如何给孩子解释「沙漠那么干,为什么不人工降雨」?

如何给孩子解释「沙漠那么干,为什么不人工降雨」?

笑霜,理科硕士,阅读推广人。以科研精神创作,关心育儿、生活与健康

这就要从人工降雨的原理说起啦。

你想象中的人工降雨,是不是像消防车或者洒水车这样,用一根大管子伸到天上下雨呀?

或者天上有架飞机在洒水?

其实都不是!

人工降雨,或许换个说法更合适:人工催雨 or 人工增雨

人工降雨是怎么实现的呢?

这得从雨是怎么形成的说起。

咱们地球表面的水被太阳照射,就会蒸发形成水蒸汽。水蒸气来到高空,遇到冷的空气附着在微尘上就凝结成了小水滴。这些小水滴体积很小、重量很轻,当它们聚集在一起的时候就慢慢成了云滴。云滴之间不停碰撞,体积越变越大。等云的体积和重量大到一定程度后,空气就承受不住啦,于是开始下雨。

就好像我们锅里烧水的时候,水变热成了水蒸气,遇到冷的锅盖凝结成了水滴。小水滴就附在了锅盖上,小水滴汇成大水滴,因为更重了就会从锅盖上滴下来。

人工降雨也要遵从水的循环。有云才能有雨,但不是所有的云都有下雨的潜力,只有那些有下雨潜力和符合一定条件(云里面的水滴比较多,云层较厚)的云才可以通过人工干预降雨。

人工降雨的时候,我们用高炮、火箭、飞机等等向云中播撒的不是水,而是一些催化剂,比如温度比较低的干冰、液氮,或者 AgI 等。也可以在地面布置燃烧炉,通过自然的上升气流将催化剂送入云中。这时候云层中的云滴会在催化剂的作用下迅速增大,然后形成雨滴降落到地面。

所以,人工降雨需要一个前提:地面蒸发的水汽形成了足够厚的、快要达到降雨条件的云。有了这个前提,我们才能通过人工干预的方法降雨。

不是每一种云都能下雨

人工降雨不是「洒水」,实际上是「触发」降雨。

就像我们玩多米诺骨牌,牌已经先立好了,但就缺一个力推到第一块牌。人工降雨时向云里面播撒催化剂,就类似推到第一块多米诺骨牌的力。

人工降雨的「催化」,就好像是推到第一块多米诺骨牌的力量

可是沙漠地区本身就很干旱,地面的水很少很少,天空中很难形成足够厚的、达到人工降雨条件的云。就好像是玩多米诺骨牌时,手上没有足够的牌,那就很难实施人工降雨啦。

一些关于人工降雨的冷知识世界上第一次人工降雨

直到 1930 年,世界上的第一次人工降雨实验才成功。这次人工降雨,是荷兰人维拉尔特教授取得的。他把干冰用飞机运载到 2500 米的高空(离云顶 200 米处),在飞行过程中向云中投掷了近 1.5 吨的干冰碎块,并出动 4 架飞机在云中检验人工降雨的效果,发现在 8 平方公里的面积上,产生了丰富的降雨[1]

但那个时候,他还不明白其中的原理。

直到 1933 年,瑞典人贝吉隆提出了“冰水转化”冷云致雨理论以后才弄明白。原来,在温度低于 0℃的冷云中,是同时存在已经凝结的小冰晶和过冷却的水滴。因为小冰晶的存在,可以使云中的水滴继续蒸发、凝华到小冰晶上。只有当冰晶的数量足够多的时候,也能促使更多的水滴凝华、聚集到小冰晶上。云就会越来越重,到一定程度,空气终于托不住了,就会形成降雨。

人工降雨,就是人工帮助云里面形成更多的小冰晶(通过降温、提供小冰晶凝结的核),来催化下雨的形成。

我国第一次人工降雨

咱们国家第一次成功实现人工降雨,是 1958 年[2]

1958 年夏天,吉林全省面临严重干旱。吉林省气象部门在吉林市开展国内第一次飞机人工增雨试验成功。

当时用来人工增雨的飞机,居然是轰炸机改装的。因为那时候吉林省还没有民用飞机,最后是中国人民解放军驻长某航空学校提供了一架轰炸机来支援人工增雨。部队的修理厂用了一个星期,把轰炸机腹部的两个弹仓,改装成了播撒催化剂的播撒器。就这样,吉林省首架人工增雨飞机诞生了。

因为当时到处买不到原本用来做催化剂的干冰,吉林省气象部门向中央气象局“取经”,得知氯化钠(就是我们吃的盐)也可以代替催化剂。于是气象部门买了 200kg 盐,把它们磨碎到微米级,就是比 1 毫米还要小 1000 倍。

7 月 21 日,适宜人工增雨的天气条件出现了,下午 15 时 20 分,经改装的轰炸机,携载 200 多公斤盐从大房身机场起飞,沿长春 - 桦甸一线进行人工增雨试验。飞机飞到 5000 米高空时,开始断断续续播撒催化剂的。大约播撒了 10 多分钟后,飞机返航,飞机降至 4000 米时,风挡玻璃上就有了降水。第一次人工降雨试验成功。

后来大家发现使用氯化钠作为催化剂有腐蚀作用,于是找到了吉林化工公司来生产干冰。到了 8 月,吉林市出现适合的天气,气象工作人员们又一次成功地使用干冰进行人工增雨。此次降雨范围长约 20 公里、宽 10 公里,据当地水文站报告,此次降雨量有 16 毫米,大概是我们平时说的中雨。后来,吉林一共进行了 20 次人工增雨,减轻了吉林市郊区和永吉、蛟河、桦甸、舒兰的旱情。

人工降雨除了缓解干旱,还会用来调节天气

除了缓解干旱的时候会用到人工降雨,还有一些时候也会需要人工降雨。

比如国庆节举行重大庆典阅兵式的时候,如果预测阅兵式当天北京可能会下雨,气象部门就会提前通过人工「催雨」,让雨提前下来,这样就可以保证活动当天不会受下雨影响了。[3]

@知乎亲子