去年夏天，当雨云在德克萨斯州斯托克顿堡上空膨胀时，一架黄色小飞机呼啸而过。它正在执行一项任务。
这架飞机配备了水箱和机翼上的特殊喷嘴，在灰白色的云层下翱翔。然后在恰当的时刻，它向云层中释放出带电水粒喷雾。
目标？从西德克萨斯州的天空中挤出一些额外的雨水。
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“水正变得非常宝贵且越来越稀缺，”美国农业部农业研究服务部门的研究工程师 Dan Martin 说，他帮助发明了这项技术。
这是一种被称为“云播撒”的几十年历史的实践的新变化，或通过向空中喷洒特殊粒子来增加降水的努力。它是世界上最流行的天气修改形式之一，在美国西部大部分地区以及中国、俄罗斯、中东部分地区和其他国家/地区 практикуется。
近年来，开发新的和改进的云播撒形式变得更加紧迫。世界各地严重的干旱，因气候变化的稳步发展而加剧，引发了研究人员、政府和企业巨头对创新型水资源管理的日益增长的兴趣。
与海水淡化等其他水资源管理策略相比，云播撒可能相对便宜，海水淡化是一种从水中去除盐和其他矿物质以使其适合饮用的化学过程。
但有一个问题。设计实验来证明该技术实际运作得有多好是出了名的困难 (Climatewire，2021 年 3 月 16 日）。
即使研究人员致力于开发更有效的云播撒形式，科学家们也表示，很难确定它是否真的有效。
“毫无疑问，云播撒是有效的——但问题是我们到底能产生多少？”科罗拉多大学博尔德分校的大气科学家和云播撒专家 Katja Friedrich 说。
自 20 世纪 40 年代首次展示这项技术以来，云播撒技术并没有发生太大变化。
云是在水滴在空中凝结时形成的。某些类型的粒子擅长吸引水或冰，理论上可以帮助加速这一过程。几十年来，碘化银和其他种类的盐颗粒已普遍用于云播撒。
但是，使用带电水粒子的想法是相对较新的。
它根植于一个简单的理论。雨云的底部自然充满了带负电的水。用正电粒子流击打云层，水滴就会“碰撞并结合”，Martin 说。
“这样做足够多次，就会产生可降水的雨水，”他补充道。
去年夏天在德克萨斯州上空的飞行是美国农业部 研究项目 中最新的测试，该项目已持续多年。与此同时，世界各地的研究小组正在进行类似的项目，旨在提高云播撒作业的效率。
有些像 Martin 的一样，正在使用电荷。
英国雷丁大学和巴斯大学的研究人员使用无人机用电脉冲轰击云层。该项目于 2017 年启动，由阿拉伯联合酋长国资助，并于去年结束。
另一个 阿联酋资助的项目 正在试验纳米技术，通过用特殊的纳米工程粒子播撒云层。阿联酋正在资助另一项 工作，该工作使用人工智能来构建算法，可以更准确地预测最适合云播撒的天气条件类型。
为石油而雨？
2019 年，一架马来西亚军用飞机进行云播撒作业，试图通过向空中喷射水和盐来清除种植园火灾造成的雾霾。| 美联社照片/Vincent Thian
根据 E&E News 对国际专利的回顾，自 2018 年以来，十几家公司、研究机构或个人已至少为 19 项云播撒技术或方法申请了专利。Martin 发明 并正在测试的“用于天气修改的空中静电系统”也包含在其中。
几家公司也对此产生了兴趣。
去年 3 月，世界上市值第三高的上市公司沙特阿拉伯石油公司获得了美国专利，用于产生雨水“以支持偏远油田的水驱”。钻井工人需要水来测试油井并提高石油产量。但这种资源在沙特阿拉伯石油公司（也称为沙特阿美）主要运营的沙漠环境中可能很难获得。
沙特阿美获得专利的工艺 将使用碘化银或其他材料播撒云层，然后将雨水收集在水库中，以便利用这些水库来提高石油产量。目前尚不清楚这家石油巨头是否已部署该工艺。沙特阿美拒绝就此事置评。
天气修改初创公司 WeatherTec AG 是另一个例子。该公司总部位于瑞士楚格，在德国和约旦设有办事处，该公司使用巨型伞状设备为湿度和云层充电，据称这些设备会产生 造雨离子。
