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偶然成功的人造雨
直到1948年，人們才真正發(fā)現(xiàn)了科學(xué)的人工降雨方法。這一年，美國通用電氣公司的科學(xué)家文森特謝福經(jīng)過長期的探索，在一次實(shí)驗(yàn)中偶然地找到了人工降雨的關(guān)鍵，解決了千百年沒有解決的課題,成為科學(xué)史上的一段佳話。小編帶來的偶然成功的人造雨。
人造雨的想法早在古代就有了，但是直到1946年前都沒有實(shí)現(xiàn)�？茖W(xué)的人造雨是從文森特·J謝弗開始實(shí)驗(yàn)的。他是美國紐約州通用電器公司實(shí)驗(yàn)室的一名科學(xué)家，他在一次偶然事件中，取得了成功。
長期以來，人們認(rèn)為雨是這樣形成的：由海洋和湖泊中的水，變成空氣的一部分，形成了云，從云中降下雨來。而云是怎樣形成雨滴的?不少科學(xué)家認(rèn)為，雨滴是凝聚在灰塵或其他極細(xì)小的微粒周圍才形成的，雨滴的內(nèi)核相當(dāng)小，肉眼不能看到它，沒有這些內(nèi)核物質(zhì)，似乎水滿無法形成。于是人造雨的最初嘗試是把某種材料作為水滴的內(nèi)核發(fā)射到潮濕的、但沒有足夠的塵�；蚴瞧渌镔|(zhì)微粒的大氣中去。
科學(xué)家們把成千上萬磅各種各樣的人造內(nèi)核從飛機(jī)上投下來，或是從地面上發(fā)射上去。結(jié)果是有時下雨，有時不下雨。所以，云變雨滴的過程仍是一個謎。
美國通用電器公司的科學(xué)家歐文·蘭米爾和他年輕的助手謝弗在二戰(zhàn)期間，是研究飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰問題的。他們經(jīng)常去寒風(fēng)凜冽、大雪紛飛的新罕布什爾去。在那里，蘭米爾和謝弗意外地發(fā)現(xiàn)云彩周圍的溫度經(jīng)常低于冰點(diǎn)，然而卻不結(jié)冰。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使得蘭米爾和謝弗初步相信了當(dāng)時一些歐洲和挪威科學(xué)家對雨的解釋：水聚集在內(nèi)核的周圍成為冰的晶體，當(dāng)落到地面就成了雨。
二戰(zhàn)結(jié)束后，謝弗繼續(xù)他的尋找雪內(nèi)核的研究。他試驗(yàn)了所有由氣象學(xué)家建議的天然材料，包括粉塵、泥土和鹽類。為了仿制云霧狀的潮濕空氣，謝弗將自己呼出的氣送入制冷器，然后投入一種特殊的東西。經(jīng)過了很長時間，他試驗(yàn)了所設(shè)想的一切材料和一些幾乎是不可想像的東西，但除了制冷器的底部為那種物質(zhì)所覆蓋外，什么都沒有發(fā)生。將某種物質(zhì)變?yōu)槊さ木w的內(nèi)核的試驗(yàn)均告失敗。
7月的一個上午，謝弗將各種材料都向制冷器里投了一小點(diǎn)，并注視著他所期待的失敗結(jié)果。后來，朋友提醒他去吃午飯，謝弗高興地同他去了。走時他照例讓制冷器的蓋子朝上。因?yàn)槔淇諝庀鲁�，不會從盒子里跑掉�?/p>
午飯后，謝弗又繼續(xù)開始進(jìn)行試驗(yàn)。此時他偶然地看了一下制冷器的溫度，比要冰的晶體繼續(xù)保持固態(tài)的溫度高了一點(diǎn)。溫暖的夏季天氣的到來，并沒有引起他的注意，他更多注意的是試驗(yàn)的前景。
這時，有兩種選擇，他可以蓋上蓋子，讓它自己降至原來的溫度;或是投入干冰迅速制止繼續(xù)升溫。干冰是固態(tài)的氣體，很冷。他在制冷器內(nèi)投入干冰后，碰巧他呼出了大量的哈氣，奇跡便展現(xiàn)在他眼前：在少量射入到制冷器的光線內(nèi)，他看到了哈氣中有某種細(xì)小的碎片，他立即明白了它們是冰的晶體。他偶然地實(shí)現(xiàn)了自己的愿望，制出了雪的晶體。不是用一些附加的內(nèi)核摻到潮氣中去，而是相當(dāng)清徹的哈氣吹入制冷器，并且加入大量干冰，如此制出了冰的晶體，變成了一些小小的雪花飄落到他的實(shí)驗(yàn)室的地板上。
