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Stormfury_small按照气象学定义,飓风(发生在西北太平洋的称为台风)是指中心持续风力达到12级以上的热带气旋。飓风中心是相对平静的区域,卫星云图上可以看到一整片涡旋云区中间有个无云的眼区。围绕眼区的是一圈快速旋转并强烈上升到对流层顶的云,像是螺旋飞速向上攀升的圆形墙,又称眼壁(eyewall)。这是飓风最具破坏力的区域,最大持续风力和瞬时风力都发生在眼壁区。向外延展的对流涡旋云区也伴随着强风和暴雨,卫星观测显示这些多为螺旋向外延伸的螺旋雨带(rainband)。形象但不精确地打个比方,飓风就像一个被旋转地球、发热的海水和湿热空气一起催生出来的火爆陀螺,被中层大气环流抽着移动,所到之处狂风暴雨。飓风一旦登陆,强风、暴雨、风暴潮和洪水之类的灾害往往让无数人失去生命或者无家可归。想象一下,如果可以把飓风制服,让这群全身危险品的醉汉平静下来,成为乖乖运送淡水的扛水工人,那该多完美。就算不能一步实现,给飓风“去去火”也不错。Project STORMFURY就是当时人们所做的尝试。

虽然这个计划从1962年开始,故事得从1946年说起…

先驱者:文森特  沙佛(Vincent J. Schaefer) 和欧文 朗缪尔 (Irving Langmuir)

他们是同在通用(General Electric)实验室工作的两师徒。文森特 沙佛属于自学成才的科学家,15岁就辍学然后到通用当工人。他在通用实验室遇到欧文 朗缪尔时,欧文 朗缪尔已经是获得诺贝尔家的化学大牛了。欧文 朗缪尔欣赏文森特  沙佛的聪明才智,文森特  沙佛敬仰欧文 朗缪尔的博学多识。他们两个志趣相投,对户外活动和天气等都充满了激情。他们简直是导师和学生的典范,总之他们合作愉快,发明和发现了很多有意义的东西。

1946年,文森特 沙佛偶然发现干冰能让云迅速结冰。他和导师一同设计实验,在通用实验室里成功地制造出人工雪花和降水。实验室里另一个科学家伯纳德 冯尼格特(Bernard Vonnegut)随后发现碘化银粉末也可以促使云产生冰晶降水。这些发现和实验造成不小的轰动。正如47年后纽约时报文森特沙佛的悼文中写着:他曾被赞誉为对天气做了点什么而不是只说不做的第一人。(He was hailed as the first person to actually do something about the weather and not just talk about it.)这里说到的“做了点什么”就是后来人工影响天气的重要理论之一---云种播撒。干冰粉和碘化银粉末可以促使云产生冰晶,因为云中存在很多在零度以下仍为液态的过冷水。这些过冷水遇到 干冰或碘化银会迅速结晶,并快速增长成冰晶或雪片,这样能帮助云层产生降水。

惨遭飓风报复的试验卷云计划Project Cirrus (1947-1952)

在重大发现面前,他的导师欧文朗缪尔表现得更为“疯狂”。他看到用云种播撒机制影响天气的前景。在他的盛名和激情游说之下,通用、美国陆军通信兵、美国空军和美国海军不顾其他质疑的声音,合作进行第一个人工影响天气计划--- Project Cirrus(卷云计划)。文森特 沙佛和伯纳德 冯尼格特是项目重要的科学家。卷云是在很高很冷的天空中形成的云,云里全部是冰晶或者过冷水。这个计划主要目的是在各种条件下进行云种播撒,然后通过飞机和地面设备观测天气变化。

这个由多部门合作,雄心勃勃的计划有一个特别项目,就是人工影响热带风暴和飓风。卷云计划1947年2月开始进行,一直没有飓风出现。直到10月10日,一个热带风暴在加勒比海上形成向北部移过来。10月13日清晨三架飞机起飞到飓风区域,其中一架飞机在飓风外围雨带播撒下约36公斤的干冰粉 末(又一说80公斤)。随后据机组人员所说,云层出现了很明显的改变,但是没有任何观测显示飓风的结构和强度有所变化。之后原本正在远离美国大陆的飓风突然转头向西行进,并在佐治亚州和南卡罗来纳 州登陆。这引起公众强烈不满,Irving Langmuir也在报告中提到,人类对飓风了解极度有限,应该在大洋中部做类似的试验。这项原本计划“人工影响热带风暴,并试图控制飓风移动路径”的计划惨遭飓风戏弄被迫取消,甚至被公众威胁将被起诉。

