給北京奧運打造好天氣

專題報導 08/01/2008


近代科學進行天氣調控,已超過半世紀時間,許多國家都有不同幅度的計畫。中國面對農業缺水壓力,過去一直大規模進行天氣的調控,為了今年八月的奧運會,中國更展開世界最大規模的天氣調控計畫,也將為這個領域帶來新的視野。

八月八日北京奧運會開幕那天,中國政府希望一切都在控制之中,甚至是天氣,根據北京氣象局預估,當天降雨機率為百分之四十七,可容納九萬一千人的主場館鋼骨結構交織而成,別名叫做「鳥巢」,但這個場館沒有屋頂,故氣象學家將藉由氣象調控科技,避免下雨壞了好事。

中國長久致力於操控天氣,北京奧運會只是最顯著的例子,但多數時候不是為了天睛,而是希望在旱象中天降甘霖。中國人自來相信龍掌管氣候,發展出各種儀式祈求降雨與豐收;今日他們求助科技變化陰晴,中國始終著迷於毛澤東口中「欲與天公試比高」的能耐。

中國的氣象調控計畫規模在全球數一數二,每年撥款四億至七億元人民幣,全國投入三萬兩千人,負責三十五架載有特殊裝備的飛機、佈署七千門地面大砲,以及五千座火箭發射器。氣象單位官方數據顯示,中國在一九九九年至二○○六年間,利用科技帶來了二千五百億噸降雨,平均「年產量」超過三百億噸,足以供應全國十三億人口中的五億所需,不過北京當局計畫在二○一○年時,人造降雨量要增至五百億噸。

許多國內外研究人員對此資料背後的可信度存疑,蘭州冷旱區域環境工程研究院大氣科學家張紅發(音譯)指出:「中國在此方面實際上相當落後,虛幻的成就感會阻礙真正進步。」

也有很多人懷疑,中國如此操縱天氣究竟行不行得通,支持者聲稱此舉不僅能提高雨量,還能避免濃霧、防止冰雹,甚至可讓颱風改道、解除山崩危機。

批評者指稱許多計畫都很可笑,且多數計畫都依照科學家一廂情願進行。

就連支持者也對中國能有何成果半信半疑,美國北達科他州的「氣象變化」公司,規模在全球名列前茅,該公司氣象學主任波伊(Bruce Boe)指出,「令我擔心的是,中國方面所聲稱要達成多項目標,背後卻缺乏可靠的佐證,這也是從一開始便阻礙種雲研究的元素。」

人類一直想要影響天氣,古代部落便有豐收舞,近代科學的氣象調控技術始自一九四六年,在紐約上城的奇異電子研究室中,謝佛(Vincent Schaefer)與朗穆(Irving Langmuir)發現以二氧化碳做為雲種,便可製造冰核,讓周遭的水結冰;知名小說家馮內果(Kurt Vonnegut)之兄伯納德(Bernard Vonnegut)則發現使用碘化銀亦有同樣效果,此一辦法今日廣泛用於全球。

普降甘霖

從澳洲、伊朗,到美國易見旱象的西部州,今日都在運用種雲造雨技術,各方對成效估算各有不同,不過一般認為在某些特定類型的雲,可提高至多一成的降雨,例如加州便宣稱每年花費三百萬美元,便能增加三點七億至四點九億立方公尺的用水,提高了百分之四。

種雲造雨依雲層不同而有兩種形式,對於高海拔的過冷雲,水分會在冰核周圍結凍,冰晶超過一定重量後就會下墜,並在過程中開始融化變成雨或雪,高空能做為冰核的粒子較少,在高空造雨的重點便是要增加冰核,這個過程稱為「晶化種雲」,以使用碘化銀最為普遍,其他還包括固態二氧化碳等。

低海拔暖雲造雨則採用「吸水性種雲」,利用鈉、鋰、鉀鹽等複合物,提供更大的冰核或是讓小水滴集合,擴大雨滴的體積促進降雨,水蒸汽含量與水滴體積都是種雲造雨效果的關鍵。還有其他因素會影響種雲成效,例如何時以何種方式運用上述化學物質,以及對何種雲層進行種雲,要考量溫度、厚度、對流及風向,波伊表示,條件非常嚴格,「多數雲層都不適用」。

