随着干旱的临近，这支科学家团队能否证明人工增雨有效？

早在 1 月初，研究人员就已进行了四次飞行，才看到他们所寻找的迹象。气象学家、大气科学家和学生组成的团队聚集在爱达荷州斯内克河流域附近，这是落基山脉之间的马蹄形洼地，最宽处为 125 英里。该州大部分著名的土豆都产自这片可耕地。每天天气适宜时——云层中含有适量的过冷水分，温度和高度都恰到好处——团队就会飞到云层中，撒下碘化银，观察他们制造的雪是否比他们待在家里守着银子时制造的雪多。

这叫做人工降雨。大约 70 年来，人们一直在将化学种子撒入蓬松的白色云团中，希望改变天气。但经过这么长时间，没有人确切知道它的实际效果：这种做法何时或是否会下更多雪，或者如何下更多雪。这就是 SNOWIE（爱达荷州实验的缩写，即人工降雨和自然地形冬季云）背后的团队想要找到的答案。

“这些问题自项目启动以来就一直存在，”SNOWIE 首席研究员之一、伊利诺伊大学香槟分校大气科学教授 Bob Rauber 说道。他从 70 年代开始研究这一现象。如今，尽管科学家拥有一个理论上可以计算成功的计算机模型，但“我们不知道它是否正确，因为我们无法验证它，”他说道。

第五次飞行的当天，即 2017 年 1 月 19 日，首席研究员、怀俄明大学大气科学助理教授杰夫·弗伦奇坐在一架小型 King Air 螺旋桨飞机内。飞行员飞到 14,000 英尺高空，然后下降几千英尺。他们上方的空气温度约为 5 到 14 华氏度，非常适合造雪所需的超冷液体。飞机的雷达嗡嗡作响，收集大气压力、温度、水蒸气和风等信息的仪器也在嗡嗡作响。测量结果被输入到四座飞机内塞满的一组计算机处理器机架中，使其看起来像是一个隔音室内部。

弗伦奇知道，在 1000 英尺的高空，另一架飞机正在发射碘化银照明弹，这些圆柱形的照明弹就像表演开始前的烟花筒一样排列整齐。这些照明弹要么在飞机上燃烧，留下一串飘落的粒子，要么从机翼上弹出，在重力将它们拉向地球时燃烧殆尽。但弗伦奇看不到另一架飞机。事实上，他什么也看不见。这就是在云层内飞行的感受。他能看到的是飞机雷达的实时信号，显示了他上方和下方的云层结构，他可以看到云层粒子的大小、形状和浓度的变化。

在他下方，看不见的是高低不平、树木稀少的土地，白雪皑皑。每年春天，冰雪融化后流入下方的盆地，不仅为爱达荷州居民提供生活用水，还为该州大部分地区提供水力发电站的电力。

弗伦奇上方的飞行器来回飞行，留下碘化银，如果成功的话，雪会以之字形飘过群山。然后，他的飞机在这些羽状物中巡航，其仪器能够看到弗伦奇本人无法看到的东西：它们可以检测到反射率的峰值，这意味着冰晶正在绽放，观察它们随天气的变化，也许还能辨别出银色化学物质落下的地方是否真的出现了雪。

在地面上，两个偏远山区的雷达扫描了相同的测量数据。这些仪器由驾驶雪地摩托爬上山坡的学生操作，他们首次发现了锯齿状的雪，这表明他们确实在造雪。

控制天气的想法背后还有一种诱人的东西。大自然永远把降水强加给人类，迫使我们随时随地处于潮湿、结冰、下雪、冰雹、洪水、干旱等各种情况之中。人工天气改造最终表明我们是至高无上的存在，可以让世界按照我们的需要运转。因此，20 世纪开发的程序试图减轻冰雹、降雨、抑制飓风和增加降雪。

SNOWIE 只处理后者。出于必要，该团队的尝试涉及山脉，山脉在产生和控制降水方面发挥着作用。当空气接近山脉时，它会随着陆地本身上升。（毕竟，它不能吹过岩石和泥土。）这种空气在上升时会变冷，然后凝结成“地形”云。

在云层内部，天然雪花胚胎通常是由冰晶在微小颗粒（如灰尘、气体或污染物）上生长而形成的。科学家称这些为雪花核。人们认为，要想造出更多的雪，就必须增加更多的雪花核。碘化银颗粒已成为首选材料，因为当它们遇到过冷液态水时，如果温度低于 21 华氏度，它们就能可靠地使水结冰。滑雪胜地和干旱地区花费数百万美元向天空撒银，但实际上科学界对于这一策略是否有效并没有共识。

