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如果人類可以“隨意”操控氣候 真的是個好主意嗎?

作者:Allison 时间:2017-11-14 18:07:45 標籤: 分類:

原標題:如果人類可以“隨意”操控氣候 真的是個好主意嗎?

野火燒毀了美國數百公頃森林,濃煙遮蔽俄勒岡州和華盛頓州的天空長達數周。幹旱毀了蒙大拿州和達科塔州的莊稼收成,颶風給佛羅裏達州和波多黎各帶來了暴雨和洪水。家庭、企業以及生命,在這些天災中都損失慘重。然而,這些事件不過是惡劣天氣造成的部分破壞和影響。在今年9月份僅僅一個月中,美國就將這些倒黴事全部體驗了一遍。

圖1:控製天氣通常是科幻小說中的幻想,但科學家們的努力讓這個幻想變得真實了許多。然而,即便人們能控製天氣,是否應該控製天氣可能仍值得考慮。

難怪人們長期以來都在想方設法地嚐試控製天氣。適量的陽光和雨水會帶來健康的莊稼、安全以及繁榮。而陽光和雨水無論是過量還是短缺,都會引發饑荒和死亡。

在科幻小說中,人們能夠改變天氣。例如,《X戰警》中的暴風女就可以利用對大氣的控製來製造龍卷風、暴風雪、閃電以及其他天氣現象。在《獅子、女巫和魔衣櫥》中,名叫Jadis的女巫給納尼亞的土地帶來了無盡的冬天。而新電影《全球風暴》中,則可通過控製天氣的衛星讓地球上的破壞性力量保持在可控範圍內。

然而在現實中,這一切都是不可能的。沒人可以用炮火來阻止颶風來襲,也沒人可以用液氮來馴服龍卷風(盡管有人已經獲得了這個概念的專利)。盡管如此,人們還是在改變天氣。自上世紀40年代以來,改變天氣就成為可能。我們現在可以使雲在需要時釋放額外的水分。人們也開始以無意識的方式改變天氣,許多人類活動都會對地球氣候產生影響。然而,最大的問題在於,改變地球天氣是否是個好主意。

雲催化

今年1月份,在美國愛達荷州首府博伊西向北約80公裏處,兩架飛機起飛後進入雲層。地麵監測則由將在數周內被雪覆蓋的移動雷達站完成。大氣科學家控製著所有這些設備,等待實驗的開始。他們正在執行代號為SNOWIE的項目。該項目試圖研究如何進行雲催化,即如何人工提高降雨或降雪量。

圖2:在進行雲催化研究期間,地麵上卡車攜帶的移動雷達將被埋在雪中

雲催化研究早在1946年就開始了,當時化學家文森特·沙伊弗(Vincent Schaefer)在他的實驗室裏進行試驗。他把幹冰(冷凍後固態的二氧化碳)放進實驗室裏,房間裏立刻充滿了冰晶。《ScienceNews》在1947年1月份時報道稱:“幹冰落在雲上,導致了雲層中出現微小的冰,它最終變成雪落在地球上。”

後來的研究用碘化銀微粒代替了幹冰。為了將這些物質轉化為雲,科學家首先在混合物中加入可燃物質,接著這些材料被點燃,散發著碘化銀粒子的煙霧進入了雲層。這些粒子變成了原子核,可以讓液態水的雨滴溫度下降變成冰晶體。在雲中,水蒸氣會在這些新形成的冰晶周圍凝結,使它們膨脹變大。當晶體變得足夠大時,它們就會落到地麵上。這類似於在雲中自然發生的情況,它將繼續產生降水。灰塵、煙霧或鹽粒都可以充當原子核,讓雲層中的液體凍結滴落。

當雲催化被發現後,科學家們開始瘋狂地推測接下來可能會發生什麽:終結冰雹、填滿飲用水水庫、預防致命的冰雪風暴或者改變龍卷風的路徑。科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心(NCAR)的大氣科學家羅埃洛夫·布倫特思(Roelof Bruintjes)回憶說:“即使是獲得1932年諾貝爾獎的科學家也曾預言,我們有望在10年間改變颶風的路徑。”然而,隨後的研究表明,事情遠比這複雜得多。雲催化可能會起作用,但不是每個地方的上空都有雲。

圖3:為了進行雲催化,材料需要被點燃以釋放碘化銀。這架飛機被改裝成一種看起來像火箭的裝置,它可以燃燒催化材料

在上世紀50、60年代,美國和其他政府向改變氣候的相關研究中投入了大量資金。他們看到了控製天氣的巨大潛力,不僅可以幫助民眾,還可能有助於提高軍事實力。天氣控製可能是一種潛在的武器。它還可以在特殊行動中,保證軍隊獲得所需的有利天氣。然而,在實驗室裏運行良好的東西並沒有在天空中出現。並不是每次進行雲催化的嚐試都能引發降雨或降雪。即使采取了雲催化行動,也無法判斷是否會導致降雨。懷俄明州大學的大氣科學家傑弗裏·弗蘭奇(Jeffrey French)解釋說:“有很多自然變量發揮影響。”

