームが主として寄与する重量および運動量を有するＥＥＡを支持体が支えることのできる能力の両方によって決まる。
【０１０３】
したがって、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計に対する第１の改善は、絶縁体を排除し、適切な絶縁材料から継目のない支持体を構築するというものである。そのような措置は、支持体の重量を減少させ、機械的強度と電気抵抗率のどちらも改善することができる。支持体が、その１つ目が大地に固定され、２つ目がＥＥＡに固定される２つの端部を有する、以後地上支持体と呼ぶ剛性の垂直構造であるこの場合には、適切な支持体の非限定的な例が、中空ガラス繊維セグメントから形成され、大地に固定された３本以上の係留ロープによって安定化される伸縮マストである。分割して容易に輸送可能であり、負荷の容易な維持管理を可能にするそのようなマストは、アンテナを支持するために広く使用されている。
【０１０４】
本明細書で提案する、別の改善された実施形態では、軽航空機によって上昇させられるＥＥＡ用の係留支持体が別法として使用され、これは、例えば維持管理目的で上昇高さを容易に変更する必要がある場合、または後に論じるようによく見られることであるが、必要な高さが地上支持体を用いて達成困難である場合に、特に有利である。
【０１０５】
係留型支持体の概念を示す非限定的な例が、図３に示す一実施形態である。軽航空機３１が、ロープまたは回転ジョイント（ｐｉｖｏｔ  ｊｏｉｎｔ）３２を用いて、ＥＥＡ３４を支える（すなわちそのフレームに固定された）支持ロッド３３の第１の端部に機械的に結合される。リール３６によってその長さが制御される係留支持ロープ３５の上端部が、支持ロッドに固定される。支持物３８、例えばロープに取り付けられたループによってロープの付近にあり、ロープと一緒にリールに巻かれたワイヤ３７が、別のワイヤ３９を用いて、ＤＣ電源３１１、例えばＶＤＧＧの荷電エンジンの第１の（負）電極３１０に電気的に結合され、ＤＣ電源３１１の第２の（正）電極３１２が、接地点３１３に電気的に結合される。
【０１０６】
支持体のタイプにかかわらず、支持体部品、例えばマストやロープが、湿潤条件下で連続した導電性水膜がそれらの部品上に蓄積しないようにするために、脂肪様の絶縁撥水物質のフィルムで覆われることが推奨される。
【０１０７】
たとえ漏れ電流が最小限に抑えられたとしても、大きなイオン電流の達成が、大地の有限の導電率のためエミッタ電極上の電圧を損失するという前述の問題を導入する可能性がある。この実施形態に対するさらなる改善（図２を参照されたい）が、コロナ放電の付近に、例えば適切なワイヤ２８を用いてＤＣ電源の接地点と電気的に結合された１つまたは複数の接地点２７を導入するというものである。必要な接地点の数は、消費電流、大地のタイプ、および発生したイオンの大部分がそこに向かって移動するＥＥＡの下方の大地エリアによって変わる。負のコロナ放電の場合、このエリアを以後アノードエリアと呼ぶ。より大量の空気に含まれるエーロゾルを荷電させるには、より広いアノードエリアが好ましい。指針として、アノードエリアの半径は、ＥＥＡの上昇高さに少なくとも等しくすべきである。大地のタイプおよび消費電流は、アノードエリアの十分な導電率を維持するのに必要な、アノードエリア内での接地点の密度を定める。例えば、大地が湿潤土壌であり、消費電流が約１００〜２００μＡであり、単一の接地点が７０ｋＶの電圧下で動作するＥＥＡの下方に導入される場合、アノードエリアは最大５〜８ｍの半径を有する。土壌が乾燥している場合、アノードエリアを覆う、互いに電気的に結合され、ＤＣ電源の接地点に結合された接地点のグリッドが必要である。この場合、グリッドの形で配列された隣接する接地点間の距離は、１〜２ｍとすべきである。典型的に、導電性材料、例えば金属から形成された接地ロッドである接地点は、深く、好ましくは、表面よりも濡れている土壌層がもしあればそれに到達すべきである。平均的な土壌の場合、接地ロッドの最小推奨深さは約０．５ｍである。乾燥土壌の場合、最小深さはより深くすべきである。
【０１０８】
より多数の接地点を利用する代わりにまたはそれに加えて、アノードエリア内の土壌の導電率を、空間電荷発生器の作動中に加湿する（水をかける）ことにより増加させることもできる。好ましくは、植物の先端上での正のコロナ放電を最小限に抑えるために、土壌は、イオン発生器の下方での植物の成長を抑制する一般的な鉱物を有する水溶液、すなわち塩水などの環境に優しい電解液を用いて加湿される。
【０１０９】
それに加えてまたはその代わりに、特に、加湿が非効率である、または実際的ではない場合、例えば設置面が建物の屋根または岩の多い地形である場合に、大地ではなく他のタイプのコロナ放電コレクタ電極を導入して、アノードエリア内の土壌を置き換える、または増強することができる。したがって、いくつかの実施形態（図２を参照されたい）では、金属またはワイヤメッシュの１枚または複数枚のシートなどの高導電性コレクタ電極２９を地上に配置し、例えば適切なワイヤを用いてＤＣ電源の接地電極に直接、電気的に結合することができる。
【０１１０】
さらに他の実施形態では、図４に示すように、塩水などの導電性電解質溶液を充填したリザーバ４１を、局所接地点４２に電気的に結合し、またＤＣ電源４４の接地点４３にワイヤ４５を用いて電気的に結合することができ、かつ地上支持体４７によって上昇させられるＥＥＡ４６の下方に配置し、それによりリザーバ４１がコロナ放電コレクタ電極として働くことが可能になる。この場合、電解質溶液を、例えば空気流を用いて広めることにより、土壌の導電率を向上させることに加えて、泡を破裂させることにより放出される蒸発電解質液滴の残留物から人工エーロゾル４８を発生させることができる。
【０１１１】
地球表面のコレクタ電極としての効果を向上させる、かつ／または論じたような他のコレクタ電極を導入するための技法は、係留支持体を用いる実施形態にも適用可能である。例えば、図３に示す実施形態の性能を、前述したように、ＤＣ電源３１１の接地点３１３に結合された追加の接地点３１４および追加のコロナ放電コレクタ電極（図示せず）を導入することによって向上させることができる。
【０１１２】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計によれば、ワイヤセグメントが横断する角錐面が、地球表面とある角度をなして配置される。ＥＥＡのそのような実施形態の２つの利点は、水平風によって、生成された空間電荷が移動させられ、新鮮な大気エーロゾルが荷電のために供給されること、およびワイヤのイオン発生性能を低下させる、空間電荷を含む同じ空気塊がワイヤを通過する回数が最小限に抑えられることである。この角度の最適値は、一般的な大気条件下で約２０〜７０度である。
【０１１３】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等のＥＥＡ実施形態では、より大きなイオン電流を、より細いワイヤの使用、配線密度の増加、より大型のフレームの使用、またはそれらの組合せによって達成することができる。しかし、より大型のフレームの使用には、フレームの限られた機械的性能のため、ある一定の制限が当てはまる。
【０１１４】
ワイヤセグメント間の分離距離が、配線密度を決定する。この密度を無限に増加させることはできない。ある特定のセグメントについて、他のセグメントからの電場がイオンの生成に影響を及ぼす。電圧およびワイヤ太さの所与の値について、その後に新規ワイヤセグメントをフレーム上に追加してもイオン生成能の大幅な増加をもたらさない、分離距離のある一定の制限がある。５０〜７０ｋＶの電圧および直径０．１〜０．２ｍｍのワイヤの場合、この分離距離は約１．５〜３ｃｍである。所与の電圧下で、配線の最大有効密度を増加させるには、より細いワイヤを使用する必要がある。
【０１１５】
ワイヤは、細いほど腐食による劣化の影響を受けやすくなり、その耐食性に対する要件が高くなる。この目的に適した、商業的に入手可能なワイヤの非限定的な例が、直径０．１〜０．２ｍｍの、高耐食性Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｃｕベース合金であるモネル製のワイヤである。
【０１１６】
ワイヤが細いほど、フレームはワイヤを支持するために剛性（すなわちより寸法的に安定）でなければならない。より細いワイヤを使用する、かつ／またはフレームサイズを増加させる場合、より厚くより重いプランク（ｐｌａｎｋ）またはロッドを使用すべきであり、そのことが、ＥＥＡの所与の重量で可能な最高の配線長、したがってイオン排出量を達成するという目的を台無しにする。
【０１１７】
この問題に対する１つの解決策が、１つの大型のＥＥＡの代わりに、この場合には角錐フレームを用いたいくつかのより小型のＥＥＡを使用するというものである。そのような実施形態５０の非限定的な例が図５に示されており、図では、三角錐形状の６つのＥＥＡが利用されている。非限定的な例として、隣接するＥＥＡ５１および５２の頂点５１ａおよび５２ａがそれぞれ、交互に上および下を向いている。この設計は、水平風による最適な通気を可能にし、空間電荷を含む同じ空気塊がＥＥＡ５１および５２を通過する回数を減少させる。さらなる安定性を得るために、上向きの角錐の頂点同士が、ロッド５３によって接続され、ロッド５３は、強い負荷を支えず、したがって軽量でよい。一方、これらのロッドは、ロッドまたは支持ロープ５４を用いて、マスト５６の上部に取り付けられたプレート５５に接続される。同様に、下向きの角錐の頂点同士も、ロッド５７によって接続され、ロッド５７は、ロッドまたは支持ロープ５８を用いて、マストに取り付けられたブラケット５９に接続される。
【０１１８】
この設計の実際的な実施の非限定的な例が図６ａに示されており、図では、上向きの角錐６１ａの底面および下向きの角錐６２ａの底面がそれぞれ、異なる面６３ａおよび６４ａ内に配置されている。異なる面内にある角錐底面の縁部同士が、図６ｂの、好ましくはある程度の可撓性をもつ支持物６１ｂを用いて機械的に結合される。各面内では、図６ｃに示すように、対応する角錐６１ｃの縁部が支持プレート６２ｃにボルトおよびナット６３ｃを用いて固定される。図６ｄに示すように、角錐底面６１ｄの縁部がボルトおよびナット６３ｄを用いて固定される各面の支持プレート６２ｄが、マスト６６ｄに沿ったある位置で、上部ブラケット６４ｄおよび下部ブラケット６５ｄを用いて固定される。
【０１１９】
しかし、角錐形状は、ＥＥＡに最適な唯一の形状ではない。少なくとも２本の平行セグメントがその表面を横切り、好ましくはその表面が地球表面とある角度をなして配置される平面形状のフレーム同士が、機械的および電気的に互いに結合されるモジュラ設計の形で、多種多様のＥＥＡを実施することができる。平面フレームと、ある分離距離をそれらの間に隔てて互いに平行に配置された、ＥＥＣＤの支持されるワイヤセグメントとを備えるそのようなＥＥＡモジュールを、以後基本ＥＥＡ（ＥＥＥＡ）と呼ぶ。
【０１２０】
一般に、ＥＥＥＡフレームの形状は多角形とすることができるが、機械的には、最も安定した形状は三角形である。組立前のＥＥＥＡは、その平面形状のため、大量に容易に輸送することができ、設置場所でＥＥＡをＥＥＥＡから組み立て、またＥＥＡを分解してＥＥＥＡにすることができる。
【０１２１】
非限定的な例として、角錐形状のＥＥＡは、同じサイズおよび同じ二等辺三角形の形状を有する３つ以上のＥＥＥＡから組み立てることができる。ワイヤセグメントが連続したワイヤ、すなわちフレーム全体に１本のストランドの形で巻きつけられるワイヤを形成する角錐ＥＥＡに比べて、この実施形態は、例えば鳥によるワイヤの断線によって途絶される配線の部分がよりわずかなため、より堅牢である。
【０１２２】
ＥＥＥＡフレームの、例えばロッドまたはプランクでよい側部は、導電性材料または非導電性材料から形成することができる。金属フレームが使用される、例えば金属フレームが中空管から形成される場合、ワイヤが開放空気中で異なる金属から形成されたフレームと直接接触しないように注意を払うべきである。そうしないと、電気化学的腐食環境でワイヤセグメントが接触点において急速に破壊し、したがって、ばらばらに壊れる恐れがある。
【０１２３】
非限定的な例として、図７ａに示すＥＥＥＡ７０ａの三角形の一実施形態では、例えばフック様形状のいくつかのワイヤセグメント支持物７１ａが、対をなしてフレームの２つの側部７２ａおよび７３ａのそれぞれにその長さに沿って固定され、各支持物は、ワイヤセグメント７４ａの対応する端部を保持する（挿入図）。ワイヤセグメントは、連続したワイヤを形成しても、２本以上のストランドの形で支持物に巻きつけてもよい。これらのストランドの端部（この場合は１本のストランドが示されている）は、このＥＥＥＡが他のＥＥＥＡにそれを介して電気的に結合される点７５ａおよび７６ａで固定され、それらは、このＥＥＥＡをワイヤ断線しにくいものにするように電気的に結合することができる。ある程度可撓性の非金属支持物またはワイヤと同じ金属から形成された支持物を使用することが好ましい。というのも、そうすると、変動する外力下でフレームの側部がわずかに曲がった場合に、ワイヤにかかる応力を減少させることができるためである。支持物の垂直ポストを、ばねの形で形成することもできる。フレームの内側のばねベースの支持物７１ｂが、図７ｂ（挿入図）に示されている。
【０１２４】
好ましい諸実施形態では、本明細書で提案する解決策が、重量支持フレーム構造をワイヤ支持フレーム構造から分離するが、それらを柔軟に結合させるというものである。この構成では、より細いワイヤを用いたより高密度の配線を支持するのに十分なほど剛性の軽量フレームを備えるいくつかのより小型のＥＥＥＡが、可撓性ジョイントを用いて互いに、また重量支持（外部）平面フレームに結合される。あるＥＥＥＡの配線が断線した場合、そのＥＥＥＡを現場で配線し直す必要なく、すばやく交換することができる。非限定的な例として、可撓性ジョイントは、ばねでも、ばねとして働くジグザグ形状の適切なワイヤ片でもよい。基本フレームの場合と同様に、より大型のＥＥＡ構造を、ＥＥＥＡを支持する外部フレームから組み立てることができる。
【０１２５】
図８は、可撓性ジョイント８４に接続されたいくつかのより小型のＥＥＥＡ８３に対してフレーム８２を外部のものにすることによって、三角形のＥＥＥＡ８０がより細いワイヤ８１のより長い全長をいかにして収容できるかを示す非限定的な例を示す。
【０１２６】
非限定的な例として、外部フレームによって支持されるＥＥＥＡ９０の別の三角形実施形態が、図９に示されている。絶縁材料、例えば塗装木材からなる平坦なプランクから形成されたフレーム９１が、フレームの２つの側部のそれぞれの上にその長さに沿ってノッチ９２を有し、そのノッチ９２を通って、ワイヤ９３が図示のようにフレームに巻きつけられて、フレームの両側のノッチ間に平行セグメントを形成する（フレームの反対側のワイヤは、点線として示されている）。ワイヤストランドの端部は、このＥＥＥＡが他のＥＥＥＡにそこを介して電気的に結合される点９４および９５で固定され、また任意選択で電気的に結合することができる。
【０１２７】
より小型のＥＥＥＡを可撓性ジョイントを用いて支持する外部フレームを用いる代わりにまたはそれに加えて、平行ワイヤセグメントではなくワイヤメッシュをエミッタ電極として使用することもできる。ある程度自立型であるそのようなメッシュをＥＥＥＡで用いることによって、より大型のフレームを使用することができる。というのも、メッシュは、ワイヤよりもずっとフレームの変形に影響されにくいためである。フレームへのメッシュの取付けは、ワイヤセグメントの場合の複数の支持物またはノッチを必要とせずに、さまざまな方法で達成することができる。ワイヤセグメントに比べて、導電性メッシュは、断線に対して機械的にも電気的にもより堅牢である。断線または腐食したメッシュの交換もより容易である。
【０１２８】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、ＥＥＡを零下温度で作動させると、ワイヤ上に霜が蓄積し、それがワイヤのエミッタ電極としての性能を低下させると言及している。この問題に対処するために、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、電気加熱器およびファンを用いて暖気をＥＥＡに向かって送ることを提案した。Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、この技法が、暖気流がＥＥＡに到達する前にそれを移動させる強風の存在下では満足に機能しないことを認識していた。
【０１２９】
この問題に対する実際的な解決策は、ワイヤに低電圧電流を通すことによってワイヤの自己加熱を行うというものである。低電圧回路を、変圧器など、従来型の電源を用いて構成すると、高電圧回路と低電圧回路の電気的分離が技術的に困難なことがあり、また漏れ電流が導入されることがあるため、問題となる。本明細書で提案する解決策は、適切なアンテナを備えたマイクロ波発振器などの電磁放射源を利用して、エミッタ電極を、直接的な電気接触なしで遠隔で加熱するというものである。この場合、電流が、ワイヤメッシュセグメント、またはエミッタ電極の一部である電気的に結合された端部を有するワイヤストランドなどの閉ワイヤ回路内で生じて、エミッタ電極を温かくする。
【０１３０】
ＥＥＡの地上での上昇高さは、エーロゾル荷電効率を決定する重要なパラメータである。ＥＥＡによって生成されたイオンは、コロナ放電コレクタ電極に向かって、すなわち下向きに流れる傾向がある。イオンの運動は、エミッタ電極の付近では強電場に、エミッタ電極からより遠く離れたところでは風と電場の両方に、主として支配される。大気エーロゾルの大部分が、ＥＥＡと地球表面の間で荷電するため、ＥＥＡの上昇は、好ましくは、生成されたイオンが地球表面に到達したときに再結合によって無駄に消費される前にその大部分が確実にエーロゾルに付着するようにするのに十分なほど高くすべきである。
【０１３１】
静止空気中では、この最適な上昇高さが、大気空気中のエーロゾル粒子のスペクトル、特にその個数濃度によって変わり、それらが、イオン再結合を無視することのできる比較的エーロゾルに富んだ地上空気（ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ａｉｒ）中でのイオンの寿命を決定する。たいていの条件下では、この時間が通常３〜８分である。
【０１３２】
したがって、静止空気中での最適な上昇高さは、イオンがその寿命中にＥＥＡと地球表面の間を移動することのできる距離として推定することができる。実際には、特定のＥＥＡ実施形態についてのこの距離は、ＥＥＡの下方の空間電場プロファイルを測定すること、および既存の技法を用いて測定することもできる、イオン寿命中の荷電粒子軌道（と、したがってその垂直経路）の後続の数値計算によって、実験的に見い出すことができる。
【０１３３】
あるいは、最適な上昇高さは、ＥＥＡの次第に増す上昇高さで負イオンの濃度を測定することによって実験的に見い出すことができる。ある一定の上昇後のイオン濃度の大幅な減少が、最適な上昇に達したことを示す。
【０１３４】
実際には、風の存在下での基本的なポイントツーグランド（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｇｒｏｕｎｄ）コロナ放電ユニットを用いた空間電荷柱の生成に関する、ＪｏｎｅｓおよびＨｕｔｃｈｉｎｓｏｎ（１９７５）による実験的研究によれば、最適な上昇高さは、少なくとも約９ｍとすべきである。本明細書で提案したものなど、ＥＥＡのより進歩した実施形態を利用すると、おそらくはさらに高い上昇が必要となる。最適な高さの達成が、地上支持体を用いて困難な場合、より多くの空間電荷発生器および／または係留型支持体を備えた発生器を利用すべきである。
【０１３５】
より多くの空間電荷発生器を、最適に満たない上昇高さによるそれらの性能劣化を補償するために利用する場合、高さは少なくとも６ｍとすべきである。
【０１３６】
この点に関して、係留型支持体を用いた実施形態が好ましい場合がある。ＥＥＡの上昇が高いほど、同じイオン電流を達成するのに必要な動作電圧が高くなる。この点に関して、市販のＤＣ電源に代わる手段としてＶＤＧＧを用いると、有利となりうる。この場合、ＶＤＧＧの軽航空機球形コンデンサを、軽航空機として使用することができる。図１０に示すこの類の実施形態では、ＥＥＡのフレーム１０１を、軽航空機球形コンデンサ（航空機）１０２の表面の周りに、表面全体にわたって一様に分配された複数の支持ロッド１０３および脚１０４を用いて配置することができる。軽航空機球形コンデンサ（航空機）に固定された係留ロープ１０５、およびＥＥＡに電気的に結合されたワイヤ１０６が、この実施形態の他の構成要素（列挙せず）に、図３と同様に接続される。航空機は空気注入式でよく、そのためその半径が変わることがあるので、支持ロッドは可変長のものとし、その脚上に、例えばばねを組み込むことによって、応力支持機構を用意すべきである。
【０１３７】
あるいは、図１１に示すように、ＥＥＡのフレーム１１１が、非可撓性支持ロッド１１２によって、軽航空機ではない球形または準球形コンデンサの表面の周りに固定される。非限定的な例として、準球形コンデンサは、例えばプラスチックから形成されて導電ペイントで覆われた、導電性外面を有する軽量シート１１３から組み立てて、電気的に結合し、機械的に接合することができる。非限定的な例として、そのようなシートは、サッカーボール表面上の布片（ｓｗａｔｃｈ）のように切断して、構成することができる。当初ガスが抜かれた気球がコンデンサの内側に配置され、次いでそれを、空気より軽いガス、例えばヘリウムで、ガスがコンデンサの容積を占めて、コンデンサを浮きやすくするまで膨らませる。
【０１３８】
別の提案する軽航空機実施形態１２０が、図１２に示されている。ワイヤメッシュの区画、またはメッシュもしくは平行ワイヤセグメントを備えたＥＥＥＡ１２１が、電気的に結合され、機械的に接合されて、準球形形状のＥＥＡを形成する。フレーム付きＥＥＥＡが使用される場合、先に論じたように、可撓性ジョイントを用いてフレームの側部同士を接続することが好ましい。膨らんだ球体１２２が、メッシュの表面の内側に一様に分配され、例えば小さなループによってそこに取り付けられる。この実施形態においてフレーム付きＥＥＥＡが使用される場合、球体は、接合されたフレーム側部の対に対して取り付けられる。気球１２３がＥＥＡの内側に配置され、次いでそれを、空気より軽いガスで、球体がＥＥＡに対する応力支持支持物となるまで膨らませる。この構成では、数メートルの直径を有する十分に大きなＥＥＡが、エミッタ電極かつコンデンサとして働くことができる。というのも、この場合、システムがそれ自体の（かなりの）容量を有するためである。
【０１３９】
数百メートルに到達することのできる係留型支持体を用いて達成可能なＥＥＡ上昇高さにおいて、ＥＥＡから下向きの方向以外の方向に流出するイオン電流は無視できない。これは、生成された空間電荷の電場とともに下向きのイオン流を支配する地上に残った正電荷の電場が、上昇高さとともに減少するためである。したがって、イオンの大部分がＥＥＡから出発して最初にあらゆる方向に伝搬する、軽航空機または軽航空コンデンサの周りでのＥＥＡの表面の一様な分配が推奨される。
【０１４０】
