书城科普读物科学伴你行—气候解析
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第9章 气象技术(2)

消雹可以利用飞机、高射炮、火箭等。在雷达的监测下,利用高射炮、火箭发射人工成冰剂,在我国与前苏联(现在以俄罗斯为主)比较常见。俄罗斯有专用消雹火箭和专用雷达。此雷达能在300公里以内确定是否有冰雹,并能确定雹区面积、移动速度、降雹强度,甚至可以算出冰雹的平均直径来。我国也在1980年研制成了JFJ—I型降雨防雹火箭。

需要澄清的一点是,人工消雹也可以采用空中爆炸作业的方法。爆炸发生后,由于冲击波的作用,大冰雹会粉碎,过冷却云却会直接冻结下降,于是消雹的目的也就达到了。

人工消雾

雾给交通带来的损失是巨大的。飞机怕雾,有雾飞机无法起飞和降落;在飞行中,无法看清目标,会发生撞山等可怕的事故。1948年圣诞节,从武汉到上海的飞机,因大面积降雾一天就出现了三次事故。轮船怕雾,海上浓雾会使船只触礁失事;汽车怕雾,高速公路上汽车追尾事件的罪魁首常常就是雾。机场上一有雾,飞机无法起飞,其直接损失是以每分钟多少万元来计算的。1993年11月中旬有两天,北京首都机场因雾取消航班183个,直接损失300万元。有雾就要消雾,所以今天有了人工消雾的新鲜事。

和云一样,雾也有冷暖之分。在0℃以下的冷雾,目前科学家已经有较为成功的办法进行消除;而对于0℃以上的暖雾,对付它的有效办法还没有找到。

消冷雾的原理是瑞典气象学家1933年提出来的。他认为,在云雾中必须有冰核存在,水汽才能以它为中心,结成冰晶降落下来。但是如果雾中没有冰晶,可否用人工方法将冰晶引入雾中使之消散呢?当然可以办到,这就是人工消冷雾。

实际上,第一次人工降雪的道理正好与此类似。那是1946年11月,美国科学家谢弗乘一架小飞机,在层云上沿一条4.8公里的航线撒下了1.36公斤的干冰,使整个云层变成了白雪。干冰是二氧化碳在-78.5℃时凝结成的固体,把它洒在云雾中,可使云雾的水汽温度降低到-40℃以下,并凝结成小冰晶,最后形成雪花掉下来。雪花掉下来,等于说消雾工作获得了成功。

消冷雾的关键问题是要产生冰晶,但产生冰晶必须使温度达到-40℃以下。一克干冰大约可以产生一万亿个小冰晶,另外如丙烷、液氮可以使云雾气温下降到-70℃、-196℃,所以它们的消雾效果也不错。俄罗斯、我国消雾工作就曾用过液氮。与此同时,让空气对流速度达到1.5~2.0马赫(声音传播速度)时,据说温度也可以降到形成冰晶的程度。

人工消雾也有直接采用降雨方法的,如使用碘化银为代表的冰核就是这样。碘化银的晶体和冰晶相似,这可以使水汽凝结在其上面。有一种方法是燃烧,即用高温把碘化银烧成小的烟粒,使它在饱和的低空雾中长成小冰晶,最后形成雨。我国气象科学研究院研制出高效的碘化银烟剂,每克碘化银可以产生1015个冰核,是干冰的14倍。

实际上消雾时常常要在地面设置多个催化剂撒播点,在地面上数米高度上施放催化剂,但这关系到风向和风速问题。国外的一些国家常布置多个撒播点,根据具体情况自动调整位置。

至于消暖雾,科学家们还在努力探索。国外曾有机场采用加热焚烧的办法驱雾,如巴黎奥利机场有一大群燃烧炉,在消雾时能自动点火,可耗油量很大,而且效果不明显,所以并不十分可取。法国戴高乐机场还把喷气式飞机派上了用场,在有大雾时,工作值班人员开动喷气发动机,利用高温喷气来驱赶浓雾。另外,还有利用声磁波消雾的方法,但没有达到实用的程度。

