“播云”:人工降雨是怎么造的?

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Image caption (图片来源:Getty Images)

当飞行员驾机进入风暴中进行“播云”(cloud-seeding)作业时,并不像从A点飞往B点的这么简单,而是要飞到风暴云团中,试图改变天气。需要飞到什么位置?抵达该位置后,你又会看到什么?

当深入一个云团后,一开始你几乎什么都看不见。然后,突然间你会看到白色中夹杂着黑色的东西。你必须飞到黑色区域里面,这是一件既美妙又奇怪的事。

播云或称人工降雨是在风暴云团中喷洒某些材料以促进降雨的行为。过去五年间,这吸引了越来越多缺水国家的兴趣。目前,五大洲上有大约60%的国家正在通过播云来促进降雨,目的主要是往水库蓄水、集水或农业需要。

但是要弄清什么时候飞入云团和如何飞入云团并不是一件简单的事。

在飞行员的培训过程中,一条通常的规则是不要靠近或直接飞入风暴云团。培训的关键是时刻注意整体形势,监视风切面、阵风锋面、上升气流和下沉气流等——这些危险的情况是飞行员在培训中需要避免的,气候调整公司(Weather Modification Inc, WMI)公司的运营副总裁汉斯·阿尔内斯(Hans Ahlness)说。在正规的培训中,教练要带着新人在几个云团之间穿行。

“在任何别的地方你都学不到这个,” 阿尔内斯说。WMI成立于1961年,此前北达科他州(North Dakota)出现了大规模的农作物歉收。从那时起,WMI一直在塞内加尔、马里、沙特阿拉伯、马来西亚和澳大利亚等国家进行人工降雨项目。当出现干旱天气时,他们会接到很多电话和电子邮件——不论是来自德克萨斯、中国还是中东——人们会请求他们来“解决”云团的问题。

Image caption 飞行员必须在暴风雨的天气条件下飞入云团中并促进云团释放雨点。(图片来源:Getty Images)

改变天气的研究起源于20世纪40年代,当时主要是美国进行研究。到20世纪六七十年代,在通用电气大规模投资的帮助下,人工降雨研究开始加速。但是此后的二十年间,投资和研究兴趣跌入低谷,由于对效果不切实际的吹嘘,使得人们对人工降雨技术的信心也流失了。至少在美国是这样。不过,在南非、澳大利亚、以色列等国,人工降雨方面的研究仍在进行。

不过,直到最近人工降雨研究的兴趣又开始复苏,世界气象组织(WMO)管理各种气候和天气项目的德翁·特布兰赫(Deon Terblanche)说。

20世纪90年代初,南非开发出吸湿播云法,在部分云中散播盐粉(氯化钠、氯化镁和氯化钾),在吸收水蒸汽后,它们的体积变大,然后降落地面成为雨水。此前,人们还使用碘化银,它的分子结构类似冰。但是20世纪90年代时出现了一次转折,人们纷纷转向不会对环境造成污染的吸湿盐粉。在一些情况下,地面进行的人工降雨(用对空炮或火箭发射器)成本更低,是最优选择。但是一旦需要达到对流云以上的高度,就必须使用飞机。

到1999年,已有40个国家加入人工降雨技术研究,而随机的双盲试验也开始证明人工降雨技术确实有效。据估计,目前播云技术提高降雨量15%到40%。

播云飞机通常使用的是常规双引擎飞机,材料架位于机身下方和机翼,类似于发射照明弹的部位。汉斯·阿尔内斯小时候每次遇到雷雨都会观看这些飞机飞向天空。

播云飞行的关键是理解风暴云团核心的变化周期以及掌握准确的时机,世界气象组织的咨询师让·弗朗索瓦·贝图米厄(Jean Francois Berthoumieu)说。贝图米厄在乍得、利比亚和南非训练飞行员,他还在叙利亚、奥地利和印度等国家参与项目。

播云飞行员首先要通过雷达监控找出风暴云团的核心,然后他要对云团的外部和内部进行一些测量,确定浮质的水平以及是否具备播云的条件。如果各方面条件都比较有利,那么就发射吸湿闪光弹,把微粒释放到云团的上升气流中。飞行员在云团底部的160米左右飞行,他必须辨识云团的上升气流并跟踪核心的新部分。

Image caption 开发人工降雨这种方法当初是为了缓解美国北达科他州的一场旱灾。(图片来源:Getty Images)

夏季的风暴云团比冬季的更有趣,阿尔内斯说。冬天的飞行任务是要促进降雪,冬季云团内部的景象并不漂亮壮观,而且如果飞机外壳结冰太厚,飞行员就不得不下降高度到较温暖的地方。夏天的天气状况变化迅速,变得不可预测。

夏季播云有两种方式可供选择:一是在云团底部把吸湿颗粒射入上升气流中,二是在云层堆积的顶部发射吸湿颗粒,这就是所谓的顶部播云。

在进行顶部播云时,你要飞至6000米的高度,在风暴云团的边缘用肉眼或雷达追踪核心的变化。这时飞机的晃动会很厉害,阿尔内斯说。接着,你会遇到一次强大的内部上升气流。机身会结冰,这说明你飞经一块有液态水的区域,然后你会遭遇强大的下沉气流的冲击。紧接着,你会不断遭遇上升和下沉气流,直到风暴减弱或离开这个区域。

贝图米厄说,只要按照计划妥善执行,任务几乎不会失败。

但是改变天气并不是一招鲜,吃遍天。每次风暴、每块云团都不完全一样。

在开始播云实验之前,你需要了解该区域的自然云团的情况,美国国家气象研究中心项目科学家、世界气象组织天气改变专家团队主席鲁洛夫·布鲁因泰斯(Roelof Bruintjes)说。你不能简单的把一个地区的策略和成果迁移到另一个地方来;相反,你要提出的问题是:云团在那里?这些云团能否实施人工降雨?

