從今年 (2021) 三月初開始,台灣的降雨量越來越少,也造成台灣水情吃緊,根據中央氣象局的紀錄,日月潭三月的降雨量僅 19.5 毫米[1]。各縣市開始祭出各種限水政策,台中地區開始實施供五停二,包括民生、餐廳、工廠都接連受到影響。既然全台缺水,為什麼我們不直接使用人工增雨法讓全台下一場大雨,一解現在所面臨的旱象呢?
來一場大雨吧—人工增雨法
人工增雨法其實就是大家平日所聽到的「人造雨」,但並不是在任何時間與地點都可以立刻來場又急又大的超強豪雨,人造雨的原理其實是加快水氣凝結至降水的時間,加速降雨的過程!
這種加快降水的過程又可以被稱作「種雲」,在水氣較為充足的天氣中適當的進行種雲,利用人為作用在空氣中釋放懸浮微粒,增加水氣的體積或是提供水氣可以凝結的表面(沒有下雨的天氣並不一定代表空氣中完全沒有水氣,也有可能是空氣中的水氣沒有可以依附的表面,而無法凝結形成雲滴),增加降雨機率。
不同類型的雲使用的人工增雨法也大有不同,依照每種雲層的降雨原理差異,我們可以簡單將雲層分為兩類:暖雲以及冷雲。
暖雲,溫度高於攝氏 0 度,水氣上升造成溫度降低、凝結而形成的雲。
暖雲當中的水滴因體積較小,其浮力遠大於自身的重力,所以水滴無法輕易落下,此時的人工增雨方式,便是讓暖雲中的小水滴相互碰撞,增加雲內水滴的大小,當水滴重力大於浮力時,水滴便會向下墜落。
讓暖雲中的水滴體積增大有三種方式:第一種方法是在雲中加入更多水滴,讓水滴與水滴產生更多碰撞。第二種方法為利用吸水例子–氯化鈉,當氯化鈉進入雲中,可以迅速吸收雲中的水氣並且成長,當雲中的水滴開始相互碰撞後,即能產生降雨。第三種方法是利用硝酸鹽,硝酸鹽為一種可溶性粒子,跟氯化鈉一樣可以吸收水氣,也可以促使雲中水滴碰撞。
冷雲,低於攝氏 0 度,且組成成分主要是由過冷水滴和冰晶形成的雲。
當過冷水滴吸附在冰晶上時,冰晶的重力越來越大,直到冰晶克服浮力落下即形成降雨。此時的人工降雨法,是希望提供冷雲內的過冷水滴擁有更多的冰晶可以附著,使被附著的冰晶因重力作用下落,隨著高度降低,冰晶溫度也越來越高,最終形成水滴而降雨。
讓冷雲產生降雨的方式有兩種:第一種方法是在雲中噴灑乾冰,乾冰的溫度為攝氏 -78 度,當噴灑乾冰時,雲中的溫度快速下降,直接將雲中的過冷水滴凝結形成冰晶,成為其他過冷水滴的冰晶核;第二種方法則是噴灑碘化銀,碘化銀會成為過冷水滴的冰晶核,過冷水滴逐漸形成冰晶,最終冰晶落下形成降雨。[2]
環境條件決定種什麼雲!
在臺灣,我們多數使用的方法是「暖雲」的人工增雨法。
冷雲的人工增雨法使用機會並不如暖雲多,原因是因為在台灣上空的環境中,本就存在著自然或人工產生的冰晶核,此時的冷雲已經達到可以降雨的最佳狀態,如果繼續進行冷雲中的種雲,給予冷雲更多的冰晶核,則會造成雲中冰晶核過多,反而使降水機率減少。
我們較常使用的暖雲種雲法是利用空中與地面增雨,空中增雨利用飛機飛入雲層附近噴灑水滴,使暖雲中的水滴體積增加,加速雲滴的碰撞,進而產生下雨。利用飛機噴灑水滴的方式成果較為顯著,因可以直接抵達雲層附近,但其缺點為成本較高。
地面增雨則是在地面燃燒燃劑,增加雲中的凝結核,成為雲中水氣凝結的催化劑,增加水氣碰撞的機率。雖然在地面燃燒燃劑成本較低,但當燃劑升空至雲層時,也較容易受到環境氣流影響,不確定性相對增加,人工增雨單位也會依照情況盡量機動性的調整釋放燃劑的地點。[3]
人造雨不是「人造雨」!
過往我們習慣說的人造雨,根本不是人造雨!
目前我們的能力還是有限,我們所做的,只是「讓雨下得多一點」,而不是「憑空創造出雨」,所以近期我們已經盡量不使用人造雨的說法,而改成人工增雨。
在台灣,負責人工增雨的機構為水利署,水利署會透過氣象局的天氣資料與環境條件,選擇最適合人工降雨的地點與時間。雖然我們努力在適合的天氣條件下實行人工增雨,但因為從四月開始台灣水氣較少,也較少鋒面抵達台灣,所以人工增雨的成效並不如預期。
在二月到四月這段期間,台灣於石門、明德、曾文等各大水庫上空或地面採取暖雲的方式,進行了多次的人工增雨計畫(截至 4/17,已做了 20 次的人工增雨!)[4],希望讓更多的雨水降至地表,進入水庫,盡力的緩解缺水狀況。
以現在的科技要達到呼風喚雨的程度還有一大段距離!除了等待適合種雲的天氣到來,在面對水資源缺乏的現在,我們也可以從自身開始做起,開始節省水資源,避免非必要用水,一齊與台灣共度缺水時期!