重新启动的飓风研究—人工影响飓风计划 Project Stormfury

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1947年第八号飓风路径图

1954-1955年,6个强飓风袭击美国东海岸,导致近400人死亡。飓风带来的伤亡和财产损失的惨痛刺激政府开始重视飓风研究。1955年美国气象局成立飓风研究课题(National Hurricane Research Project, NHRP),其中一个宗旨就是试图影响或改变飓风。科学家们认为,眼壁附近区的空气非常不稳定。如果进行云种撒播,冰晶过程释放的热量会对眼区的气压场产生扰动,眼壁的不稳定被激发而向外扩张。根据角动量守恒原理,最大持续风速就会降低。时隔14年,1961年9月16日,NHRP和美国海军合作,向飓风 Esther眼壁播撒了大量碘化银,风速减弱10%。第二天他们继续播撒碘化银,但是不在眼壁区以内,风速没有减弱。这组对比试验被认为成功地证实了当时 的科学假想。这次试验大大鼓舞了项目参与者,一雪14年前飞行试验的耻辱。

1963年8月飓风Beulah出现,Stormfury迫不及待地开始飞行。23 日,Beulah的眼区还不明显,最大持续风速约为40米每秒,尚未达到强飓风(major hurricane)的强度。Stormfury播撒出现错误,将碘化银撒到外围区域,观测没有显示任何强度变化。第二天,Beulah发展出明显的眼区,最大持续风速达到50米每秒。当飞机将碘化银播撒到目标位置,在外围新的眼壁开始形成,最大风速减弱20%,最大风速半径也外扩到新的眼区位置。这样的结果看似又一次证实了Stormfury提出的科学假想。

科学假想的发展和潜在缺陷

随后Stormfury计划的科学假想开始考虑动力学因素。在冰晶形成的过程中,不但有能量释放,产生的浮力也增强了云团中的对流上升运动。如果在眼壁区以外的强大积云塔中播撒,将加强积云塔的对流活动并产生新的眼壁。新的眼壁夺走原先眼壁的水汽和动量输送发展起来并取代旧的眼壁。这样的眼壁外扩的过程将减弱飓风的强度。但是Stormfury计划证明这个科学假想的过程存在一个逻辑缺陷,不过被观测证实已经是20年以后的事了。在此之前Stormfury计划风光了20年,一度发展成多达100人的团队。

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Stormfury计划示意图

1965 年Stormfury对媒体通报, 准备对飓风Betsy进行播撒。但是,飓风Betsy突然折向,奔向陆地。于是Stormfury取消了飞行计划。之后飓风Betsy在佛罗里达州登陆。但是很多媒体没有接到Stormfury飞行取消的通知,仍然在宣传。公众和国会以为Stormfury计划又把“祸水”引来。Stormfury计划花了两个月时间说服国会相信他们跟飓风Betsy无关。之后几年到直到1969年飓风Debbie之前,不是由于飓风季节不够活跃,就是因为飓风的位置太靠近陆地或者离陆地太远,Stormfury计划一直没有机会进行播撒试验。飓风 Debbie符合Stormfury计划的飓风减弱理论所有的要求:位置适当,强度够强,眼区明显。两次播撒以后,飓风风速分别减弱31%和18%。这第三次证实了Stormfury计划的科学假想。他们满心希望地准备扩大试验范围和频率,把在这几年来改进了的播撒设备和观测设备充分发挥。

最后一次试验--1971年飓风Ginger

可惜天公不作美,70年代初西北大西洋飓风活动非常不频繁,没有出现任何适合Stormfury播撒的飓风。1971年Stormfury尝试对飓风Ginger播撒。这个飓风强度较弱而且眼区不明显,播撒以后没有出现任何改变。美国海军退出该计划,而且项目使用的飞机也到达了操作年限。项目重造了两架 Lockheed WP-3D飞机。加上美国大气海洋局的一架C-130B,美国空军一架WC-130H和美国宇航局的一架Convair 990, 5架飞机可以更好地观测播撒和飓风强度的变化之间的关系。西北大西洋缺乏试验对象迫使Stormfury计划寻求在北太平洋和其他海域试验的机会。 Stormfury计划无法证明播撒过程是否会改变飓风的过程和路径,于是基于安全和其他考虑,没有国家同意在邻近海域进行试验。于是1971年对飓风 Ginger的播撒试验成为Stormfury计划最后一个飓风试验。