云团类型、大气中的背景颗粒以及污染程度都是关键要素。以内陆地区北达科他州为例,云团凝结的水滴很小。但是在湿度很大的热带,比如泰国,云团的变化就很不一样。当布鲁因泰斯在印度尼西亚的苏拉威西岛上担任项目顾问时,他发现因为海上云团已经含有来自海水的盐颗粒,所以播云没有任何作用。

Image caption 一种方法是飞至云团顶部,然后释放催化降雨的盐粒。(图片来源:Getty Images)

在利比亚、卡塔尔和阿联酋这样的国家,只有冬季的数月才有降雨,而在干旱无云的夏季是无法进行播云的。

特布兰赫说,世界气象组织正在尽最大的努力为有兴趣的国家提供天气改变指导。世界气象组织的网站上提供了一些文件,特布兰赫说这些是“一步一步进行人工降雨的操作实施手册”,包括基本的最佳实践组合和一套有结构的长期计划。我们建议各国找到像布鲁因泰斯和贝图米厄这样国际知名科学家就人工降雨提供因地制宜的顾问和指导。但并不是每个科学家都会这样做。

随着气候变化加速,全球人口猛增和人口涌向不适宜居住的区域,水资源问题正日益成为一个棘手的问题。

“水资源是一个全球难题,它也将成为本世纪的一大难题,”布鲁因泰斯说。他还说,水资源保护是一项长期工作,而播云是一种可能的途径。在来到美国之前,布鲁因泰斯是在南非开始他的事业的。最近,乍得政府告诉他,他们希望保护乍得北部地区的水资源:假如干旱让人们不得不南迁,那么暴力冲突将接踵而至。

但是,可能很多人是病急乱投医,他们不了解人工降雨的实际能力和条件限制。“你不可能用链条拴住云团,把它拽到你要的地方,” 阿尔内斯说。而一旦干旱降临,那就为时已晚:没有水汽,就无法实施人工增雨。人们和政府可能期待着巨大的成功,但是飞行员只能依照自然条件来工作。

世界各地的请求纷至沓来,远超以往。布鲁因泰斯说,科学家和顾问务必不要夸大其词,也不要许下不可能兑现的承诺。

“这让人有些担心,因为我觉得公众并未对这件事形成一种实事求是的看法。”特布兰赫说。他解释道,在一些地区,人们认为改变天气是干预神灵的创造;而在另一些地区,人们错误的认为在一个地方人工降雨就会偷走另一个地方的雨水;有些地方的人担心这会造成洪涝。

特布兰赫认为这些担心都是无凭无据的。他说,鉴于全球的人工降雨项目越来越多,应该建立更好的沟通机制,让民众从科学的角度理解这件事。

Image caption 气候变化对农作物造成的压力越来越大,对这种方法的需求可能会越来越多。(图片来源:Getty Images)

特布兰赫说,有一些天气改变项目存在很大的问题。俄罗斯和中国仍然在投资缺乏科学支持的人工防雹,他们的一些人工降雨技术仍然存在争议。而另一些国家常常短期干预天气,以缓解政治压力,在科学尚不成熟的情况下过早开始一些项目。

贝图米厄曾遇见过很多飞行员、地方企业和国家部门假装进行人工降雨,然后以自然形成的雷雨邀功。虽然贝图米厄相信促进降雨是一种适应地球变热的方法,但是他也担心过度依赖这种技术。他强调全年保护水资源的重要性,而当他担任项目顾问时,他坚持把20%的资金用于科学研究和验证。他对空洞的政治动作的怀疑让他拒绝了不愿满足这一条件的国家。不幸的是,很多水资源紧缺的国家没有能力展开这些项目。即使他们进行投资,也未必能够得到合适的专业能力和资源。

最近几年中国投资开展了全世界一些最大的气候改变工程,例如2011年,政府在一个区域就投资了1.5亿美元。2015年,阿联酋花费55.8万美元进行人工降雨,现在又发起了一个500万美元的人工增雨计划,以促进研究和公众理解,该项目有可能带来重大的变化。

一些新技术也开始浮出水面。无人飞机开始发挥作用。以内华达沙漠研究所为例,它已经开始使用无人机来播云。关于无人机将来能否取代飞机进行播云,布鲁因泰斯的回答是“肯定的”,但须保持谨慎。

但仍有待观察的是,科学的进步能否跟上需求和期望。布鲁因泰斯说,云团仍然是一种复杂、神秘的东西, 更加充分的了解大气学仍然是我们最大的挑战。

但是,至少就目前而言,我们可以飞入云团,进行一些人工降雨。全世界都在努力寻找更多的办法来应对日益恶化的水危机,而就是起点之一。

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