隨著時間的推移,用於研究雲催化技術的資金開始減少。更多的努力被用於改善天氣預報。然而,改變天氣的嚐試並沒有完全停止。世界氣象組織的數據顯示,目前超過50個國家都在開展人工雲催化研究項目。例如,中國曾在2008年發射了數百枚火箭以進行雲催化,目標是確保北京夏季奧運會舉行開幕式時天空晴朗。此外,還有數十家私人天氣改造公司,而許多其他公司也在為雲催化研究埋單。

他們今天所取得的成就,比曾經提出的宏偉願景要小得多。弗蘭奇表示:“在某些情況下,雲催化可能非常有效。”他估計,在風暴中進行雲催化可以增加約15%的降水。但是,科學家們仍不知道什麽才是雲催化產生效果的正確條件。

下雪的冬天

這正是SNOWIE項目的目的所在。多年來,愛達荷電力公司始終在運行一個雲催化項目,希望其附近山區能夠積攢下更多的冬雪。當積雪在春天和夏天融化時,可以滋養河流和湖泊,從而有助於水力發電。沒有足夠的水,愛達荷電力公司就不能為其客戶提供足夠的能源。雲催化研究對這家公司來說是有意義的,但這些努力必須取得更好的數據,才能真正獲得回報。

弗蘭奇指出,與許多科學領域不同的是,在大氣科學中建立受控實驗是很困難的。他說:“我們被困在了天空實驗室裏,實驗永遠無法百分之百重複,因為每次你出去做測量時,情況都截然不同。所以我們在尋找可以嚐試做些對照實驗的情形。事實證明,雲催化就是這樣的一個領域。”

圖4:SNOWIE項目團隊利用2架飛機從雲層內部研究雲催化技術

在他們的實驗中,SNOWIE項目的科學家們會從一架飛機上對雲層的一部分進行催化。然後他們會用第二架飛機對整片雲層的狀況進行測算。研究人員收集了各種各樣的數據,包括雲層大小和雲層溫度範圍,有時溫度會達到零下10攝氏度。他們拍攝了高分辨率的雲晶體圖像,這些圖像可以展示晶體是如何生長變大的。飛機和地麵上的雷達提供了更宏觀的雲結構數據,這可能幫助他們弄清楚雲層深度、雲頂高度以及哪裏可能會發生降水。

弗蘭奇解釋說:“所有雲中發生的事情都非常重要,而當考慮進行雲催化時,我們實際上隻是在嚐試修改一兩個進程。”該團隊對所有這些數據的評估仍將繼續,結果將有助於未來在愛達荷州進行的雲催化行動。此外,這些數據還將幫助科學家了解雲層的自然特性以及它們內部的情況。弗蘭奇表示:“如果我們不能理解這些,我們就沒有希望了解雲催化本身的影響。”

改變世界天氣

與此同時,人類活動已經開始改變天氣,而且是以一些顯而易見的方式進行改變。科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心(NCAR)的大氣科學家布倫特思說,“通過改變氣候,我們已經在改變天氣。”

總部位於路易斯維爾的Vaisala公司向政府和其他組織提供有關天氣的數據和軟件,以幫助他們做出決策。該公司首席科學官、氣象學家凱文·佩蒂(Kevin Petty)指出,天氣和氣候是截然不同的現象,但它們又是息息相關的。天氣是在很短的時間內發生的天氣事件,而氣候通常是在較長時間內發生的。

佩蒂引用這句話“氣候是我們所期望的,天氣是我們得到的”進行總結。某個地區的氣候可能會顯示,夏季通常都是晴天,而且氣溫可達到30攝氏度。但是在任何一個特定的夏日,天氣可能達到35攝氏度,並伴隨有雷暴發生。地球上的氣候和天氣模式正在發生變化,因為人類活動增加了大氣中二氧化碳和其他溫室氣體的含量。這些氣體就像覆蓋著地球的大毯子,它們有助於保持熱量。如果沒有這些氣體,地球將變成巨大的冰球。但是隨著這些氣體的增加,地球覆蓋的毯子越來越厚,我們就會感到越來越熱。

現在地球內保存的熱量比它幾千年來積累的都要高。這些額外的熱量為驅動地球氣候變化提供了更多的能量,而且會產生更廣泛的影響。

圖5:2016年是有記錄以來最熱的一年。在這張圖中,藍色區域代表它們比長期平均溫度要低,紅色則表示更溫暖

賓夕法尼亞州立大學的大氣科學家大衛·泰特利(David Titley)指出,地球上的平均溫度始終在上升。泰特利曾是美國海軍少將,領導過一個應對氣候變化的特別工作組。上世紀60年代被認為是最炎熱的日子,但也比現在的溫度要低幾度。同樣地,如今的冬天也不像以前那麽冷了。無需感到奇怪,地球上的平均氣溫記錄不斷被打破,2016年、2015年以及2014年都是有記錄以來最熱的年份。而這僅僅是個開始。

