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雨,多少钱一斤?

2003-11-06 11:38 作者:鲁伊 2003年第43期
或许有一天,我们可以像在超市中买瓶矿泉水一样简单地买到一次降雨

或许有一天,我们可以像在超市中买瓶矿泉水一样简单地买到一次降雨

10月13日,美国国立研究委员会(National Research Council)公布了一份名为“人工气象改造研究的关键问题”(Critical Issues in Weather Modification Research)的报告。对全球近20亿正面临严重缺水问题的人来说,这份报告所带来的,并不算是好消息。

报告指出,尽管在过去的60年中,人类已经发明并使用了多种影响天气变化——如缓解干旱或降低雷暴的发生几率——的技术,在超过24个国家中目前均有人工气象改造项目正在运作,但关于人工气象改造的研究却在日益萎缩。这表现在两方面:其一,到目前为止,仍然没有足够令人信服的证据,证明诸如播云(cloud seeding,也就是我们通常所说的人工降雨)等技术总体上确实能有效影响天气的变化;其二,各国政府在这一领域所投入的研究资金显著降低。在上世纪70年代末,美国政府每年投入超过2000万美元用于人工气象改造研究,但现在,这笔经费降低到了每年50万美元以下。

然而,一些气象专家和致力于人工气象改造研究的公司却从糟糕的现状中看到了新希望。报告呼吁,美国应当增加在人工气象改造领域的研究和投入。因为在未来的25年中,全球面临缺水问题的人数将增加到30亿,如何尽可能从大气中“榨取水分”将成为各国政府和商业公司的一桩“大买卖”。正如北美气象咨询公司(Northern American Weather Consultants)的总裁唐·格里菲斯(Don Griffith)在接受记者采访时所指出的:“当人们认识到情况已经糟糕到这种地步的时候,转机就会出现。”

人工气象改造的历史曾充满传奇色彩。1891年,美国伊利诺伊州的参议员查尔斯•法维尔(Charles Farwell)就设想通过制造大爆炸来促成降雨,并因此获得了国会拨给的1万美元研究经费。他的想法源自民间传说,在传说中,激烈交战的战场上弥漫的硝烟常常会引起降雨。但公认的人工气象改造研究却始于上世纪40年代。那时,这种做法还带有浓厚的冷战意味。

1945年,在由数学家冯•纽曼(John von Neumann)主持召开于普林斯顿的一次会议中,科学家们一致同意,有意识地改造天气完全可能。当时,他们设想,在下一次战争中,可以通过人为制造严重干旱的办法,破坏苏联的农业收获。在军方支持下,人工气象改造研究全面开展。1946年,在通用电气公司位于纽约州斯奈塔迪市(Schenectady)的实验室里,化学家欧文•郎缪尔(Irving Langmuir)及其同事发现了通过碘化银播云改造云层结构,从而引起降水的方法。这种方法迄今为止依然是大多数国家用来进行人工降雨的办法之一。

要了解人工降雨原理,首先必须知道雨点是怎么从空中落下来的。所谓的“没有云彩不下雨”,在降水前,必须要先有云。云由水滴或冰晶形成,按照其温度是否高于0摄氏度,可以分为暖云和冷云。

在暖云(0摄氏度以上的云)中,必须有盐或灰尘这样的凝结核存在,水滴才能形成。这些小水滴在水蒸气过饱和的环境中,水蒸气不断凝结在其表面,使它的体积可以在几分钟内增加10的12次方倍。此外,水滴彼此间的碰撞也是使体积迅速增加的主要原因。尽管所有云中都含有水滴,但大部分的云并不会产生降水。这是因为许多水滴太小,悬浮在空中,无法降落。一些大的水滴虽然会下降,但下降过程中会因为周围空气温度上升而蒸发变小。因此,还有许多水滴是在没有到达地面之前就完全蒸发掉的。

在冷云中,情况就不一样了。虽然水在0摄氏度以下会结冰,但纯水在零下40摄氏度时仍能保持液态。这时候,在冷云中就会出现冰晶与0度以下的液态水滴共存。在冷云中,空气中的水蒸气可以直接升华为冰,附着在冰晶表面,水蒸气含量的降低又会使水滴持续蒸发变小。这样,冰晶就会越来越大,水滴则越来越小。冰晶在下降过程中迅速成长,在强对流中就会形成冰雹。水滴和冰晶降落到地面,就形成了降水。

