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世界科技全景百卷书: 天公可以作美
天公不作美。雷声轰轰，叫人心惊胆颤；漫天的大雾，令飞机、火车望而却步，成了“睁眼盲人”；还存在那久晴无雨的日子，干旱把人畜急得到处乱窜……忽然，几声炮响，久旱后的天空下起了小雨；一阵飞机马达声响过，机场上的大雾消散……这是咋回事呢？原来这是在进行人工降雨、人工消雾活动。人工影响天气，驱灾避灾的办法很多，比较成熟的有人工降雨、人工消雾、人工消雹、人工避雷等方面。 （1）人工降雨： 人工降雨，就是指根据云和降水形成的机制，通过播撒一定数量的催化剂，从而达到激发和增加降水的目的。 人工降雨的原理很容易理解。我们知道，云是由大量的小水滴构成的；但这些小水滴并不一定凝结成冰晶，即使温度在0℃以下也可能只是枉然。但如果云中一旦存在冰晶，它就会吸收水滴蒸发的水分而迅速增长，进而形成雪降落下来。雪下降时可能融化，导致降雨。 但是云有暖冷之分，因而对冷云和暖云实施催化降雨的方法是有区别的。例如，在我国北方和冬季的云大多是冷云，它们由过冷却云滴（0℃以下）和冰晶共同组成。此时要使云中产生更多的冰晶，由无雨转向有雨，或使雨量增大，必须使云中冰晶增多。可以向云中撒干冰，使局部温度下降，或者引入碘化银，使水汽分子在此冰核上凝结形成冰晶。至于暖云，则要设法使云中水滴重力变大，破坏云的稳定状态。有三种方法，一是撒吸湿性物质（如食盐，使水滴凝结增大，或者干脆从飞机上直接将水泼入云中，加速降雨的产生；也有利用樟脑等表面活性物质，抑制蒸发作用产生降水的，等等。 根据统计表明，人工催化适宜增雨的云，可以使降水量增大 10％～30％。有人因此估算，在一个平均降水量为300毫米的一万平方公里的面积上，可以增加六亿立方米的水，这可是个不小的量。 人工降雨引入催化剂有几种方式，或用飞机在云顶或云中选好合适的位置，直接播撒干冰、盐粉或碘化银焰弹；或者用气球把碘化银与火药红磷混合物带入云中；或者干脆用高射炮和火箭把催化剂射入云中。此外，据说用地面燃烧的办法，也可以把碘化银烟粒送到云中，但条件是这种云必须很低。 当然，人工降雨的问题也不少，关键是要判定是什么云和在云的什么部位引入催化剂的效率最高。 （2）人工消雹： 人工消雹在两百多年前就有人开始尝试。消雹其实只起对雹“以大化小，以小化了”的作用。具体地说，就是向云中施放碘化银或碘化铅等催化剂，它们会使云中冰晶数目增多，冰晶形成雹胚时会消耗大量的过冷云滴，结果使所有的雹胚都无法长得太大。雹块下降时有的会融化，这就形成了水滴，或者缩小成小冰雹，于是消雹的目的就达到了。和人工降雨一样，也有使用吸湿性物质消雹的，如食盐，它们会吸收云中的水分，使雹胚不致于膨胀得太大，及时降落到地面。 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。 （3）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 15以产生10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。 致于消暖雾，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。 （4）人工防雷： 防雷这种提法是否准确，有待于探讨。但人工防雷已有几百上千年的历史了。 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作实验，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80年代末已研制出新型消雷器。 （5）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致洪水泛滥。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、青岛等省巾的酸雨区。 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 （FeS）。生物学家们认为，利 2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。 气象导航 利用气象导航，并不只是像一些人想象的那样，仅仅只替飞机、船舶的位置进行定位。气象导航说到底，可以提供两种航线。一是最经济航线，即整个航行中，从一个港口到另一个港口，哪个航线时间最短，所花费的燃料最少，效益最高；一个是最舒适航线，即航行中哪儿风平浪静，晴空万里，最能避免台风、海浪、飓风的袭击。不用说，第一条航线为货运提供了方便，第二条航线为旅客提供了安全。 可别认为导航只是闹着玩儿。