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國外人工增雨作業案例水利防災中心

  發刊期數:第0477期/ 發布日期:111/03/04

水當用時方恨少,每當乾旱缺水時,大家都總是會想,如果能夠靠人為的力量創造出一些雨水,讓水庫多蓄一些水可供民生之用,那該有多好啊;因此,近年來,各種科學上的人工增雨技術均有所進展,其中最常利用的增雨技術即為種雲(cloud seeding)技術,即運用飛機潑灑清水、乾冰或掛載燄劑在雲下燃燒,地面施作則是在地形迎風面等有利的位置上燒燄劑,藉由自然的力量將質點送進雲中。

國際上種雲發展

(一)美國

全美各地約有21 個計畫透過政府組織以及民間公司進行有關人工增雨的相關計畫。使用方式為飛機載具,進行冷雲以及暖雲種雲。

1973年在猶他州進行的六個大尺度計畫共花費約40 萬元美金,2000年由猶他州自然資源處發布的報告顯示在每年四月一號的積雪量變化,在過去9到22年的計畫實行間,共有7~20%的增加量,而逕流量約增加了25萬畝尺(1畝尺約等於1,233立方公尺),約增加了13%。以相同的計算方法計算過去20餘年內華達州的效益比分析,成效則略低於猶他州。在科羅拉多州藉由化學種雲的方法成本約為每畝尺20美元。

(二)以色列

以色列為地中海型氣候,夏季漫長少雨,冬季多雨。超過70%的以色列降雨量是在11月至3月之間降下,6月至9月通常是無雨季節,降雨量在全國分配不均。

以色列國家水公司Mekorot已從事超過45年的增雨計畫,在Sea of Galilee地區增加了13~18%的年降雨量,透過對雲物理過程,並考慮到驗證性而採取隨機試驗,主要採取碘化銀做為冰核進行冷雲種雲,同時使用飛機撥種以及地面燃燒器排放。該國每年投入人工增雨工作經費約100萬美金。

(三)南非、墨西哥與宏都拉斯

在1991-1995年的十月到三月間,南非採用飛機平台掛載燄劑如圖1,可以確保該物質有直接進入雲系間,並提高施作效率與作業範圍。五年間共有127件可供種雲事件發生,其中有62件種雲事件採兩組飛機,配合雷達觀測回波以及上升速度判斷是否進行施作,由飛行員以及雷達操作員之間進行隨機分配,結果顯示有顯著增雨效果。

墨西哥實驗也建立於與南非實驗相同的概念,於1996至1998年間進行,使用了C-band雷達以及The Thunderstorm Identification Tracking and Nowcasting(TITAN) 軟體協助進行分析,三年間共有94件可供種雲事件發生,其中有43件種雲事件,得到的結果與南非實驗相似。

  • 表3 南非、墨西哥與宏都拉斯人工增雨作業相關資訊彙整表3 南非、墨西哥與宏都拉斯人工增雨作業相關資訊彙整

宏都拉斯由TRC北美天氣顧問公司(TRC North American Weather Consultants)協助作業,以飛機播灑碘化銀為主,在1993、1994、1995及1997年的雨季實施,增雨效率約9~15%。

  • 圖1 南非增雨飛機掛載焰劑情形圖1 南非增雨飛機掛載焰劑情形

(四)泰國

泰國長期研究人工降雨技術,較為完善的人工增雨已施行50 年,並成立皇家人工降雨隊(空軍),負責在旱季期間,在全國東北部和北部地區實施,選定條件適合日及目標雲系,以多架飛機一起施行,於降雨目標區之氣流上游處,分別在12,000呎以及7,000 呎,兩架飛機以夾角為45度的交叉飛行路徑分別灑出種雲物質,在較高高度為冷雲種雲,施灑碘化銀等物質,而較低高度則噴灑等化學物質或是水滴,並於一天之中多次派出飛機飛行。泰國政府每年約編列約3,200萬(美元)作為增雨預算。

(五)印度

該國已規劃進行為期三年的計畫,Cloud Aerosol Interaction &Precipitation Enhancement Experiment (CAIPEEX),希望能夠發展適合印度本土六月到九月季風季的種雲技術。在施行部分,主要為飛機載放點燃後的吸濕燄劑飛於雲層中,使雲系降雨效率增加。飛機的飛行方式為在選定區域中向前繞行方式飛行並使用雨滴譜粒徑分析以及都普勒雷達做為檢驗。在第三階段(2011-2012),使用數值模式模擬,提供更有效的種雲時機跟方法。

(六)中國

目前中國各地常使用的增雨技術為飛機載具在高空灑乾冰或水滴以及地面高炮、地面碘化銀燃燒站等,高炮增雨係將含有碘化銀的砲彈打入有大量積雨雲的4,000至5,000公尺高空,碘化銀在高空擴散,成為雲中水滴的凝聚核,適合固定於目標水庫作業。

而地面佈置AgI燃燒爐主要適合在經常有地形雲發展、交通不便的山區,催化劑依靠山區常有的上升氣流輸送入雲,這種方式的優點是經濟、簡便,其缺點是難以確定催化劑入雲的劑量。

  • 圖2 中國人工增雨火箭發射車(左)外觀(右)發射管仰視圖圖2 中國人工增雨火箭發射車(左)外觀(右)發射管仰視圖

另飛機人工增雨作業一般在每年的秋冬季節,中國在2003年改裝一架美國Piper Cheyenne輕航機,首次做為增雨的專用飛機;2008年改裝「運八」運輸機,於2009 年之後進行劇烈天氣觀測。

(七)阿拉伯聯合大公國

阿聯執行增雨機構「國家地震暨氣象學中心 National Center of Meteorology and Seismology, NCMS」數據指出,2020 年上半年增雨次數達219次,共使用4,841枚增雨炮彈以及419枚地面型炮彈 (ground generator flares),所有增雨炮彈皆由NCMS所屬的阿聯天氣工廠 (Emirates Weather Enhancement Factory)生產,空中增雨流程如圖3:

  • 圖3 阿聯空中種雲流程圖圖3 阿聯空中種雲流程圖

阿聯使用之增雨炮彈組成成份包括70%化鉀、13%化納、12%凝結物質以及5%,增雨炮彈成份比例如圖4:

  • 圖4 阿聯自製增雨炮彈成分比例圖圖4 阿聯自製增雨炮彈成分比例圖

2020年1月9日阿聯Masdar科技研究所化學暨環境工程教授Linda Zou(中國大陸籍)領導之研究團隊執行增雨實驗,為測試該團隊研發之新技術及媒介物質。NCMS數據指出,1月9日至12日Al-Ain酋長國降雨量最高達190.4毫米,創1996年來最高紀錄。

結語

本文係以各國分述其氣候背景、實施人工增雨方式以及相關經驗,其中方式包含冷雲種雲及暖雲種雲。因大氣位於地球周圍之開放空間,囿於現有觀測能量,無法明確瞭解各種增雨劑與大氣中之水氣或小雨滴交互作用效果,初步仍需累積試驗次數以蒐集其殘留之催化劑,加以進行殘留物之粒徑分析等,並套入大氣模擬,視需要增加雲內氣象觀測(如雲雷達、雲滴譜儀及無人機觀測等),期能確認其與大氣中之水氣或小雨滴是否產生交互作用。