生成されるイオン電流の大幅な強化は、上記の実施形態にマルター効果を導入することにより達成することができる。マルター（１９３６）は、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５など、いくつかの非導電性物質と、他の少数の酸化物とからなる薄膜が、電子による衝撃を受けるカソードに与えられたとき、膜の表面から二次電子放出が生じることを観測した。そのような電極を、以後マルター電極と呼ぶ。二次電子放出は、以後マルターフィルムと呼ぶマルター電極の膜の表面上に正味の正電荷を残し、それにより、マルターフィルム層全体にわたって強電場が生じる。マルターフィルムは導電性ではないため、正電荷は、それが蓄積するほど速くは中性化せず、それによりフィルム層が、その「極板」が反対に荷電したフィルム表面とカソード表面であるコンデンサの誘電体媒質として働く。非常に強い電場中でカソード表面上で放出された電子は、マルターフィルムをさらに通り抜けて空気中に放出され、最終的には負に荷電した分子クラスタ、すなわち負イオンを形成する。マルター効果が生じるためには、フィルム表面から電子を取り出すことのできる、粒子または電離放射（例えば高エネルギー電子、イオン、Ｘ線、紫外放射）の開始源がなければならない。また、カソードの電子放出速度が、フィルム表面から正電荷を取り出す速度よりも大きくなければならない。マルター電極が電子により衝撃を受ける場合、この電極によって放出されるイオン電流は、条件に応じて、一次衝撃電流よりも最大で数千倍大きくなりうる（Ｈａｗｋｅｓ、１９９２）。
【０１４１】
非限定的な例として、ＥＥＥＡにより生成されるより大きなイオン電流は、図１３に示すように、マルターフィルムで被覆したより太いワイヤのセグメントの形をとる追加のマルター電極１３１を導入することによって達成することができる。マルター電極１３１は、細いワイヤセグメント１３４に平行であり、例えばフィルムのないエリア１３３上のはんだ付け点１３２によって、細いワイヤセグメント１３４に電気的に結合される。細いワイヤセグメント１３４は、主として、隣接するマルター電極の開始源として働き、マルター電極は、重量を最小限に抑えるために、中実ワイヤではなく中空ワイヤ（管）に基づいたものでもよい。話を簡単にするために、管状ワイヤを以後ワイヤと呼ぶ。そのようなワイヤ対１３０が、論じた実施形態における普通のワイヤを置き換える。マルターワイヤの直径は、十分大きくすべきであり、細いワイヤは、放出された電子およびイオンによるマルターワイヤの効果的な衝撃を確実なものにするために、マルターワイヤの十分近くにあるべきである。ワイヤの表面にかかる電場強度は、ワイヤの直径に反比例するため、マルターワイヤの電場によって減速される衝撃電子および負イオンは、マルターワイヤの直径が十分大きい場合に、そのワイヤの表面に到達して、二次放出に必要な衝撃をもたらすことができる。さらに、より大きな直径を有するワイヤは、その放出面がより広いため、単位長さ当たりにより大きなイオン化出力をもたらす。マルターワイヤ１本当たりに２本以上のコロナ開始ワイヤを使用することができる。
【０１４２】
図１４に示すようにエミッタ電極がメッシュである場合、マルター効果を導入する類似の手法をとることができ、図では、マルターメッシュ１４０のセグメントが、メッシュの表面の上（左図）および下（右図）に見られる。細いワイヤ１４１が上述したように配置され、マルターフィルムで覆われた太いワイヤメッシュからなる第１組の平行ワイヤ１４３に点１４２ではんだ付けされる。同様に、細いワイヤ１４４も下に配置され、第１組のワイヤ１４３に垂直な第２組の平行メッシュワイヤ１４６に点１４５ではんだ付けされる。第２組のメッシュワイヤが、第１組のメッシュワイヤの上にある（例えば上部組のワイヤが下部組のワイヤに溶接される）場合、細いワイヤの別の構成が図１５に示されており、図では、マルターメッシュ１５０のセグメントが、メッシュの表面の上（左図）および下（右図）に見られる。左図上では、細いワイヤ１５１が第１（下部）組のワイヤ１５２の上に、点１５３でマルターメッシュワイヤの第２（上部）組のワイヤ１５４にはんだ付けすることによって配置される。右図上では、細いワイヤ１５５が第２組のワイヤの下に、点１５６でマルターメッシュワイヤの第１組のワイヤにはんだ付けすることによって配置される。
【０１４３】
あるいは、マルター電極は、その一方または両方の表面がマルターフィルムで被覆された金属箔とすることもできる。そのようなマルター電極を、以後マルター箔と呼ぶ。この構成では、細いコロナ「点火」ワイヤが、マルターワイヤの場合に先に論じたように、マルター箔の一方または両方の表面の付近に配置され、そこに固定される。マルター箔が帯であるそのような構成の非限定的な例が、図１６に示されている。１本または複数本の細いワイヤ１６１が、マルター電極の一方または両方の表面１６２上に配置され、そこに点１６３で固定される。普通のワイヤとマルターワイヤの対の場合と同様に、そのような電極が、論じたＥＥＥＡ内のワイヤを置き換える。したがって、ワイヤメッシュを、マルター箔の帯と、好ましくは箔の両活性面に固定されたコロナワイヤから形成されたメッシュで置き換えることができる。
【０１４４】
図１２に示す実施形態の場合、別の代替手段は、ＥＥＥＡ内のワイヤメッシュまたはワイヤセグメントの表面全体を、コロナワイヤがその外面上にあるマルター箔で置き換えるというものである。
【０１４５】
大気中のエーロゾルの濃度が低い場合、いくつかの実施形態は、ＥＥＡを取り囲む、特にＥＥＡの下方の空気中のエーロゾル量を増加させるために、例えば米国ミネソタ州ショアビューのＴＳＩ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたものなど、人工エーロゾルの発生器を備えることができる。好ましくは、エーロゾル発生器は、空間電荷発生器のＥＥＡの下方に配置される。先に論じたように代替または追加のコレクタ電極として使用される、広められる溶質を含むリザーバを使用することもできる。
【０１４６】
水平風および垂直上昇気流などの大気運動は、荷電エーロゾルを含む空気塊を移動させ、新鮮なエーロゾルを含む空気塊を供給することによって、エーロゾル荷電の効率を高める。また、大気運動のため、最適な上昇高さを低下させることができる。この点に関して、人工大気運動、特に空間電荷柱の初期上昇を増す上昇気流を作り出すことが有利である。
【０１４７】
したがって、いくつかの実施形態では、ＥＥＡの下方にファンまたは熱源を配置することができる。エーロゾル発生器としても働くことができるさまざまなタイプのバーナを、熱源として利用することができる。ワイヤメッシュが追加または代替のコロナ放電コレクタ電極として使用される場合、それを大地からわずかな距離上昇させて、例えば変圧器からの低電圧強電流をそれに通すことによって、熱源にすることができる。太陽放射を用いた加熱は、空間電荷発生器の周りに「ヒートアイランド」、すなわちコロナ放電コレクタ電極としても働くことができる導電性材料からなる黒色表面を設けることによって、達成することができる。実際的な解決策は、大地を炭素物質、例えば天然石炭の黒色で導電性の顆粒で被覆するというものである。
【０１４８】
晴天電流の増強によるＲＣＣを招く大気エーロゾルの荷電に加えて、単極イオンの十分に大きなＡＥＣを発生させるコロナ放電が、大気中の相対湿度プロファイルの調節という別の効果をもたらすことができる。その結果、空間電荷柱の上昇を促進する湿潤空気塊の垂直運動を生じさせることができ、大気不安定性を局所的に生じさせ、または増強することができる。大気不安定性は、好ましい大気条件下で、雲の形成を促進することができる。
【０１４９】
蒸気を配置換えする、以後選択的水分輸送（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）（ＳＭＴ）と呼ぶ、大気水分（水蒸気）を他の空気成分から分離する物理的メカニズムは、次のとおりである。移動するイオンと空気分子の間の衝突が、移動するイオンから空気分子への運動量移動を引き起こし、それが、単位時間当たりに、イオンに対して作用する粘性力として現れる。電場がない場合、この過程はランダム（ブラウン）であり、平均の巨視的運動量移動はゼロである。しかし、ＤＣコロナ放電では、発生したイオンの大部分が同じ（負）電荷であり、したがって、その大部分が同じ方向に移動する。イオンの運動がこのように秩序立てられているため、イオンから空気分子への運動量移動は、巨視的スケールでは空気にかかる力として現れて、空気をイオン運動の優勢な方向に「イオン風」として流す。しかし、これまでの調査では、発生した「イオン風」が、水蒸気を他の空気成分に比べてかなり高い程度まで加速して、気流中で蒸気を他の成分より前に移動させることが見落とされていた。
【０１５０】
他の空気成分の分子とは対照的に、水分子（Ｈ２Ｏ）は、それ自体の電気双極子モーメントを有する。イオンと水分子の間の引力のある電荷−双極子間電気力のため、他の空気分子とイオンの衝突が幾何学的に可能とはなりえないときに、水分子はイオンと衝突し、したがって、イオンから移動した運動量を得ることができる。
【０１５１】
水分子対非水分子の軌道が図１７に示されており、これは、軸Ｘに平行に軸Ｘから距離γのところ（衝突距離）を半径Ｒの空気イオン１７２に向かって移動する軌道１７１を有する水分子の、衝突断面積増加の効果を示している。軸Ｘに平行に軸Ｘから距離γのところを移動する非水分子は、γ＜Ｒの場合にのみイオンと衝突することができる。対照的に、引力のある電荷−双極子間電気力のため、衝突距離Ｒ＜γ＜ρ（ただしρは水分子の最大衝突距離である）を有する水分子も、イオンと衝突することができる。この点に関して、水分子は、大気イオンと衝突する間に他の空気分子とは違った形で振舞い、その違いは、この場合には最大衝突距離によって決まる衝突断面積の点から説明される。ρ＞Ｒであるため、水分子の衝突断面積は、非水分子の衝突断面積よりも大きい。
【０１５２】
増大係数（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）と呼ばれる、水分子と非水分子の衝突断面積比が、Ｎａｄｙｋｔｏ等、（２００３）によって推定された。０．６ｎｍの直径を有する典型的な空気イオンの場合、増大係数は約７となることが分かっている。水二量体（Ｈ２Ｏ）２や、蒸気が飽和により近いときにより高濃度で現れる他のもの（（Ｈ２Ｏ）ｎ、ｎ＞２）など、水分子Ｈ２Ｏの双極子モーメントよりも大きな双極子モーメントを有する水分子クラスタの場合には、増大係数値はさらに大きくなることが分かっている。イオン−分子間衝突断面積が大きいほど、イオン−分子間衝突回数が多くなり、したがって、ある空気量に含まれる分子に単位時間当たりに移動する運動量、すなわち、その空気量にかかる巨視的力が大きくなる。したがって、１分子当たりのこの平均力が、水分子の場合にはより大きくなり、すなわち水分子はより大きな加速を得る。ＳＭＴのこの過程は、水分が取られる他のエリア内での乾燥を犠牲にして、空気の一部のエリア内に次第に増す相対湿度をもたらすことができ、すなわち、湿潤空気塊と乾燥空気塊が最初に形成される。
【０１５３】
ある空気量に含まれるあらゆる成分の分子の数は、所与の温度および圧力において一定であり、水のモル質量（１８ｇ／モル）が、乾燥空気のモル質量（２９ｇ／モル）未満であるため、湿度の増加は空気の密度を減少させ、逆も同様である。アルキメデスの原理によれば、乾燥空気塊が下降すると同時に湿潤空気塊が上昇する。この連続過程は、大きなスケールでは上向きの水分輸送として現れ、人工的に増加させた湿度を有する始めから上昇した気団の形成を招く。人工的に湿潤させた空気塊は、上昇するとき、自然の空気塊よりも小さな割合で断熱冷却され、したがって、比較的小さな断熱（温度）減率を有する。大気不安定性は、気団の断熱減率と大気中の周囲の減率の差から生じるため、ＳＭＴによって湿潤させた気団は、自然の対流によって形成される気団よりも不安定となりうる。ある一定の大気条件下では、局所的に増大させた不安定性の効果が、湿潤気団中での蒸気の凝縮を生じさせることができ、その結果、潜熱の放出によって湿潤気団の浮力が増強し、最終的に雲を形成する。この過程は、自然に湿潤した気団の場合よりも低い高度で生じることがあり、または人工的に湿潤させた気団内でのみ生じることがあり、この過程のより大きなスケールへの拡張は、大気が自然の気団に対してかろうじて、またはわずかに不安定である場合に可能となりうる。初期には小さな影響でよい、隣接する湿潤気団が人工上昇気流エリアに向かって収束することによる上昇が、潜熱の放出による自然の気団のダイナミクスの変化をトリガすることができる。この効果は、一部の場合にのみ達成可能であるが、気象調節の他の既存の方法に対して独自である。
【０１５４】
ＳＭＴに最適なＥＥＡの上昇高さは一般に、イオンの濃度だけではなくＡＥＣの密度が重要であるため、最適なエーロゾル荷電の上昇高さよりも低い。自然エーロゾルまたは人工エーロゾルの可能な最大量を荷電させることは、この場合には望ましくない。というのも、ＡＥＣの流れの経路中に生成される空間電荷が、例えば強風によって高速で除去されない限り、ＡＥＣの密度を減少させるためである。コロナ放電実施形態を作動させる主目的が、可能な最大のＳＭＴを達成することである場合、人工エーロゾルを生成すべきではなく、より低いＥＥＡ上昇高さを選択することが、発生したイオンのアノードエリア上での再結合に好都合に働くべきである。ＡＥＣのより高い密度を達成するために、エーロゾル荷電の場合よりも狭いアノードエリアを使用することも推奨される。特定の一実施形態では、達成可能なＡＥＣとＳＭＴが行われる空気量の間のバランスを支配する、ＥＥＡの最適な上昇高さを選択する最も単純な方法が、実験に基づくものである。
【０１５５】
ターゲットエリア内での降水の減少は、別のエリア内での降水の計画的増加によって達成することができ、それにより、降水の減少をターゲットとしたエリアが、降水が引き起こされたエリアの降水陰（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｓｈａｄｏｗ）になる。
【０１５６】
個々の空間電荷発生器は、手動で、または中央位置から自動で制御することができる。特定の用途に応じて、上述した実施形態は、地上または水中の関連のあるあらゆるタイプの輸送手段（固定または可動）上に配置することができる。水中の場合、水中に沈められた接地電極と電気的に結合されたアノードエリアが設けられた、水体上のプラットフォームが必要である。
【０１５７】
ターゲットエリア内での降水の増加または減少とは別に、気象調節の他の用途の場合、１つまたは複数の効果を担う物理過程に影響を及ぼすには一般に、荷電コンデンサまたはＥＥＡの上昇高さやＥＥＡのアノードエリアなど、利用される実施形態に固有の方法および固有のパラメータが必要となる。
【０１５８】
地球表面上またはその付近にある雲である霧の分散の場合、１つの手法は、霧層の境界上での空間電荷の蓄積を生じさせるために、荷電コンデンサまたはコロナ放電のＥＥＡを、係留型支持体を用いて霧層の上方に配置するというものである。この効果を適度に広いエリア内で達成するには、複数の軽航空機実施形態を利用すべきであり、かつ／または１つもしくは複数の実施形態を、異なる霧エリアを消散させるように移動させるべきである。この構成では、霧層は、より小さな霧粒子をより大きな霧粒子によって効率良く収集するのに十分なほど厚くあるべきであり、これは、あらゆる場合に生じるとは限らない可能性がある。代替の解決策は、霧層の内部でコロナ放電実施形態を利用して、ＳＭＴに最適な状態（ｒｅｇｉｍｅ）で作動するというものである。乾燥空気塊中では、霧は液滴蒸発によって消散し、湿潤空気塊中では、液滴と氷晶がもしあればそれが大きく成長し、重力により沈殿し、おそらくはそれらが下降するときに霧粒子を収集する。潜熱の放出によって生じる上昇気流が、より長い時間浮遊し、成長するより大きな粒子の形成に好都合に働き、ＳＭＴによって調節すべき隣接する霧の多い空気の収束を生じさせる。この収束を、凝縮による過飽和蒸気の進行中の除去によって、また霧が冷たい場合には成長する氷晶によって増強し、それにより蒸気分圧を減少させることができる。
【０１５９】
そのエーロゾル粒子が荷電されてＡＥＣを減少させる霧を、ＥＥＡの下方で初期消散させるために、ＥＥＡの初期上昇高さは、好ましくは低く、次いで、最適な値に次第に増加させるべきである。あるいは、１つまたは複数のコロナ放電実施形態が、予測される霧の発生の前に、すなわち霧予防モードで、作動を開始すべきである。
【０１６０】
別の用途は、地球表面の温度の減少である。この用途の非限定的な例が、人工集中エリア内でのエネルギー節減、およびサイクロンの発生は水温に依存することから、その発生および強度を低下させるための、広いエリアにわたる長期間の海面温度の減少である。日中、太陽放射を宇宙空間に反射し戻す低高度の雲量を、好ましい大気条件時に、コロナ実施形態をＳＭＴモードで作動させることにより形成または増強することができる。夜間は、宇宙空間への赤外放射の放出を減少させる低いところにある雲量を、論じたように荷電コンデンサを利用し、またはコロナ放電実施形態をエーロゾル荷電モードで利用することにより、ターゲットエリア内での降水を強化することによって減少させ、または除去することができる。この用途では、たとえ降水大気水象（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｈｙｄｒｏｍｅｔｅｏｒ）の規模が小さく、それが地球表面に到達することはできないが、雲の消散が達成可能な場合でも、効果を依然として達成することができる。影響によって、より少数の、またより多数の、しかし降水雲粒ではない雲粒が生成される場合、ある程度まで効果を依然として達成することができる。この場合、出射する赤外放射に対する雲の透明度を上げることができる。
【０１６１】
本質的に、植被、特に森林は、葉の広い表面全体にわたる多くの蒸発のため、湿潤空気塊を生成し、それが、先に論じたように大気不安定性を増大させることができる。海岸線付近では、樹木で覆われた広いエリアが、内陸への海洋水分の流入を増加させ、水分再循環（降水−蒸発−降水）による健全な水循環を海岸からかなりの距離にわたって維持する（ＭａｋａｒｉｅｖａおよびＧｏｒｓｈｋｏｖ、２００７）。この点に関して、可能なときに大気不安定性を増大させることを目的として長期間ＳＭＴモードで作動し、また適切な雲が存在する場合に陸上での降水を強化することを目的としてＲＣＣモードで作動する、コロナ放電実施形態の大型アレイが、森林伐採エリアの森林再生を促進するそのエリア内の森林被覆を、被覆が回復するまで置き換えることができる。森林が行うように水分再循環を増強することにより内陸のかなりの距離にわたって水循環を改善するには、海岸線から最大数百キロメートルの樹木で覆われていないエリアをカバーする、制御された実施形態のグリッド（ユニット）からなる大きなネットワークが必要となりうる。同じ手法を、森林農業における植林の加速に対してとることができ、それにより、炭素隔離、再生可能な生物燃料の生成、および隔離された炭素を蓄え、多くの場合大量のエネルギーをその生成中に消費する他の材料を置き換えることのできる再生可能な樹木の生成など、いくつかの他の利点をもたらすことができる。
【０１６２】
以上、本明細書で特定の実施形態に即して本発明を説明してきたが、そうした実施形態は、本発明の原理および用途の例示に他ならないことを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、例示的実施形態に多数の修正を加えることができること、また他の構成を考案することができることを理解されたい。
【０１６３】
略語一覧
ＡＥＣ  大気電流
ＣＮ  凝縮核
ＤＣ  直流
ＥＥＡ  エミッタ電極組立体
ＥＥＣＤ  コロナ放電エミッタ電極
ＥＥＥＡ  基本エミッタ電極組立体
ＩＮ  氷晶核
ＲＣＣ  遠隔雲荷電
ＳＭＴ  選択的水分輸送
ＶＤＧＧ  ヴァンデグラフ起電機
【符号の説明】
【０１６４】
１１  軽航空コンデンサ
１２  地球表面
１３  係留ロープ
１４  リール
１５  ワイヤ
１６  支持物
１７  ワイヤ
１８  （負）電極
１９  ＶＤＧＧ荷電エンジン
２１  エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）
２２  支持体
２３  ワイヤ
２４  負電極
２５  ＤＣ電源
２６  接地点
２７  接地点
２８  ワイヤ
２９  高導電性コレクタ電極
３１  軽航空機
３２  回転ジョイント
３３  支持ロッド
３４  ＥＥＡ
３５  係留支持ロープ
３６  リール
３７  ワイヤ
３８  支持物
３９  ワイヤ
４１  リザーバ
４２  局所接地点
４３  接地点
４４  ＤＣ電源
４５  ワイヤ
４６  ＥＥＡ
４７  地上支持体
４８  人工エーロゾル
５０  実施形態
５１  ＥＥＡ
５１ａ  頂点
５２  ＥＥＡ
５２ａ  頂点
５３  ロッド
５４  ロッドまたは支持ロープ
５５  プレート
５６  マスト
５７  ロッド
５８  ロッドまたは支持ロープ
５９  ブラケット
６１ａ  角錐
６２ａ  角錐
６３ａ  面
６４ａ  面
６１ｂ  支持物
６１ｃ  角錐
６２ｃ  支持プレート
６３ｃ  ボルトおよびナット
６１ｄ  角錐底面
６２ｄ  支持プレート
６３ｄ  ボルトおよびナット
６４ｄ  上部ブラケット
６５ｄ  下部ブラケット
６６ｄ  マスト
７０ａ  ＥＥＥＡ
７１ａ  ワイヤセグメント支持物
７２ａ  側部
７３ａ  側部
７４ａ  ワイヤセグメント
７５ａ  点
７６ａ  点
７１ｂ  ばねベースの支持物
８０  三角形のＥＥＥＡ
８１  より細いワイヤ
８２  フレーム
８３  より小型のＥＥＥＡ
８４  可撓性ジョイント
９０  ＥＥＥＡ
９１  フレーム
９２  ノッチ
９３  ワイヤ
９４  点
９５  点
１０１  フレーム
１０２  軽航空機球形コンデンサ（航空機）
１０３  支持ロッド
１０４  脚
１０５  係留ロープ
１０６  ワイヤ
１１０  （正）ベース
１１１  接地点、フレーム
１１２  非可撓性支持ロッド
１１３  軽量シート
１２０  軽航空機実施形態
１２１  ワイヤメッシュの区画、またはメッシュもしくは平行ワイヤセグメントを備えたＥＥＥＡ
１２２  球体
１２３  気球
１３０  ワイヤ対
１３１  マルター電極
１３２  はんだ付け点
１３３  フィルムのないエリア
１３４  細いワイヤセグメント
１４０  マルターメッシュ
１４１  細いワイヤ
１４２  点
１４３  第１組の平行ワイヤ
１４４  細いワイヤ
１４５  点
１４６  第２組の平行メッシュワイヤ
１５０  マルターメッシュ
１５１  細いワイヤ
１５２  第１（下部）組のワイヤ
１５３  点
１５４  第２（上部）組のワイヤ
１５５  細いワイヤ
１５６  点
１６１  細いワイヤ
１６２  表面
１６３  点
１７１  軌道
１７２  空気イオン
３１０  第１の（負）電極
３１１  ＤＣ電源
３１２  第２の（正）電極
３１３  接地点
３１４  接地点
【図１】
2011529332.tif 000009
【図２】
2011529332.tif 000010
【図３】
2011529332.tif 000011
【図４】
2011529332.tif 000012
【図５】
2011529332.tif 000013
【図６ａ】
2011529332.tif 000014
【図６ｂ】
2011529332.tif 000015
【図６ｃ】
2011529332.tif 000016
【図６ｄ】
2011529332.tif 000017
【図７ａ】
2011529332.tif 000018
【図７ｂ】
2011529332.tif 000019
【図８】
2011529332.tif 000020
【図９】
2011529332.tif 000021
【図１０】
2011529332.tif 000022
【図１１】
2011529332.tif 000023
