人造雨
2011-12-04 21:58:04   来源:   点击:

    科学方法与技术来影响云的降水过程,以增加地面降水量。又称为种云。人造雨的机制,可依云的相态而分为冷云造雨和暖云造雨。

    冷云造雨是利用冰晶能快速成长为降水,但在自然界却不易出现的特性,以人工制造冰晶来刺激降水,但云中需有相当厚度的过冷水层,若云内温度大多高於0℃则无法进行。此外,冷云造雨有加强水气或液态水转变为冰的潜热释放作用,可使对流加强,造成动力效果。暖云造雨则利用雨滴能经由碰撞收集云滴而加速成长的特性来造雨,云中有足够液态水时即可加入人造的雨滴以增强降水,但效率通常不如冷云造雨。

    冷云造雨所使用的云种,包括能使气温急遽下降至零下40℃、让云滴冻结成冰晶的致冷剂,如乾冰、液态二氧化碳、液态氮,以及能有效造成冰晶异质核化的人工冰核如碘化银、特种有机化合物、特种细菌等。暖云造雨可直接在云中喷洒数百微米大小的水滴,或利用成分为食盐、氯化钙等的巨型凝结核以及其他强力吸水粒子来形成雨胚。

    将云种注入云中的方法,成本较低但较不精准的是以地面燃烧方式制造人工冰核或巨型凝结核,使其顺着上升气流进入云中,器具包括丙酮燃烧炉与固态焰剂;而利用高射炮或火箭搭载焰剂,则可将云种直接注入云中的适当位置。但此两种方式无法用来散布致冷剂或某些云种。最精准但成本较高的方式,是利用飞机在云底下、云内、云顶上播洒致冷剂、冰核、凝结核。

    人造雨作业必须仰赖气象预报的资讯,掌握何时将有云雨系统自外移入或在当地形成,判断云系是否合适,选择冷云造雨或暖云造雨。在实施人造雨作业时,则需根据雷达、卫星观测探知云中含有足够液态水的区位,以不同方式将云种播入其中。人造雨不但会影响降雨量,也会影响形成降雨的快慢,因此时机的判定至为重要,必须使降水落至水库集水区等目标区之内才算成功。若增加的降水落到目标区外,不但无法利用,还可能造成反效果。现场作业完成後接着需要进行成果验证,以统计方法,或以物理、化学验证法来评估成效。

    现代人造雨始於1946年利用乾冰造雨。1947年科学家发现碘化银的冰核作用,接着对各类型的云进行人造雨实验,甚至包括利用飓风。由於世界各国水资源需求一直在成长,人造雨活动方兴未艾,技术也偶有突破,尤其是在观测技术与数值模式方面。目前约有25个国家地区从事人造雨计画,以色列更因其地理性的乾旱气候,需要持续地造雨,1960年至今连续40余年进行人造雨作业。

    人造雨成效以冷云造雨成效较为明确,尤其对较稳定持续的地形云进行的人造雨,在有效规画下可使降水量增加数个百分点甚至高达30%。其他云类的成果较不确切。暖云造雨在自然降水过程微弱的情况下,比较容易达到效果。人造雨的技术也可应用在其他人工改造天气,包括减小或减少冰雹、消雾、减少闪电。而造雨的目的也不一定是增加用水,也可以是增加水力发电量。也有人提议利用人造雨的方法来减少特定地区的降水,甚至改造台风,但後者的可行性仍不确定。

    台湾从1951年起进行人造雨作业,早期由空军与台湾电力公司执行,接着由中央气象局接手,自美国引进地面人造雨设备与技术,1992-1994年南部地区发生严重乾旱,在曾文水库实施多次地面人造雨,建立标准作业程序。目前人造雨业务改由经济部水利署主办,2003年北部乾旱时曾进行人造雨作业。台湾的人造雨作业主要采用地面燃烧碘化银,也曾利用飞机播洒碘化银或乾冰来造雨,但大多是在长期乾旱时才进行。

    中文关键字: 种云 , 天气改造 , 冰核 , 凝结核 , 冷云造雨

    英文关键字cloud seeding , weather modification , ice nuclei , condensation nuclei , cold-cloud seeding

    参考资料

    1. Dennis, Arnett S. 1980. Weather modification by cloud seeding. New York: Academic Press.
    2. Braham, Roscoe R., et al. 1986. Precipitation enhancement: a scientific challenge. Boston: American Meteorological Society.
    3. Kahan, Archie M., et al. 1995. Guidelines for cloud seeding to augment precipitation. New York: ASCE.
    4. 〈气象百科〉。中央气象局,「宣导教育」。2008年9月15日读取。http://www.cwb.gov.tw/V5/education/knowledge/knowledge.htm。
    5. Planned and Inadvertent Weather Modification. http://www.ametsoc.org/policy/wxmod.html。

    延伸阅读

    1. Cotton, William R. and Roger A. Pielke. 1995. Human impacts on weather and climate. New York: Cambridge University Press.

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