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《新发现》杂志官方博客

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呼风唤雨,人力可致?  

2010-05-21 16:37:14|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在世界各地,大量人工影响天气的项目正在紧锣密鼓地实施中,但科学家们的怀疑依然不减。要将一个自古以来的梦想转化为有效的技术手段,似乎还早了点……
  

  2009年11月1日,天安门广场上空雪花飞舞。对北京人来说,这一场景已经久违20年了。通常情况下,初雪在两个月后才会降临中国首都……所以,在这个周日,当北京市民们发现城市披上了一层厚厚的白雪时,真是又惊又喜——虽然也有人叫苦不迭。然而,并非所有人都对此感到意外:有关当局称,当天席卷京城的暴雪只不过是一次精心操控的人工影响天气作业的结果。换句话说,就是“计划降雪”!当天,北京市人工影响天气办公室常务副主任张蔷在接受新华社采访时表示,为缓解北京的长期干旱,他们不放过任何一个人工降水的机会。
  就在让北京银装素裹之前的一个月,该部门曾动用了包括18架飞机和48个地面分队在内的强大装备,以确保国庆60周年的阅兵式在“万里无云”的天气下举行。而2008年8月8日,负责确保在“鸟巢”举行的奥运会盛大开幕式不被雨水败兴的也是这一机构。正如“人影办”计划的那样,那两天都天气晴好,任务圆满完成。
  但或许这些成绩只是一次次偶然?“恕我对此表示怀疑。”美国大气研究中心大气物理学家鲁尔夫?布鲁因切斯(Roelof Bruintjes)直言不讳。不过这位人工降雨研究的世界级专家继而解释道:“我并不是说其中有假,我的意思是人工影响的作用无法得到证实。”
  


  科学依据为凭


  世界气象组织人工影响天气专家组成员、法国气象局的让-皮埃尔·夏隆(Jean-Pierre Chalon)持同样意见:“我们并不完全排除人工行为可能造成影响,但没有任何证据证明它们对这些气象事件起了直接作用。例如,11月初曾预报有云带来临,并将产生降水。后来下雪了,被归结为人工降水所致。但我们也完全可以说:还有比这更自然的吗?”出现这些质疑并不奇怪。操控天气是一个雄心勃勃的目标,全球科学家已为此奋斗了60多年,但却从未能严格证明有关操作的有效性……因此,在这一领域,谨慎是研究人员的基本态度。他们深知,和其他领域相比,该领域的豪言壮语更容易化为泡影。
  人工降雨的原理其实十分简单,并且有科学观察为依据。其目的是促进云中雨滴形成,方法则是通过地面发射器、火箭或飞机向云中注入一些颗粒,为云中所含的水蒸气提供凝结核和冰核。“云由极其微小的水滴构成,它们的直径只有十几微米,所以能悬浮在空气中而不落下。”耶路撒冷希伯来大学的云降水物理专家丹尼尔·罗森菲尔德(Daniel Rosenfeld)解释道,他负责评估一些人工降雨计划的可能性。他指出:“100万个这样的小水滴结合在一起才能形成一滴雨!这是一个漫长的过程,有赖天然或人类活动产生的气溶胶的参与。”于是,现代造雨者用播云种雨取代了咒语、祈祷和其他求雨的祭典。他们主要采用两种技术。一种可以追溯到上世纪40年代,手段是向云中发射晶体结构与冰相似的干冰或碘化银。
 

 
  寻找合适的云


根据研究人员的假设和实验室试验,这些微粒将成为凝结核,供温带地区冷云中所含的过冷水(即在温度低于冰点时仍保持液态的水)附着于上。如此结成的冰晶越来越大,最后变成雪花从云中掉落,如果在落地之前融化,就形成雨。
  另一种技术则从上世纪90年代末开始应用于热带或亚热带地区的热云,在南非和墨西哥尤其常用。其机制为利用吸湿盐晶(氯化钙、氯化钠或氯化钾)吸收空气中的水分,使云中生成更大的小水滴,促进小水滴碰撞和聚结,从而形成雨滴。总之从理论上说,改变云层内部的状况以形成降雨并不是异想天开。但在实际操作中,仍需找到合适的云。“我们已在总体上对成雨机制有了一定的了解,能够判断播云活动对哪些云有效,对哪些云效果不佳。”鲁尔夫?布鲁因切斯介绍道。
  一些云本身就能提供丰沛降水,人工干预并不能显著改善效果,专家们称这些云为“有效”云。而另一些云含水极少,无论怎样努力也无法使它们降雨,它们构成了另一个极端。“适合进行播云作业的是那些只差一点就能满足降水条件的云。”让-皮埃尔·夏隆总结说,“而这种云不是经常能遇到。”
  