據(jù)此，謝弗準(zhǔn)備了一架能噴灑干冰到云中的飛機(jī)以及電動噴灑裝置。在1946年11月一個寒冷的日子，謝弗駕著飛機(jī)在云層上飛行，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)，啟動機(jī)械將干冰灑落到下面的云彩里。在地面上，蘭米爾博士激動地看著雪從飛機(jī)飛過的云層里落下來。當(dāng)謝弗返回地面對，蘭米爾向他奔跑過去，高喊道：“你創(chuàng)造了歷史!”此后，數(shù)百次人造雨都是將于冰撒到各類云彩中，或稱之為“給云層播種”的方法實(shí)現(xiàn)的。此后蘭米爾博士又發(fā)現(xiàn)干冰的碎片要小到豆粒，才能造成足夠的雪以產(chǎn)生大量的雨。
謝弗發(fā)現(xiàn)如果能使大氣足夠的冷，就不必要有一個內(nèi)核，因此他停止了關(guān)于內(nèi)核的研究。然而，有關(guān)雨內(nèi)核的理論是否就是錯誤的呢?另一個通用電器公司的年輕工人伯納德·萬內(nèi)格特卻仍對這個問題感興趣。他曾在技校學(xué)習(xí)過制冷。1945年到通用電器公司當(dāng)工人。他學(xué)習(xí)了弗值森的冰晶理論，認(rèn)為弗畝森的理論是正確的。弗畝森指出，必須使用與雪的微小碎片的內(nèi)核同樣大小的材料。
萬內(nèi)格特找到了他所要求的一種化合物——碘化銀。他相信這是有效的。他搞到了一些材料，提出了點(diǎn)燃它的方法，以使其產(chǎn)生微小的顆粒撒到大氣中去造成所期望的雪花。
然后，他把這種材料發(fā)射到大氣中去，等待雨雪的到來。但是什么結(jié)果也沒發(fā)生。他并沒有灰心，繼續(xù)研究各次試驗(yàn)的記錄;分析了所選取作為結(jié)晶內(nèi)核的化合物;又請教其他科學(xué)家。費(fèi)了一番。心血，最后他發(fā)現(xiàn)自己所使用的碘化銀是不純的。
他搞到了很多的材料，不顧每克碘化銀的花費(fèi)多大，再三地進(jìn)行雪結(jié)晶的試驗(yàn)。最終找到一種方法能把碘化銀磨成很小的碎片，像煙霧一樣。這樣的碎片可以散布在很廣的范圍內(nèi)，如有足夠的云量，很少幾克就能造出灑遍一個國家的雨量。
這兩種人造雨方法都為科學(xué)界所公認(rèn)。以此看來，即是一個科研項(xiàng)目的成功，往往也會有幾種和多種方法可采用。所以科學(xué)發(fā)明發(fā)現(xiàn)才會有那么多的偶然性促成形形色色的新成果新創(chuàng)造。一個偶然性事件促成了一個意外的成功，但并不意味這種得來不易的成功是最好的結(jié)果;是唯一正確的;會杜絕別的新方法�？茖W(xué)家必須要有堅(jiān)韌不拔的決心，才能在大量表面上不利事態(tài)發(fā)生之中，抓住轉(zhuǎn)瞬即失的有利偶然事件，將科研事業(yè)導(dǎo)向成功。
人工降水
人工降水，又稱人工增雨，是指根據(jù)自然界降水形成的原理，人為補(bǔ)充某些形成降水的必要條件，促進(jìn)云滴迅速凝結(jié)或碰并增大成雨滴，降落到地面的過程。
其方法是根據(jù)不同云層的物理特性，選擇合適時機(jī)，用飛機(jī)、火箭向云中播撒干冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，使云層降水或增加降水量，以解除或緩解農(nóng)田干旱、增加水庫灌溉水量或供水能力，或增加發(fā)電水量等。中國最早的人工降雨試驗(yàn)是在1958年，吉林省這年夏季遭受到60年未遇的大旱，人工降雨獲得了成功。
定義
人工降水，又稱人工增雨，是指根據(jù)自然界降水形成的原理，人為補(bǔ)充某些形成降水的必要條件，促進(jìn)云滴迅速凝結(jié)或碰并增大成雨滴，降落到地面。其方法是根據(jù)不同云層的物理特性，選擇合適時機(jī)，用飛機(jī)、火箭向云中播撒干冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，使云層降水或增加降水量，以解除或緩解農(nóng)田干旱、增加水庫灌溉水量或供水能力，或增加發(fā)電水量等。
