控制天气

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  控制天气,应对全球变暖。
  全球变暖加剧厄尔尼诺、拉尼娜等现象,使各种灾害性天气频繁发生。目前科学家正想方设法减少这些灾难对我们的影响。下面是一些例子。
  在美国犹他州格兰维茨市的一家美体商店不远处,立着一个装满碘化银气体的箱子。人们只要点燃箱子里面的气体,从箱子里就会升起一根炯柱,并顺风朝着附近的奥奎拉山飘散而去。随风而上的烟柱中的每个碘化银晶体都成为一个晶核,将周围空气中的微小水滴聚集起来,形成大水滴,然后从天而降。
  在犹他州还有很多这样的箱子,结果使这一地区的年降雪量增加了10%~15%。可别小看这10%~15%,它可比犹他州沙漠整个干旱春夏的水量还多,比该州用来灌溉和人畜饮用所需的水量还多。
  这是一项播云工程,由名叫“北美天气顾问”的一家公司实施。该公司是美国最早的天气调节公司,成立于20世纪50年代,总部就在格兰维茨市附近。该公司还在加利福尼亚州等地实施播云计划,据说在目标区域的年降雨量增加最多的达到了20%。
  人们或许会认为调节天气谈何容易,除非对大气层施加大的影响。其实,只需在某一个地方的多个点上对大气条件进行微调,同时利用有利的自然条件如风向、风速和温度湿度等,大自然就能帮助我们最大限度地改变这个地方的气候。上述的播云工程的技术含量一点都不高。被称为“播云器”的装置其实就是在装有碘化银的箱子上放一个燃烧器,燃烧器由一个有孔的金属避风器环绕,然后将箱子连同燃烧器置于一个装有丙烷的箱子上,丙烷燃烧产生火焰和热量,将碘化银带人大气层。这家公司在犹他州山区还部署了很多个这样的播云器。一旦风速风向、气温和湿度条件合适,公司就立即通知当地居民(公司会付费给他们)前去启动这些播云器,于是便出现了大量烟柱顺风飘散的壮观场面。虽然单个播云器产生的作用十分微弱,但全部播云器的作用加起来就能稍稍打破当地的天气平衡,增加降雨或减低风暴强度。
  对控制天气的科学家来说,这种“骗取”雨雪的做法只能算是“小儿科”,他们已经在考虑如何应对大目标,例如让飓风转向甚至瓦解,阻止干旱和热浪,阻止极地的冰帽继续融化,防止海岸城市因全球变暖被洪水淹没,等等。这些听起来不可思议,但理论上却是完全可行的,并且都基于上述的那个简单理念——微调大气层也能引发明显的气候模式改变。科学家通过电脑模拟发现,哪怕只改变气温3~5摄氏度,就可以阻止飓风登陆或降低飓风强度。还有科学家正在设计能改变天气的人造卫星,甚至设想通过物理学原理来“创造”我们想要的任何气候。
  自16世纪以来,改变天气一直是科学家们梦寐以求的一大目标。当年,意大利著名画家兼科学家达·芬奇曾请求维罗纳市的议员们向天空发射炮弹以遏制冰雹。但直到1946年11月,真正意义上的改变天气的工程才开始实施,地点是位于美国纽约州东部的斯克内克塔迪市的“总电子实验室”。当时,实验人员利用一架飞机连续4天向云层释放干冰。不管是纯属巧合还是真有效果,在最后一天,斯克内克塔迪市附近地区降下了这年冬天最大的一场雪。受此启发,科学家发明了一种“成核器”;将碘化银溶解在丙酮中,接着用喷嘴喷射到空气中,产生微小液滴,然后燃烧液滴形成大量的核;假如条件合适,每个核最终都将形成一个水滴或者一片雪花。
  到20世纪60年代,美国军方开始实施一项名为“暴怒风暴”的工程,目的是减弱飓风的强度。该工程试图通过在飓风云层的上层播撒碘化银晶体(其实就是成核剂),增加风暴内部的冰量。其原理是:在水结成冰的过程中会释放热量,这些热量会扩大风暴眼,而风暴眼越大风力就越低。遗憾的是,该工程取得的统计数据显得有些模棱两可:虽然人类的干预有时候看起来减弱了飓风,但进入风暴内部进行检测的飞行却从未能提供确凿的证据。现在回想起来,这一点都不奇怪,因为飓风内部的情况如此复杂,而当时的测量仪器又太过简单。
