去年夏天，當雨雲在德克薩斯州斯托克頓堡上空膨脹時，一架黃色小飛機呼嘯而過。它正在執行一項任務。
這架飛機配備了水箱和機翼上的特殊噴嘴，在灰白色的雲層下翱翔。然後在恰當的時刻，它向雲層中釋放出帶電水粒噴霧。
目標？從西德克薩斯州的天空中擠出一些額外的雨水。
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“水正變得非常寶貴且越來越稀缺，”美國農業部農業研究服務部門的研究工程師 Dan Martin 說，他幫助發明了這項技術。
這是一種被稱為“雲播撒”的幾十年歷史的實踐的新變化，或透過向空中噴灑特殊粒子來增加降水的努力。它是世界上最流行的天氣修改形式之一，在美國西部大部分地區以及中國、俄羅斯、中東部分地區和其他國家/地區 практикуется。
近年來，開發新的和改進的雲播撒形式變得更加緊迫。世界各地嚴重的乾旱，因氣候變化的穩步發展而加劇，引發了研究人員、政府和企業巨頭對創新型水資源管理的日益增長的興趣。
與海水淡化等其他水資源管理策略相比，雲播撒可能相對便宜，海水淡化是一種從水中去除鹽和其他礦物質以使其適合飲用的化學過程。
但有一個問題。設計實驗來證明該技術實際運作得有多好是出了名的困難 (Climatewire，2021 年 3 月 16 日）。
即使研究人員致力於開發更有效的雲播撒形式，科學家們也表示，很難確定它是否真的有效。
“毫無疑問，雲播撒是有效的——但問題是我們到底能產生多少？”科羅拉多大學博爾德分校的大氣科學家和雲播撒專家 Katja Friedrich 說。
自 20 世紀 40 年代首次展示這項技術以來，雲播撒技術並沒有發生太大變化。
雲是在水滴在空中凝結時形成的。某些型別的粒子擅長吸引水或冰，理論上可以幫助加速這一過程。幾十年來，碘化銀和其他種類的鹽顆粒已普遍用於雲播撒。
但是，使用帶電水粒子的想法是相對較新的。
它根植於一個簡單的理論。雨雲的底部自然充滿了帶負電的水。用正電粒子流擊打雲層，水滴就會“碰撞並結合”，Martin 說。
“這樣做足夠多次，就會產生可降水的雨水，”他補充道。
去年夏天在德克薩斯州上空的飛行是美國農業部 研究專案 中最新的測試，該專案已持續多年。與此同時，世界各地的研究小組正在進行類似的專案，旨在提高雲播撒作業的效率。
有些像 Martin 的一樣，正在使用電荷。
英國雷丁大學和巴斯大學的研究人員使用無人機用電脈衝轟擊雲層。該專案於 2017 年啟動，由阿拉伯聯合大公國資助，並於去年結束。
另一個 阿聯酋資助的專案 正在試驗奈米技術，透過用特殊的奈米工程粒子播撒雲層。阿聯酋正在資助另一項 工作，該工作使用人工智慧來構建演算法，可以更準確地預測最適合雲播撒的天氣條件型別。
為石油而雨？
2019 年，一架馬來西亞軍用飛機進行雲播撒作業，試圖透過向空中噴射水和鹽來清除種植園火災造成的霧霾。| 美聯社照片/Vincent Thian
根據 E&E News 對國際專利的回顧，自 2018 年以來，十幾家公司、研究機構或個人已至少為 19 項雲播撒技術或方法申請了專利。Martin 發明 並正在測試的“用於天氣修改的空中靜電系統”也包含在其中。
幾家公司也對此產生了興趣。
去年 3 月，世界上市值第三高的上市公司沙烏地阿拉伯石油公司獲得了美國專利，用於產生雨水“以支援偏遠油田的水驅”。鑽井工人需要水來測試油井並提高石油產量。但這種資源在沙烏地阿拉伯石油公司（也稱為沙特阿美）主要運營的沙漠環境中可能很難獲得。
沙特阿美獲得專利的工藝 將使用碘化銀或其他材料播撒雲層，然後將雨水收集在水庫中，以便利用這些水庫來提高石油產量。目前尚不清楚這家石油巨頭是否已部署該工藝。沙特阿美拒絕就此事置評。
天氣修改初創公司 WeatherTec AG 是另一個例子。該公司總部位於瑞士楚格，在德國和約旦設有辦事處，該公司使用巨型傘狀裝置為溼度和雲層充電，據稱這些裝置會產生 造雨離子。