原理
根據(jù)不同云層的物理特性，選擇合適時機(jī)，用飛機(jī)、火箭彈等向云中播散干冰、碘化銀、鹽粉等催化劑，促使云層降水或增加降水量。人工增雨分為暖云增雨與冷云增雨。要使暖云（溫度高于0℃的云）降水或增雨，要在云中播撒鹽粉、尿素等吸濕性粒子，促使大云滴生成導(dǎo)致形成或增加降水。若要冷云（溫度低于0℃的云）降水，就要用飛機(jī)等播撒干冰、碘化銀等催化劑，從而產(chǎn)生大量冰晶，使冷云上部的冰晶密度增大，促成或增加降水。
人工影響云的微物理過程，可以在一定條件下使本來不能自然降水的云受激發(fā)而降水，也可使那些水分供應(yīng)較多、往往能自然降水的云，提高降水效率而增加降水量。但不能自然降水的云能供應(yīng)的水分較少，因此人工催化的經(jīng)濟(jì)價值有限。
條件
人工降雨一般在自然云已經(jīng)降水或者接近于降水的條件下，人工降水的方法才能發(fā)揮作用。由于降水的自然變率很大，人工增加降水量的幅度較小，如何估價人工降水的效果就顯得十分困難。人工催化增加的降水量，是催化后的實(shí)際降水量和不經(jīng)催化的自然可能降水量之差。實(shí)際降水量可以測定，但能否正確估價自然可能降水量，就成了效果檢驗(yàn)的關(guān)鍵。在對降水的物理規(guī)律認(rèn)識不足的情況下，主要依靠統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對自然可能降水量作出估價。初期的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，多數(shù)采用回歸統(tǒng)計(jì)法，在人工催化目標(biāo)區(qū)附近選擇一個不受催化影響的地區(qū)作為對比，用歷史資料建立目標(biāo)區(qū)和對比區(qū)降水量的回歸方程。把人工降水試驗(yàn)期間對比區(qū)的降水量代入回歸方程，求出目標(biāo)區(qū)的自然可能降水量，再與目標(biāo)區(qū)實(shí)測降水量對比，就可估價人工降水的效果。采用這種方法對于同一次試驗(yàn)，選用不同的對比區(qū)或者不同年限的歷史資料作對比，得出的結(jié)果，可能出入很大，所以這種方法的可信度不高。一般認(rèn)為隨機(jī)試驗(yàn)可以避免主觀的偏差得到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的可信估價。隨機(jī)試驗(yàn)是把適合于人工降水的試驗(yàn)機(jī)會（試驗(yàn)單元）按照隨機(jī)規(guī)則（例如抽簽）分成兩組：一組催化并觀測，另一組不催化只觀測，作對比。當(dāng)試驗(yàn)單元足夠多時，隨機(jī)決定的兩組試驗(yàn)單元的自然條件應(yīng)該只有極小的系統(tǒng)性差別，而兩組試驗(yàn)實(shí)測降水量的系統(tǒng)性差異，就可以歸之為人工催化的結(jié)果。判斷催化效果，存在著成功和失敗的可能性，當(dāng)判斷催化有效而實(shí)際無效時，常以顯著度水平來表示這種可能性。顯著度水平越小，判斷催化有效的可信度越高。在人工降水試驗(yàn)中，一般要求顯著度水平小于5%，即可信度大于95%。
人工降雨由于水資源對國民經(jīng)濟(jì)的重要性，人工降水試驗(yàn)作為開發(fā)水資源的一種潛在手段，受到廣泛的重視。世界上先后有大約八十個國家和地區(qū)開展了這項(xiàng)試驗(yàn)，其中以美國、澳大利亞、中國和前蘇聯(lián)等國的試驗(yàn)規(guī)模較大。1958年以后，中國北方各省，曾用飛機(jī)向大范圍層狀云中播撒干冰或碘化銀等成冰催化劑，試圖增加冬季和春季的降水量；中國南方各省，也曾用飛機(jī)或向積狀云內(nèi)播撒鹽粉或碘化銀等催化劑，以期增加夏旱時期的降水量。但自然降水過程和人工催化過程中的很多基本問題，仍不很清楚，人工降水的效果檢驗(yàn)還有很多困難。