  多年来的巨大进步


  科学家们认为,目前最适宜用于人工降雨的是被称为“地形云”的冬季云。地形云是气流遇到山地阻挡时形成的,特点是含有过冷水,但缺少形成冰晶所需的微粒。在美国、以色列和澳大利亚,研究人员正在进行实验,以测量播云技术对这种云的效果。“这种云比较薄,由小水滴构成,不足以自发出现降水,所以对人工发射的微粒更加敏感。”在以色列监督实验的丹尼尔·罗森菲尔德解释道,“此外,这种云只在一个固定范围产生,总是在同样的地方,因此更利于我们的观测。”只是,要证明播云作业对云产生的影响仍是一个艰巨任务。“我们并不总能预测云的自然演变情况,”让-皮埃尔·夏隆承认,“所以总是存在不确定性:如果我们什么都不做是否仍会下雨?那样的话雨量会更多?还是更少?”
  为了回答这些问题,科学家们转向统计学方法求助。就像医学上对新药物进行双盲临床实验一样,他们对一些云进行播云作业,对另一些云则不干预,或者在有些日子进行播云,有些日子则按兵不动。与此同时,他们测量降水量,但事先并不知道这片云是否受过干预……“某些实验必须反复进行10到15年才能得出严谨的统计学数据。然而就目前结果看,它们仅显示,和未受干预的云相比,经过播云的云最多只能增加10%至15%的雨水。”让-皮埃尔·夏隆透露,“所以说,即使有效果,肯定也很微弱,否则我们的验证早就水落石出了。但即便如此,我们依旧无法断定这种效果究竟有还是没有,以及某些情况下负面作用是否更甚于正面效应。”
  但丹尼尔·罗森菲尔德认为,这一切可能很快就会改变:“我们已做好了实现突破的准备——更精确的数字模拟,更强大的观测手段,可以说万事俱备。”的确,技术装备在过去10年中取得了巨大进步。运用多普勒和偏振技术的气象雷达现已能提取云层的大量信息:三维结构,水、微粒和冰晶含量,云内部的风速……
  此外还有一些机载和卫星观测手段。“目前,观察云层内部情况已不在话下。”鲁尔夫?布鲁因切斯确认道,“这应该有助于选择合适的云,并追踪播云作业引发的一系列物理现象。”中国的气象部门曾就改进中国的人工影响天气作业征询过这位专家,他的建议是进行投资,以更有效地识别合适的云:“我向他们指出,在黑暗中开枪虽然有时也能击中目标,但没有光明就不知道目标在哪儿,所以大部分时间是在浪费弹药,而光明就是科学……”
  距离最初的人工降雨实验已过去了60多年,眼下最紧要的任务仍是更好地理解云内部的自然成雨机制,然后才能指望有效地对其施加影响。不过我们永远不能保证说雨即雨,要晴即晴。“我们永远不会有确定的答案,同样人们也永远无法保证天气预报准确无误。”鲁尔夫?布鲁因切斯提醒道。
  


  污染影响降水


  只不过,与人工影响天气的干预行为相比,人类污染而对降水情况的影响要大得多,而且比播云作业更无法控制,因为在不同情况下,人类活动产生的气溶胶能够显著增加或减少雨量。“来自工厂烟囱或汽车尾气的小颗粒形成的云与一般情况下的云相比,所含的水滴更多,而且更小。”丹尼尔·罗森菲尔德解释说,“所以这些云不会降水,但它们会加入到海拔更高处的云中,随后者飘至别处降水。因此,污染使得一些地区更加干旱,而另一些地区则泛滥成灾。”从这个意义上说,我们人人都在翻手为云,覆手为雨……

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