【図１２】
2011529332.tif 000024
【図１３】
2011529332.tif 000025
【図１４】
2011529332.tif 000026
【図１５】
2011529332.tif 000027
【図１６】
2011529332.tif 000028
【図１７】
2011529332.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月22日(2011.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット領域内で降水量を増加させる方法であって、
ａ）エミッタ電極を所定の高さに設けるステップと、
ｂ）前記ターゲット領域内および／または前記ターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、
ｃ）気象の分析に応答して前記エミッタ電極に電荷を与え、それにより、前記エミッタ電極に前記エミッタ電極の付近をイオン化させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
電荷が与えられた前記エミッタ電極が電荷コンデンサとして働く、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電荷が与えられた前記エミッタ電極によって、雲の高度での晴天電流が増加する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ターゲット領域内に存在する雲粒が、電荷が与えられた前記エミッタ電極を用いて荷電される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度に基づいて決定される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度の少なくとも５０％であり、好ましくは少なくとも６５％である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
エミッタ電極を所定の高さに設ける前記ステップが、前記エミッタ電極を軽航空機を用いて前記所定の高さに上昇させることを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備え、前記マルターフィルムが、好ましくは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備え、かつ／または次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つもしくは組合せを含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
気象調節のための装置であって、
エミッタ電極を運ぶのに適した軽航空機と、
エミッタ電極と、
前記エミッタ電極に電気的に結合された、前記エミッタ電極に電荷を与える手段と、
前記装置を接地する手段と
を備える装置。
【請求項１０】
電荷が与えられた前記エミッタ電極が、電荷コンデンサとして働くように適合される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
電荷が与えられた前記エミッタ電極が、雲の高度での晴天電流を増加させるように適合される、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記軽航空機が軽航空コンデンサである、請求項９から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記エミッタ電極が、前記軽航空機の表面を取り囲むワイヤメッシュである、請求項９から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備え、前記マルターフィルムが、好ましくは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備え、かつ／または次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つもしくは組合せを含む、請求項９から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか一項に記載の装置および／または請求項１から８のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での霧の消散、ターゲット領域内での雲量の増加および地球表面の温度の減少、サイクロン発達の初期段階でのサイクロン形成確率および強度の低下、内陸への海洋水分の流入および陸域内での水分再循環の増強、ターゲット領域内での森林再生の１つまたは組合せに対する使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それ自体の電気双極子モーメントを有する水粒子、エーロゾル、分子クラスタ、および水分子など、大気空気の粒子および粒子間にかかる電気力の強化による、この文脈では気象調節として知られる大気条件の調節のための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
気象制御の特定の用途には、その実施に固有の方法およびデバイスが必要となる。例えば、いくつかの実施形態は、降水量の制御、増加、または減少に関する。「降水」という用語は、大気水蒸気の相変化からの任意の生成物が、重力のため地球表面上に堆積することを意味し、そのような生成物は、雨、霧雨、雪、雪あられなど、任意の形態で呈することがある。気象調節の電気的方法を、地球表面上またはその付近にある雲である霧の分散、選択された領域、特に海洋を覆う雲量の増加、および内陸への海洋水分（ｏｃｅａｎｉｃ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ）流入の増加など、他の目的に用いる場合、一般に、諸実施形態の固有の方法およびパラメータが必要となる。
【０００３】
本発明では、デバイスおよび方法を、ターゲット領域内での降水量の増加または減少という特定の気象調節用途について説明する。「ターゲット領域」という用語は、本願の文脈では降水量を制御することを意味する、局所大気条件を変更することが望ましい場合がある領域を意味する。特に明記しない限り、降水量の制御は、以後降水量の増加を意味する。説明するデバイスを、他のいくつかの気象調節用途に利用することも検討され、それにより、特定の気象調節に固有の方法が提供され、デバイスパラメータが特定の気象調節に合わせて最適化される。
【０００４】
本発明の目的は、大気中での微物理過程がそれにより電気的影響の影響を受ける、気象調節用途向けの新規の改善された方法およびデバイスを提供することである。大気物理学の最近の進歩、および非雷雨環境で周囲の大気電気が気象および気候にどのように自然に影響を及ぼすかについてのより深い理解に基づいて、非雷雨雲の自然荷電（遠隔雲荷電（ｒｅｍｏｔｅ  ｃｌｏｕｄ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）すなわちＲＣＣ）を増強することによる、かつ／または大気水分を配置換えする電気的過程により大気不安定性を局所的に増大させることによる、気象調節の概念が導入される。この概念に基づいて、いくつかの改善された新規の実施形態が提案される。従来技術の実施形態に比べて、提案する実施形態は、性能、拡張性、移動性、ならびに利用および維持管理の容易さにおいて優れている。
【０００５】
本質的に、ガス状水、すなわち水蒸気からの降水形成の微物理過程は、２つのグループに大まかに分類することができる。第１のグループは、凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）として知られる、ガスから液体への熱力学的相変化過程、および蒸気凝結（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または昇華（ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）として知られる、ガスから固体への熱力学的相変化過程を含む。液体の水滴は、ある空気量に含まれるガス状水の実際の量が、所与の温度においてその空気が保持することのできるガス状水の最大量を超えたときに、すなわち空気が蒸気で過飽和したときに、凝縮核（ＣＮ）と呼ばれる、適切な（濡れ性）表面を有する小さな大気（エーロゾル）粒子からの凝縮によって成長することができる。空気中の蒸気量は、蒸気の（分）圧によって表すことができる。したがって、空気は、蒸気の圧力がその飽和圧力を超えたときに過飽和する。蒸気飽和圧力は温度とともに減少するため、湿潤空気は十分に冷却されたときに過飽和状態になる。氷点未満の温度では、過飽和空気中の氷粒子が、氷晶核（ＩＮ）と呼ばれる、適切な表面を有する凍結した液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）およびエーロゾル粒子からの蒸気凝結によって成長することができる。液滴および氷粒子を含んだ大気空気のエリアが、雲として現れる。
【０００６】
第２のグループの過程は、雲粒合体過程である。雲中での液滴成長のある段階で、衝突−併合過程、または単に併合として知られる、衝突により液滴が合体してより大きな液滴になることが、凝縮による成長よりも効率的になる。重力および空気の粘性のため、より大きく成長した液滴の方が、小液滴よりも速く下降する。それらの液滴が下降するとき、この文脈ではコレクタと呼ばれるより大きな液滴が、より小さな液滴と衝突する。氷粒子と液体粒子も、同じように合体することができる。併合は、重力だけが液滴の運動を支配しているその古典的定義において、大気中での実際の液滴合体過程のかなり単純なモデルである。液滴は、乱流大気運動（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ａｉｒ  ｍｏｔｉｏｎ）によってさまざまな方向にさまざまな速度で移動することができる。そのような条件下では、類似サイズの液滴同士も併合することができる。しかし、古典的な併合の場合と同様に、低個数濃度であっても大きな液滴が存在することが、乱流凝集としても知られる乱流環境での併合を大幅に強化することができる（ＲｉｅｍｅｒおよびＷｅｘｌｅｒ、２００５）。
【０００７】
現在使用されている雲の調節の方法は一般に、雲の形成のターゲットとするメカニズムを、特定の媒体からなる（種まき用）粒子を雲に導入することによって増強することに基づいている。そのような方法は、雲の種まき法として知られている。種まき用媒体は、典型的には、飛行機またはロケットなどの輸送機によって雲に供給される。ある一定の条件下では、浮遊種まき用媒体を、風が山の斜面に当たることによって生じる空気の上昇によって供給することもできる。この技法は、地形性種まき（ｏｒｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。
【０００８】
雲の種まきによって増強することのできる過程の１つが、蒸気凝結による氷粒子成長のベルシェロン過程である。冷たい雲中、すなわち氷点未満の温度の雲中では、純水の液滴は、−４２℃付近の温度まで下がっても液体（過冷却状態）のままとなり、したがって、氷粒子と共存することができる。氷に対する蒸気飽和圧力は、液体の水に対する蒸気飽和圧力よりも低い（Ｂｅｒｇｅｒｏｎ、１９３５、１９３９）。成長する雲粒によって水蒸気が消費されるとき、その分圧は減少する。蒸気の分圧が、液滴に対する蒸気飽和圧力未満に下がると、空気は、液滴に対しては不飽和になるが、氷粒子に対しては依然として過飽和である。この時点で、氷粒子が、蒸発液滴を犠牲にして成長し続ける。凝縮よりも効率の良いこの過程では、利用できる蒸気のより多くの部分を、降水に潜在的に変換することができる。しかし、冷たい雲中では、自然ＩＮの個数濃度が、氷点に至るまでの温度とともに準指数関数的に減少し、それにより、氷点よりほんの数度下回る温度においてこの過程が遅くなっている。そのような条件下では、氷、したがって降水の生成の強化は、その表面特性が氷晶の表面特性と類似しているヨウ化銀（ＡｇＩ）結晶などの人工的な氷晶核を、雲に種まきすることによって達成される。この方法が、気象調節において現在最も一般的である。
【０００９】
大気空気の温度よりもずっと低い温度で蒸発する物質の粒子が、別のタイプの種まき用媒体である。蒸発している間に周囲空気から熱を奪い、したがって周囲空気を冷却する、ドライアイスとして知られる固体二酸化炭素のペレット、および液体窒素の小液滴が、そのような種まき用媒体の例である。冷たい雲中では、それらの粒子の周りでのより高度の過飽和および過冷却が、液滴および氷粒子のより大きな初期成長速度、ならびに液滴凍結の強化によるＩＮの個数濃度の増加を招くことができる。暖かい雲中では、冷却粒子の付近で達成されるより高い過飽和度、したがって凝縮の強化が、より大きな液滴の生成を招くことができる。一方、そうした液滴は、併合を、その過程においてより効率の良いコレクタとして働くことによって強化することができる。
【００１０】
別の方法は、その水性溶質に対する蒸気飽和圧力が純水の蒸気飽和圧力に比べて低い、塩の微粒子を雲に種まきすることに基づくものである。そのようなＣＮからの、または付着により塩粒子を取得した液滴からの凝縮によって成長する溶質液滴は、水滴よりも大きなサイズを達成し、したがって、上述したように併合を強化することができる。この方法は、吸湿性種まき（ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。
【００１１】
強磁界、雲粒上の十分に高い電荷、または両方の組合せの存在が、降水形成を直接的または間接的に担う過程を含む、雲の発達の複数の微物理過程に大いに影響を及ぼしうることを示唆する多数の証拠がある。電荷の１つの効果は、荷電雲粒および中性雲粒による荷電エーロゾル粒子の捕捉（すなわち付着による取得）の増強である。明らかではないが、全く同じ符号の電荷をもつ雲粒間の短い距離での正味の電気力は、静電鏡像力のため常に引力がある（Ｔｉｎｓｌｅｙ等、２０００）。同様の電荷をもつそのような粒子の場合、長距離斥力があるが、気流力（ａｉｒ  ｆｌｏｗ  ｆｏｒｃｅ）が、支配的な鏡像力の範囲内に粒子をもってゆくことができる。考慮中の２つの雲粒がエーロゾル粒子と液滴である場合、引力のある正味の電気力の効果が、普通なら幾何学的に不可能な、液滴によるエーロゾル粒子の捕捉の成功をもたらすことができる。
【００１２】
エーロゾル粒子が氷晶核である場合、液滴によるその捕捉は、液滴の瞬間凍結を生じさせる。接触凍結として知られる氷粒子生成のそのようなメカニズムは、ベルシェロン過程に対抗して、特に効率の良いメカニズムであることが分かっている（Ｓａｓｔｒｙ、２００５）。ベルシェロン過程とは対照的に、氷粒子を、蒸発による液滴の「再処理」が関与する比較的遅い氷晶核のベルシェロン成長をバイパスして、接触凍結によって液滴から瞬時に形成することができる。一方、生成された氷粒子は、蒸気凝結、または次の過冷却液滴とさらに合体してそれを凍結させることなどによって、成長し続けることができる。
【００１３】
人工氷晶核の冷たい雲中への種まきは、ベルシェロン過程と接触冷却過程をどちらも強化する。接触冷却過程の強化は、氷晶核の個数濃度の増加のため氷晶核捕捉の確率が上がることによるものである。しかし、あまりにも多くの氷晶核を導入すると、それらが利用できる蒸気を奪い合うため、あまりにも多くの小さくなった氷粒子の形成が生じうる。この問題は、オーバーシーディング（ｏｖｅｒ−ｓｅｅｄｉｎｇ）として知られている。対照的に、自然氷晶核の電気捕捉による接触凍結の増強は、それが、自然氷晶核のより効率的な使用と、最終的には、降水可能なより少数であるがより大きな氷粒子の生成を招くことができるため、有利である。
【００１４】
引力のある電気力の別の効果に、液滴併合の収集効率の増大があり、これは、暖かい雲中での氷晶過程（ｉｃｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）のない降雨形成（ｒａｉｎ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）にとって特に重要である。併合事象中に、荷電液滴をより大きな中性液滴またはどちらか一方の符号で荷電したより大きな液滴によって収集すべき場合、後者は、引力のある電気力がなければ幾何学的に不可能な場合であっても成功しうる。電気的に強化された併合の別の側面が、併合効率、すなわち併合中に液滴の衝突だけでなく永久的な収集も生じた（これは、液滴が、気流によって偏向されることによる衝突を回避せず、一時的に併合し、次いで分離して、おそらくはいくつかのより小さな液滴に分かれたことを意味する）確率の増大である。電気力による併合の強化は、実験上でも（Ｓａｒｔｏｒ、１９５４；Ｇｏｙｅｒ等、１９６０；Ａｂｂｏｔｔ、１９７５；ＤａｙａｎおよびＧａｌｌｉｌｙ、１９７５；Ｓｍｉｔｈ、１９７２；Ｓｍｉｔｈ、１９７６；ＯｃｈｓおよびＣｚｙｓ、１９８７；ＣｚｙｓおよびＯｃｈｓ、１９８８）、理論上／モデリングでも（Ｓａｒｔｏｒ、１９６０；ＬｉｎｄｂｌａｄおよびＳｅｍｏｎｉｎ、１９６３；ＰｌｕｍｌｅｅおよびＳｅｍｏｎｉｎ、１９６５；Ｐａｌｕｃｈ、１９７０；Ｓｃｈｌａｍｐ等、１９７６；Ｔａｇ、１９７６；Ｔａｇ、１９７７；Ｆｒｅｉｒｅ等、１９７９；Ｋｈａｉｎ等、２００４）、多くの研究の中で調査されている。
【００１５】
小液滴上の電荷の効果は、塩の吸湿性効果に類似している。塩溶液の液滴のように、ある程度まで荷電した液滴が凝縮により成長するために必要とする過飽和度はより低い（ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）。過冷却した、十分に荷電した液滴の電場は、その液滴の凍結を直接促進することができる。水分子は、それ自体の電気双極子モーメントを有するため、電場に整列する傾向があり、そのことが、より高い温度での過冷却水の凍結に好都合に働く。この直接的な電気凍結（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｆｒｅｅｚｉｎｇ）の効果は、まだ詳細に調査されていないが、Ｗｅｉ等（２００８）による実験によって実証されている。
【００１６】
雲粒の荷電に基づく雲の調節の方法を開発するというアイデアは、新しくはない。そのような方法は、化学的な雲の種まきに代わる環境に優しい手段である。電気的方法の別の利点は、ある決まったメカニズムをターゲットとする特定の種まき方法は、曇天大気（ｃｌｏｕｄｙ  ａｉｒ）中にある一定の範囲の個数濃度内で種まきすべき特定の媒体に合わせて実施されるのに対して、雲粒の荷電により、複数の降水形成メカニズムを一度で増強できることである。例えば、降水の増加は、暖かい雲中で、液滴に対する電気的に強化された吸湿性効果、および電気的に強化された併合によって達成される。混合雲、すなわち冷たい上部と暖かい下部のある雲中では、上部雲エリア内での液滴電気凍結（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｆｒｅｅｚｉｎｇ）により強化された氷生成も、この効果に寄与する。さらに、降下する氷粒子は、暖かい雲エリア内で効率の良い併合コレクタとして働くことができる（いわゆるシーダフィーダ効果）。
【００１７】
効果的であるために、雲の発達の特定の過程の増強には、電気的に活性の雲粒１つ当たりにある一定の最小電荷が必要である。例えば、併合衝突効率を強化するには、１０〜２０μｍの半径を有する液滴上に少なくとも数百の素（電子）電荷が必要である（Ｋｈａｉｎ等、２００４）。効果的な電気凍結（Ｔｉｎｓｌｅｙ等、２０００）ならびに小液滴の吸湿性の増強（ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）には、同程度の大きさの粒子１つ当たりの電荷が必要である。雲の発達過程を大いに調節するのに十分なほど荷電した雲粒を、以後過荷電粒子（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ぶ。
【００１８】
雲粒を過荷電させるための第１の手法は、支配的に同じ符号をもつ（すなわち単極の）発生したイオンによる直接荷電に焦点が当てられていた。従来技術では、以後コロナ放電と呼ぶ直流（ＤＣ）コロナ放電などの単極イオナイザ、および本体内に収められた他の要素を典型的に備えるデバイスのいくつかの設計が、提案されてきた。そのようなデバイスでは、雲から取り出される、または水滴のような形で人工的に生成される、荷電すべき粒子が、コロナ放電エミッタ電極（ＥＥＣＤ）の付近を通過し、したがって、イオン付着により電荷を取得する。あるいは、いくつかの実施形態では、粒子が電荷を、荷電電極との接触を通じて取得する。次いで、生成された荷電粒子が、雲中に導入（種まき）される。そのような方法は、例えば、Ｋｈａｉｎ等の特許出願（２００３）に記載されている。しかし、実際には、大量の曇天大気中の雲粒を直接過荷電させる方法の実施は、工学技術上の厳しい困難に直面する。
【００１９】
イオン付着によって達成することのできる粒子上の平均電荷は、支配的な符号のイオンの個数濃度と反対符号のイオンのその濃度との比である、いわゆる単極性率（ｕｎｉｐｏｌａｒｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）の対数に比例する（Ｃｌｅｍｅｎｔ等、１９９１）。雲粒、特に小さな雲粒を過荷電させるには、対応する単極性率も十分大きくなければならない。コロナイオンの符号とは反対の符号をもつイオンは、空気中に常に存在するため、必要な単極性は、エミッタ電極の周りの限られた荷電ゾーン内でのみ維持することができる。
【００２０】
荷電デバイスの生成能を制限する他の要因は、粒子荷電に必要な時間、およびコロナ放電のイオン生成能を低減させることのある、生成された空間電荷の強電場である（Ｓｍｉｔｈ、１９７２；Ｌｏｖｅｌａｎｄ等、１９７２）。粒子を電極と接触過荷電させることも、実際には、そうした粒子のごく一部についてしか達成することができないため、問題となる。
【００２１】
荷電ゾーンから移動させられた後、粒子は、粒子電荷にその速度が比例する粒子の非平衡の電荷減衰のため、短時間しか過荷電状態にとどまらない。このことが、そのような粒子を大量の曇天大気全体にわたって限られた時間内で分散させるという困難な課題をもたらす。短寿命の過荷電粒子を用いた雲の地形性種まきは、効率的となる可能性が低いため、そのような不安定な種まき用媒体は、雲の高度で生成して種まきすべきであり、それにより、航空機または無人機などのいくつかの空輸輸送機のコストのかかる利用が必要となる。従来技術で提案された、過荷電粒子を雲中に供給するために煙突様の導管を利用することも、工学技術上の困難および高コストに直面する。
【００２２】
従来技術で提案された技術的手段による雲粒の直接過荷電に基づく方法は、実際には、実施が明らかに困難であり、したがって、既存の雲の種まき法に匹敵しえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】Ｋｈａｉｎ，Ａ．，Ｆｅｌｄｍａｎ，Ｙ．，Ｐｉｎｓｋｙ，Ｍ．，Ａｒｋｈｉｐｏｖ，Ｖ．，Ｒｙａｂｏｖ，Ｙ．，Ｐｕｚｅｎｋｏ，Ａ．，２００３：“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ”．米国特許出願シリアル番号７２６５６３号明細書  Ｓｅｒ．  Ｃｏｄｅ  １０  （２００３年１２月４日出願）
