带电粒子催化降雨是一种用于开发大气水资源的新型人工增雨技术,其催化的核心机理和目标是加速水汽凝结与液滴增长。基于电晕放电的带电粒子催化降雨技术,由于经济、高效等优点,已被国外相关国家初步用于外场催化降雨试验并取得积极进展。国内方面,作为为数不多步入该领域的研究单位——华中科技大学,开展了电晕放电产生带电粒子催化降雨的关键技术研究。研究发现电晕放电在释放带电粒子时,可促进周围空气中的水汽凝结和液滴增长,由于该现象极大可能影响后续催化过程中液滴的增长和演变,所以对成功实现人工催化降雨极为关键。然而,目前关于电晕放电作用下水汽凝结与液滴增长的研究较为匮乏,缺少对该现象系统性的研究及其内部作用机理的解释。因此,本文针对电晕放电如何促进水汽凝结和液滴增长这一关键问题,从理论和实验方面,对放电环境下电荷和电场耦合效应促进水汽凝结和液滴增长作用机理展开分析。首先,针对电晕放电促进水汽凝结微观作用机理,采用分子动力学模拟方法,对离子和电场作用下水分子凝结过程进行模拟,分别研究了水汽浓度、离子种类以及电场强度对不同时期水分子凝结的影响。结果表明,离子的存在可以有效促进水分子凝结,降低凝结发生所需过饱和度,甚至可在欠饱和条件下促进水分子凝结。电晕放电三种典型产物离子对水分子成核前期的促进作用:SO42-＞NO3-＞NH4+。强电场（＞1×10~6V/m）对成核前期离子诱导凝结有抑制作用;离子与电场对成核后期的影响与电场强度有关,当电场强度大于1×10~6V/m时,电场对成核后期的凝结起促进作用,且随着电场强度的增加而增强。其次,基于分子运动均方位移统计和提出的离子—液滴质心距离频率分布分析方法,对电场影响离子诱导凝结作用机理予以揭示。成核前期,水分子在电场作用下发生定向移动,使其被离子捕获的概率减小,导致离子诱导凝结减慢。在成核后期,电场使带电液滴中离子的位置发生偏移,使离子更趋近于液滴表面,从而减弱液相水分子对离子静电场的屏蔽作用,恢复离子与游离水分子间的相互作用,最终促进纳米级带电液滴在成核后期的凝结增长。基于针电极表面凝水实验与放电促进水汽成核实验对分子模拟结果予以验证,实验结果表明,电晕放电可以促进纳米级液滴生成,加速水汽液化过程。随后,基于热力学理论,考虑电荷—水分子偶极矩相互作用,对Kelvin—Thomson方程和带电液滴凝结增长率公式进行修正,基于带电液滴凝结增长时间曲线与平衡条件下带电液滴尺寸与相对湿度关系,分别对过/欠饱和条件下电晕放电促进液滴增长作用机制进行分析。结果表明,单/双电荷离子分别可在临界饱和环境中（S=1）诱导水汽凝结,形成4 nm和8 nm液滴。过饱和环境中,液滴荷电与否对液滴凝结增长几乎无影响,电晕放电促进液滴增长是由于放电向环境中释放离子,诱导水汽凝结形成凝结核,诱发进一步凝结,过饱和水汽条件对液滴增长起决定性作用;欠饱和环境中,电荷促进液滴增长所能达到的尺寸受环境相对湿度制约,电荷单一作用不足以诱导液滴增长至数十微米,电晕放电促进液滴增长归因于电荷与电场增强液滴凝结—碰并协同作用。然后,针对电晕放电促进液滴碰并增长过程,基于流体力学方法,通过对液滴碰撞临界距离与空间静态液滴等效平均距离进行分析,得到镜像电场力对液滴碰并的作用,并通过引入液滴碰撞核函数对液滴碰并增长速率进行表征。结果表明,液滴间镜像电场力单一作用不足以触发液滴碰并增长机制,背景电场在液滴碰并增长中起主导作用。碰撞核函数计算结果表明,背景电场与电荷对促进液滴碰并增长作用显著,以半径为1μm带电液滴和0.1μm的中性液滴对为例,相比无电场和电荷作用下的两中性液滴对,1×10~6V/m电场以及对应场致荷电量可以将液滴碰撞核提升至少7个数量级。最后,针对电晕放电促进空间液滴增长现象,设计搭建不同功能、不同尺寸云室放电实验平台,基于系列实验对电晕放电促进液滴增长宏观规律、作用机理以及相关边界条件进行探究。结果表明,放电可在相对湿度大于85%的欠饱和环境中促进液滴增长至32μm。通过对比液滴平均荷电量与欠饱和条件下带电液滴平衡荷电量Qb关系,以及针电极周围液滴运动与离子风流场显微成像分析,验证了电荷与电场增强液滴凝结—碰并增长协同作用机制。此外,通过对不同湿度、不同电压等级放电环境离子浓度进行测量,发现诱导产生16.25μm以上液滴对应空间负离子浓度需达10~6个/cm~3以上。本文的研究成果对深入理解电晕放电在催化降雨过程中的作用,以及进一步发展电晕放电产生带电粒子催化降雨技术具有十分重要的意义。