飞机飞越北达科他州的机翼上的云种子设备。

飞机飞越北达科他州的机翼上的云种子设备。吉姆·勃兰登堡(Jim Brandenburg)通过明登图片

云种子能否帮助消除美国西部的口渴?

在历史悠久的大型摩根大片中,美国西部的各州正在拥抱云种子,以增加降雪和降雨。最近的研究表明,数十年历史的方法可能是有效的,尽管关于它可以从天上旋转多少水的问题仍然存在。

自从公元800年,查理曼大帝(Charlemagne)被加冕为神圣罗马皇帝以来,美国西部是如此干燥。最近学习自然气候变化发现2000年至2021年是千年以来最干燥的22年,将这种异常的五分之一归因于人为引起的气候变化。大型摩根大通意味着更多的火灾,降低了农业生产力以及降低水力发电的产生。去年夏天,美国的两个最大的水库 - 米德湖和鲍威尔湖 - 达到了有史以来最低的水平,引发了前所未有的水分分配给亚利桑那州,内华达州和墨西哥。

迫切需要水,几个西方国家扩大了数十年历史的计划,以通过云种子的种子来增加降水,这种天气修饰方法需要将碘化物颗粒或其他气溶胶释放到云层中以降雨或降雪。在过去的两年中,爱达荷州,,,,犹他州,,,,科罗拉多州,,,,怀俄明州, 和加利福尼亚已经扩大了云播种操作,并在科罗拉多河流域干旱意外计划

云播种行动还在美国以外的水压力区域扩展了阿拉伯联合酋长国,目前通过海水淡化植物获得了40%以上的水,已建造天气增强工厂每周可能会燃起250张云播种。长期以来,中国的天气修改基础设施更加实质性,每年花费数百万美元在半干旱的北部和西部播种云层,通常有防空枪将银碘化物发射到天空中。2020年,中央政府宣布天气修改计划将扩展到包括该国一半以上的一半,其“天空河”的宏伟愿景从潮湿的南部到北部的北部。

一位专家说:“我们仍然对我们可以生产多少水有很好的了解。”

一些新的对云播种的关注是由新鲜证据表明它实际上有效的,至少在雪中时。2020年,科罗拉多大学和国家大气研究中心的研究人员领导的小组报道了学习在爱达荷州的一次云播种行动进行。该研究被称为Snowie,使用了复杂的雷达和气象方法来明确证明云播可以增加降雪。

科罗拉多大学大气科学家,斯诺伊研究的主要作者卡特贾·弗里德里希(Katja Friedrich)说:“云种子作品。”“我们知道。我们知道,从实验室的实验中知道。我们也有足够的证据表明它在自然界中起作用。真正的问题是:我们仍然对我们可以生产多少水有很好的了解。”

政府和用户不在等待更多的项目。弗里德里希说,在美国西部,对水的需求是如此急切和云播种,以至于降水量也很小的增加也值得。她说:“云种子是人们在渴望水的地区考虑的。”

但是,专家同意,不应将云种子视为对干旱的回应。首先,在干旱中可能会有更少的种子风暴。而且,当有风暴时,即使是云种子公司的估计本身也表明,在特定地区,降水量仅增加约10%。当每英亩脚都计算时,这可能值得付出努力,但这不会结束整个地区的干旱。

加利福尼亚的内华达山脉山脉于2010年3月(左),这是Snowpack的典型年份,在2021年3月(右)是干旱的一年。
加利福尼亚的内华达山脉山脉于2010年3月(左),这是Snowpack的典型年份,在2021年3月(右)是干旱的一年。

加利福尼亚山脉内华达山脉于2010年3月(左),典型的一年对于Snowpack,在2021年3月(右)是干旱的一年。NASA

如果完成的话,云种子在不断练习时最有效,在潮湿的年份和干燥年份播种,以使水库充满土壤和土壤潮湿。科罗拉多河区的高级水资源专家Mike Eytel说,除了更有效地保护和使用水,“这只是工具箱中的另一个工具”。“这不是某些人认为的灵丹妙药。”


由于飞机有问题,云种子开始了。当飞行员开始飞过云层时,有时会在翅膀上积聚冰,从而影响其飞行能力。在第二次世界大战期间,这是美国飞机从印度飞越喜马拉雅山脉提供中国部队的主要问题,这是一次被称为“驼峰”的险恶之旅。锦上添花后,许多飞机转身回去。战争结束后,通用电气开始研究云层中的超冷水(低于冰冻温度但仍然液体)如何变成冰。沙漠研究所的气象学家弗兰克·麦克唐纳(Frank McDonough)说:“他们在这个冰箱中创造了超冷的水云,并在那里扔了一些干冰。”干冰导致超冷水形成冰晶 - 雪。

很快,通用电气科学家在真实云中进行实验,首先是干冰,然后是碘化银,其晶体类似于冰。当碘化银颗粒被释放到云层中时,周围的超冷水液液滴,它们像雪一样落在地面上。云可以通过在丙酮中燃烧碘化银来从火箭,平面或地面播种,因此颗粒在烟雾中升高。温暖的雨水播种有所不同。诸如盐的“巨型气雾剂”不是碘化物,而是通过飞机释放到云中,导致较大的液滴在太小而无法掉落的数万亿个超冷的液滴中形成,这会引起导致雨水的链反应。