【特許文献２】Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ，Ｖ．Ｖ．，Ｕｙｂｏ，Ｖ．Ｉ．，Ｂｏｎｄａｒｅｎｋｏ，Ｎ．Ｎ．，Ｃｈｅｖａｒｄｏｖ，Ｓ．Ｇ．，２００１：“Ｗｅａｔｈｅｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ”．露国特許第ＲＵ２１６１８８１Ｃ２号（２００１年１月２０日出願）
【特許文献３】Ｖｏｎｎｅｇｕｔ，Ｂ．，１９６２：“Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ”．米国特許第３０１９９８９号明細書（１９５４年４月５日出願）．
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ａｂｂｏｔｔ，Ｃ．Ｅ．，１９７５：“Ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１４，８７−９０
【非特許文献２】Ｃａｒｓｌａｗ  Ｋ．Ｓ．，Ｈａｒｒｉｓｏｎ，Ｒ．Ｇ．，及びＫｉｒｋｂｙ，Ｊ．，２００２：“Ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ，ｃｌｏｕｄｓ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ”．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９８，５５９９，（Ｎｏｖ  ２９），１７３２−１７３７
【非特許文献３】Ｃｌｅｍｅｎｔ  Ｃ．Ｆ．及びＨａｒｒｉｓｏｎ  Ｒ．Ｇ．，１９９１：“Ｃｈａｒｇｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ａｅｒｏｓｏｌｓ”Ｉｎ：Ｏ’Ｎｅｉｌｌ  Ｂ．Ｃ．Ｐｒｏｃ．８ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  Ｃｏｎｆ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｎｆ．  Ｓｅｒｉｅｓ  １１８，２７５−２８０
【非特許文献４】Ｃｚｙｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨ．Ｔ．Ｏｃｈｓ  ＩＩＩ，１９８８：“Ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｉｎ  ｆｒｅｅ  ｆａｌｌ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，４５，３１６１−３１６８
【非特許文献５】Ｄａｙａｎ，Ｈ．，及びＩ．Ｇａｌｌｉｌｙ，１９７５：“Ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｕｎｄｅｒ  ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｏｒｃｅｓ”．Ｉ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ，ｃｈａｒｇｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３２，１４１９−１４２９
【非特許文献６】Ｆｒｅｉｒｅ，Ｅ．，Ｌｉｓｔ，Ｒ．，１９７９．“Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｐａｉｒｓ  ｗｉｔｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｓｐｅｅｄ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３６，１７７７−１７８７
【非特許文献７】Ｇｏｙｅｒ，Ｇ．Ｇ．，Ｊ．Ｅ．ＭｃＤｏｎａｌｄ，Ｒ．Ｂａｅｒ，及びＲ．Ｒ．Ｂｒａｈａｍ，Ｊｒ．，１９６０：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ  ｏｎ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ”．Ｊ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１７，４４２−４４５
【非特許文献８】Ｈａｒｒｉｓｏｎ  Ｒ．Ｇ．，Ａｍｂａｕｍ  Ｍ．Ｈ．Ｐ．，２００８：“Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｈａｒｇｉｎｇ”．Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙ．Ｓｏｃ．Ａ，４６４，２５６１−２５７３
【非特許文献９】Ｈａｗｋｅｓ，Ｐ．Ｗ．，１９９２：“Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”．Ａｄｖ．ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙ．，ｖ．８３，３４−３５
【非特許文献１０】Ｊｏｎｅｓ，Ｃ．Ｄ．，Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ，Ｗ．Ｃ．Ａ．，１９７５：“Ｐｌｕｍｅｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｌｏｗｅｒ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｔｅｒｒ．Ｐｈｙｓ．，３８，４８５−４９４
【非特許文献１１】Ｋｈａｉｎ，Ａ．，Ｖ．Ａｒｋｈｉｐｏｖ，Ｍ．Ｐｉｎｓｋｙ，Ｙ．Ｆｅｌｄｍａｎ及びＹａ  Ｒｙａｂｏｖ，  ２００４．“Ｒａｉｎ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｆｏｇ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｅｅｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｐａｒｔ  Ｉ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．  Ｊ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，  ４３，  １５１３−１５２９
【非特許文献１２】Ｋｎｉｖｅｔｏｎ，Ｄ．Ｒ．，Ｔｏｄｄ，Ｍ．Ｃ．，２００１：“Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ  ｏｆ  Ｃｏｓｍｉｃ  Ｒａｙ  Ｆｌｕｘ  ａｎｄ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ”．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｌｅｔｔ．，２８（８），１５２７−１５３０
【非特許文献１３】Ｌｉｎｄｂｌａｄ，Ｎ．Ｒ．及びＲ．Ｇ．Ｓｅｍｏｎｉｎ，１９６３：“Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，６８，１０５１−１０５７
【非特許文献１４】Ｌｏｖｅｌａｎｄ，Ｒ．Ｂ．，Ｒｉｃｈｅｒ，Ｊ．Ｇ．，Ｓｍｉｔｈ，Ｒ．Ｈ．，Ｃｌａｒｋ，Ｒ．Ｓ．，１９７２：“Ｐｒｏｊｅｃｔ  ｆｏｇｇｙ  ｃｌｏｕｄ  ＩＶ．  Ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”．Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．ＮＷＣ  ＴＰ５３３８，Ｎａｖａｌ  Ｗｅａｐｏｎｓ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ  Ｌａｋｅ，Ｃａｌｉｆ．，４２ｐｐ．
【非特許文献１５】Ｍａｋａｒｉｅｖａ，Ａ．Ｍ．及びＧｏｒｓｈｋｏｖ，Ｖ．Ｇ．，２００７：“Ｂｉｏｔｉｃ  ｐｕｍｐ  ｏｆ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ａｓ  ｄｒｉｖｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｙｃｌｅ  ｏｎ  ｌａｎｄ”．Ｈｙｄｒｏｌ．Ｅａｒｔｈ  Ｓｙｓｔ．Ｓｃｉ．，１１，１０１３−１０３３，２００７
【非特許文献１６】ＭａｃＧｏｒｍａｎ，Ｄ．Ｒ．，Ｒｕｓｔ，Ｗ．Ｄ．，１９８８：“Ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｎａｔｕｒｅ  ｏｆ  ｓｔｏｒｍｓ”．Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖ．Ｐｒｅｓｓ，Ｏｘｆｏｒｄ
【非特許文献１７】Ｍａｌｔｅｒ，Ｌ．，１９３６：“Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ”．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，Ｖｏｌ．５０，Ｉｓｓｕｅ  １，ｐｐ．４８−５８（ＤＯＩ：１０．１１０３／ＰｈｙｓＲｅｖ．５０．４８）
【非特許文献１８】Ｍａｖｒａｋｉｓ，Ａ．，Ｌｙｋｏｕｄｉｓ，Ｓ．，２００６：“Ｈｅａｖｙ  ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｅｐｉｓｏｄｅｓ  ａｎｄ  ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ”．Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，７，１５７−１６１
【非特許文献１９】Ｎａｄｙｋｔｏ，Ａ．Ｂ．，Ｙｕ，Ｆ．，２００３：“Ｕｐｔａｋｅ  ｏｆ  ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｌａｒ  ｖａｐｏｒ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｂｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｄｕｅ  ｔｏ  ｄｉｐｏｌｅ−ｃｈａｒｇｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．１０８，Ｎｏ．Ｄ２３，４７１７（ｄｏｉ：１０．１０２９／２００３ＪＤ００３６６４）
【非特許文献２０】Ｏｃｈｓ，Ｈ．Ｔ．及びＲ．Ｒ．Ｃｚｙｓ，１９８７：“Ｃｈａｒｇｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｉｎ  ｆｒｅｅ  ｆａｌｌ”．Ｎａｔｕｒｅ，３２７，６０６−６０８
【非特許文献２１】Ｐａｌｌｅ，Ｅ．，Ｂｕｔｌｅｒ，Ｃ．Ｊ．，Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｋ．，２００４：“Ｔｈｅ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ｂｙ  ｃｏｓｍｉｃ  ｒａｙｓ  ａｎｄ  ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ  ｃｌｏｕｄｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｏｌａｒ−Ｔｅｒｒ．Ｐｈｙｓ．，６６，１７７９−１７９０
【非特許文献２２】Ｐａｌｕｃｈ，Ｉ．Ｒ．，１９７０：“Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，７５，１６３３−１６４０
【非特許文献２３】Ｐｌｕｍｌｅｅ，Ｈ．Ｒ．及びＲ．Ｇ．Ｓｅｍｏｎｉｎ，１９６５：“Ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ”．Ｔｅｌｌｕｓ，１７，３５６−３６４．
【非特許文献２４】Ｓａｒｔｏｒ，Ｄ．，１９５４：“Ａ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ，ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１１，９１−１０３
【非特許文献２５】Ｓａｒｔｏｒ，Ｄ．，１９６０：“Ｓｏｍｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，６５，１９５３−１９５７
【非特許文献２６】Ｓｃｈｌａｍｐ，Ｒ．Ｊ．，Ｇｒｏｖｅｒ，Ｓ．Ｎ．，Ｐｒｕｐｐａｃｈｅｒ，Ｈ．Ｒ．，Ｈａｍｉｅｌｅｃ，Ａ．Ｅ．，１９７６．“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅｓ  ａｎｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，３３，１７４７−１７５５
【非特許文献２７】Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｈ．，１９７２．“Ｆｏｇ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ｗｅａ．Ｍｏｄｉｆ．，４，７０−８４
【非特許文献２８】Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｈ．，１９７６．“Ｔｈｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｓ  ｆｏｒ  ｕｎｃｈａｒｇｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１５，２７５−２８１
【非特許文献２９】Ｔａｇ，Ｐ．Ｍ．，１９７６：“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ：  Ｐａｒｔ  Ｉ．Ａｎ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１５，２８２−２９１
【非特許文献３０】Ｔａｇ，Ｐ．Ｍ．，１９７７：“Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｒｍ  ｆｏｇ  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ：Ｐａｒｔ  ＩＩ．Ｃｈａｒｇｅｄ  ｄｒｏｐ  ｓｅｅｄｉｎｇ”．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒｏｌ．，１４，６８３−６９６
【非特許文献３１】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，２０００：“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｏｌａｒ  ｗｉｎｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｇｌｏｂａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ，  ａｎｄ  ｉｎｆｅｒｒｅｄ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｃｌｏｕｄ  ｍｉｃｒｏｐｈｙｓｉｃｓ，  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，  ａｎｄ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｓｐａｃｅ  Ｓｃｉ．Ｒｅｖ．，９４，２３１−２５８
【非特許文献３２】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，Ｒｏｈｒｂａｕｇｈ，Ｒ．Ｐ．，Ｈｅｉ，Ｍ．，及びＢｅａｒｄ，Ｋ．Ｖ．，２０００：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ  ｃｈａｒｇｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ  ｏｆ  ａｅｒｏｓｏｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｂｙ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ａｎｄ  ｏｎ  ｄｒｏｐｌｅｔ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｉｃｅ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，５７，２１１８−３４
【非特許文献３３】Ｔｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，及びＹｕ，Ｆ．，２００２：“Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｌｏｕｄｓ  ａｓ  ｌｉｎｋｓ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｓｏｌａｒ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ”．Ｉｎ  ＡＧＵ  ｍｏｎｏｇｒａｐｈ  Ｓｏｌａｒ  Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｅａｒｔｈ’ｓ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ａｎｄ  ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ．
【非特許文献３４】Ｖｏｎｎｅｇｕｔ，Ｂ．，及びＭｏｏｒｅ，Ｃ．Ｂ．，１９５８：“Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ａｔｔｅｍｐｔｓ  ｔｏ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃｕｍｕｌｕｓ  ｃｌｏｕｄｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｉｎｔｏ  ｔｈｅ  ｌｏｗｅｒ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ”．Ｒｅｃｅｎｔ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ（Ｌｏｎｄｏｎ），３１７−３３１
【非特許文献３５】Ｗｅｉ，Ｓ．，Ｘｉａｏｂｉｎ，Ｘ．，Ｈｏｎｇ，Ｚ．，Ｃｈｕａｎｘｉａｎｇ，Ｘ．，２００８：“Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｄｉｐｏｌｅ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｏｎ  ｉｃｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｕｎｄｅｒ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ”．Ｃｒｙｏｂｉｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂ；５６（１），９３−９９
【非特許文献３６】Ｚｈａｏ  Ｊ．，Ｈａｎ  Ｙ．−Ｂ．，Ｌｉ  Ｚ．−Ａ．，２００４：“Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｏｌａｒ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ａｎｎｕａｌ  Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ａｒｅａ”．Ｃｈｉｎ．Ｊ．Ａｓｔｒｏｎ．Ａｓｔｒｏｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．２，１８９−１９７
【非特許文献３７】Ｚｈｏｕ，Ｌ．，及びＴｉｎｓｌｅｙ，Ｂ．Ａ．，２００７：“Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐａｃｅ  ｃｈａｒｇｅ  ａｔ  ｔｈｅ  ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ  ｏｆ  ｌａｙｅｒ  ｃｌｏｕｄｓ”．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，１１２，Ｄ１１２０３（ＤＯＩ：１０．１０２９／２００６ＪＤ００７９９８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、従来技術の上述の欠点を克服する、気象調節のための改善された装置を提供することが、本願の一目的である。従来技術の欠点を回避し、より効率が良く、よりコストのかからない、ターゲット領域内で降水量を増加させる改善された方法を提供することが、本発明の別の目的である。制御が容易で、成功率を増加させる、ターゲット領域内で降水量を増加させる方法を提供することが、本発明の別の目的である。これらの目的は、独立請求項に記載の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を記載する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、気象調節のための装置を提供する。この装置は、エミッタ電極と、エミッタ電極に電気的に結合された、エミッタ電極に電荷を与える手段と、エミッタ電極を所定の高さに支持するための絶縁支持体と、装置を接地する手段とを備える。エミッタ電極は、マルターフィルム（Ｍａｌｔｅｒ  ｆｉｌｍ）を備える。マルターフィルムは、好ましくは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える。マルターフィルムに特に好ましい材料は、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せである。
【００２７】
好ましい一実施形態では、エミッタ電極が、導電性表面を有するコンデンサである。コンデンサは、好ましくは、ほぼ球形である。「ほぼ球形の」コンデンサは、いくらか球形の形状を有するコンデンサと理解されたい。前記形状は、例えば、球形形状に類似した多角形に構成される、いくつかの面または平面構造を備えることができる。例えば、いくつかの五角形および六角形を、サッカーボール上と同じく構成することができる。
【００２８】
本発明の装置の好ましい一実施形態によれば、エミッタ電極は、１つまたは複数のコロナ放電エミッタ電極組立体を備え、それらは互いに機械的および／または電気的に結合される。
【００２９】
装置の支持体は、好ましくは６ｍ〜３０ｍ、特に好ましくは８ｍ〜１５ｍの高さを有する。支持体が絶縁層を備えることがさらに好ましい。あるいは、支持体は、絶縁材料から形成してもよい。支持体は、剛性構造をさらに有することができる。例えば、エミッタ電極は、表面を有する平面多角形形状のフレームによって支持することができる。
【００３０】
一実施形態では、エミッタ電極が、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える。
