人工增雨

文/中央氣象局科普網 |2020.10.15
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2014年時,台灣地區面臨近十年來最嚴重的旱災,不但限制農業、工業大戶用水,更在2015年初對民生用水進行分階段限制,當時許多人因為限水的艱難而體認到節水的重要性。在長期沒有降雨的情況下,挑選適當時機進行人工增雨以緩解乾旱,是解決方案之一。以下就讓我們介紹人工增雨的原理與方式。圖/中央氣象局科普網
人工增雨示意圖圖/中央氣象局科普網
地面造雨施行方式示意圖 以「地面造雨器」燃燒碘化銀溶液,使碘化銀的煙粒隨著熱空氣飄到高空中,作為冰晶核,藉此讓雲層中的過冷水滴凝結,達到降雨目的。圖/中央氣象局科普網

文/中央氣象局科普網

2014年時,台灣地區面臨近十年來最嚴重的旱災,不但限制農業、工業大戶用水,更在2015年初對民生用水進行分階段限制,當時許多人因為限水的艱難而體認到節水的重要性。在長期沒有降雨的情況下,挑選適當時機進行人工增雨以緩解乾旱,是解決方案之一。以下就讓我們介紹人工增雨的原理與方式。

原理

以往「人工增雨」被稱為「人造雨」,但人造雨並不是從萬里無雲的天空中平白無故製造出雨滴,而是利用科學的方法與技術,影響雲的降水過程來增加降水量,也就是讓本來就會下雨的雲「加快」或「加強」雨水形成的過程,為了避免詞義上的錯覺產生誤導,所以正確的說是「人工增雨」,又稱「種雲 (Cloud Seeding)」。

暖雲與冷雲

不同類型的雲層因為降雨的原理不同,所以人工增雨的方式也必須隨之調整。地面蒸發或植物蒸散的水蒸氣上升到高空後,因溫度降低而凝結成雲。若雲的溫度高於0℃,我們稱為「暖雲」。因為暖雲裡凝結的小水滴體積太小,不足以克服雲層內的浮力,所以不會落到地面,此時就需要經過碰撞、合併的過程,形成大水滴之後才能落下成為降雨。所以針對暖雲施行人工增雨的主要方式,是設法讓這些小水滴增大;例如,可以在雲層中噴灑水滴或吸溼性藥粉與液體(氯化鈉)等,讓小水滴透過碰撞、合併的過程而成長,最終克服浮力而落下成為降雨。

假如水蒸氣上升到溫度低於0℃的高度,形成的雲就稱為「冷雲」;冷雲是由冰晶與過冷水滴所組成,過冷水滴會附著在冰晶上逐漸長大到足以克服浮力而掉落。由於在落下過程中經過溫度大於0℃的區域,於是就會融解成水滴而形成降雨。但是若缺乏形成冰晶的條件,冷雲即使充滿過冷水滴也無法降雨;這時候就需要人工協助產生冰晶,最常使用的方式是在冷雲中噴灑乾冰或碘化銀。因為乾冰的溫度為-78℃,所以噴灑乾冰可以使雲的溫度驟然下降,在沒有冰晶核的情況下直接把過冷水滴變成冰晶;而碘化銀則可以作為冰晶核,能幫助過冷水滴凝固成為冰晶。這兩種化學物品都可以協助冷雲內的冰晶形成,達到人工增雨的目的。

方法

施行人工增雨的方法,大略可分為地面造雨法和空中造雨法兩種:

地面造雨法

地面造雨法是使用地面造雨器燃燒「人工增雨焰劑」,焰劑燃燒後形成煙粒隨熱空氣飄升到高空,當煙粒碰到冷雲內的過冷水滴時,就能作為冰晶核使過冷水滴凝結成冰晶,等到冰晶成長後最終掉落成為降雨。然而地面造雨法雖然經濟、安全,但卻不是最有效的方式。

空中造雨法

常見的空中造雨法,是利用飛行器在適當的高度噴灑如清水、乾冰或鹽粒等雲種,或是在雲底燃燒焰劑提供冰晶核。由於空中造雨法能夠有效地把雲種送入雲中,因此成效一般比地面造雨法好,但是成本也相對較高。

現況

台灣地區現階段施行人工增雨的作業是由經濟部水利署執行,水利署會根據中央氣象局提供的天氣預測資料,掌握人工增雨的施行時間與區域。由於台灣地區很少出現冷雲,因此人工增雨的方式一般為暖雲增雨。台灣常見的人工增雨方式有兩種:

1.

利用飛機在空中潑灑60到數百微米的霧狀雨胚,透過連鎖反應增強降雨的過程。

2.

在地面燃燒人工增雨焰劑,它會釋放1~5微米的吸水性或可溶性粒子,加速雨滴的碰撞以幫助降雨。

有水當思

無水之苦

以往台灣地區常在乾旱發生時才開始進行人工增雨,此時已經缺乏深厚雲層,反而不是最佳施行時機。近年來氣象雷達的資訊收集,加上高速電腦的運算模式輔助等,對施行人工增雨的適當時機與條件,已經累積相當豐富的經驗。根據學者的研究得知,燃燒碘化銀溶液的地面造雨方式平均可以增加10%降雨量,利用空中造雨方式則可增加至20%,所以人工增雨增加降雨的效果是可以預期。

由於台灣地區年降雨量變化很大,加上氣候變遷使強降雨發生機率增多,讓台灣的水資源分配相當不穩定,因此除了缺水時實行人工增雨可緩解旱象之外,平時遇到適當氣象條件及早實行人工增雨,則可穩定水資源供應,是積極管理水資源的方式之一。

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