2015 年，环境科学合作研究所（由美国国家海洋和大气管理局和科罗拉多大学博尔德分校合作成立）在一份长达 148 页的评论中评估了十年的降雪项目和研究，得出了最接近结论的结论。“可以合理地得出结论，人工增加冬季山区积雪是可能的，”它指出。但在同一段的后面，作者含糊其辞，说：“没有严格的科学研究……证明人工种植冬季地形云会增加降雪。因此，科学界几十年来一直在寻找的‘证据’仍然没有到手。”

人工增雨的想法在别处得以实现？在冰箱里。具体来说，是通用电气科学家文森特·谢弗的冰箱。根据 1993 年《纽约时报》刊登的讣告，谢弗很早就对冰产生了兴趣。当他还是一个滑冰少年时，就痴迷于雪花的结构，并想出了一种方法，可以在雪花消失之前将其形状转移到胶片上。20 世纪 40 年代，成年后的谢弗将一些干冰放进冰箱，然后向冷藏箱中吹气。讣告称：“小云瞬间变成了微小的冰晶。”1946 年，谢弗带着这一知识飞向马萨诸塞州的天空，从飞机上投下了 6 磅干冰。他观察到水冰形成，雪花落在飞机下方。同年，物理学家伯纳德·冯内古特（作家库尔特的兄弟）意识到碘化银也可用于人工增雨。必须将干冰投放到云层内部才能起作用，但碘化银可以播撒在云层外部并飘进云层。从那时起，科学家主要使用这种化合物。

SNOWIE 研究员 Rauber 参与了 Schaefer 和 Vonnegut 工作后的一些大型后续研究项目。在科罗拉多州斯廷博特斯普林斯，他和他的博士导师 Lew Grant 给云注入液体，试图了解其内部的搅动。他说，这基本上就像 SNOWIE，“但使用的仪器是 70 年代和 80 年代的版本，与我们今天使用的仪器一样。我们戴着可乐瓶眼镜四处走动。”

其他科学家也在科罗拉多州、蒙大拿州和犹他州等州进行了研究。2000 年代在澳大利亚进行的一项最具决定性的实验表明，人工造雪可以使降雪量增加 14%。但即使是这些结果也并非决定性的。设备不够好，无法看到调查人员需要看到的东西。

在 SNOWIE 之前，上一次大型研究是 2005 年由州政府资助的怀俄明州天气改造试点项目。历经九年、耗资 1300 万美元，最终结果并不确定。虽然一项实验显示人工降雨没有效果，但其他实验表明降水量可能增加 5% 至 15%。

2014 年，劳贝尔和弗伦奇与怀俄明大学大气科学教授巴特·吉尔茨和科罗拉多大学博尔德分校大气科学副教授卡佳·弗里德里希联手，与爱达荷电力公司和美国国家大气研究中心合作，并与美国国家科学基金会取得联系。他们表示，他们拥有智慧和实力，能够解答所有关于人工增雨的疑问。最后，他们有了合适的望远镜：功能强大到可以观察人工增雨的仪器。SNOWIE 的雷达可以测量粒子更少和/或更小的云层；它们可以在空间和时间上以更高的分辨率进行区分；它们可以使用对较小粒子敏感的更高频率。总的来说，弗伦奇说，它们“直接测量云粒子的能力显著提高”。它们将收集与以往相同的数据，但这一次它们可以看到情况的微观物理。

尽管科学上存在不确定性，爱达荷电力公司自 2003 年以来一直实施播撒计划，该公司将使用飞机撒播碘化银，并运行其常规数据收集系统。科学家将使用载有仪器的飞机和山顶雷达站。信息将记录在研究人员、美国国家大气研究中心和爱达荷电力公司提供的机器上，稍后将汇总起来供所有人分析。他们将共同评估云层内部究竟发生了什么，以及这对缺水地区、滑雪胜地和水力发电厂意味着什么。

如今，这些问题变得更加紧迫。近一个世纪前，人们可能出于让气候更适宜人类生活的冲动，如今已演变为支持干旱地区的必要性。洛杉矶县已资助了流入其流域的地区的播种项目。犹他州、加利福尼亚州和爱达荷州试图增加积雪量，这些积雪融化后可作为饮用水，并驱动水力发电站。科罗拉多州韦尔、阿斯彭和温特帕克的滑雪胜地希望有更多的降雪来度过关键的旅游季节。SNOWIE 的首席研究员之一弗里德里希说：“我们非常非常需要水。这是底线。即使只是一点点水，也会有所帮助。”

SNOWIE团队第二次提交提案时，美国国家科学基金会同意资助该项目。

该小组于 1 月 7 日至 3 月 17 日在爱达荷州设立基地，并配备了进行大约 20 次播种所需的资源。他们每天都会通过自己的气象气球和外部预报来确定在山上是否能在合适的温度和高度形成充满过冷水的云层。