【００３１】
エミッタ電極に電荷を与える手段は、大きな電荷密度および／または大電圧を与えるのに適した任意の手段とすることができる。この手段に好ましい一例が、ヴァンデグラフ起電機の荷電エンジン（ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｅｎｇｉｎｅ）である。
【００３２】
好ましい一実施形態によれば、好ましくは中実または管状ワイヤの形状であり、好ましくは１本または複数本のコロナ放電開始ワイヤをさらに備えた２つ以上のマルター電極をエミッタ電極が備える。マルター電極の直径は、好ましくは、コロナ放電開始ワイヤの直径よりも大きい。コロナ放電開始ワイヤは、好ましくは、マルター電極の付近に配置され、マルター電極に機械的および／または電気的に結合される。一実施形態によれば、マルター電極は、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、平行セグメントの形で構成される。
【００３３】
一代替実施形態では、エミッタ電極が、箔帯（ｆｏｉｌ  ｓｔｒｉｐ）形状の２つ以上のマルター電極を備える。エミッタ電極は、ワイヤメッシュをさらに備えることができる。その代わりにまたはそれに加えて、エミッタ電極は、マルター電極メッシュを備えることができる。
【００３４】
別の実施形態によれば、装置は、エミッタ電極のワイヤループの非接触加熱に適した高周波電磁波発生器を備える。
【００３５】
装置が１つまたは複数の接地電極を備え、接地電極は、１つまたは複数のエミッタ電極組立体の下方にあり、接地する手段に電気的に結合されることがさらに好ましい。装置は、１つまたは複数のコレクタ電極をさらに備えることができる。
【００３６】
本発明の好ましい一実施形態によれば、装置は、導電性電解質溶液を収容するリザーバをさらに備える。さらに、エーロゾル発生器を設けることができ、エーロゾル発生器は、好ましくは、電解質溶液を広めるための１つまたは複数のデバイスを備える。
【００３７】
別の好ましい実施形態では、装置は、上昇気流を発生させる１つまたは複数の手段をさらに備える。この手段は、例えば、熱源を備えることができる。そのような熱源の簡単な一例が、装置の下方または周りに配置される、太陽放射を吸収する黒色物質である。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、気象調節のための装置が提供され、この装置は、エミッタ電極を運ぶのに適した軽航空機と、エミッタ電極に電気的に結合された、エミッタ電極に電荷を与える手段と、装置を接地する手段とを備える。本発明の第１の態様による装置の作動高さは、絶縁支持体の高さによって制限されるが、本発明の第２の態様による装置の作動高さは、エミッタ電極を軽航空機によって任意の作動高さに輸送することができるため、基本的に無制限である。したがって、本発明による装置は、装置の特定の用途に応じて、所定の高さに上昇させることができる。例えば、本発明による装置の高さは、ターゲット領域内に存在する雲の高さに応じて調節することができる。それにより、本発明による装置の有効性および成功率が、従来技術に比べて劇的に増加することが可能である。
【００３９】
好ましくは、軽航空機は、エミッタ電極に電荷を与える手段に係留ロープを介して接続される。好ましい一実施形態によれば、軽航空機は、表面を有する軽航空コンデンサ（ｌｉｇｈｔｅｒ−ｔｈａｎ−ａｉｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）である。換言すれば、軽航空機は、コンデンサを形成し、または、コンデンサとして利用することもできる構成部品から基本的に形成される。好ましくは、複数のエミッタ電極組立体が、軽航空コンデンサの表面の周りに構成され、例えば可変長の複数の支持ロッドを用いてそこに一様に固定される。支持ロッドは、コンデンサの表面に接触する、応力支持機構となる脚を有することができる。
【００４０】
一代替実施形態によれば、エミッタ電極は、球面または準球面を有する中空のコンデンサを備え、軽航空機がコンデンサの内側に構成される。好ましくは、１つまたは複数のエミッタ電極組立体が、コンデンサの周りに構成され、コンデンサに電気的に結合される。エミッタ電極組立体が、軽航空機の表面を取り囲むワイヤメッシュであることがさらに好ましい。好ましい一例では、エミッタ電極組立体が、軽航空機の表面とメッシュの間に配置された球体によって支持され、球体は、軽航空機の周りに一様に配置される。
【００４１】
第１の態様による装置（支持体上に取り付けられる）に関して説明する好ましい特徴を、第２の態様による装置（軽航空機）を向上させるためにも利用できることを、当業者なら理解するであろう。
【００４２】
本発明のさらに別の態様によれば、ターゲット領域内で降水量を増加させる方法が提供される。この方法は、エミッタ電極を設けるステップと、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、気象分析に応答してエミッタ電極に電荷を与え、それにより、エミッタ電極にエミッタ電極の付近をイオン化させるステップとを含む。
【００４３】
好ましい一実施形態によれば、この方法は、エミッタ電極を所定の高さに上昇させるステップをさらに含む。第１の代替手段によれば、所定の高さは６ｍ〜３０ｍであり、好ましくは８ｍ〜１５ｍである。本発明の第２の態様によれば、所定の高さは１００ｍを上回り、好ましくは５００ｍを上回る。
【００４４】
所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態に基づいて決定されることが、一般に好ましい。所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の雲の高度に基づいて決定されることが特に好ましい。この方法の好ましい一実施形態によれば、所定の高さは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の雲の高度の少なくとも５０％であり、好ましくは少なくとも６５％である。
【００４５】
第１の態様によれば、エミッタ電極を設けるステップが、エミッタ電極を絶縁支持体上に取り付けることを含むことが好ましい。第２の態様によれば、エミッタ電極を設けるステップが、好ましくは、軽航空機を用いてエミッタ電極を上昇させるステップを含む。
【００４６】
エミッタ電極がマルターフィルムを備えることが、さらに好ましい。マルターフィルムは、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜、好ましくは次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せからなる薄膜を備える。
【００４７】
別の好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、エミッタ電極の下方の土壌に、水または水性導電性電解質溶液を用いて加湿するステップを含む。
【００４８】
好ましくは、金属またはワイヤメッシュのシートを備える１つまたは複数のコレクタ電極が、エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。一般に、本発明の方法は、１つまたは複数の接地電極を設けるステップを含むことができる。さらに、エミッタ電極の下方に熱源を配置することができる。熱源は、エミッタ電極の下方に分配される、太陽放射を吸収する物質によって達成することができる。
【００４９】
特定の一実施形態によれば、導電性電解質溶液を収容するリザーバを設けることができ、リザーバは、エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。さらに、地球表面上に導電性炭素粒の層を設けることができ、その層は、エミッタ電極の下方にあり、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される。
【００５０】
本発明の方法の好ましい一実施形態によれば、いくつかのエミッタ電極が設けられ、エミッタ電極組立体として構成される。好ましくは、いくつかのエミッタ電極組立体が設けられる。いくつかのエミッタ電極組立体は、好ましくは、例えば平面形状のフレームによって支持される。好ましくは、エミッタ電極組立体は、互いに電気的に結合され、可撓性ジョイント（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｊｏｉｎｔ）を用いて互いに、またフレームの側部に機械的に結合される。フレームは、好ましくは、地球表面とある角度をなして配置される。前記角度は、好ましくは、約２０〜約７０度である。
【００５１】
好ましい一実施形態では、エミッタ電極が、フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える。好ましい一例では、フレームが三角形であり、両方のワイヤセグメント端部が、フレームの２つの側部のそれぞれに対をなして固定されたいくつかの可撓性支持物によって定位置に保持され、可撓性支持物は、ワイヤセグメントに対する応力支持機構となる。好ましくは、フレームが三角形であり、ワイヤがフレームに、フレームの２つの側部上のノッチを通って１本のストランドの形で巻きつけられ、ノッチは、フレームのそれらの側部上に対をなして設けられる。
【００５２】
エミッタ電極組立体は、好ましくは、二等辺三角形形状であり、１つまたは複数の角錐に構成される。角錐の底面は、好ましくは、エミッタ電極を含まず、地球表面に平行に配置される。好ましくは、隣接する角錐の頂点が異なる方向を向く。
【００５３】
本発明の第１および第２の態様による装置を、上述した方法を実施するために利用できることを、当業者なら理解するであろう。本発明の方法の特に好ましい一実施形態によれば、２つ以上の装置を１列に、特に卓越風と同じ方向に配列することができる。したがって、本発明による方法によって達成すべき効果を増大させ、さらには倍増させることさえできる。それに加えてまたはその代わりに、上述した装置の２つ以上の平行列が、グリッドの形で配列される。グリッド、および特に隣接する装置間の距離は、好ましくは、ターゲット領域内および／またはターゲット領域付近の気象状態に基づいて決定される。
【００５４】
本発明の別の態様によれば、上述した方法を、逆の効果を達成するために利用することができる。したがって、第１のターゲット領域内で降水を減少させる方法が提供される。この方法は、降水を増加させる第２のターゲット領域を選択するステップと、前記第２のターゲット領域内での降水を、上述した方法によって増加させるステップとを含む。それにより、前記第１のターゲット領域内での降水の減少が生じる。降水を増加させる方法に関して上述した好ましい特徴はいずれも、降水を減少させる方法にも使用できることを、当業者なら理解するであろう。
【００５５】
装置に関して説明するあらゆる特徴を、上述した方法を向上させるためにも利用することでき、逆も同様であることをさらに理解されたい。
【００５６】
上述した方法および装置は、本発明のいくつかの用途に利用することができる。第１の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での霧の消散に対する使用を対象とする。上述した装置および／または方法を用いたターゲット領域内での降水の増加が、前記ターゲット領域内に存在するあらゆる霧を本質的に消散させることを、当業者なら理解するであろう。
【００５７】
第２の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での雲量の増加に対する使用を対象とする。それにより、ターゲット領域内での地球表面の温度が減少する。
【００５８】
第３の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、サイクロン発達の初期段階でのその形成確率および強度の低下に対する使用を対象とする。
【００５９】
第４の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、内陸への海洋水分流入および陸域内での水分再循環の増強に対する使用を対象とする。
【００６０】
第５の態様によれば、本発明は、上述した装置および／または方法の、ターゲット領域内での森林再生に対する使用を対象とする。
【００６１】
以下の態様は、本発明の好ましい実施形態である。
態様１
気象調節のための装置であって、
エミッタ電極と、
前記エミッタ電極に電気的に結合された、前記エミッタ電極に電荷を与える手段と、
前記エミッタ電極を所定の高さに支持するための絶縁支持体と、
前記装置を接地する手段と
を備え、
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備える
装置。
態様２
前記マルターフィルムが、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える、態様１に記載の装置。
態様３
前記マルターフィルムが、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せを含む、態様１または２に記載の装置。
態様４
前記エミッタ電極が、導電性表面を有するコンデンサである、態様１から３のいずれかに記載の装置。
態様５
前記コンデンサがほぼ球形である、態様４に記載の装置。
態様６
前記エミッタ電極が、１つまたは複数のコロナ放電エミッタ電極組立体を備え、それらが互いに機械的および電気的に結合される、態様１から５のいずれかに記載の装置。
態様７
前記支持体が、６ｍ〜３０ｍ、好ましくは８ｍ〜１５ｍの高さを有する、態様１から６のいずれかに記載の装置。
態様８
前記支持体が絶縁層を備える、態様１から７のいずれかに記載の装置。
態様９
前記支持体が絶縁材料から形成される、態様１から８のいずれかに記載の装置。
態様１０
前記エミッタ電極に電荷を与える前記手段が、ヴァンデグラフ起電機の荷電エンジンを備える、態様１から９のいずれかに記載の装置。
態様１１
前記支持体が剛性構造を有する、態様１から１０のいずれかに記載の装置。
態様１２
前記エミッタ電極が、表面を有する平面多角形形状のフレームによって支持される、態様１から１１のいずれかに記載の装置。
態様１３
前記エミッタ電極が、前記フレームの前記表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える、態様１２に記載の装置。
態様１４
中実または管状ワイヤの形状であり、１本または複数本のコロナ放電開始ワイヤをさらに備えた２つ以上のマルター電極を前記エミッタ電極が備える、態様１から１３のいずれかに記載の装置。
態様１５
前記マルター電極の直径が、前記コロナ放電開始ワイヤの直径よりも大きい、態様１４に記載の装置。
態様１６
前記コロナ放電開始ワイヤが、前記マルター電極の付近に配置され、前記マルター電極に機械的および電気的に結合される、態様１４または１５に記載の装置。
態様１７
前記マルター電極が、前記フレームの前記表面を横切り、ある距離だけ分離された、平行セグメントの形で構成される、態様１４、１５または１６に記載の装置。
態様１８
前記エミッタ電極が、箔帯形状の２つ以上のマルター電極を備える、態様１から１７のいずれかに記載の装置。
態様１９
前記エミッタ電極がワイヤメッシュを備える、態様１から１８のいずれかに記載の装置。
態様２０
前記エミッタ電極がマルター電極メッシュを備える、態様１から１９のいずれかに記載の装置。
態様２１
前記エミッタ電極のワイヤループの非接触加熱用の高周波電磁波発生器をさらに備える、態様１から２０のいずれかに記載の装置。
態様２２
１つまたは複数の接地電極をさらに備え、前記接地電極が、前記１つまたは複数のエミッタ電極組立体の下方にあり、接地する前記手段に電気的に結合される、態様１から２１のいずれかに記載の装置。
態様２３
１つまたは複数のコレクタ電極をさらに備える、態様１から２２のいずれかに記載の装置。
態様２４
導電性電解質溶液を収容するリザーバをさらに備える、態様１から２３のいずれかに記載の装置。
態様２５
エーロゾル発生器をさらに備える、態様１から２４のいずれかに記載の装置。
態様２６
前記エーロゾル発生器が、電解質溶液を広める１つまたは複数のデバイスを備える、態様２５に記載の装置。
態様２７
上昇気流を発生させる１つまたは複数の手段をさらに備える、態様１から２６のいずれかに記載の装置。
態様２８
熱源をさらに備える、態様１から２７のいずれかに記載の装置。
態様２９
前記熱源が、太陽放射を吸収する黒色物質を備える、態様２８に記載の装置。
態様３０
気象調節のための装置であって、
エミッタ電極を運ぶのに適した軽航空機と、
エミッタ電極と、
前記エミッタ電極に電気的に結合された、前記エミッタ電極に電荷を与える手段と、
前記装置を接地する手段と
を備える装置。
態様３１
前記軽航空機が、前記エミッタ電極に電荷を与える前記手段に係留ロープを介して接続される、態様３０に記載の装置。
態様３２
前記軽航空機が、表面を有する軽航空コンデンサである、態様３０または３１に記載の装置。
態様３３
複数のエミッタ電極組立体が、前記軽航空コンデンサの前記表面の周りに構成され、可変長の複数の支持ロッドを用いて前記軽航空コンデンサの前記表面に一様に固定される、態様３２に記載の装置。
態様３４
前記支持ロッドが、前記コンデンサの前記表面に接触する、応力支持機構となる脚を有する、態様３２に記載の装置。
態様３５
前記エミッタ電極が、球面または準球面を有する中空のコンデンサを備え、前記軽航空機が前記コンデンサの内側に構成される、態様３０、３１または３２に記載の装置。
態様３６
１つまたは複数のエミッタ電極組立体が、前記コンデンサの周りに構成され、前記コンデンサに電気的に結合される、態様３５に記載の装置。
態様３７
前記エミッタ電極組立体が、前記軽航空機の前記表面を取り囲むワイヤメッシュである、態様３６に記載の装置。
態様３８
前記エミッタ電極組立体が、前記軽航空機の前記表面と前記メッシュの間に配置された球体によって支持され、前記球体が、前記軽航空機の周りに一様に配置される、態様３６または３７に記載の装置。
態様３９
ターゲット領域内で降水量を増加させる方法であって、
ａ）エミッタ電極を設けるステップと、
ｂ）前記ターゲット領域内および／または前記ターゲット領域付近の気象状態を分析するステップと、
ｃ）気象の分析に応答して前記エミッタ電極に電荷を与え、それにより、前記エミッタ電極に前記エミッタ電極の付近をイオン化させるステップと
を含む方法。
態様４０
前記エミッタ電極を所定の高さに上昇させるステップをさらに含む、態様３９に記載の方法。
態様４１
所定の高さが６ｍ〜３０ｍであり、好ましくは８ｍ〜１５ｍである、態様３９に記載の方法。
態様４２
所定の高さが１００ｍを上回り、好ましくは５００ｍを上回る、態様３９に記載の方法。
態様４３
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度に基づいて決定される、態様３９に記載の方法。
態様４４
所定の高さが、前記ターゲット領域内の雲の高度の少なくとも５０％であり、好ましくは少なくとも６５％である、態様４３に記載の方法。
態様４５
エミッタ電極を設ける前記ステップが、前記エミッタ電極を絶縁支持体上に取り付けることを含む、態様３９から４４のいずれかに記載の方法。
態様４６
エミッタ電極を設ける前記ステップが、前記エミッタ電極を軽航空機を用いて上昇させることを含む、態様３９から４４のいずれかに記載の方法。
態様４７
前記エミッタ電極がマルターフィルムを備える、態様３９から４６のいずれかに記載の方法。
態様４８
前記マルターフィルムが、１種または複数種の非導電性材料からなる薄膜を備える、態様４７に記載の方法。
態様４９
前記マルターフィルムが、次の材料、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５の１つまたは組合せを含む、態様４７に記載の方法。
態様５０
前記エミッタ電極の下方の土壌に、水または水性導電性電解質溶液を用いて加湿するステップをさらに含む、態様３９から４９のいずれかに記載の方法。
態様５１
金属またはワイヤメッシュのシートを備える１つまたは複数のコレクタ電極が、前記エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合される、態様３９から５０のいずれかに記載の方法。
態様５２
１つまたは複数の接地電極を設けるステップをさらに含む、態様３９から５１のいずれかに記載の方法。
態様５３
前記エミッタ電極の下方に熱源が配置される、態様３９から５２のいずれかに記載の方法。
態様５４
導電性電解質溶液を収容するリザーバを設けるステップであって、前記リザーバが、前記エミッタ電極の下方の地球表面上に配置され、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合されるステップをさらに含む、態様３９から５３のいずれかに記載の方法。
態様５５
地球表面上に導電性炭素粒の層を設けるステップであって、前記層が、前記エミッタ電極の下方にあり、１つまたは複数の接地電極に電気的に結合されるステップをさらに含む、態様３９から５４のいずれかに記載の方法。
態様５６
エーロゾル発生器を設けるステップであって、前記エーロゾル発生器が、前記エミッタ電極の下方に配置されるステップをさらに含む、態様３９から５５のいずれかに記載の方法。
態様５７
いくつかのエミッタ電極が設けられ、エミッタ電極組立体として構成される、態様３９から５６のいずれかに記載の方法。
態様５８
いくつかのエミッタ電極組立体が設けられる、態様５７に記載の方法。
態様５９
前記いくつかのエミッタ電極組立体が、平面形状のフレームによって支持される、態様５８に記載の方法。
態様６０
前記エミッタ電極組立体が、互いに電気的に結合され、可撓性ジョイントを用いて互いに、また前記フレームの側部に機械的に結合される、態様５９に記載の方法。
態様６１
前記フレームが、地球表面とある角度をなして配置される、態様５９または６０に記載の方法。
態様６２
前記角度が約２０〜約７０度である、態様６１に記載の方法。
態様６３
前記エミッタ電極が、前記フレームの表面を横切り、ある距離だけ分離された、２本以上の電気的に結合された平行ワイヤセグメントを備える、態様５９に記載の方法。
態様６４
前記フレームが三角形であり、両方のワイヤセグメント端部が、前記フレームの２つの側部のそれぞれに対をなして固定されたいくつかの可撓性支持物によって定位置に保持され、可撓性支持物が、前記ワイヤセグメント端部に対する応力支持機構となる、態様６３に記載の方法。
態様６５
前記フレームが三角形であり、ワイヤが前記フレームに、前記フレームの２つの側部上のノッチを通って１本のストランドの形で巻きつけられ、前記ノッチが、前記フレームの前記２つの側部のそれぞれの上に対をなして設けられる、態様６３に記載の方法。
態様６６
前記エミッタ電極組立体が、二等辺三角形形状であり、底面がエミッタ電極を含まず地球表面に平行な、１つまたは複数の角錐に構成される、態様５８に記載の方法。
態様６７
隣接する角錐の頂点が異なる方向を向く、態様６６に記載の方法。
態様６８
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置が利用される、態様３９から６７のいずれかに記載の方法。
態様６９
態様１から３８のいずれか一項に記載の２つ以上の装置が１列に、卓越風と同じ方向に配列される、態様６８に記載の方法。
態様７０