人工降水的效果受云和其他條件所制約。在某種條件下可能有顯著的正效果，在另一種條件下可能無效甚至出現(xiàn)負(fù)效果。不分條件籠統(tǒng)地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析得出的效果往往不顯著。把試驗(yàn)單元按照某種指標(biāo)分成幾類分別統(tǒng)計(jì)，有時就能得出比較顯著的結(jié)果。例如在冷云催化試驗(yàn)中按云頂溫度分類，統(tǒng)計(jì)得出，在一定溫度區(qū)間里有比較顯著的效果。從人工降水研究來說，僅對降水增量作出估價是不夠的，必須對整個物理過程的各個環(huán)節(jié)都有確切的了解。如催化劑在云中指定部位是否達(dá)到了一定的濃度，冰晶或大滴的濃度是否明顯增加等。觀測和統(tǒng)計(jì)這些宏觀和微觀特征量的變化，可從物理過程上分析人工催化的效果。這種觀測檢驗(yàn)，稱為人工降水效果的物理檢驗(yàn)。如在冷云試驗(yàn)中觀測到催化后冰晶濃度增大，過冷水滴減少，說明人工催化對云的微物理過程已起到作用。一般認(rèn)為，人工降水的科學(xué)試驗(yàn)，必須根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求，嚴(yán)格按照預(yù)定的設(shè)計(jì)進(jìn)行長時間的試驗(yàn)，同時對自然降水過程和人工催化過程，進(jìn)行細(xì)致的野外探測和數(shù)值模擬，才能使試驗(yàn)具有比較堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)和統(tǒng)計(jì)的可信度。
方法
人工降雨
在自然云內(nèi)冰晶濃度有時不足，這時需要引進(jìn)人工冰核，使云中微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，促進(jìn)冷云降水過程而增加降水量。這種作用過程叫冷云催化。在冷云降水過程中，冰晶的濃度起著重要作用。據(jù)有關(guān)資料介紹，冰晶濃度達(dá)到1～100個/L量級時降水效率較高。在冷云催化中，云的溫度條件十分重要。一般來說，當(dāng)云頂溫度很低時，冰核自然活化的濃度很高，云中自然冰晶濃度較高，自然降水過程進(jìn)行得比較充分，增雨潛力比較小。反之，冰晶和水的飽和水汽壓差異較小，冰晶的增長速率比較低，人工冰核物質(zhì)的成冰能力也大大降低，人工催化很難達(dá)到要求的冰晶濃度。因此，有資料顯示，當(dāng)云頂溫度在-4～-10℃范圍時進(jìn)行催化，效果比較好，這個溫度范圍被稱之為“催化溫度窗”。同時，冷云催化還會影響降雪的分布。這是由于對冷云進(jìn)行催化以后，云中冰雪晶數(shù)量增加，過冷水滴減少，使得下降的雪晶不但個體較小，而且很少帶有凍滴，它們的落速就比自然降雪小得多，在氣流作用下，它們就會落到下風(fēng)方更遠(yuǎn)的地方，使降雪的分布發(fā)生改變。
暖云催
人工降雨在溫度高于0°C的暖云里，降水主要在云滴碰并過程中得到發(fā)展。云滴越大，碰并增長就越快。計(jì)算表明，當(dāng)云滴半徑超過0.04毫米時，就可以迅速碰并而長成雨滴。在那種大云滴的濃度不足的自然云中，播撒大量半徑大于0.04毫米的水滴，就能夠促進(jìn)降水過程。計(jì)算表明，每克水可以形成約幾百萬個大云滴，要催化10立方公里的云體，則需要幾噸水。若往云中播撒一定大小的吸濕性物質(zhì)顆�；蛘呷芤旱�，它們能在云中吸濕而迅速長成大云滴，這樣所需的催化劑量，就用不到水的十分之一。
除了播云以外，法國和蘇聯(lián)有人試驗(yàn)在地面加熱，造成人工上升氣流的方法，試圖在一定氣象條件下激發(fā)或增加降水。美國有人設(shè)想利用瀝青或碳黑吸收太陽輻射，提高局地空氣的溫度，促進(jìn)云的發(fā)展以增加降水。中國有人研究過爆炸對降水的影響。這些人工降水方法的研究，都還處在探索的階段。
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