这里摘录两个例子，通过比较你就知道了差别：1980年底，我国某远洋公司两艘船舶分别从加拿大回国，其中有一艘船采用了气象导航机构推荐的高纬度航线。途经白令海峡，该船速度快，只用了半个月左右就到达了目的地；而另一艘船却采用了中纬度习惯航行，一路顶着狂风巨浪，损失了几十万美元的货物不说，还多用了两个星期才回到港口。 气象导航要利用全球的天气监测网资料，结合船舶的具体航行要求，提出各种建议，它具很大的实用价值。其实，气象导航本身是在为远洋航行提供综合的气象信息眼务。这显示了很大的发展潜力。我国在1987年成立了气象导航中心，并在沿海气象台设立了分中心，组织成立了遍布全国沿海各大港口的海洋气象导航服务网，取得了可喜成果。 卫星遥感技术 气象卫星的估算应用比较广泛。前面说过，气象卫星还能够对农作物长势、病虫害及冻害进行监测，但这只是一方面。气象卫星能够对灾害面积进行估计，对农作物收成作出估算，甚至对各种资源，如渔业资源，能进行遥感探测，显示出其独特的本领。 举例说，早在1991年，在江淮地区发生特大洪水时，江苏省气象局农业气象中心利用接收到的气象卫星资料，估计出江苏省受淹农田面积为 53.3万公顷。江苏省民政厅正是参考了这个遥感结果来分发救灾款物的。 利用卫星进行估产不是最近的事，早在二十多年前，美国为了研究国际市场的小麦价格，在麦收前两个月，利用卫星对前苏联小麦进行了测算，认为苏联产量约为9140万吨，结果后来进行核对，误差不到1％，真是神了。 气象卫星是怎么利用遥感信息资料进行估产的呢？原来，植物的绿叶是进行光合作用的基本器官。一般地说，植物叶面积越大，光合作用就越强，经济产量就可能越高。这是一种植物生理机制，这种生理机制反映的信息也就通过其反射光谱的不同波段反映出来。当作物叶子遭受干旱、病虫害时，叶片的含水量会减少，叶绿素减少，光合作用也相应减弱，此时叶绿素吸收蓝光、红光能力降低。同时，作物在不同的生长和发育阶段，由于叶片的叶绿素含量和内部结构不同，它们的光谱反映曲线也会不同。根据这种原理，气象卫星就可以捕捉到作物的生长情况，进而推算未来的收成。 美国的第三代业务极轨气象卫星，在作物估产方面成绩不小。该卫星在运行过程中，每天有四次扫过同一具体地点，在无云的地区，它们可以很快地反映植物叶绿素对光的吸收率和反射率，通过反射率值可以算出绿度值，通过绿度值就可以监测作物生长状况，进而估计作物产量。 我国1985年就在气象系统开展了遥感综合测产项目，1990年正式投入业务运行。实践证明，该技术对农作物的估产具有迅速、宏观、准确的特点，可以弥补传统农业估产时间长、效率低的不足。 利用气象卫星遥感渔业资源的原理与小麦估产有所不同。应用气象卫星可以用红外遥感仪器测出海水表面温度，在绘出海水表层温度分布等值线图后，就可以根据鱼类生活规律与海水温度的关系来确定渔场位置，并绘成渔海况速报图。美国、日本已有渔海况速报系统，它包括卫星海况图和渔海况图，它们可以作为渔民海洋捕捞业的重要参考。 跨世纪的造福子孙工程 前面叙述了我们面对灾害的种种措施和办法，不管是天气预报也好，监测也好，人工影响局部天气也好，其实都只是一种治标不治本的办法。按医学的一句话，就叫“头痛医头，脚痛医脚”。恩格斯曾有一句话说，人类对大自然的每一次索取，都会受到大自然的报复和惩罚。这一点也不为过。由于人类滥伐森林，过分采取地下水，人口膨胀，大量排放二氧化碳和二氧化硫，使世界气候日益恶化。有科学家就认为，目前的一些异常气候现象，就与人类对气候环境的破坏，特别是与温室效应有关。 那么，有人也许会问，有没有办法恢复原来的气候，或者更恰当地说，能否采取人工措施去改造气候向良性方向发展呢？当然可以。其实，如前面几节所述的，一些国家开始限制二氧化碳、二氧化硫的排放，就是减少酸雨和温室效应产生的办法，从长远的角度来看，它们是会对未来气候产生影响的。 可是，还有别的影响气候的有效措施吗？有。植树造林，绿化家园，大量种草，兴修各种水利工程就是一种可取的方法。我国在这方面做得很有特色，如兴建三北防护林，设立了一个植树日（3月12日）。经过几十年努力，我国的森林覆盖率上升了几个百分点，这是了不起的成就。实际上，植树造林、绿化祖国，本身是造福子孙的世纪工程。过去有一句话说，“前人栽树，后人乘凉”，不就是说增加了大气湿度，降低了大气温度、使气候好转了吗？ 但是改造气候本身是一个系统工程，它需要我们的不懈努力。在大力种草、植树、搞绿化的同时，还应合理砍伐树木，修好各种水利设施，以利于防洪泄涝，减少植被的破坏。而且，如减少大气污染，限制废气排放量，合理用水，利用清洁能源，如风能、电能、核能等，也不是能容易做到的事。此外，由于大气没有国界，海水也无国界，真正要使气候向良性方向发展，还需要全世界各国的携手努力，单就某个国家是不行的。 |
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