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置の２つ以上の平行列が、グリッドの形で配列される、態様６８または６９に記載の方法。
態様７１
第１のターゲット領域内で降水を減少させる方法であって、
降水を増加させる第２のターゲット領域を選択するステップと、
前記第２のターゲット領域内での降水を、態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法によって増加させ、それにより、前記第１のターゲット領域内での降水の減少を生じさせるステップと
を含む方法。
態様７２
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での霧の消散に対する使用。
態様７３
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での雲量の増加および地球表面の温度の減少に対する使用。
態様７４
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、サイクロン発達の初期段階でのサイクロン形成確率および強度の低下に対する使用。
態様７５
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、内陸への海洋水分の流入および陸域内での水分再循環の増強に対する使用。
態様７６
態様１から３８のいずれか一項に記載の装置および／または態様３９から７０のいずれか一項に記載の方法の、ターゲット領域内での森林再生に対する使用。
【００６２】
本発明のさらなる態様、目的、および利点を次に、図を参照して説明する。
【００６３】
以下では、本発明の好ましい諸実施形態を、図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による装置の好ましい一実施形態のスケッチである。
【図２】本発明による装置の別の好ましい実施形態のスケッチである。
【図３】本発明の装置の別の好ましい実施形態を示す図である。
【図４】本発明による装置の別の好ましい実施形態を示す図である。
【図５】好ましい一実施形態による角錐フレーム上のいくつかのエミッタ電極組立体の構成を示す図である。
【図６ａ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｂ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｃ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図６ｄ】図５に示す構成の詳細を示す図である。
【図７ａ】本発明による基本エミッタ電極組立体の三角形実施形態を示す図である。
【図７ｂ】本発明による基本エミッタ電極組立体の三角形実施形態を示す図である。
【図８】三角形基本エミッタ電極組立体の一代替実施形態を示す図である。
【図９】三角形基本エミッタ電極組立体の別の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による装置の好ましい一実施形態を示す図である。
【図１１】本発明による準球形コンデンサの一例を示す図である。
【図１２】本発明に使用される軽航空機の一例を示す図である。
【図１３】本発明によるマルター電極を示す図である。
【図１４】本発明によるマルターメッシュを示す図である。
【図１５】本発明によるマルターメッシュを示す図である。
【図１６】本発明によるマルター箔帯を示す図である。
【図１７】水分子がイオンと衝突する間のその軌道を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本明細書で説明する一般的な方法およびその実施においては、人工雲荷電が、地上のデバイスを用いて間接的にかつ遠隔で達成され、電気的に不安定な過荷電液滴を雲に種まきするための技法は必要ない。この方法の基礎は、雲荷電の自然過程を、設計した手段を用いて制御可能に増強することであり、それに代わる手段として設計しようとすることではない。いくつかの特定の非限定的な実施形態が、主として、ターゲットエリア内での降水の増加を扱う。大地エリアでの降水の増加は、さまざまな実施形態では、ターゲット大地エリアと気象的に関係する大気のターゲット領域内の雲粒に対して付加的な電荷を導入し、その導入が後にターゲット大地エリア上に降水を引き起こすことによって実施される。
【００６６】
本質的に、あらゆる雲は荷電しており、すなわち、ある程度荷電粒子を含む。雷雨雲中では、強い内部荷電の複数のメカニズムが、降水形成、特に氷生成に関係しており、したがって、雲荷電と降水の間に正のフィードバックを形成する（ＭａｃＧｏｒｍａｎおよびＲｕｓｔ、１９８８）。全球雷雨活動が、グローバルサーキット（ｇｌｏｂａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｉｒｃｕｉｔ）モデルにおける支配的な電荷セパレータ（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）であると考えられており（Ｗｉｌｓｏｎ、１９２９）、その活動において、負に荷電した地球と正に荷電した電離圏の間で約２５０〜３００ｋＶの電位が維持される。反対極性をもつ空気イオン（両極イオン化）対が、大気空気中で自然の高エネルギー粒子、主として宇宙線によって、絶えず生成されている。晴天領域では、それらのイオンが、いわゆる晴天電場、すなわち電離圏から地球への電位勾配によって駆動され、したがって、晴天電流または周囲電流（ａｍｂｉｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）として知られる、大気柱を約１〜４ｐＡｍ−２の密度で流れる漏れ電流が形成する。
【００６７】
内部荷電がない、または比較的弱い非雷雨層雲が、地球上の全降水の大部分を生成する。そのような雲は、晴天電流による外部荷電の影響を受けやすい。というのも、曇天大気の導電率は典型的に、主として晴天電流のキャリアであるイオンが雲粒に付着することにより、同じ高度の晴天大気（ｃｌｅａｒ  ａｉｒ）の導電率の何分の１もの小ささになるためである（ＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ、２００７）。ほぼ下向きの晴天電流が、高勾配の導電率を有する晴天大気から曇天大気への境界面を通って流れるとき、電荷が雲境界の粒子上に蓄積し、すなわち正電荷が上部で、また負電荷が下部で蓄積する。
【００６８】
外部雲荷電における電荷分離は、次のように生じる。高エネルギー粒子によってイオン対が形成されると、微視的スケールでの初期電荷分離が生じる。次いで、晴天電場内の電気力により、反対極性をもつイオンが反対方向に、すなわち正イオンが下方に、また負イオンが上方に引き離される。最終的に、それらのイオンのいくつかが雲粒に付着し、したがって雲粒を、雲境界の上部で正に、また下部で負に荷電させる。どの電荷分離も、エネルギー入力を必要とする。イオン対を形成するための初期エネルギー入力は、高エネルギー粒子によってもたらされる。反対符号イオンを巨視的距離まで分離するのに必要なエネルギー入力は、この過程において発電機として働くグローバルサーキットによってもたらされる。
【００６９】
外部荷電によって雲粒上で達成される平均電荷は、晴天電流密度に比例し、典型的には過荷電しきい値に近く（ＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ、２００７；ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）、これは、雲粒の過荷電部分が雲の発達に影響を及ぼしうることを示唆している。一方、気象変数が晴天電流と強く相関があるということの多数の証拠が、観測によりもたらされている。太陽活動の周期的変動および不規則変動が、下層大気中での大気イオン化、したがって晴天電流を変調させる。気象変数の太陽活動による影響の受けやすさを観測したものに基づく最近の調査は、宇宙線の入射が無視できないことを強く示している（Ｔｉｎｓｌｅｙ、２０００；Ｃａｒｓｌａｗ等、２００２；ＴｉｎｓｌｅｙおよびＹｕ、２００２；Ｐａｌｌｅ等、２００４；ＨａｒｒｉｓｏｎおよびＡｍｂａｕｍ、２００８）。降水と宇宙線流束の間の統計的関係の証拠が、最初にＫｎｉｖｅｔｏｎおよびＴｏｄｄ（２００１）によって提示され、後にＺｈａｏ等（２００４）によって提示された。地中海沿岸周辺のさまざまな位置で異なる、大雨の宇宙線との相関関係の比較分析が、ＭａｖｒａｋｉｓおよびＬｙｋｏｕｄｉｓ（２００６）によって行われた。
【００７０】
原則として、気象調節は、非雷雨雲の外部荷電がその影響を受ける晴天電流の密度を制御することによって達成することができる。大量の大気空気中で人工両極イオン化を生じさせることは技術的に困難であるため、可能であれば、雲の高度で晴天電場を増加させることが一選択肢となる。これは、雲の下方にある電荷コンデンサとして働く物体に対する電荷の蓄積によって局所的に達成することができる。このコンデンサの電場の方向が晴天電場の方向と同じ（下向き）になるため、負電荷が好ましい。地上でのコンデンサの上昇が大きいほど、雲の高度での電場強度が大きくなる。これは、この文脈では導電性である大地によって生じる反対符号の鏡像電荷の電場が、雲の高度では、コンデンサの上昇とともに減少するためでもある。
【００７１】
上記の構成におけるコンデンサが、電荷コンデンサの一般的なタイプである、半径Ｒの導電性表面を有する球形であり、地上の高さｈまで上昇させられ、大地に対して電位Ｕに維持された場合、雲の高度Ｈでの電場Ｅは、次の式によって与えられる。
【００７２】
【数１】
2011529332.tif 000030
【００７３】
前述の鏡像電荷の影響を考慮に入れた式（１）により、パラメータＲ、Ｕ、およびｈの実際的な要件を評価することが可能になる。雲底Ｈ＝６００ｍにおいて、その高度の雲にとって適度な電場の強化であり、雲荷電電流の数倍の増加をもたらすＥ＝１２０Ｖ／ｍを達成するには、ｈ＝３００ｍのところのＲ＝３ｍを有する球形コンデンサを、約Ｕ＝３．５ＭｅＶの電圧に設定すべきである。
【００７４】
非限定的な例として、上記のパラメータの値を１桁の開きで達成するための要件は、その荷電エンジンが接地されており、荷電エンジンに電気的に結合されたその球形コンデンサが軽航空機によって地球表面の上方の必要な高さに上昇させられる、ヴァンデグラフ起電機（ＶＤＧＧ）で技術的に満たすことができる。
【００７５】
実際的な解決策は、球形軽航空機の表面を導電性にする、例えば表面を金属箔または導電ペイントで覆うことによって、ＶＤＧＧコンデンサとして働く球形軽航空機を得るというものである。図１に示す実施形態では、この軽航空コンデンサ１１を、地球表面１２に係留ロープ１３で錨固定することができ、係留ロープ１３の長さ、したがってコンデンサの上昇は、リール１４によって制御することができる。支持物１６、例えばロープに取り付けられたループによってロープの付近にあり、ロープと一緒にリールに巻かれたワイヤ１５が、コンデンサを、別のワイヤ１７を経由して、ＶＤＧＧ荷電エンジン１９の（負）電極１８に電気的に結合し、ＶＤＧＧ荷電エンジン１９の（正）ベース１１０が、接地点１１１に電気的に結合される。地球表面に錨固定された軽航空機および係留ロープを備えるそのような支持体を、以後係留型支持体と呼ぶ。
【００７６】
このシステムの電場は、コンデンサからの距離とともに弱まり、また電場の垂直成分のみに関心があるため、電場の垂直成分を通過する雲は限られた時間荷電される。雲を十分に荷電させるのに必要な時間は、次のように推定することができる。雲が荷電される、すなわち電荷分布が最終的に確立されると仮定すると、空間電荷密度ρおよび晴天電流密度ベクトルＪに関する保存則は、次のように変わる。
【００７７】
【数２】
2011529332.tif 000031
【００７８】
オームの法則が有効であるとさらに仮定すると、それによりＪおよび電場強度Ｅは、空気の導電率σによって、
【００７９】
【数３】
2011529332.tif 000032
【００８０】
のように関係付けられる。
【００８１】
Ｅとρを関係付けるポアソン方程式は、
【００８２】
【数４】
2011529332.tif 000033
【００８３】
である。
【００８４】
この方程式において、εは空気の誘電体誘電率であり、これは真空中での誘電体誘電率にほぼ等しく、すなわちε〜ε０＝８．８５×１０−１２Ｆｍ−１である。式（３）を（４）に代入し、式（２）を考慮に入れることによって、次の式が生じる。
【００８５】
【数５】
2011529332.tif 000034
【００８６】
（５）における電気抵抗率１／σの勾配が、晴天大気と曇天大気の間の境界に垂直であり、座標軸ｘがこの勾配に沿って選択されると仮定すると、空間電荷密度の絶対値に関する次の式を（５）から得ることができる。
【００８７】
【数６】
2011529332.tif 000035
【００８８】
ここで、Ｊｎは、大気電流密度の（境界面に対して）垂直な成分であり、Δｘは、晴天大気と曇天大気の間の境界面の幅であり、σｃｌｄは、曇天大気の導電率であり、σａｉｒ＝γσｃｌｄは、晴天大気の導電率（γ＞１）である。多くの場合、境界は平坦で地球表面に平行であり、したがってＪｎは、大気電流密度の垂直成分になると近似することができる。電荷蓄積に必要な時間τの推定値は、曇境界上の表面電荷｜ρ｜Δｘと電流密度Ｊｎの比として得ることができる。（５）から得られるように、τ＝ε（γ−１）／σａｉｒである。典型値σａｉｒ〜１０−１３Ω−１ｍ−１、およびγ〜１０の場合、この時間τは約９００秒、すなわち１５分である。雲は、その水平速度に応じて、その時間の間に数キロメートルの距離を通過することができ、したがって、上昇した複数のコンデンサを、雲の運動方向に沿って、通過する雲に対する適度に連続する電場、したがって大気電流の強化を確実にする距離をそれらの間において設けるべきである。列中のコンデンサ間の、雲底とコンデンサの間の距離の２倍を超えない距離が指針である。
【００８９】
実際には、上昇したコンデンサ（要素）の２次元グリッド（クラスタ）を備えるユニットが、雲荷電エリアの十分な幅を達成するために必要となる場合がある。各コンデンサは、固定位置にあっても、例えばトラックまたはボートに載せて移動できてもよい。大気条件および達成される影響度に応じて、影響の開始から２０〜３０分から１〜２時間に及ぶ期間にわたって効果を観測することができる。したがって、雲の運動の変化する速度および方向、ならびに他の大気条件の下で、特定のターゲットエリア内で効果を達成するためには、選択的に作動される複数のユニットのネットワークが一般に必要である。
【００９０】
別の手法は、大気の雲底下のエリア内で浮遊空間電荷を形成することに基づくものであり、これは、地上施設から、論じた浮遊コンデンサに必要な高度未満の高度で達成することができる。ある空気量に含まれる空間電荷は、その量に含まれるあらゆる粒子（イオンおよび荷電エーロゾルを含む）の電荷の、その符号を考慮に入れた和と定義される。次いで、浮遊荷電コンデンサとして働く、生成された空中電荷の柱（ｐｌｕｍｅ）が、自然の上昇気流および／または人工上昇気流によって上昇する。イオンとは対照的に、エーロゾルによって蓄積した空間電荷の寿命はずっと長く、典型的には最大約２０〜４０分であり、それにより、空間電荷柱が、上昇気流に応じて最大数キロメートルの高度まで上昇することが可能になる。
【００９１】
作動セッション中、ある位置に含まれる自然のエーロゾルまたは人工エーロゾルを、十分な速度で、かつ初期柱高度を決定する地上の十分な高さのところで荷電させることによって、好ましくは負の空間電荷を連続して生成すべきである。荷電固体コンデンサの論じたケースとは対照的に、雲は、デバイスの必ずしも直接上方ではなく、大気中に伝搬する生成された空間電荷柱の上方で荷電させることができる。
【００９２】
効果が達成可能な場合にその生じる場所を推定するために、空間電荷柱のダイナミクスによって変わる雲荷電のエリアと程度を両方とも、気象データセットおよび特定の空間電荷発生器の特性に基づいて予測することができる。ガウス分散モデルに基づく、さまざまな大気条件について過去数十年にわたって開発された、エーロゾル柱のダイナミクスの多くのモデルを、低電気移動度によりその運動が大気運動によって主として支配されている、荷電エーロゾル粒子の柱に適用することができる。柱モデルに関する基本的な入力パラメータセットには、発生器の荷電速度（すなわち、単位時間当たりにエーロゾルが取得する電荷）、初期柱高度、風速および方向、ならびに大気安定度階級（すなわち大気乱流の尺度）によって変わる、空間電荷分布の垂直方向および水平方向の標準偏差がある。ある一定の大気条件について開発されたいくつかのモデルは、追加の気象パラメータを要する。
【００９３】
人工雲荷電を予測する方法は、次のとおりである。適切な雲が存在することを含めて大気条件が好ましい場合、雲底、雲量、および柱モデリングパラメータに関連のあるものを含む気象データが連続して収集され、パラメータ値が得られる。データは、典型的には数十キロメートルにわたる、柱伝搬の可能性がある広いエリアにわたって収集すべきである。
【００９４】
空間電荷発生器の荷電速度は大気条件によって変わるため（これについては後に論じる）、その速度も測定され、かつ／または気象データに基づいてモデリングされる。次に、優勢な大気条件に最も適したモデルが選択され、実行される。空間電荷のモデリングした密度プロファイルを得ると、柱の電場の垂直成分の、したがって既知の高度の雲底付近の関連する大気電流（ＡＥＣ）の２次元プロファイルを、空間電荷プロファイルから柱の容積全体にわたって数値積分することによって得ることができる。一方、雲境界上に生じる空間電荷密度、雲中の電場、および雲粒上の電荷分布（雲粒のスペクトルが例えば放射計を用いて測定されることを条件として）のプロファイルなど、他のプロファイルを、例えばＺｈｏｕおよびＴｉｎｓｌｅｙ（２００７）の手法に基づいて得ることができる。
【００９５】
気象調節では、特に降水の開始および量を許容できる精度で予測することのできる、与えられた（この場合には電気的な）影響の結果の予測モデルが、現在の最高水準技術では利用可能になっていない。大きなばらつき、ならびに関係する多数の過程およびパラメータ、ならびに高分解能でのマルチチャネル処理に対する計算能力の現在の利用可能性のため、そのようなモデルが近い将来利用可能になる可能性は低い。
【００９６】
前述の雲荷電モデリングの方法は、以下の方法が実施されることを条件として、引き起こされる降水のいくつかの定量的評価を達成するようにさらに拡張することができる。この段階では、統計的手法だけが、ある決まった方法でパラメータ化される与えられた影響が、やはり適切にパラメータ化すべき効果をもたらす見込みがかなりあるという、ある程度の確実性をもたらすことができる。類似した大気条件下での影響パラメータと効果パラメータの相関関係は、特定エリア内での気象調節の履歴データに基づいて、業界標準のＨｕｇｉｎまたはカスタム開発した実装など、人工知能のエキスパートシステムを用いて統計的に定量化することができる。この方法では、大気条件の類似性もパラメータ化すべきであり、各パラメータについての類似度、すなわちケース間の値の最大許容差を定義すべきである。大気条件の類似性に関するパラメータセットには、それらに限定することはできないが、高層気象図のパラメータ、ならびに雲タイプ、雲底高度、温度の空間プロファイル、氷粒子および液滴のスペクトル、過飽和などの雲パラメータがある。
【００９７】
上昇した固体コンデンサの場合と同様に、空間電荷発生器を利用して、変動する大気条件下で適度に広いターゲットエリア内で降水を生成または強化するときには、そのような発生器のクラスタのネットワークが必要となりうる。気象調節の目的に効果的であるために、空間電荷発生器の設計は、可能な最高の性能を達成するように最適化すべきである。好ましくは、この実施形態は、特にその利用および移動性に関して実際的となるべきである。空間電荷の初期垂直輸送を促進することも、有利となりうる。この方法では、荷電エーロゾルを雲の中に供給する必要がないため、必ずしもエーロゾル粒子を過荷電させることではなく、大きな空間電荷生成速度を達成することが重要である。
【００９８】
自然の大気エーロゾルを開放空気環境でコロナ放電（単極）イオンによって荷電させることに基づく、コスト効果の高い空間電荷発生器の概念は、Ｖｏｎｎｅｇｕｔ（１９６２）によって最初に紹介された。Ｖｏｎｎｅｇｕｔの特許に概説された装置、および自然の空間電荷を雲の中に供給することによる対流荷電（ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）に関する仮説を試験するために、ＶｏｎｎｅｇｕｔおよびＭｏｏｒｅ（１９５８）は、直径約０．２５ｍｍの長さ７ｋｍの直線ワイヤを備えた単純なＥＥＣＤを利用した。この実施形態では、ワイヤは、その長さに沿って地上約１０ｍのところで８０本の金属アンテナマスト上に支持され、２５ｋＶの電圧で動作する市販のＤＣ電源の負電極に接続されていた。ＤＣ電源の正電極は接地され、大地がコロナ放電コレクタ電極として働いた。
【００９９】
鋭い先端を有する針タイプの電極を用いるよりも、細いワイヤをエミッタ電極として用いる方が実際的である。というのも、針タイプの電極は、電気化学的腐食のため鈍感になり、一方、ワイヤの腐食は、よりゆっくりと、その長さに沿ってほぼ一様に生じるためである。細いワイヤはまた、鋭い先端を用いた場合に生じることがある、過度の強度の電場がエミッタ電極の表面にかかった状態でのオゾンや窒素酸化物などの危険ガスの放出を最小限に抑える。対照的に、中程度の電場がワイヤの広い表面エリアにかかった状態でコロナ放電を用いることによって、危険ガスを放出せずに大きなイオン排出量を達成することができる。
【０１００】
しかし、ＶｏｎｎｅｇｕｔおよびＭｏｏｒｅの基本設計は、細く脆弱なワイヤの利用、規模拡大、配置換え、および維持管理に関して実際的ではない。さらに、支持体（マスト）が、それを通って流れる大きな漏れ電流を導入することがある。高電圧環境では、絶対ゼロ（ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｚｅｒｏ）になりえない導電率を有する任意の支持構造が、漏れ電流を導入する可能性がある。支持構造を湿潤条件下で濡らすと、その導電率が増加しうる。漏れ電流のため、有限の導電率を有する大地を、特にＤＣ電源の接地電極（接地点）と支持体の間が大きく隔たったところではもはや導電性と見なすことができず、そのことが、エミッタ電極上の電圧の減少によって生じるエミッタ電極の性能劣化と、おそらくはＤＣ電源の過負荷を招く。
【０１０１】
図２に示す、基本設計に対する大幅な改善は、ワイヤまたは電気的に結合されたワイヤセグメントを小型化して、エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）２１に入れ、エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）２１は、好ましくは単一の支持体２２によって地上のある高さに上昇させられ、例えば適切なワイヤ２３を用いてＤＣ電源２５の負電極２４に電気的に結合され、ＤＣ電源２５の正電極が、接地点２６と電気的に結合されるというものである。そのような設計が、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等のロシア特許（２００１）において提案された。
【０１０２】
