地球科學

從雲中搾出更多雨水

世界各國的政府與農民每年耗費數百萬美元嘗試增加雨量,新的科學研究顯示他們的心血可能沒有白費。

撰文/鮑姆(Dan Baum)
翻譯/張雨青

地球科學

從雲中搾出更多雨水

世界各國的政府與農民每年耗費數百萬美元嘗試增加雨量,新的科學研究顯示他們的心血可能沒有白費。

撰文/鮑姆(Dan Baum)
翻譯/張雨青

重點提要
■人工增雨每年耗費數百萬美元,但要用嚴謹的實驗確認功效,向來幾乎是天方夜譚。
■新的衛星與雷達證據,加上更強大的電腦模型,已為碘化銀人工增雨的實用性背書。
■隨著人類必須面對全球暖化,不斷有控制天氣的新怪招問世,例如大氣游離。

別看雲朵一副蓬鬆模樣,它們的含水量可多得嚇人!隨便一小朵雲的體積就超過750立方公里,若含水量以每立方公尺0.5公克來算,空中一朵朵羽絨般的雲便宛如眾多飛天湖泊。

現在想像你是一名農夫,站在乾涸的田裡望著浮雲飄過頭頂。那些雲中多的是你企盼已久的水,要是它們從地平線消失之前能稍微降些甘霖,便能救活你的作物、助你還清債務。這種情況令人心急如焚,使得世人每年不惜砸下數百萬美元,試圖操控降雨。

美國接連四年遭逢嚴重乾旱,望天降雨的渴望格外強烈。2010年以來,涵蓋北美大草原與西南部的多數地帶,雨量掉了1/3~2/3,連帶使玉米、小麥與黃豆的價格上揚1/4。美國重要蔬果產地加州,旱象持續三年,水庫水位減半,積雪幾近消融。今年2月,美國國家氣象局(NWS)估計,加州在短期內回歸正常雨量的機率只有1/1000。農夫為了節約用水,不惜把杏樹剷掉,否則連飲用水都可能不保。

全世界有數百萬人生活在極度乾旱之下,168個國家多少都有沙漠化的狀況。澳洲人剛經歷了九年乾旱,他們稱之為「大旱」(Big Dry);土耳其這10年來的旱象為史上最糟;巴西、中國以及中東到南亞各國,近年來都面臨嚴重的水源短缺。要是聯合國世界氣象組織(WMO)料得沒錯,氣候變遷還會讓情況惡化。全世界只有約0.04%的淡水會飄上天變成雲,要是我們運氣夠好或夠聰明,就能善用它們。

少數人異想天開地嘗試用離子刺激大氣,從中汲出更多水份,但增加雨量的主流方法是把化學藥劑注入雲層,也就是「人工增雨」(cloud seeding,亦稱為「種雲」。編按:昔日稱為「人造雨」,後來悉知科學方法並不能在晴空之下創造出雨水,遂改名以符合事實)。2012年,美國有九個州共執行了10多次人工增雨任務,面積超過21萬5000平方公里。至於中國,則是由政府編制一支4萬8000人的「天氣部隊」,配備50架飛機、7000具火箭筒與7000門大炮,要從天上轟下更多雨水來。

人工增雨的原理很簡單:能夠產生雨水的雲層中含有微米大小的水滴,它們的溫度低於冰點,但還需要有個凝結核(例如大小適中的沙塵顆粒),才能圍繞著凝結核結成冰。這是因為水滴太輕,無法對抗抬升它們的上升氣流,但只要提供適當的凝結核,水滴就會凝聚成小冰珠,便能天降甘霖。美國紐約州斯卡奈塔第市奇異公司研究實驗室的大氣科學家馮內果(Bernard Vonnegut),於1946年發明了這項技術。順帶一提,當時他的胞弟才剛從德國戰俘營重獲自由,正是日後以小說《第五號屠宰場》揚名於世的馮內果(Kurt Vonnegut)。

馮內果用在人工增雨的化學藥劑是碘化銀,這種物質的分子結構極似冰晶,在冷雲中會使水分子附著其上。碘化銀不只理論上有效,實際上也靈光;飛行員甚至說他們能夠看見雲一碰到藥劑就起了變化。不過半世紀以來,人工增雨備受質疑的是,投了藥劑的雲就一定會降下雨水嗎?對此,科學家無法用精準的實驗去驗證,因為對象可是雲啊!雖然當今有一票科學家自稱「雲物理學家」,但浮雲正是變化無常的代名詞,而且每朵雲如雪花般獨一無二,又如火焰般變幻莫測。

科學家對雲所知有限,要預測它們的動向已經夠難了,更甭提要斷定雲朵在不同環境下的行為。2003年,美國國家研究委員會也抱持著懷疑態度,該會有篇報告的摘要就提到,「有充份的證據顯示,對雲播撒化學藥劑……能改變雲的發展及降水。然而科學家仍無法確認,誘發這些變化便能使地表上的降雨、落雹與降雪狀態,發生可驗證且具再現性的改變。」

在美國國家研究委員會這篇報告問世後的10年間,美國航太總署(NASA)發射了新型氣象衛星,雷達日新月異,加上電腦運算能力突飛猛進,科學家總算可以十分肯定地說,沒錯,在適當環境下使用特定方法,人工增雨可以奏效!

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第149期7月號】



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