WeatherTec 的专利——从 欧洲专利局 和 世界知识产权组织 获得——似乎是针对尚未向潜在客户推销的新设备。该公司没有回复置评请求。
2019 年，美国飞机制造商 波音公司获得了美国专利，用于“用于诱导降雨的系统”。波音公司发言人拒绝详细说明该公司如何使用该系统（如果有的话）。
科罗拉多大学科学家 Friedrich 表示，最近云播撒研究的爆炸式增长大部分源于阿联酋。
该国对云播撒进行了数十年的试验，其雨水增强科学研究计划 (UAEREP) 自 2015 年以来已为至少 11 个涉及天气修改的不同研究项目授予了资助。获奖项目获得高达 150 万美元的资金，分三年发放。
雷丁大学研究人员 Keri Nicoll 在一封电子邮件中表示，历史上，云播撒研究一直由商业公司而非独立科学家主导。她正在参与阿联酋资助的无人机项目。这种情况已经开始改变。像 UAEREP 这样的最新资助计划“在过去 5-6 年中真正推动了该领域的研究向前发展”，她说。
中东大部分地区的气温上升速度快于全球平均水平，降水量正在下降。研究表明，随着该地区持续变暖，干旱将变得越来越严重。
“他们出于显而易见的原因，正在大力投资云播撒，”Friedrich 说。“他们需要水。”
最近也遭受破纪录干旱的中国正在成为另一个改变天气的领跑者。2020 年，该国宣布计划迅速扩大其国家天气修改计划，覆盖面积超过 200 万平方英里。
“并非万能药”
美国西部对新的云播撒技术的兴趣也在增长。Friedrich 将部分原因归因于她在 2020 年与人合着的 开创性研究。这是首批定量证明云播撒有效的研究论文之一。
为了显示真实的效果，科学家必须证明，如果没有播撒云层，播撒云层产生的降雨就不会发生。这需要两组实验，使用相同类型的云，在相同的地点和相同的条件下进行——一组进行播撒，一组不进行播撒。
这在天气条件不断变化的现实世界中很难实现。几十年来，科学家主要依靠统计研究。通常，这包括在一个地点播撒云层，同时监测附近地点未播撒的云层并比较结果。这些发现的科学说服力较弱——但它们是一个开始。
统计研究表明，云播撒作业可能会使降雨量增加多达 15% 或 20%。
但 Friedrich 的项目于 2017 年在爱达荷州的佩耶特河流域进行，它幸运地进行了一次近乎完美的实验。当地天气条件使其能够比较连续三天在同一地点播撒云层的效果。在那段时间里，科学家估计播撒的云层产生了大约 286 个奥运会游泳池容量的雪。
该项目有效地证明了云播撒是有效的。但它的效果如何是另一个问题。它并没有证明在不同条件下，在不同的地方会下相同的雨雪量。
科学家可以使用 Friedrich 等人的实验数据来构建模拟云播撒作业的模型，帮助回答这些问题。但在缺乏此类数据的情况下，许多研究项目仍然依赖统计研究。
这不是一个完美的解决方案。但一些有限的数据似乎很有希望。例如，Martin 的带电水技术试验表明，它可能比传统的云播撒工作有效两倍。
尽管如此，即使云播撒可以略微增加美国西部的供水，它也有其局限性。首先，它需要云，这使得它在干旱期间不太有用。
Martin 说，这使得它成为一种需要大量提前计划的策略。它应该在干旱来临之前用于加强供水。
“大多数人不会在情况良好时——当我们有充足的降雨时——考虑云播撒的必要性，”他说。“只有当我们遇到干旱时，他们才会想到它，但到那时已经为时已晚。”
而且由于对于即使是传统的云播撒技术的效果如何仍然存在很大的不确定性，Friedrich 警告说，“你不想把所有的鸡蛋都放在这一个篮子里。”
云播撒可能被证明是武器库中的一种有用的工具——但水资源管理者应该掌握其他策略。
“如果我是水资源管理者，我会考虑它，”Friedrich 说。“但这并非万能药，也并非真正解决所有问题的方法。”
转载自 E&E News，经 POLITICO, LLC 许可。版权所有 2023 年。E&E News 为能源和环境专业人士提供重要新闻。