定義上、ＥＥＡは、１つまたは複数の電気的に結合されたエミッタ電極、およびそれらのエミッタ電極を支持する、以後エミッタ電極フレームまたは単に電極フレームと呼ぶ構造を備える。Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計によれば、ＥＥＡのフレームは二等辺角錐の形状であり、ワイヤが角錐の側部に１本のストランドの形で巻きつけられている。単一のＥＥＡが、支持体上にホルダまたはブラケット（図２には図示せず）を用いて取り付けられる。高電圧絶縁体（図２には図示せず）が、支持体とブラケットの間に配置される。
【０１０３】
イオン電流と呼ばれるイオン生成速度と漏れ電流との比が、コロナ放電実施形態の重要な性能特性である。さまざまな要因の中でもとりわけ支持体品質によって変わる、イオン電流対漏れ電流比の可能な最高の値を達成するように試みるべきである。支持体品質は、支持体の絶縁特性と、可能な最高のイオン電流出力を有し、したがって大きな機械的負荷、すなわち電極フレームが主として寄与する重量および運動量を有するＥＥＡを支持体が支えることのできる能力の両方によって決まる。
【０１０４】
したがって、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計に対する第１の改善は、絶縁体を排除し、適切な絶縁材料から継目のない支持体を構築するというものである。そのような措置は、支持体の重量を減少させ、機械的強度と電気抵抗率のどちらも改善することができる。支持体が、その１つ目が大地に固定され、２つ目がＥＥＡに固定される２つの端部を有する、以後地上支持体と呼ぶ剛性の垂直構造であるこの場合には、適切な支持体の非限定的な例が、中空ガラス繊維セグメントから形成され、大地に固定された３本以上の係留ロープによって安定化される伸縮マストである。分割して容易に輸送可能であり、負荷の容易な維持管理を可能にするそのようなマストは、アンテナを支持するために広く使用されている。
【０１０５】
本明細書で提案する、別の改善された実施形態では、軽航空機によって上昇させられるＥＥＡ用の係留支持体が別法として使用され、これは、例えば維持管理目的で上昇高さを容易に変更する必要がある場合、または後に論じるようによく見られることであるが、必要な高さが地上支持体を用いて達成困難である場合に、特に有利である。
【０１０６】
係留型支持体の概念を示す非限定的な例が、図３に示す一実施形態である。軽航空機３１が、ロープまたは回転ジョイント（ｐｉｖｏｔ  ｊｏｉｎｔ）３２を用いて、ＥＥＡ３４を支える（すなわちそのフレームに固定された）支持ロッド３３の第１の端部に機械的に結合される。リール３６によってその長さが制御される係留支持ロープ３５の上端部が、支持ロッドに固定される。支持物３８、例えばロープに取り付けられたループによってロープの付近にあり、ロープと一緒にリールに巻かれたワイヤ３７が、別のワイヤ３９を用いて、ＤＣ電源３１１、例えばＶＤＧＧの荷電エンジンの第１の（負）電極３１０に電気的に結合され、ＤＣ電源３１１の第２の（正）電極３１２が、接地点３１３に電気的に結合される。
【０１０７】
支持体のタイプにかかわらず、支持体部品、例えばマストやロープが、湿潤条件下で連続した導電性水膜がそれらの部品上に蓄積しないようにするために、脂肪様の絶縁撥水物質のフィルムで覆われることが推奨される。
【０１０８】
たとえ漏れ電流が最小限に抑えられたとしても、大きなイオン電流の達成が、大地の有限の導電率のためエミッタ電極上の電圧を損失するという前述の問題を導入する可能性がある。この実施形態に対するさらなる改善（図２を参照されたい）が、コロナ放電の付近に、例えば適切なワイヤ２８を用いてＤＣ電源の接地点と電気的に結合された１つまたは複数の接地点２７を導入するというものである。必要な接地点の数は、消費電流、大地のタイプ、および発生したイオンの大部分がそこに向かって移動するＥＥＡの下方の大地エリアによって変わる。負のコロナ放電の場合、このエリアを以後アノードエリアと呼ぶ。より大量の空気に含まれるエーロゾルを荷電させるには、より広いアノードエリアが好ましい。指針として、アノードエリアの半径は、ＥＥＡの上昇高さに少なくとも等しくすべきである。大地のタイプおよび消費電流は、アノードエリアの十分な導電率を維持するのに必要な、アノードエリア内での接地点の密度を定める。例えば、大地が湿潤土壌であり、消費電流が約１００〜２００μＡであり、単一の接地点が７０ｋＶの電圧下で動作するＥＥＡの下方に導入される場合、アノードエリアは最大５〜８ｍの半径を有する。土壌が乾燥している場合、アノードエリアを覆う、互いに電気的に結合され、ＤＣ電源の接地点に結合された接地点のグリッドが必要である。この場合、グリッドの形で配列された隣接する接地点間の距離は、１〜２ｍとすべきである。典型的に、導電性材料、例えば金属から形成された接地ロッドである接地点は、深く、好ましくは、表面よりも濡れている土壌層がもしあればそれに到達すべきである。平均的な土壌の場合、接地ロッドの最小推奨深さは約０．５ｍである。乾燥土壌の場合、最小深さはより深くすべきである。
【０１０９】
より多数の接地点を利用する代わりにまたはそれに加えて、アノードエリア内の土壌の導電率を、空間電荷発生器の作動中に加湿する（水をかける）ことにより増加させることもできる。好ましくは、植物の先端上での正のコロナ放電を最小限に抑えるために、土壌は、イオン発生器の下方での植物の成長を抑制する一般的な鉱物を有する水溶液、すなわち塩水などの環境に優しい電解液を用いて加湿される。
【０１１０】
それに加えてまたはその代わりに、特に、加湿が非効率である、または実際的ではない場合、例えば設置面が建物の屋根または岩の多い地形である場合に、大地ではなく他のタイプのコロナ放電コレクタ電極を導入して、アノードエリア内の土壌を置き換える、または増強することができる。したがって、いくつかの実施形態（図２を参照されたい）では、金属またはワイヤメッシュの１枚または複数枚のシートなどの高導電性コレクタ電極２９を地上に配置し、例えば適切なワイヤを用いてＤＣ電源の接地電極に直接、電気的に結合することができる。
【０１１１】
さらに他の実施形態では、図４に示すように、塩水などの導電性電解質溶液を充填したリザーバ４１を、局所接地点４２に電気的に結合し、またＤＣ電源４４の接地点４３にワイヤ４５を用いて電気的に結合することができ、かつ地上支持体４７によって上昇させられるＥＥＡ４６の下方に配置し、それによりリザーバ４１がコロナ放電コレクタ電極として働くことが可能になる。この場合、電解質溶液を、例えば空気流を用いて広めることにより、土壌の導電率を向上させることに加えて、泡を破裂させることにより放出される蒸発電解質液滴の残留物から人工エーロゾル４８を発生させることができる。
【０１１２】
地球表面のコレクタ電極としての効果を向上させる、かつ／または論じたような他のコレクタ電極を導入するための技法は、係留支持体を用いる実施形態にも適用可能である。例えば、図３に示す実施形態の性能を、前述したように、ＤＣ電源３１１の接地点３１３に結合された追加の接地点３１４および追加のコロナ放電コレクタ電極（図示せず）を導入することによって向上させることができる。
【０１１３】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等の設計によれば、ワイヤセグメントが横断する角錐面が、地球表面とある角度をなして配置される。ＥＥＡのそのような実施形態の２つの利点は、水平風によって、生成された空間電荷が移動させられ、新鮮な大気エーロゾルが荷電のために供給されること、およびワイヤのイオン発生性能を低下させる、空間電荷を含む同じ空気塊がワイヤを通過する回数が最小限に抑えられることである。この角度の最適値は、一般的な大気条件下で約２０〜７０度である。
【０１１４】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等のＥＥＡ実施形態では、より大きなイオン電流を、より細いワイヤの使用、配線密度の増加、より大型のフレームの使用、またはそれらの組合せによって達成することができる。しかし、より大型のフレームの使用には、フレームの限られた機械的性能のため、ある一定の制限が当てはまる。
【０１１５】
ワイヤセグメント間の分離距離が、配線密度を決定する。この密度を無限に増加させることはできない。ある特定のセグメントについて、他のセグメントからの電場がイオンの生成に影響を及ぼす。電圧およびワイヤ太さの所与の値について、その後に新規ワイヤセグメントをフレーム上に追加してもイオン生成能の大幅な増加をもたらさない、分離距離のある一定の制限がある。５０〜７０ｋＶの電圧および直径０．１〜０．２ｍｍのワイヤの場合、この分離距離は約１．５〜３ｃｍである。所与の電圧下で、配線の最大有効密度を増加させるには、より細いワイヤを使用する必要がある。
【０１１６】
ワイヤは、細いほど腐食による劣化の影響を受けやすくなり、その耐食性に対する要件が高くなる。この目的に適した、商業的に入手可能なワイヤの非限定的な例が、直径０．１〜０．２ｍｍの、高耐食性Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｃｕベース合金であるモネル製のワイヤである。
【０１１７】
ワイヤが細いほど、フレームはワイヤを支持するために剛性（すなわちより寸法的に安定）でなければならない。より細いワイヤを使用する、かつ／またはフレームサイズを増加させる場合、より厚くより重いプランク（ｐｌａｎｋ）またはロッドを使用すべきであり、そのことが、ＥＥＡの所与の重量で可能な最高の配線長、したがってイオン排出量を達成するという目的を台無しにする。
【０１１８】
この問題に対する１つの解決策が、１つの大型のＥＥＡの代わりに、この場合には角錐フレームを用いたいくつかのより小型のＥＥＡを使用するというものである。そのような実施形態５０の非限定的な例が図５に示されており、図では、三角錐形状の６つのＥＥＡが利用されている。非限定的な例として、隣接するＥＥＡ５１および５２の頂点５１ａおよび５２ａがそれぞれ、交互に上および下を向いている。この設計は、水平風による最適な通気を可能にし、空間電荷を含む同じ空気塊がＥＥＡ５１および５２を通過する回数を減少させる。さらなる安定性を得るために、上向きの角錐の頂点同士が、ロッド５３によって接続され、ロッド５３は、強い負荷を支えず、したがって軽量でよい。一方、これらのロッドは、ロッドまたは支持ロープ５４を用いて、マスト５６の上部に取り付けられたプレート５５に接続される。同様に、下向きの角錐の頂点同士も、ロッド５７によって接続され、ロッド５７は、ロッドまたは支持ロープ５８を用いて、マストに取り付けられたブラケット５９に接続される。
【０１１９】
この設計の実際的な実施の非限定的な例が図６ａに示されており、図では、上向きの角錐６１ａの底面および下向きの角錐６２ａの底面がそれぞれ、異なる面６３ａおよび６４ａ内に配置されている。異なる面内にある角錐底面の縁部同士が、図６ｂの、好ましくはある程度の可撓性をもつ支持物６１ｂを用いて機械的に結合される。各面内では、図６ｃに示すように、対応する角錐６１ｃの縁部が支持プレート６２ｃにボルトおよびナット６３ｃを用いて固定される。図６ｄに示すように、角錐底面６１ｄの縁部がボルトおよびナット６３ｄを用いて固定される各面の支持プレート６２ｄが、マスト６６ｄに沿ったある位置で、上部ブラケット６４ｄおよび下部ブラケット６５ｄを用いて固定される。
【０１２０】
しかし、角錐形状は、ＥＥＡに最適な唯一の形状ではない。少なくとも２本の平行セグメントがその表面を横切り、好ましくはその表面が地球表面とある角度をなして配置される平面形状のフレーム同士が、機械的および電気的に互いに結合されるモジュラ設計の形で、多種多様のＥＥＡを実施することができる。平面フレームと、ある分離距離をそれらの間に隔てて互いに平行に配置された、ＥＥＣＤの支持されるワイヤセグメントとを備えるそのようなＥＥＡモジュールを、以後基本ＥＥＡ（ＥＥＥＡ）と呼ぶ。
【０１２１】
一般に、ＥＥＥＡフレームの形状は多角形とすることができるが、機械的には、最も安定した形状は三角形である。組立前のＥＥＥＡは、その平面形状のため、大量に容易に輸送することができ、設置場所でＥＥＡをＥＥＥＡから組み立て、またＥＥＡを分解してＥＥＥＡにすることができる。
【０１２２】
非限定的な例として、角錐形状のＥＥＡは、同じサイズおよび同じ二等辺三角形の形状を有する３つ以上のＥＥＥＡから組み立てることができる。ワイヤセグメントが連続したワイヤ、すなわちフレーム全体に１本のストランドの形で巻きつけられるワイヤを形成する角錐ＥＥＡに比べて、この実施形態は、例えば鳥によるワイヤの断線によって途絶される配線の部分がよりわずかなため、より堅牢である。
【０１２３】
ＥＥＥＡフレームの、例えばロッドまたはプランクでよい側部は、導電性材料または非導電性材料から形成することができる。金属フレームが使用される、例えば金属フレームが中空管から形成される場合、ワイヤが開放空気中で異なる金属から形成されたフレームと直接接触しないように注意を払うべきである。そうしないと、電気化学的腐食環境でワイヤセグメントが接触点において急速に破壊し、したがって、ばらばらに壊れる恐れがある。
【０１２４】
非限定的な例として、図７ａに示すＥＥＥＡ７０ａの三角形の一実施形態では、例えばフック様形状のいくつかのワイヤセグメント支持物７１ａが、対をなしてフレームの２つの側部７２ａおよび７３ａのそれぞれにその長さに沿って固定され、各支持物は、ワイヤセグメント７４ａの対応する端部を保持する（挿入図）。ワイヤセグメントは、連続したワイヤを形成しても、２本以上のストランドの形で支持物に巻きつけてもよい。これらのストランドの端部（この場合は１本のストランドが示されている）は、このＥＥＥＡが他のＥＥＥＡにそれを介して電気的に結合される点７５ａおよび７６ａで固定され、それらは、このＥＥＥＡをワイヤ断線しにくいものにするように電気的に結合することができる。ある程度可撓性の非金属支持物またはワイヤと同じ金属から形成された支持物を使用することが好ましい。というのも、そうすると、変動する外力下でフレームの側部がわずかに曲がった場合に、ワイヤにかかる応力を減少させることができるためである。支持物の垂直ポストを、ばねの形で形成することもできる。フレームの内側のばねベースの支持物７１ｂが、図７ｂ（挿入図）に示されている。
【０１２５】
好ましい諸実施形態では、本明細書で提案する解決策が、重量支持フレーム構造をワイヤ支持フレーム構造から分離するが、それらを柔軟に結合させるというものである。この構成では、より細いワイヤを用いたより高密度の配線を支持するのに十分なほど剛性の軽量フレームを備えるいくつかのより小型のＥＥＥＡが、可撓性ジョイントを用いて互いに、また重量支持（外部）平面フレームに結合される。あるＥＥＥＡの配線が断線した場合、そのＥＥＥＡを現場で配線し直す必要なく、すばやく交換することができる。非限定的な例として、可撓性ジョイントは、ばねでも、ばねとして働くジグザグ形状の適切なワイヤ片でもよい。基本フレームの場合と同様に、より大型のＥＥＡ構造を、ＥＥＥＡを支持する外部フレームから組み立てることができる。
【０１２６】
図８は、可撓性ジョイント８４に接続されたいくつかのより小型のＥＥＥＡ８３に対してフレーム８２を外部のものにすることによって、三角形のＥＥＥＡ８０がより細いワイヤ８１のより長い全長をいかにして収容できるかを示す非限定的な例を示す。
【０１２７】
非限定的な例として、外部フレームによって支持されるＥＥＥＡ９０の別の三角形実施形態が、図９に示されている。絶縁材料、例えば塗装木材からなる平坦なプランクから形成されたフレーム９１が、フレームの２つの側部のそれぞれの上にその長さに沿ってノッチ９２を有し、そのノッチ９２を通って、ワイヤ９３が図示のようにフレームに巻きつけられて、フレームの両側のノッチ間に平行セグメントを形成する（フレームの反対側のワイヤは、点線として示されている）。ワイヤストランドの端部は、このＥＥＥＡが他のＥＥＥＡにそこを介して電気的に結合される点９４および９５で固定され、また任意選択で電気的に結合することができる。
【０１２８】
より小型のＥＥＥＡを可撓性ジョイントを用いて支持する外部フレームを用いる代わりにまたはそれに加えて、平行ワイヤセグメントではなくワイヤメッシュをエミッタ電極として使用することもできる。ある程度自立型であるそのようなメッシュをＥＥＥＡで用いることによって、より大型のフレームを使用することができる。というのも、メッシュは、ワイヤよりもずっとフレームの変形に影響されにくいためである。フレームへのメッシュの取付けは、ワイヤセグメントの場合の複数の支持物またはノッチを必要とせずに、さまざまな方法で達成することができる。ワイヤセグメントに比べて、導電性メッシュは、断線に対して機械的にも電気的にもより堅牢である。断線または腐食したメッシュの交換もより容易である。
【０１２９】
Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、ＥＥＡを零下温度で作動させると、ワイヤ上に霜が蓄積し、それがワイヤのエミッタ電極としての性能を低下させると言及している。この問題に対処するために、Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、電気加熱器およびファンを用いて暖気をＥＥＡに向かって送ることを提案した。Ｒｏｓｔｏｐｃｈｉｎ等は、この技法が、暖気流がＥＥＡに到達する前にそれを移動させる強風の存在下では満足に機能しないことを認識していた。
【０１３０】
この問題に対する実際的な解決策は、ワイヤに低電圧電流を通すことによってワイヤの自己加熱を行うというものである。低電圧回路を、変圧器など、従来型の電源を用いて構成すると、高電圧回路と低電圧回路の電気的分離が技術的に困難なことがあり、また漏れ電流が導入されることがあるため、問題となる。本明細書で提案する解決策は、適切なアンテナを備えたマイクロ波発振器などの電磁放射源を利用して、エミッタ電極を、直接的な電気接触なしで遠隔で加熱するというものである。この場合、電流が、ワイヤメッシュセグメント、またはエミッタ電極の一部である電気的に結合された端部を有するワイヤストランドなどの閉ワイヤ回路内で生じて、エミッタ電極を温かくする。
【０１３１】
ＥＥＡの地上での上昇高さは、エーロゾル荷電効率を決定する重要なパラメータである。ＥＥＡによって生成されたイオンは、コロナ放電コレクタ電極に向かって、すなわち下向きに流れる傾向がある。イオンの運動は、エミッタ電極の付近では強電場に、エミッタ電極からより遠く離れたところでは風と電場の両方に、主として支配される。大気エーロゾルの大部分が、ＥＥＡと地球表面の間で荷電するため、ＥＥＡの上昇は、好ましくは、生成されたイオンが地球表面に到達したときに再結合によって無駄に消費される前にその大部分が確実にエーロゾルに付着するようにするのに十分なほど高くすべきである。
【０１３２】
静止空気中では、この最適な上昇高さが、大気空気中のエーロゾル粒子のスペクトル、特にその個数濃度によって変わり、それらが、イオン再結合を無視することのできる比較的エーロゾルに富んだ地上空気（ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ａｉｒ）中でのイオンの寿命を決定する。たいていの条件下では、この時間が通常３〜８分である。
【０１３３】
したがって、静止空気中での最適な上昇高さは、イオンがその寿命中にＥＥＡと地球表面の間を移動することのできる距離として推定することができる。実際には、特定のＥＥＡ実施形態についてのこの距離は、ＥＥＡの下方の空間電場プロファイルを測定すること、および既存の技法を用いて測定することもできる、イオン寿命中の荷電粒子軌道（と、したがってその垂直経路）の後続の数値計算によって、実験的に見い出すことができる。
【０１３４】
あるいは、最適な上昇高さは、ＥＥＡの次第に増す上昇高さで負イオンの濃度を測定することによって実験的に見い出すことができる。ある一定の上昇後のイオン濃度の大幅な減少が、最適な上昇に達したことを示す。
【０１３５】
実際には、風の存在下での基本的なポイントツーグランド（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｇｒｏｕｎｄ）コロナ放電ユニットを用いた空間電荷柱の生成に関する、ＪｏｎｅｓおよびＨｕｔｃｈｉｎｓｏｎ（１９７５）による実験的研究によれば、最適な上昇高さは、少なくとも約９ｍとすべきである。本明細書で提案したものなど、ＥＥＡのより進歩した実施形態を利用すると、おそらくはさらに高い上昇が必要となる。最適な高さの達成が、地上支持体を用いて困難な場合、より多くの空間電荷発生器および／または係留型支持体を備えた発生器を利用すべきである。
【０１３６】
より多くの空間電荷発生器を、最適に満たない上昇高さによるそれらの性能劣化を補償するために利用する場合、高さは少なくとも６ｍとすべきである。
【０１３７】
この点に関して、係留型支持体を用いた実施形態が好ましい場合がある。ＥＥＡの上昇が高いほど、同じイオン電流を達成するのに必要な動作電圧が高くなる。この点に関して、市販のＤＣ電源に代わる手段としてＶＤＧＧを用いると、有利となりうる。この場合、ＶＤＧＧの軽航空機球形コンデンサを、軽航空機として使用することができる。図１０に示すこの類の実施形態では、ＥＥＡのフレーム１０１を、軽航空機球形コンデンサ（航空機）１０２の表面の周りに、表面全体にわたって一様に分配された複数の支持ロッド１０３および脚１０４を用いて配置することができる。軽航空機球形コンデンサ（航空機）に固定された係留ロープ１０５、およびＥＥＡに電気的に結合されたワイヤ１０６が、この実施形態の他の構成要素（列挙せず）に、図３と同様に接続される。航空機は空気注入式でよく、そのためその半径が変わることがあるので、支持ロッドは可変長のものとし、その脚上に、例えばばねを組み込むことによって、応力支持機構を用意すべきである。
【０１３８】
あるいは、図１１に示すように、ＥＥＡのフレーム１１１が、非可撓性支持ロッド１１２によって、軽航空機ではない球形または準球形コンデンサの表面の周りに固定される。非限定的な例として、準球形コンデンサは、例えばプラスチックから形成されて導電ペイントで覆われた、導電性外面を有する軽量シート１１３から組み立てて、電気的に結合し、機械的に接合することができる。非限定的な例として、そのようなシートは、サッカーボール表面上の布片（ｓｗａｔｃｈ）のように切断して、構成することができる。当初ガスが抜かれた気球がコンデンサの内側に配置され、次いでそれを、空気より軽いガス、例えばヘリウムで、ガスがコンデンサの容積を占めて、コンデンサを浮きやすくするまで膨らませる。
【０１３９】
別の提案する軽航空機実施形態１２０が、図１２に示されている。ワイヤメッシュの区画、またはメッシュもしくは平行ワイヤセグメントを備えたＥＥＥＡ１２１が、電気的に結合され、機械的に接合されて、準球形形状のＥＥＡを形成する。フレーム付きＥＥＥＡが使用される場合、先に論じたように、可撓性ジョイントを用いてフレームの側部同士を接続することが好ましい。膨らんだ球体１２２が、メッシュの表面の内側に一様に分配され、例えば小さなループによってそこに取り付けられる。この実施形態においてフレーム付きＥＥＥＡが使用される場合、球体は、接合されたフレーム側部の対に対して取り付けられる。気球１２３がＥＥＡの内側に配置され、次いでそれを、空気より軽いガスで、球体がＥＥＡに対する応力支持支持物となるまで膨らませる。この構成では、数メートルの直径を有する十分に大きなＥＥＡが、エミッタ電極かつコンデンサとして働くことができる。というのも、この場合、システムがそれ自体の（かなりの）容量を有するためである。
【０１４０】
