人為空中灑水為什麼可以增加降雨?

作者:黃家傑 | 《國立臺灣大學大氣科學系》研究助理

台灣一直都在積極進行人工增雨的實驗、作業和技術研發等相關工作,希望能在枯水期期間為集水區帶來較多的雨水,減緩缺水所帶來的災害。隨著氣象學家對台灣附近地區的綜觀天氣環境,以及降雨機制的了解越來越深,近年來台灣的人工增雨方式也逐漸有了轉變。早期人工增雨大多直接參考外國的做法,在地面或空中釋放碘化銀或乾冰;近年則按照台灣地區氣象環境的特性,改為在地面或空中燃放含有鹽巴的燃劑,或者直接在空中灑水。其中,在空中灑水就能使降雨量增加,不免令一般民眾覺得匪夷所思,甚至可能開玩笑說直接把水倒到水庫就好了。到底台灣這種空中灑水的人工增雨方式是否真的有效呢?

要回答這個問題,就要對台灣的氣象條件和形成降雨的機制有一定的了解。在台灣會帶來降雨的雲,大部分都處於海拔0.5至5公里,只有液態水(liquid-phase cloud/warm cloud)的「暖雲區」;少數對流旺盛的直展雲(如:積雨雲)可以發展到10公里以上,存在冰相粒子(ice-phase cloud/cold cloud)或混合相雲(mixed-phased cloud)的「冷雲區」。台灣位處較溫暖的副熱帶地區,暖雲帶來降雨的頻率,比冷雲帶來的降雨頻率要高很多,因此在台灣以暖雲作為人工增雨的目標,有較高的機率可以進行作業。

暖雲的降雨機制旨在要有足夠數量的大雨胚,去收集雲中其他較小的雲滴,最終形成降雨。雲滴剛形成時直徑通常約0.01至10微米(10-6 m)左右,這種大小的雲滴只能透過把雲中水氣凝結的方式緩慢成長;當雲滴成長至直徑大於38微米後,才會因碰撞效率增加,轉而以碰撞合併(collision-coalescence)的方式收集雲中的小雲滴並快速成長。當這些大雲滴或雨胚進一步成長到約1毫米的大小,已經開始有足夠的終端速度形成降雨,而且會因為碰撞碎裂或自發碎裂成為多顆雨胚,產生的連續反應會進一步加速碰撞合併成長的速率,最終加強降雨效率。(圖一)

從學理上來說,把灑水作為其中一種暖雲增雨的方式,正是希望可以提供大量的雨胚,加強碰撞合併成長和後續的連鎖反應,最終把雲中的雲水收集起來並帶到地面形成降雨。綜合上述的條件,在台灣適合用灑水方式進行增雨的雲,大多為秋冬季時伴隨東北季風而來的層積雲,雖然本身降雨量不高,但有一定的厚度供雨胚收集雲中的雲滴;灑出的雨胚大小應限制在50至200微米之間的水霧,太大或太小的話反而會降低增雨的效果。

雖然灑水作為增雨的方法是符合學理的,但是由於台灣的地形非常複雜,由地形引起的波動和降雨系統本身與地形之間的交互作用,以及灑水用飛機在靠近地形時的危險性,都使判斷降雨系統的變化與制定增雨策略變得異常困難。面對日益嚴峻的水資源問題,政府與民間都需要投入資源和作出配合,才能繼續支持進行人工增雨的研究。

 

引用文獻

  1. Bruintjes, R. T. (1999). A review of cloud seeding experiments to enhance precipitation and some new (Read more...)