您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態。 中央氣象局數位科普網-人工增雨
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2019/03/06
人工增雨

有水當思無水之苦!

2014年時,臺灣地區面臨近十年來最嚴重的旱災,不但限制農業、工業大戶用水,更在2015年初對民生用水進行分階段限制,當時許多人因為限水的艱難而體認到節水的重要性。
在長期沒有降雨的情況下,挑選適當時機進行人工增雨以緩解乾旱,是解決方案之一。以下就讓我們介紹人工增雨的原理與方式。

人工增雨的意義和原理

以往「人工增雨」被稱為「人造雨」,但人造雨並不是從萬里無雲的天空中平白無故製造出雨滴,而是利用科學的方法與技術,影響雲的降水過程來增加降水量,也就是讓本來就會下雨的雲「加快」或「加強」雨水形成的過程,為了避免詞義上的錯覺產生誤導,所以正確的說是「人工增雨」,又稱「種雲 (Cloud Seeding)」。
不同類型的雲層因為降雨的原理不同,所以人工增雨的方式也必須隨之調整。地面蒸發或植物蒸散的水蒸氣上升到高空後,因溫度降低而凝結成雲。若雲的溫度高於0℃,我們稱為「暖雲」。因為暖雲裡凝結的小水滴體積太小,不足以克服雲層內的浮力,所以不會落到地面,此時就需要經過碰撞、合併的過程,形成大水滴之後才能落下成為降雨。所以針對暖雲施行人工增雨的主要方式,是設法讓這些小水滴增大;例如,可以在雲層中噴灑水滴或吸濕性藥粉與液體(氯化鈉)等,讓小水滴透過碰撞、合併的過程而成長,最終克服浮力而落下成為降雨。
假如水蒸氣上升到溫度低於0℃的高度,形成的雲就稱為「冷雲」;冷雲是由冰晶與過冷水滴 (Supercooled Water Droplet) 組成,過冷水滴會附著在冰晶上逐漸長大到足以克服浮力而掉落。由於在落下過程中經過溫度大於0℃的區域,於是就會融解成水滴而形成降雨。但是若缺乏形成冰晶的條件,冷雲即使充滿過冷水滴也無法降雨;這時候就需要人工協助產生冰晶,最常使用的方式是在冷雲中噴灑乾冰或碘化銀。因為乾冰的溫度為-78℃,所以噴灑乾冰可以使雲的溫度驟然下降,在沒有冰晶核的情況下直接把過冷水滴變成冰晶;至於碘化銀則可以作為冰晶核,噴灑碘化銀能促使-5℃以下的過冷水滴凝固成為冰晶。這兩種化學物品都可以協助冷雲內的冰晶形成,等到冰晶成長到一定體積後就能落為降雨,達到人工增雨的目的。

人工增雨是從利用科學的方法與技術,加強或加快雲的降雨過程,讓原本已經會下雨的雲多下一點雨。

人工增雨示意圖

施行人工增雨的方法

施行人工增雨的方法,大略可分為地面造雨法和空中造雨法兩種:

  1. 地面造雨法 (Ground Seeding)
    地面造雨法是使用地面造雨器燃燒「人工增雨焰劑」,焰劑燃燒後形成煙粒隨熱空氣飄升到高空,當煙粒碰到冷雲內的過冷水滴時,就能作為冰晶核使過冷水滴凝結成冰晶,等到冰晶成長後最終掉落成為降雨。地面造雨法雖然經濟、安全,但卻不是最有效的方式。

  2. 空中造雨法 (Airborne Seeding)
    常見的空中造雨法,是利用飛行器在適當的高度噴灑如清水、乾冰或鹽粒等雲種,或是在雲底燃燒焰劑提供冰晶核。由於空中造雨法能夠有效地把雲種送入雲中,因此成效一般比地面造雨法好,但是成本也相對較高。

地面造雨方法,由地面造雨器燃燒人工增雨焰劑,焰劑形成的煙粒飄升到高空後即可加強降雨過程。

地面造雨施行方式示意圖

臺灣施行人工增雨的現況

臺灣地區現階段施行人工增雨的作業是由經濟部水利署執行,水利署會根據中央氣象局提供的天氣預測資料,掌握人工增雨的施行時間與區域。
由於臺灣地區很少出現冷雲,因此人工增雨的方式一般為暖雲增雨。臺灣常見的人工增雨方式有兩種:一種是利用飛機在空中潑灑60到數百微米的霧狀雨胚,透過連鎖反應增強降雨的過程;另一種是在地面燃燒人工增雨焰劑,焰劑會釋放1~5微米的吸水性或可溶性粒子,加速雨滴的碰撞以幫助降雨;原先從美國購入的人工增雨焰劑粒徑較小,不適合臺灣一般的雲層環境,近年來水利署與臺灣大學大氣科學系及國防部合作研發國產增雨焰劑,提供更適合臺灣地區且環保的選擇。
以往臺灣地區常在乾旱發生時才開始進行人工增雨,此時已經缺乏深厚雲層,反而不是最佳施行時機。相關單位近年來吸取國際經驗與技術,同時透過氣象雷達的資訊收集,加上高速電腦的運算模式輔助等,對施行人工增雨的適當時機與條件,已經累積相當豐富的經驗。
雖然人工增雨的成效仍會受到地區氣象條件、執行技術及行政配合等種種因素影響,但根據學者的研究得知,燃燒碘化銀溶液的地面造雨方式平均可以增加10%降雨量,利用空中造雨方式則可增加至20%,所以人工增雨增加降雨的效果是可以預期。
由於臺灣地區年降雨量變化很大,加上氣候變遷使強降雨發生機率增多,讓臺灣的水資源分配相當不穩定,因此除了缺水時實行人工增雨可緩解旱象之外,平時遇到適當氣象條件及早實行人工增雨,則可穩定水資源供應,是積極管理水資源的方式之一。

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