WeatherTec 的專利——從 歐洲專利局 和 世界智慧財產權組織 獲得——似乎是針對尚未向潛在客戶推銷的新裝置。該公司沒有回覆置評請求。
2019 年，美國飛機制造商 波音公司獲得了美國專利，用於“用於誘導降雨的系統”。波音公司發言人拒絕詳細說明該公司如何使用該系統（如果有的話）。
科羅拉多大學科學家 Friedrich 表示，最近雲播撒研究的爆炸式增長大部分源於阿聯酋。
該國對雲播撒進行了數十年的試驗，其雨水增強科學研究計劃 (UAEREP) 自 2015 年以來已為至少 11 個涉及天氣修改的不同研究專案授予了資助。獲獎專案獲得高達 150 萬美元的資金，分三年發放。
雷丁大學研究人員 Keri Nicoll 在一封電子郵件中表示，歷史上，雲播撒研究一直由商業公司而非獨立科學家主導。她正在參與阿聯酋資助的無人機專案。這種情況已經開始改變。像 UAEREP 這樣的最新資助計劃“在過去 5-6 年中真正推動了該領域的研究向前發展”，她說。
中東大部分地區的氣溫上升速度快於全球平均水平，降水量正在下降。研究表明，隨著該地區持續變暖，乾旱將變得越來越嚴重。
“他們出於顯而易見的原因，正在大力投資雲播撒，”Friedrich 說。“他們需要水。”
最近也遭受破紀錄乾旱的中國正在成為另一個改變天氣的領跑者。2020 年，該國宣佈計劃迅速擴大其國家天氣修改計劃，覆蓋面積超過 200 萬平方英里。
“並非萬能藥”
美國西部對新的雲播撒技術的興趣也在增長。Friedrich 將部分原因歸因於她在 2020 年與人合著的 開創性研究。這是首批定量證明雲播撒有效的研究論文之一。
為了顯示真實的效果，科學家必須證明，如果沒有播撒雲層，播撒雲層產生的降雨就不會發生。這需要兩組實驗，使用相同型別的雲，在相同的地點和相同的條件下進行——一組進行播撒，一組不進行播撒。
這在天氣條件不斷變化的現實世界中很難實現。幾十年來，科學家主要依靠統計研究。通常，這包括在一個地點播撒雲層，同時監測附近地點未播撒的雲層並比較結果。這些發現的科學說服力較弱——但它們是一個開始。
統計研究表明，雲播撒作業可能會使降雨量增加多達 15% 或 20%。
但 Friedrich 的專案於 2017 年在愛達荷州的佩耶特河流域進行，它幸運地進行了一次近乎完美的實驗。當地天氣條件使其能夠比較連續三天在同一地點播撒雲層的效果。在那段時間裡，科學家估計播撒的雲層產生了大約 286 個奧運會游泳池容量的雪。
該專案有效地證明了雲播撒是有效的。但它的效果如何是另一個問題。它並沒有證明在不同條件下，在不同的地方會下相同的雨雪量。
科學家可以使用 Friedrich 等人的實驗資料來構建模擬雲播撒作業的模型，幫助回答這些問題。但在缺乏此類資料的情況下，許多研究專案仍然依賴統計研究。
這不是一個完美的解決方案。但一些有限的資料似乎很有希望。例如，Martin 的帶電水技術試驗表明，它可能比傳統的雲播撒工作有效兩倍。
儘管如此，即使雲播撒可以略微增加美國西部的供水，它也有其侷限性。首先，它需要雲，這使得它在乾旱期間不太有用。
Martin 說，這使得它成為一種需要大量提前計劃的策略。它應該在乾旱來臨之前用於加強供水。
“大多數人不會在情況良好時——當我們有充足的降雨時——考慮雲播撒的必要性，”他說。“只有當我們遇到乾旱時，他們才會想到它，但到那時已經為時已晚。”
而且由於對於即使是傳統的雲播撒技術的效果如何仍然存在很大的不確定性，Friedrich 警告說，“你不想把所有的雞蛋都放在這一個籃子裡。”
雲播撒可能被證明是武器庫中的一種有用的工具——但水資源管理者應該掌握其他策略。
“如果我是水資源管理者，我會考慮它，”Friedrich 說。“但這並非萬能藥，也並非真正解決所有問題的方法。”
轉載自 E&E News，經 POLITICO, LLC 許可。版權所有 2023 年。E&E News 為能源和環境專業人士提供重要新聞。