人工降雨技术是改善大气水资源分配的有效手段之一，在发现带电粒子具有促进小液滴凝结的作用之后，基于电晕放电现象产生带电粒子来实现气溶胶荷电过程的带电粒子催化人工降雨技术受到了广泛的关注。2016年，华中科技大学电气学院牵头发起了国家重点研发计划《带电粒子催化人工降雨雪新原理新技术及应用示范(天水计划)》，旨在通过研究此技术的原理，在我国西北部山区开展应用实践，探索该方法的具体效果，寻求缓解我国水资源问题的新路径。项目前期，实验团队开展了多次处于室内的、小范围的实验研究，取得了结论之后，计划在甘肃和宁夏建设降雨基站开展相关的降雨效果验证实验，研制一种适用于外场环境的、基于电晕放电的带电粒子发生装置，实现高效产生带电粒子，在实际的较为严苛的自然环境中探索带电粒子催化人工降雨技术的实际效果。
　　本文针对应用于外场环境的带电粒子催化人工降雨装置的设计需求，首先，总结了前期样机研制及测试的经验，并采用有限元仿真的手段分析对比了几种不同电极结构的放电效果及实际应用因素，选定了刀片电极结构作为装置设计中所使用的电极结构。然后，为方便降雨装置在外场实验基站山区环境中的安装和维护，基于模块化的思想，设计了电极模块单元，并针对不同的地理环境将其组合为几种不同形式的带电粒子催化降雨装置。目前，计划在甘肃省和宁夏回族自治区的两个实验基站内建设的五个实验装置，其所有的工程建设工作已经完成，并开展了放电测试，以验证其运行效果。最后，为了评估实验产生的带电粒子的影响效果，在两个基站附近原有的气象节点的基础上，加装了多个监测节点，形成了两个气象监测网络，并通过在线监测软件进行实时的观察，当实验基站所处位置的气象条件达到理想条件时，将开展长期的带电粒子催化人工降雨实验。
　　本文开展的科研工作为后期正式的外场带电粒子催化人工降雨实验研究奠定了基础，可为相关领域的理论研究、装置设计、工程实践、效果评估等具体工作提供参考。