数百メートルに到達することのできる係留型支持体を用いて達成可能なＥＥＡ上昇高さにおいて、ＥＥＡから下向きの方向以外の方向に流出するイオン電流は無視できない。これは、生成された空間電荷の電場とともに下向きのイオン流を支配する地上に残った正電荷の電場が、上昇高さとともに減少するためである。したがって、イオンの大部分がＥＥＡから出発して最初にあらゆる方向に伝搬する、軽航空機または軽航空コンデンサの周りでのＥＥＡの表面の一様な分配が推奨される。
【０１４１】
生成されるイオン電流の大幅な強化は、上記の実施形態にマルター効果を導入することにより達成することができる。マルター（１９３６）は、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＣＯ３、Ｔａ２Ｏ５など、いくつかの非導電性物質と、他の少数の酸化物とからなる薄膜が、電子による衝撃を受けるカソードに与えられたとき、膜の表面から二次電子放出が生じることを観測した。そのような電極を、以後マルター電極と呼ぶ。二次電子放出は、以後マルターフィルムと呼ぶマルター電極の膜の表面上に正味の正電荷を残し、それにより、マルターフィルム層全体にわたって強電場が生じる。マルターフィルムは導電性ではないため、正電荷は、それが蓄積するほど速くは中性化せず、それによりフィルム層が、その「極板」が反対に荷電したフィルム表面とカソード表面であるコンデンサの誘電体媒質として働く。非常に強い電場中でカソード表面上で放出された電子は、マルターフィルムをさらに通り抜けて空気中に放出され、最終的には負に荷電した分子クラスタ、すなわち負イオンを形成する。マルター効果が生じるためには、フィルム表面から電子を取り出すことのできる、粒子または電離放射（例えば高エネルギー電子、イオン、Ｘ線、紫外放射）の開始源がなければならない。また、カソードの電子放出速度が、フィルム表面から正電荷を取り出す速度よりも大きくなければならない。マルター電極が電子により衝撃を受ける場合、この電極によって放出されるイオン電流は、条件に応じて、一次衝撃電流よりも最大で数千倍大きくなりうる（Ｈａｗｋｅｓ、１９９２）。
【０１４２】
非限定的な例として、ＥＥＥＡにより生成されるより大きなイオン電流は、図１３に示すように、マルターフィルムで被覆したより太いワイヤのセグメントの形をとる追加のマルター電極１３１を導入することによって達成することができる。マルター電極１３１は、細いワイヤセグメント１３４に平行であり、例えばフィルムのないエリア１３３上のはんだ付け点１３２によって、細いワイヤセグメント１３４に電気的に結合される。細いワイヤセグメント１３４は、主として、隣接するマルター電極の開始源として働き、マルター電極は、重量を最小限に抑えるために、中実ワイヤではなく中空ワイヤ（管）に基づいたものでもよい。話を簡単にするために、管状ワイヤを以後ワイヤと呼ぶ。そのようなワイヤ対１３０が、論じた実施形態における普通のワイヤを置き換える。マルターワイヤの直径は、十分大きくすべきであり、細いワイヤは、放出された電子およびイオンによるマルターワイヤの効果的な衝撃を確実なものにするために、マルターワイヤの十分近くにあるべきである。ワイヤの表面にかかる電場強度は、ワイヤの直径に反比例するため、マルターワイヤの電場によって減速される衝撃電子および負イオンは、マルターワイヤの直径が十分大きい場合に、そのワイヤの表面に到達して、二次放出に必要な衝撃をもたらすことができる。さらに、より大きな直径を有するワイヤは、その放出面がより広いため、単位長さ当たりにより大きなイオン化出力をもたらす。マルターワイヤ１本当たりに２本以上のコロナ開始ワイヤを使用することができる。
【０１４３】
図１４に示すようにエミッタ電極がメッシュである場合、マルター効果を導入する類似の手法をとることができ、図では、マルターメッシュ１４０のセグメントが、メッシュの表面の上（左図）および下（右図）に見られる。細いワイヤ１４１が上述したように配置され、マルターフィルムで覆われた太いワイヤメッシュからなる第１組の平行ワイヤ１４３に点１４２ではんだ付けされる。同様に、細いワイヤ１４４も下に配置され、第１組のワイヤ１４３に垂直な第２組の平行メッシュワイヤ１４６に点１４５ではんだ付けされる。第２組のメッシュワイヤが、第１組のメッシュワイヤの上にある（例えば上部組のワイヤが下部組のワイヤに溶接される）場合、細いワイヤの別の構成が図１５に示されており、図では、マルターメッシュ１５０のセグメントが、メッシュの表面の上（左図）および下（右図）に見られる。左図上では、細いワイヤ１５１が第１（下部）組のワイヤ１５２の上に、点１５３でマルターメッシュワイヤの第２（上部）組のワイヤ１５４にはんだ付けすることによって配置される。右図上では、細いワイヤ１５５が第２組のワイヤの下に、点１５６でマルターメッシュワイヤの第１組のワイヤにはんだ付けすることによって配置される。
【０１４４】
あるいは、マルター電極は、その一方または両方の表面がマルターフィルムで被覆された金属箔とすることもできる。そのようなマルター電極を、以後マルター箔と呼ぶ。この構成では、細いコロナ「点火」ワイヤが、マルターワイヤの場合に先に論じたように、マルター箔の一方または両方の表面の付近に配置され、そこに固定される。マルター箔が帯であるそのような構成の非限定的な例が、図１６に示されている。１本または複数本の細いワイヤ１６１が、マルター電極の一方または両方の表面１６２上に配置され、そこに点１６３で固定される。普通のワイヤとマルターワイヤの対の場合と同様に、そのような電極が、論じたＥＥＥＡ内のワイヤを置き換える。したがって、ワイヤメッシュを、マルター箔の帯と、好ましくは箔の両活性面に固定されたコロナワイヤから形成されたメッシュで置き換えることができる。
【０１４５】
図１２に示す実施形態の場合、別の代替手段は、ＥＥＥＡ内のワイヤメッシュまたはワイヤセグメントの表面全体を、コロナワイヤがその外面上にあるマルター箔で置き換えるというものである。
【０１４６】
大気中のエーロゾルの濃度が低い場合、いくつかの実施形態は、ＥＥＡを取り囲む、特にＥＥＡの下方の空気中のエーロゾル量を増加させるために、例えば米国ミネソタ州ショアビューのＴＳＩ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたものなど、人工エーロゾルの発生器を備えることができる。好ましくは、エーロゾル発生器は、空間電荷発生器のＥＥＡの下方に配置される。先に論じたように代替または追加のコレクタ電極として使用される、広められる溶質を含むリザーバを使用することもできる。
【０１４７】
水平風および垂直上昇気流などの大気運動は、荷電エーロゾルを含む空気塊を移動させ、新鮮なエーロゾルを含む空気塊を供給することによって、エーロゾル荷電の効率を高める。また、大気運動のため、最適な上昇高さを低下させることができる。この点に関して、人工大気運動、特に空間電荷柱の初期上昇を増す上昇気流を作り出すことが有利である。
【０１４８】
したがって、いくつかの実施形態では、ＥＥＡの下方にファンまたは熱源を配置することができる。エーロゾル発生器としても働くことができるさまざまなタイプのバーナを、熱源として利用することができる。ワイヤメッシュが追加または代替のコロナ放電コレクタ電極として使用される場合、それを大地からわずかな距離上昇させて、例えば変圧器からの低電圧強電流をそれに通すことによって、熱源にすることができる。太陽放射を用いた加熱は、空間電荷発生器の周りに「ヒートアイランド」、すなわちコロナ放電コレクタ電極としても働くことができる導電性材料からなる黒色表面を設けることによって、達成することができる。実際的な解決策は、大地を炭素物質、例えば天然石炭の黒色で導電性の顆粒で被覆するというものである。
【０１４９】
晴天電流の増強によるＲＣＣを招く大気エーロゾルの荷電に加えて、単極イオンの十分に大きなＡＥＣを発生させるコロナ放電が、大気中の相対湿度プロファイルの調節という別の効果をもたらすことができる。その結果、空間電荷柱の上昇を促進する湿潤空気塊の垂直運動を生じさせることができ、大気不安定性を局所的に生じさせ、または増強することができる。大気不安定性は、好ましい大気条件下で、雲の形成を促進することができる。
【０１５０】
蒸気を配置換えする、以後選択的水分輸送（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）（ＳＭＴ）と呼ぶ、大気水分（水蒸気）を他の空気成分から分離する物理的メカニズムは、次のとおりである。移動するイオンと空気分子の間の衝突が、移動するイオンから空気分子への運動量移動を引き起こし、それが、単位時間当たりに、イオンに対して作用する粘性力として現れる。電場がない場合、この過程はランダム（ブラウン）であり、平均の巨視的運動量移動はゼロである。しかし、ＤＣコロナ放電では、発生したイオンの大部分が同じ（負）電荷であり、したがって、その大部分が同じ方向に移動する。イオンの運動がこのように秩序立てられているため、イオンから空気分子への運動量移動は、巨視的スケールでは空気にかかる力として現れて、空気をイオン運動の優勢な方向に「イオン風」として流す。しかし、これまでの調査では、発生した「イオン風」が、水蒸気を他の空気成分に比べてかなり高い程度まで加速して、気流中で蒸気を他の成分より前に移動させることが見落とされていた。
【０１５１】
他の空気成分の分子とは対照的に、水分子（Ｈ２Ｏ）は、それ自体の電気双極子モーメントを有する。イオンと水分子の間の引力のある電荷−双極子間電気力のため、他の空気分子とイオンの衝突が幾何学的に可能とはなりえないときに、水分子はイオンと衝突し、したがって、イオンから移動した運動量を得ることができる。
【０１５２】
水分子対非水分子の軌道が図１７に示されており、これは、軸Ｘに平行に軸Ｘから距離γのところ（衝突距離）を半径Ｒの空気イオン１７２に向かって移動する軌道１７１を有する水分子の、衝突断面積増加の効果を示している。軸Ｘに平行に軸Ｘから距離γのところを移動する非水分子は、γ＜Ｒの場合にのみイオンと衝突することができる。対照的に、引力のある電荷−双極子間電気力のため、衝突距離Ｒ＜γ＜ρ（ただしρは水分子の最大衝突距離である）を有する水分子も、イオンと衝突することができる。この点に関して、水分子は、大気イオンと衝突する間に他の空気分子とは違った形で振舞い、その違いは、この場合には最大衝突距離によって決まる衝突断面積の点から説明される。ρ＞Ｒであるため、水分子の衝突断面積は、非水分子の衝突断面積よりも大きい。
【０１５３】
増大係数（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）と呼ばれる、水分子と非水分子の衝突断面積比が、Ｎａｄｙｋｔｏ等、（２００３）によって推定された。０．６ｎｍの直径を有する典型的な空気イオンの場合、増大係数は約７となることが分かっている。水二量体（Ｈ２Ｏ）２や、蒸気が飽和により近いときにより高濃度で現れる他のもの（（Ｈ２Ｏ）ｎ、ｎ＞２）など、水分子Ｈ２Ｏの双極子モーメントよりも大きな双極子モーメントを有する水分子クラスタの場合には、増大係数値はさらに大きくなることが分かっている。イオン−分子間衝突断面積が大きいほど、イオン−分子間衝突回数が多くなり、したがって、ある空気量に含まれる分子に単位時間当たりに移動する運動量、すなわち、その空気量にかかる巨視的力が大きくなる。したがって、１分子当たりのこの平均力が、水分子の場合にはより大きくなり、すなわち水分子はより大きな加速を得る。ＳＭＴのこの過程は、水分が取られる他のエリア内での乾燥を犠牲にして、空気の一部のエリア内に次第に増す相対湿度をもたらすことができ、すなわち、湿潤空気塊と乾燥空気塊が最初に形成される。
【０１５４】
ある空気量に含まれるあらゆる成分の分子の数は、所与の温度および圧力において一定であり、水のモル質量（１８ｇ／モル）が、乾燥空気のモル質量（２９ｇ／モル）未満であるため、湿度の増加は空気の密度を減少させ、逆も同様である。アルキメデスの原理によれば、乾燥空気塊が下降すると同時に湿潤空気塊が上昇する。この連続過程は、大きなスケールでは上向きの水分輸送として現れ、人工的に増加させた湿度を有する始めから上昇した気団の形成を招く。人工的に湿潤させた空気塊は、上昇するとき、自然の空気塊よりも小さな割合で断熱冷却され、したがって、比較的小さな断熱（温度）減率を有する。大気不安定性は、気団の断熱減率と大気中の周囲の減率の差から生じるため、ＳＭＴによって湿潤させた気団は、自然の対流によって形成される気団よりも不安定となりうる。ある一定の大気条件下では、局所的に増大させた不安定性の効果が、湿潤気団中での蒸気の凝縮を生じさせることができ、その結果、潜熱の放出によって湿潤気団の浮力が増強し、最終的に雲を形成する。この過程は、自然に湿潤した気団の場合よりも低い高度で生じることがあり、または人工的に湿潤させた気団内でのみ生じることがあり、この過程のより大きなスケールへの拡張は、大気が自然の気団に対してかろうじて、またはわずかに不安定である場合に可能となりうる。初期には小さな影響でよい、隣接する湿潤気団が人工上昇気流エリアに向かって収束することによる上昇が、潜熱の放出による自然の気団のダイナミクスの変化をトリガすることができる。この効果は、一部の場合にのみ達成可能であるが、気象調節の他の既存の方法に対して独自である。
【０１５５】
ＳＭＴに最適なＥＥＡの上昇高さは一般に、イオンの濃度だけではなくＡＥＣの密度が重要であるため、最適なエーロゾル荷電の上昇高さよりも低い。自然エーロゾルまたは人工エーロゾルの可能な最大量を荷電させることは、この場合には望ましくない。というのも、ＡＥＣの流れの経路中に生成される空間電荷が、例えば強風によって高速で除去されない限り、ＡＥＣの密度を減少させるためである。コロナ放電実施形態を作動させる主目的が、可能な最大のＳＭＴを達成することである場合、人工エーロゾルを生成すべきではなく、より低いＥＥＡ上昇高さを選択することが、発生したイオンのアノードエリア上での再結合に好都合に働くべきである。ＡＥＣのより高い密度を達成するために、エーロゾル荷電の場合よりも狭いアノードエリアを使用することも推奨される。特定の一実施形態では、達成可能なＡＥＣとＳＭＴが行われる空気量の間のバランスを支配する、ＥＥＡの最適な上昇高さを選択する最も単純な方法が、実験に基づくものである。
【０１５６】
ターゲットエリア内での降水の減少は、別のエリア内での降水の計画的増加によって達成することができ、それにより、降水の減少をターゲットとしたエリアが、降水が引き起こされたエリアの降水陰（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｓｈａｄｏｗ）になる。
【０１５７】
個々の空間電荷発生器は、手動で、または中央位置から自動で制御することができる。特定の用途に応じて、上述した実施形態は、地上または水中の関連のあるあらゆるタイプの輸送手段（固定または可動）上に配置することができる。水中の場合、水中に沈められた接地電極と電気的に結合されたアノードエリアが設けられた、水体上のプラットフォームが必要である。
【０１５８】
ターゲットエリア内での降水の増加または減少とは別に、気象調節の他の用途の場合、１つまたは複数の効果を担う物理過程に影響を及ぼすには一般に、荷電コンデンサまたはＥＥＡの上昇高さやＥＥＡのアノードエリアなど、利用される実施形態に固有の方法および固有のパラメータが必要となる。
【０１５９】
地球表面上またはその付近にある雲である霧の分散の場合、１つの手法は、霧層の境界上での空間電荷の蓄積を生じさせるために、荷電コンデンサまたはコロナ放電のＥＥＡを、係留型支持体を用いて霧層の上方に配置するというものである。この効果を適度に広いエリア内で達成するには、複数の軽航空機実施形態を利用すべきであり、かつ／または１つもしくは複数の実施形態を、異なる霧エリアを消散させるように移動させるべきである。この構成では、霧層は、より小さな霧粒子をより大きな霧粒子によって効率良く収集するのに十分なほど厚くあるべきであり、これは、あらゆる場合に生じるとは限らない可能性がある。代替の解決策は、霧層の内部でコロナ放電実施形態を利用して、ＳＭＴに最適な状態（ｒｅｇｉｍｅ）で作動するというものである。乾燥空気塊中では、霧は液滴蒸発によって消散し、湿潤空気塊中では、液滴と氷晶がもしあればそれが大きく成長し、重力により沈殿し、おそらくはそれらが下降するときに霧粒子を収集する。潜熱の放出によって生じる上昇気流が、より長い時間浮遊し、成長するより大きな粒子の形成に好都合に働き、ＳＭＴによって調節すべき隣接する霧の多い空気の収束を生じさせる。この収束を、凝縮による過飽和蒸気の進行中の除去によって、また霧が冷たい場合には成長する氷晶によって増強し、それにより蒸気分圧を減少させることができる。
【０１６０】
そのエーロゾル粒子が荷電されてＡＥＣを減少させる霧を、ＥＥＡの下方で初期消散させるために、ＥＥＡの初期上昇高さは、好ましくは低く、次いで、最適な値に次第に増加させるべきである。あるいは、１つまたは複数のコロナ放電実施形態が、予測される霧の発生の前に、すなわち霧予防モードで、作動を開始すべきである。
【０１６１】
別の用途は、地球表面の温度の減少である。この用途の非限定的な例が、人工集中エリア内でのエネルギー節減、およびサイクロンの発生は水温に依存することから、その発生および強度を低下させるための、広いエリアにわたる長期間の海面温度の減少である。日中、太陽放射を宇宙空間に反射し戻す低高度の雲量を、好ましい大気条件時に、コロナ実施形態をＳＭＴモードで作動させることにより形成または増強することができる。夜間は、宇宙空間への赤外放射の放出を減少させる低いところにある雲量を、論じたように荷電コンデンサを利用し、またはコロナ放電実施形態をエーロゾル荷電モードで利用することにより、ターゲットエリア内での降水を強化することによって減少させ、または除去することができる。この用途では、たとえ降水大気水象（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｈｙｄｒｏｍｅｔｅｏｒ）の規模が小さく、それが地球表面に到達することはできないが、雲の消散が達成可能な場合でも、効果を依然として達成することができる。影響によって、より少数の、またより多数の、しかし降水雲粒ではない雲粒が生成される場合、ある程度まで効果を依然として達成することができる。この場合、出射する赤外放射に対する雲の透明度を上げることができる。
【０１６２】
本質的に、植被、特に森林は、葉の広い表面全体にわたる多くの蒸発のため、湿潤空気塊を生成し、それが、先に論じたように大気不安定性を増大させることができる。海岸線付近では、樹木で覆われた広いエリアが、内陸への海洋水分の流入を増加させ、水分再循環（降水−蒸発−降水）による健全な水循環を海岸からかなりの距離にわたって維持する（ＭａｋａｒｉｅｖａおよびＧｏｒｓｈｋｏｖ、２００７）。この点に関して、可能なときに大気不安定性を増大させることを目的として長期間ＳＭＴモードで作動し、また適切な雲が存在する場合に陸上での降水を強化することを目的としてＲＣＣモードで作動する、コロナ放電実施形態の大型アレイが、森林伐採エリアの森林再生を促進するそのエリア内の森林被覆を、被覆が回復するまで置き換えることができる。森林が行うように水分再循環を増強することにより内陸のかなりの距離にわたって水循環を改善するには、海岸線から最大数百キロメートルの樹木で覆われていないエリアをカバーする、制御された実施形態のグリッド（ユニット）からなる大きなネットワークが必要となりうる。同じ手法を、森林農業における植林の加速に対してとることができ、それにより、炭素隔離、再生可能な生物燃料の生成、および隔離された炭素を蓄え、多くの場合大量のエネルギーをその生成中に消費する他の材料を置き換えることのできる再生可能な樹木の生成など、いくつかの他の利点をもたらすことができる。
【０１６３】
以上、本明細書で特定の実施形態に即して本発明を説明してきたが、そうした実施形態は、本発明の原理および用途の例示に他ならないことを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、例示的実施形態に多数の修正を加えることができること、また他の構成を考案することができることを理解されたい。
【０１６４】
略語一覧
ＡＥＣ  大気電流
ＣＮ  凝縮核
ＤＣ  直流
ＥＥＡ  エミッタ電極組立体
ＥＥＣＤ  コロナ放電エミッタ電極
ＥＥＥＡ  基本エミッタ電極組立体
ＩＮ  氷晶核
ＲＣＣ  遠隔雲荷電
ＳＭＴ  選択的水分輸送
ＶＤＧＧ  ヴァンデグラフ起電機
【符号の説明】
【０１６５】
１１  軽航空コンデンサ
１２  地球表面
１３  係留ロープ
１４  リール
１５  ワイヤ
１６  支持物
１７  ワイヤ
１８  （負）電極
１９  ＶＤＧＧ荷電エンジン
２１  エミッタ電極組立体（ＥＥＡ）
２２  支持体
２３  ワイヤ
２４  負電極
２５  ＤＣ電源
２６  接地点
２７  接地点
２８  ワイヤ
２９  高導電性コレクタ電極
３１  軽航空機
３２  回転ジョイント
３３  支持ロッド
３４  ＥＥＡ
３５  係留支持ロープ
３６  リール
３７  ワイヤ
３８  支持物
３９  ワイヤ
４１  リザーバ
４２  局所接地点
４３  接地点
４４  ＤＣ電源
４５  ワイヤ
４６  ＥＥＡ
４７  地上支持体
４８  人工エーロゾル
５０  実施形態
５１  ＥＥＡ
５１ａ  頂点
５２  ＥＥＡ
５２ａ  頂点
５３  ロッド
５４  ロッドまたは支持ロープ
５５  プレート
５６  マスト
５７  ロッド
５８  ロッドまたは支持ロープ
５９  ブラケット
６１ａ  角錐
６２ａ  角錐
６３ａ  面
６４ａ  面
６１ｂ  支持物
６１ｃ  角錐
６２ｃ  支持プレート
６３ｃ  ボルトおよびナット
６１ｄ  角錐底面
６２ｄ  支持プレート
６３ｄ  ボルトおよびナット
６４ｄ  上部ブラケット
６５ｄ  下部ブラケット
６６ｄ  マスト
７０ａ  ＥＥＥＡ
７１ａ  ワイヤセグメント支持物
７２ａ  側部
７３ａ  側部
７４ａ  ワイヤセグメント
７５ａ  点
７６ａ  点
７１ｂ  ばねベースの支持物
８０  三角形のＥＥＥＡ
８１  より細いワイヤ
８２  フレーム
８３  より小型のＥＥＥＡ
８４  可撓性ジョイント
９０  ＥＥＥＡ
９１  フレーム
９２  ノッチ
９３  ワイヤ
９４  点
９５  点
１０１  フレーム
１０２  軽航空機球形コンデンサ（航空機）
１０３  支持ロッド
１０４  脚
１０５  係留ロープ
１０６  ワイヤ
１１０  （正）ベース
１１１  接地点、フレーム
１１２  非可撓性支持ロッド
１１３  軽量シート
１２０  軽航空機実施形態
１２１  ワイヤメッシュの区画、またはメッシュもしくは平行ワイヤセグメントを備えたＥＥＥＡ
１２２  球体
１２３  気球
１３０  ワイヤ対
１３１  マルター電極
１３２  はんだ付け点
１３３  フィルムのないエリア
１３４  細いワイヤセグメント
１４０  マルターメッシュ
１４１  細いワイヤ
１４２  点
１４３  第１組の平行ワイヤ
１４４  細いワイヤ
１４５  点
１４６  第２組の平行メッシュワイヤ
１５０  マルターメッシュ
１５１  細いワイヤ
１５２  第１（下部）組のワイヤ
１５３  点
１５４  第２（上部）組のワイヤ
１５５  細いワイヤ
１５６  点
１６１  細いワイヤ
１６２  表面
１６３  点
１７１  軌道
１７２  空気イオン
３１０  第１の（負）電極
３１１  ＤＣ電源
３１２  第２の（正）電極
３１３  接地点
３１４  接地点
【国際調査報告】
2011529332.tif 000036
2011529332.tif 000037
2011529332.tif 000038