圖6:颶風哈維引發大洪水,美國國民警衛隊隊員不得不幫助那些被淹沒地區的人們。

泰特利指出:“溫暖的空氣中含有更多的水蒸氣。下雨的時候,降雨也會更猛烈。”這更有可能引發洪水。溫暖的空氣也會使更多的水從土壤中蒸發。他解釋稱:“這樣你就會更快地陷入幹旱之中。”而當幹旱開始後,它就會自我延續下去,從而使降水減少的時間更長。

科學家們仍在研究氣候變化如何會影響其他類型的極端天氣,如颶風和龍卷風。它很有可能會產生影響,比如颶風會變得更加強烈。2017年,美國遭遇的颶風——哈維、厄瑪以及瑪麗亞,都伴隨著強降雨和強風,氣候變化可能是部分原因。這些氣候變化導致全球天氣模式發生改變。它們會引發各種各樣的問題,包括極端天氣事件。泰特利說:“你仍然可以在落基山脈滑雪,但在華盛頓特區這樣的地方,聖誕節時下雪將越來越不可能。”

美國之外的地方也在經受氣候變化帶來的大大小小的影響。敘利亞的內戰已經持續了數年之久,這場衝突在一定程度上就是由於嚴重的幹旱引發的。泰特利指出,那些已經很富裕的人可能不會受到氣候變化的影響。但如果你是世界上數十億普通人中的一員,那就可能受到生命威脅。”

圖7:由於加州幹旱,2015年落基山脈的積雪(右圖)比1年前要少得多。因此,人們可以使用的水也越來越少

操縱氣候是個好主意嗎?

泰特利說,沒有任何“靈丹妙藥”來消除氣候變化造成的破壞。減少氣候變化影響的最佳方式就是適應氣候變化的影響,並向以非碳為基礎的能源轉變,同時停止溫室氣體的排放。”但是科學家也提出了兩種氣候幹預的方法,或者稱為“地球工程”計劃。

一種方法是把多餘的二氧化碳(CO2)從大氣中吸收出來,但這並不容易,這些氣體也會造成其他問題。但實際上,按照百分比來計算,大氣層中的二氧化碳含量並不是很多。每100萬空氣分子中大約有400個二氧化碳分子。泰特利表示:“想象一下,這就像走進有100萬個白球和400個紅球的遊戲室,而要找到那400個紅球是很困難的。”在全球範圍內,有很多二氧化碳分子。找到並有選擇地移除它們,成本是非常昂貴的。但是最終,它們可以被永久地儲存在某個地方。

第二種幹預方法是讓太陽變暗。或者更確切地說,在陽光到達地麵之前反射到太空中。泰特利解釋說:“如果我們反射會太陽光,那麽我們就不會有那麽多的熱量進入地球內部,這樣我們就不會熱起來。我們認為這是可以做到的。”被稱為“懸浮微粒”的微小顆粒可以被注入到大氣中(高於噴氣式飛機的飛行高度)。在那裏,它們會反射太陽的能量,阻止它到達地麵。

這類似於在火山爆發後自然發生的情況,這種爆發會把粒子噴射到空氣中。這些影響隻會持續幾年,然後粒子就會掉出來。因此,如果要進行氣霧劑播種,那麽這些氣溶膠就必須不斷地被注入大氣中。這需要耗費大量的資金和人們長期不間斷的努力,同時它也無法阻止氣候變化的一個重要方麵——海洋酸化。當二氧化碳溶於水時,水就會變得更酸。不管陽光是否被阻擋,這都會發生。

光的過濾可能會改變降雨的方式,而這在今天是無法預測的。泰特利說:“所以,你可以給地球降溫。你也可以阻止印度和華南地區的所有降雨,那裏大約有20億到30億人依靠降雨來收獲基本的糧食作物。”這些意想不到的後果會讓我們明白:為什麽任何方式的氣候改變都可能是個壞主意。佩蒂強烈反對任何故意操縱天氣或氣候的行為,他質問道:“如果你在世界的某個地方這麽做,其他地方可能會發生什麽?”

科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心(NCAR)的大氣科學家布倫特思說,驅動地球天氣的是地球的各項基本性質,包括來自太陽的穩定能量流、地球的自轉以及海洋釋放出的水蒸氣。如果我們改變了這些,那麽我們可能無法繼續在地球生存下去。布倫特思不認為雲催化會造成問題,可是佩蒂和其他人並不那麽確定,他們認為哪怕是很小的事情也值得警惕。

在電影《地球風暴》中,有人劫持了控製天氣的係統。曾經確保地球安全的衛星現在變成了製造海嘯、龍卷風和致命冰雹的武器。雖然這些都是虛構的,但它確實為現實生活提供了借鑒。就像電影中所說的那樣:“有些東西從來就不是要被控製的。”這可能也包括地球的天氣。


本文来源:http://tech.ifeng.com/a/20171114/44759552_0.shtml

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