人工防雷

防雷这种提法是否准确,有待于探讨。但人工防雷已有上千年的历史了。

有人曾经指出,在我国古代建筑的各种楼阁上存在着避雷装置,这并非不可信。可是避雷并不等于消雷;严格地说,它还没有达到满足人们真正防雷的要求。

1749年,美国科学家富兰克林用风筝做实验,揭示出了雷电的秘密。后来,他把一个尖铁棒架在高物上,铁棒下面还接有一根接地的铁丝,从而形成了世界上第一个“避雷针”。

“避雷针”实际上是在引雷和招雷,因为它在雷雨放电时,会使周围的物体带电产生破坏作用。为此有人认为,1926年美国彼卡订尼军火库的火灾,1967年埃尔赛贡多储油库的火灾,就是避雷针“引火烧身”产生的破坏结果。

后来,人们发现了“避雷针”的症结所在,即单根避雷针不能容纳巨大电荷的通过,要想有效地避雷,必须设置更多的通道。为此20世纪中期,美国的“消雷公司”研究出了新型“消雷器”。此消雷器把避雷针的针尖数量增多,并进行了合理排列,下面再用导线接上触地装置。在雷雨发生时,地面电荷和雷雨云的电荷因异性相吸,开始相互流动。在此过程中,雷电中的电场强度会受到削弱,雷击事件因此减少。

我国在20世纪70年代开始消雷技术研究,并且在云南、贵州、湖南、浙江、福建、河北等地进行了一些试验,并取得了很大的成功。例如,昆明气象站在太华山已建有一座25米高的“避雷针”建筑物,由于此地雷雨经常发生,且能量很大,几乎每年都有雷击伤人的事件,1967年到1979年就发生了五起事故。1979年后,自从该地安装了一座6.5米高的消雷器后,就再也没有发生过雷击事故。我国在20世纪80年代末已研制出新型消雷器。

人工防暴雨

前面说过,人工能降雨、消雹,能否在多雨季节人工减少降雨呢!这的确是个有意义的话题。应该说,这并非不可能。其实,不要说人工减少降雨,连人工削弱台风、人工改变台风路线都可能实现呢!现在一些科学家们正在努力进行各种尝试,争取把这些美好的愿望变成现实。

但是,人工消除暴雨还只是一个梦想,还没有哪个国家在这方面真正做过成功的试验。可另一方面,人工却可以减少暴雨的直接冲刷力,进行人工蓄水,变暴雨为资源,这却是的的确确能够做到的事。

对付暴雨,主要在于就地蓄水。据推算,一万平方公里的暴雨约有10亿立方米的雨水汇集到河流中,以洪水日行100公里进行估计,必须存在容纳每秒超过一万立方米的流量才不至洪水泛滥。但实际情况是,我们根本达不到这样的条件。如1977年7月5日~6日,黄河中游经历的一次大暴雨,在延水甘谷驿以上5981平方公里的流域上,最大洪峰达每秒905万立方米,一天洪水量达1.38亿立方米,而且每立方米含泥量达800公斤。如此大的洪水冲刷,造成飞机场被毁,纪念馆文物被冲走,人员失踪,就不足为怪了。

我们进行人工蓄水是有科学根据的。一般地,每一米厚的土层可以蓄积100毫米的水量;我国黄土高原的蓄水量更大。鱼鳞坑、水平沟、水平梯田是蓄水的小型工程,采用植被结合,效果会更好。10平方米的汇流面积内有一个或多个容量近一立方米的鱼鳞坑,能够拦住100毫米的大暴雨。鱼鳞坑挖掘简单,规模很小,它也有利于各种植物的成活。