  到1983年,“暴怒风暴”工程偃旗息鼓,有关改变天气的研究在美国也陷入低潮。不过,还是有人坚持不懈并最终取得了成果。在距离格兰维茨市不到1小时车程的地方,有一家名叫“巴肯驱雾”的公司,它是全球最成功的气候调节机构之一。这家公司的CEO(首席执行官)是怪才理查·布莱尔,而该公司的使命是——消除困扰盐湖城国际机场的浓雾。每年10月到次年3月,浓雾都是这家机场的“常客”,它们一来就呆着不走,使得机场被迫关闭。这些浓雾起源于固着在整个盐湖谷(位于瓦萨奇山和奥奎拉山之间)上空的冷空气团。每当暖空气的前锋扫过这团呆滞的冷空气,大雾就会从地面—直蔓延到300米高空,笼罩整个机场。
  制服机场浓雾的最初尝试已是几十年前的事。当时,飞行员将大桶大桶的冰粒播撒在雾中,冰粒在坠落过程中与悬浮的水蒸气发生作用,从而清除大雾。如今,在每年的10月到次年的2月的大多数清晨,布莱尔都会下令飞机进行除雾工作。凌晨2时,电话就可能会突然响起:“能帮忙吗?”到清晨5时,布莱尔和他的机组(一名飞行员、一台磨床和一名用桶往磨床的漏斗中倒干冰的工作人员)已经准备就绪。随着冉冉升起的旭日,上层大气获得热量,雾变得越来越浓密,这时布莱尔的机组便开始工作了,他们将6箱干冰晶体放进飞机,而后随飞机飞到笼罩机场跑道的浓雾的上面。假如你坐在这架飞机上,随着飞机转向,你就会看到下面有一些微弱的闪光,那正是冰晶开始形成的迹象。接下来,雾团中就会出现一个洞。最终,局部大气中将充满超冷的水分子,从而引发一场持续数小时的暴风雪,但浓雾不见了,飞机起降也没问题了。
  在盐湖城东北约1500千米的美国北达科他州西部开阔平原上,调节天气的主要目标是抑制冰雹。当暖湿气流在大气层中迅速蹿升时,常常会形成冰雹,给当地的农作物带来致命危害。在过去30多年里,北达科他州—直都在利用碘化银播云以减弱冰雹、制造降雨。统计数据显示,经过播云的区域所受到的冰雹灾害比未经过播云的区域至少减少了45%。经过播云,冰雹的个头变得小多了,对农作物的损害程度自然也就减轻了。
  增加降雨和减弱冰雹是一回事,而控制那些大规模的、复杂的、混沌的天气事件,诸如飓风和龙卷风,则是另一回事。有关的解决方案迄今仍停留在理论阶段,其中最大的障碍就是科学家对这些事件的结构还不甚了了,原因则是目前的观测手段(包括仪器设备)达不到要求,不能在极端天气条件下进行各种观测。不过,这并不妨碍科学家在电脑上进行模拟。
  飓风是最大规模的、最具破坏力的天气事件,常见于晚秋时节。当来自西非海岸的风与簇拥在温暖热带海洋上空的雷暴相遇时,造成的扰动可能形成能自我维持的低气压涡旋——热带低气压;如果这一天气系统逐渐加强,它就可能演变成热带风暴;当风速超过每小时120千米时,它就被称为“飓风”。海洋和上层大气的温差越大,风暴强度也就越大。有科学家根据飓风的动力学原理提出,通过加热或冷却大气就能减弱飓风或使之转向。电脑模拟结果显示这一思路是行得通的,但现实存在的问题是,目前仍无任何可行的办法来加热或冷却足够大片区域的大气,从而达到移动大型风暴的目的。还有科学家提出,可以利用尘埃微粒(如盐微粒)在飓风下游播云,使水蒸气在核上凝聚并形成微小液滴,当这些液滴最终被带至风暴上层时,便可通过蒸发作用令飓风降温,其中的原理与出汗能让我们的皮肤降温是一样的。随着液滴蒸发,风暴下层的空气就会降温,风暴强度自然就会减弱。当然,这一理论目前仍停留在纸面。
  面临全球变暖的巨大挑战,一些科学家指出,除了减少温室气体的排放外,设法改变气候应该是一个重要途径。为此,应该尽快把一些看似异想天开、实际上却可行的思路推向实践。有科学家提出,可以在大气上层广为播撒微粒,让它们反射掉一部分阳光,使之不能到达地面。美国宇航局正在资助一项计划,该计划的任务是发射数十亿只飞盘进入环绕地球的轨道,其轨道高度距离地球160万千米以上。飞盘由透明薄膜制作,直径约60厘米,厚度仅250纳米(1纳米等于10亿分之一米)。这些飞盘通过“牧羊犬”飞船控制定位,最终使射向地面的阳光减少约2%,这足以把地球降温至工业革命以前的水平。据估计,完成这—工程需要至少20年的时间。在它完成之时,或许我们就可以说:控制天气,我们说了算。
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