在飓风播撒期间,Stormfury计划也在观测和播撒普通积云。观测发现和普通积云不同,飓风中存在很少的过冷水,这并不适合云种播撒增加降水的机制。1977年飓风Anita和1979年飓风David在没有人工干预下,都自动出现新的眼壁在外围发展并取代旧的眼壁过程。人们没法证明Stormfury计划几次所谓成功干扰飓风强度的播撒试验,是不是正好碰到飓风自身演变。Stormfury计划不得不承认其无论是云物理学还是统计学上都是不可靠的。1983年Stormfury计划正式叫停。在长达21年的时间里,Stormfury 计划追踪超过15个飓风,并对4个飓风尝试云种播撒试验,留下很多宝贵的观测资料设备和八卦故事供后来的研究者反复引用。

参考文献和图片来源:

1. http://www.aoml.noaa.gov/hrd/hrd_sub/sfury.html

2. http://www.dtic.mil HISTORY OF PROJECT CIRRUS

3. Willoughby, H. E., D. P. Jorgensen, R. A. Black, and S. L. Rosenthal, 1985: Project STORMFURY, A Scientific Chronicle, 1962-1983, Bull. Amer. Meteor. Soc., 6, 505-514

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Stormfury

5. New York Times

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21 Responses to “人工影响飓风计划(1962-1983)”

  1. laoma说道:

    "1096年曾出现过一例类似的异常转向",那时候还没有发现新大陆。

  2. HelloBeauty说道:

    记得以前看过有关这个的科幻小说,不过那个好像是用核弹在风眼引爆~

  3. Cielo说道:

    果然还是没有足够的机会去做这种跟气象有关的实验啊……

    P.S:是从论坛转过来的吗?因为我有点印象,之前肯定看过。

  4. lalunasun说道:

    白折腾了。。。

  5. xuby说道:

    盖茨首富不是又投资了很多钱,开始重搞这个课题了吗?

    • ice2009说道:

      这个... 雷霆风暴计划的主要参与者,飓风动力大牛Hugh Willoughby就说过盖茨那个是"junk science"。。。

  6. 摩耶说道:

    可惜啊……那么大的一个计划的说 希望能再开。

  7. blind说道:

    我是松鼠会死忠,每篇都从头看到尾那种。可是哥本哈根大会已经快开完了,松鼠会却集体在这个问题上失声,不免有些失望……

    • newgnaw说道:

      咦,群博上有不少关于气候变化的文章啊,
      化了,化了
      [小红猪]盖亚的邪恶化身:生命是它自己的死敌么?
      二氧化碳的全球通缉令
      矮山羊漫游奇境记
      ......
      哥本哈根会议更大程度上是建诸科研成果的政治协商,
      咱们就只关注科学研究这部分吧~~~

    • Ent说道:

      哥本哈根太政治化了……推荐看看土摩托日记~

      • blind说道:

        正是看了土摩托的博客才想起来松树会最近没有关注这个……其实了解一些科学概念对正确认识哥本哈根大会上的政治博弈有很大的好处,不至于跟着媒体的炒作走。土摩托的系列报道让人很长见识。

  8. 雪线说道:

    板凳提到的是长铗的《艾森的礼物》吧?

  9. 南渝霜华说道:

    不是长铗的作品,他说的是《勇士号冲向台风》,吴显奎著,1986年获首届银河奖。

  10. Metaverse说道:

    “后来因为1096年曾出现过一例类似的异常转向”是1906年吧……?

    折腾这么多次,后来才发现实验条件跟理论不一致……

  11. juwp说道:

    呵呵,这个话题我相当感兴趣。

    以前还构思过人工控制台风或者干脆是人造台风的小说,后来耽搁了。

    据说前几年以色列搞过一次人造台风实验,结果台风跑黎巴嫩还是埃及登陆去了。 当地人还以为是自然灾害

  12. size说道:

    您翻译的确实不错啊

  13. 猫猫说道:

    科幻世界曾有个小说叫做“云使”,就是一个用来控制气象的机器,不但可以控制飓风,还可以下雨什么的。小说结尾很喜欢,人类无法控制自己完全不了解的东西。

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