尽管人们已经熟悉了人工降雨这个名词,但实际上,它却是一个非常不恰当的表达方式。目前,人们所能做到的,只是播云——也就是通过改造云的物理或动力结构,来达到增加降水的目的。根据暖云和冷云的不同,播云的方式也有所不同。对于暖云,要向其中施放盐或其他吸水物质,以充当凝结核。对于冷云,则要使用碘化银等结构类似冰的分子结构的化学物质。或者,也可以通过施放干冰的方法,降低云的温度,使水蒸气含量过饱和,促进水蒸气在冰晶表面升华。所有这些化学物质都可以统称为播云剂(seeding agent)。

然而,播云剂虽然可以改变云的结构,是否最终真能够产生降水,在很大程度上依然要听天由命。即使有降水,在下降过程中也可能会因蒸发而无法到达地面。此外,播云剂分量的掌握也是一个问题。放得太少固然没有作用,放得太多,又会形成过多容易蒸发的小水滴,反而减少了最终的降水量。事实上,这种逸播手段(overseeding)常常被用来制造晴朗天气或抑制冰雹的形成。

根据国立研究委员会的最新报告,虽然过去30年的气象科学研究取得了令人瞩目的进步,人们观测和收集处理气象数据的能力都显著提高,但它们对于人工气象改造研究所起到的作用却极为有限。在云层与降雨的粒子物理学、云层动力学、云层建模和播云等领域,现在的研究水平较之40年代并没有科学上值得称道的进步。从实践上来看,一项研究表明,“人工降雨”对一个特定地区季节性降水的增加幅度不超过10%,对于暖云,实际的降水效果微乎其微。

但对于一些迫切需要降水的地区而言,哪怕是10%的可能性,依然极为重要。对于像北美气象咨询公司这样提供播云服务的商家而言,这也意味着极大的商机。

在过去的28年中,科罗拉多州的维勒度假区(Vail Resort)一直雇用北美气象咨询公司为其进行人工降雪。在接受《纽约时报》记者采访时,度假区的首席运营官比尔•詹森(Bill Jensen)指出,该公司的播云服务可以将该度假区滑雪季的总降雪量增加15%到18%,条件适宜时甚至可以达到40%。他们向北美气象咨询公司支付的费用是3个月的时间里每月58000美元。而使用造雪机,一个晚上制造8英亩雪场的费用是50000美元。与此相比,人工降雪无疑是非常划算的。

由于近几年科罗拉多州和美国西部各州的持续严重干旱,丹佛市的水务部门也开始将一部分希望寄托在人工降水上。丹佛市水务部负责人齐普斯•巴里(Chips Barry)指出,虽然人工降水的有效性未必真的是百分之百,但在水库中的蓄水量达到标准之前,这不失为一种值得一试的手段。在过去的两年中,他们已经为此投入了100多万美元。与可能获得的收益相比,这个数字并不算巨大,而且远比从别处购买水源使用权或储存的水便宜得多。

在丹佛,人们使用的播云方法与我们所熟知的飞机播洒播云机的方式有所不同。在冬天,安放在高处的发生器依次向云层中发射含有碘化银晶体的气流,当水蒸气或小水滴附着在晶体表面时,潜在的热量也被释放出来,从而使云的体积加大,降水时间延长。一些专家还推荐另一种尽管尚无法解释原因但可能更有效的人工降雨方法:由飞机向雨云中播洒氯化钙或氯化氨等干燥剂。有科学家声称,这种方法可以将降水增加109%。

然而,并不是所有的地方都欢迎人工降水。一些蒙大拿的农场主和牧场主就曾经抗议,说这种做法是在拆东墙补西墙,立法机关因此制定了非常严格的播云标准。从1993年之后,那里就再也没有进行过播云人工降雨。另外,也有科学家指出,这种人为改变局部天气的做法可能并不足以弥补工业污染所带来的整体危害,也许会成为人类违背自然规律的另一个反面例子。但几年之后,就可以按照自己的所需“买”到一场小雨、一次飘雪或一阵冰雹的想法依然另许多人兴奋不已——至少好莱坞的导演会是其中之一。

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