挡住暴雨是一回事,还要建立各种山间水库和塘坎,以便于贮水。有人统计,每10平方公里汇流区修一个山间水库,使总库容量达100万立方米,便可以蓄住100毫米的雨水。如果有条件,还可以建立更大的流域性水库,贮积更多的雨水。这些雨水干旱时可以抽取利用,平时也可以开库放水,甚至发电,一举两得,何乐而不为呢。

新技术带来的希冀

练拳击的人都知道,要想打倒对方,就要避其锋芒,善于抓住对方的空虚,找出其致命的弱点,反戈一击。对气象灾害也是这样。有些灾害,如酸雨,要是能找到一种克星就好办了,现代生物技术就是对付酸雨的一剂良药。

再如对于台风、海雾等灾害,人们斗不过它们,却可以躲过它们,于是有了导航技术。还有一些灾害,比如农业方面的,可以用现代气象技术进行各种估算,做到心中有数,争取把减灾工作落实得更有效。

生物技术

酸雨的危害一直引起世界各国的普遍关注,目前世界上已形成三大酸雨区,它们是:以德、法、英等国家为中心,涉及大半个欧洲的北欧酸雨区;以美国、加拿大为中心的北美酸雨区;这20年来发展的覆盖我国四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江苏、浙江、青岛等省市的酸雨区。

导致酸雨的最主要物质是二氧化硫。一些国家已经认识到酸雨危害的严重性。曾有欧洲26个国家和加拿大等,在联合国欧洲经济委员会提出的新协议上签字,保证把本国的二氧化硫排放量减少80%。美国也承诺在2010年将二氧化硫排放量减少同一百分点。从这些可以看出来,减少二氧化硫的排放量是控制酸雨的最好办法。为此,全世界四十多个国家通过了有关法律,开始限制汽车排污。欧洲共同体甚至要求成员国在1996年前,全部使用无铅低硫石油。但是经济需要发展,自然资源的利用不应该减少,关键是要另找出路——有没有一种两全其美的办法,既可以利用资源,又可以保护环境不受破坏呢?当然有,生物技术就是由此脱颖而出的一种新方法,它给我们的困境带来了新思路。

1993年,在印度召开了“无害环境生物技术应用国际合作”会议。专家们认为,用生物技术治理环境有巨大的潜力。煤是一种重要能源,它燃烧时会放出二氧化硫等有害气体。在煤中,硫分有机硫和无机硫两种;无机硫大部分以硫物质形式存在,其中主要有黄铁矿(FeS2)。生物学家们认为,利用微生物脱硫,可以使单体硫变成硫酸。在这个领域有些国家已经取得了很大进展:

日本中央电力研究所人员从土壤中分离出一种硫杆菌,该菌能有效地去除煤中的无机硫;美国煤气研究所筛选出一种新的微生物菌株,它能从煤中分离有机硫,但不降低煤的质量;捷克还筛选出一种酸热硫化杆菌,可以除去黄铁矿中75%的硫。1991年进行统计时,利用生物技术可以脱去煤中无机硫的78.5%,有机硫的23.4%。

利用生物技术脱硫原理简单,投资较少,特别适宜于一些发展中国家使用。我国煤储量和年产量均处世界前列,煤在能源的结构中占有首要位置。

生物技术脱硫,在我国前景美好,需要大力研究和开发。

生物“气象员”

生物学家根据观察,发现水母是一个高度准确的“活气压计”。在暴风雨到来很早之前,它就急急忙忙地把身体隐藏到安全地带。

科学家仔细地研究了水母的身体,发现它有一个可以感觉超声波的“耳朵”。在暴风雨发生前10~15小时内,它的“耳朵”就能清晰地“听”到由水中传来的超声波。在水母的“耳朵”前端有根细细的棒状物,上面带一个圆球,充满液体,有一个小小的石头浮起,并同神经末梢接触。超声波首先被充有液体的圆球接收,然后由水泡中的小石子传给神经,于是水母就接收到大风警报的信息了。科学家根据水母“耳朵”的工作原理,制成了自动预报大风警报的“电子耳”装置。