許多人都相信,最適合種雲的雲層,其實是空氣受地形抬升而產生的山脈雲,耶路撒冷希伯來大學大氣科學家羅森斐(Daniel Rosenfeld)指出,「這種雲成形期不長、雲層薄,而且含有大量水分」,因此「氣象變化」公司鎖定美國懷俄明州的山脈雲進行實驗,投入九百萬美元,發展為期五年的「懷俄明州氣象變化先驅計畫」。

該計畫利用一架飛機與多個地面搖控單位,在冬季種雲提高降雪量供夏日融水之用。二○○六年冬季僅從地面造雪,隔年則擴大使用一架飛機與二十五個地面站,美國國家大氣研究中心氣象學家布里德(Daniel Breed)協助評估整體成果,表示「正面結果」顯示種雲物質進入正確雲層中,提高其中的冰核量。

類似研究能幫助提高氣象調控的公信力,布里德以為,過去外界有許多是言過其實,對科學界弊多於利,更無助於大氣科學與氣象調控發展。

各取所需

中國主要研究著重於提高降雨與減少冰雹,來降低農業損害情況,不過也會顧及除霧與避免雷擊等,中國三十四個行政區內,多數均設有氣象調控辦公室,全國二千九個縣境內,將近三分之二也設有造雨站。

部分造雨專家曾嘗試操控種雲實驗,以評估這項技術的成效多寡,例如河北氣象局氣象調控辦公室副主任施臨星(音譯)與同仁,便曾結合地面技術、衛星科技與機上現場測量,研究雲層屬性,尋找適合種雲的條件,考量雲層厚度、過冷水內容物、適合播種雲層等因素後,研究團隊選出三個地區,面積分別為三萬六千五百、一萬九千八百與二萬平方公里。研究人員在九○年初代初發現,二十一次種雲實驗,使降雨量提升了百分之十八,不過因為樣本數太少,不足以成為科學證據。

一九七五年至一九八六年間的初期實驗中,中國福建省氣象學家在兩個各為一萬四千平方公里的區域,隨機進行種雲造雨實驗,在二百四十四天期間,發現種雲範圍降雨量較平常增加百分之二十。

這些實驗結果尚未發表於專業期刊,外界的質疑也從未中斷,施臨星認為,全國造雨資料來自各級氣象調控辦公室,由於成果高低與未來經費相關,很多數據都會灌水。

一位熟悉中國氣象單位、因懼於政治迫害而不願具名的人士指出,其實中國許多氣象專家與官員同樣懷疑數據真實性,他表示,「一般或認為解決之道很簡單,除非證明確實有效,就不要利用種雲造雨技術,但實際上沒這麼單純。」

中國科學院大氣物理研究所研究員呂達仁提到,「農民對此科技需求極高,所以這不只涉及科學」,他承認氣象調控技術需要更完善的研究,然而不應為此放棄嘗試機會,他說,「這或許不如人們所想般有效,但對農民總是聊勝於無。」

北京氣象局希望在奧運期間,能夠改變降雨時間與總量,北京於二○○一年獲選主辦奧運,隔年起氣象局便啟用雷達、衛星與氣象探測氣球,檢視飄過北京、天津與河北省上空雲層的結構、溫度與水滴大小。

中國氣象專家希望雲層抵達北京上空前便降雨,或是用鹽晶瓦解小型雲層,若仍不成功,則以過度種雲方式縮小每個水滴或冰晶,以便較可能在落至地面前就揮發,氣象局已在北京、天津與河北超過百處備妥大砲、火箭發射台與飛機。

氣象局近幾個月加強地面測試,北京氣象局不願提供細節,但強調確保開幕典禮天晴的關鍵,主要在於雲層結構與預報準確度。目前官方說法指出:「我們較能控制小規模的微小天氣型態,但如果龐大厚重雲層籠罩大塊地區,便無法完全化解。」
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【知識通訊評論月刊七十期】2008.08.01

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