一位科学家说:“就研究而言,这是云种播的非常激动人心的时刻。”

可能会引起天气修改的发现引起了很多兴趣,但试图证明播种可靠地引起更多降水是尚无定论的。由于对云物理学的有限​​理解以及在自然界中运行良好控制的实验的困难而受到阻碍,研究人员无法将云种子的影响与自然变异性区分开。模棱两可的证据加上一些过分狂热的诺言,使天气修改以骗子主义而闻名,研究逐渐减少。

2003年,国家研究委员会承认尽管有局限重新审视关于天气修改的文献。报告发现:“委员会得出的结论是,仍然没有令人信服的科学证据证明故意天气修改工作的功效。”“在某些情况下,有很大的迹象表明诱发变化,但是该证据尚未经过重要性和可重复性的测试。”


Snowie的2020年研究表明,雪的种子可以在正确的气象环境中起作用,这会改变这一图片。“在研究方面,这是云种子播种的非常激动人心的时刻,”国家大气研究中心的研究员莎拉·泰森多夫(Sarah Tessendorf)说,尽管她小心地确定了结果,但她还是Snowie研究的另一位作者。

首先,Snowie发现不适用于温暖的天气播种,从而利用了不同类型的云层中的不同机制。弗里德里希说,在爱达荷州工作的东西不一定适用于其他地方。即使在Snowie研究本身中,每次播种后也没有观察到降雪增加。此外,研究中使用的复杂雷达方法无法分析每个操作,并且在何时,何处以及使用哪种方法云播种最有效的方法中仍然存在许多问题,并且较短的数据供应较短。

2021年5月15日,在中国的Shijiazhuang推出了一枚云种子火箭。

2021年5月15日,在中国的Shijiazhuang推出了一枚云种子火箭。Zhang haiqiang / vcg通过盖蒂图像

Cloud seeding operators submit annual reports to states estimating additional precipitation caused by their efforts, often claiming hundreds of thousands of additional acre-feet, but “it’s kind of crude,” says Eric Hjermstad, who runs Western Weather Consultants, a cloud seeding company that manages several seeding operations in Colorado. For instance,公司报告在不同高度或不同水平的湿度上进行种子区域和无种子区域之间的比较,或者它们对河流系统中实际降雪的数量做出假设。弗里德里希说:“我认为他们在说什么并不偏离。”“但是有时我们需要质疑这些[报告]。”

为了解决这个问题,Friedrich,Tessendorf和其他人旨在使用Snowie数据来开发更准确的云种子播种模型,这可以改善对给定操作引起的额外降水量的预测,并确定何处以及何时何时有效 - 不是最有效的 - 不是云种子操作正在等待更好的模型。

麦克多诺说,云种子项目通常是通过州和地方政府之间的成本分担协议以及私人政党(例如牧场主或滑雪胜地)来资助的,他们愿意接受一些货币徒劳的风险。许多人坚信,尽管年度报告中有很大的不确定性,但云种子呈影响。他说:“他们非常了解当地的供水和积雪,我认为他们觉得自己正在看到结果。”“这些人没有那么多钱。我认为,如果他们有疑问,他们可能很久以前就会停止。”

爱达荷州电力云种子地点。

爱达荷州电力云种子地点。David Bogie / Idaho Power Company

自2000年以来,超过800报告从50多个天气修改项目中,已经提交给国家海洋和大气管理局,大多数重点是增加降水量。州天气修改预算通常数十万美元。犹他州是美国最广泛的播种计划之一,每年花费超过70万美元的播种,在州,市政当局和下科罗拉多河流域的其他州之间的捐款分配。

尽管有些项目引起了争议,但最近扩大长期扩大云种子播种计划的努力在很大程度上并没有达到反对。在没有主动云种子操作的新墨西哥州,在该州北部开始播种的建议是一月份,在公众对环境影响的担忧以及与部落政府缺乏磋商之后,面对公众的反对。在该州东部的另一个提议正在审查该州东部的种子云。

支持者说,与水价值相比,云种子的成本相对较低,即使报告夸大了降水量。而且似乎没有播种的环境弊端。泰森多说,人们通常会担心碘化银污染,因为白银可能在高浓度下有毒。学习找到云种子区域中碘化物的水平与未种子区域的水平相当,并且不太可能积累到有毒水平。她说,由于播种会影响给定云中总水分的一小部分,因此“您要抢劫彼得付钱”的下游效果也不太可能产生重大的下游效果。换句话说,科罗拉多州的云云不会剥夺犹他州的雪。

在新墨西哥州,一些反对云种播的评论者表示担心它代表了一种傲慢,人类不应该“扮演上帝”或与大自然陷入困境。自播种变得可能是可能的以来,已经提出了这样的论点。麦克唐纳说,值得指出的是,无论播种与否,“云不是原始的东西。”在许多情况下,汽车排气和其他工业污染已有降低了效率通过缩小云滴的尺寸,云通过云加沉淀。他说:“云种子可能会使云层回到更高效的状态,在人们之前可能已经存在。”或至少在Charlemagne之前。