弗里德里希的研究生乔希·艾金斯是山地雷达小组的关键成员。他之前只驾驶过一次雪地摩托车，当时他还是十几岁的孩子，正在佛蒙特州度假。但他很快就掌握了滑行到帕克约翰山雷达站的技巧，该站海拔 7,000 英尺——即使雪很新很薄，原本应该浮在上面的机器反而沉了下去，需要挖出来。

艾金斯从小就爱上了雪，1996 年的暴风雪席卷了大西洋中部。雪堆成堆，一直堆到他家在宾夕法尼亚州约克的屋顶上。他毕业于宾夕法尼亚州立大学，获得了气象学学位，但他知道自己不想成为一名天气预报员。“我是个穿 T 恤和短裤的人，”他说。

当 SNOWIE 团队决定尝试进行种子跑时，艾金斯和其他雷达跑者将一周的食物和衣服装进车里；由于他们特意在暴风雨期间开车上山，所以他们不知道多久才能下山。有一次，10 英里的骑行非常具有挑战性，需要七名专业雪地摩托车手来帮助他们。

每次他们到达目的地时——山顶上，一辆大卡车上安装着雷达系统，一辆旧露营车是他们的豪华住所——艾金斯都会启动发电机，为雷达和露营车预热。“我们有一堆电脑，我们不想在冷启动，”他说，因为一些电子元件在那种情况下无法正常工作。他们会把衣服和食物藏在露营车里，然后挖出被雪覆盖的移动厕所。

然后他们会用雷达扫描，观察天气的变化。播种开始时，他们会寻找反射率的变化，这些变化表明电磁波从新形成的冰粒区域反射回来。

艾金斯清楚地记得收到第一个信号的那一天。“我们看到这些线性带穿过该区域，”他指的是雷达读数。“看起来不自然。”他给指挥中心发了一封电子邮件，询问飞机是否已经起飞。他们已经起飞了。“我们可以实时看到播撒情况。我们可以看到照明弹的路径。”

在那次飞行的公开实地报告中，首席研究员吉尔茨冷漠地写下了他们的发现：“可能的播撒信号……两条反射率较高的带子与播撒飞机对齐，随风飘荡，并随着时间的推移而消散。”

简而言之：他们明白了。

AIKIS 和 GEERTS 对这一首次发现似乎相当冷静，因为这正是他们前往西方寻找的黄金。但这可能是因为，正如 Friedrich 所说，每个人都持怀疑态度——现在也是如此。他们还没有完全分析数据。他们的研究结果还没有经过同行评审，也没有在学术期刊上发表。

但他们的在线报告指出，有三次降雪可能与他们的活动有关。第二次，劳伯写道：“播种信号清晰明确，线条模仿了播种机的飞行轨迹。”他们开始相信这些信号可能不是巧合——他们想要更多。很快，他们得到了回报。

弗里德里希说：“令人惊奇的不是我们看到了它，而是我们能够多次重复它。”

劳伯从事播云工作已有数十年，但一直没有取得确定的成果，他承认自己很兴奋。“说实话，我们第一次看到这种现象时，我很兴奋，”他说。“我几乎在房间里手舞足蹈。”他恳求道，从“老式播云机的视角”来思考这个问题。他在整个 70 年代和 80 年代都在努力，试图看到那些可乐瓶眼镜无法聚焦的信号。现在，他就像做了激光近视手术一样。

对于 SNOWIE 的数据，爱达荷电力公司气象学家、北美天气改造委员会主席德里克·布莱斯特鲁德表示：“我们得到的结果远远超出了任何人的想象。”

尽管该团队捕捉到了这些曲线，但他们仍有许多工作要做，才能告诉世界人工降雨究竟如何以及效果如何。根据你问的是谁，他们将花四到六年时间研究数据，尽管他们的目标是在 12 个月内得到惊人的结果。“我们拥有的数据比我们任何人梦想的都要多，”弗伦奇说。

单是这架飞机就从雷达和激光系统以及直接温度、压力和水蒸气探测器上收集了 18 次飞行中的 25 千兆字节数据。科学家们将对这些数据和地面研究进行整理，并在他们所在大学和科罗拉多州博尔德市恶劣天气研究中心的本地机器上进行一些解释和分析。这将使他们对千兆字节的含义有一个基本的了解：雪在山上自然形成和降落的物理原理，燃烧无机物如何改变它们，以及对整体天气的影响。正如弗伦奇所说，他们将拥有 5,000 块拼图中的 100 块。

为了获得完整的图像，他们需要一个更大的机器——一台超级计算机。美国国家大气研究中心有一台名为夏安的新计算机，其容量为 5.34 千万亿次浮点运算。它是地球上速度排第 20 位的计算器。夏安将显示来自飞机、雷达和现实世界的物理观测与预测的匹配程度。根据它们的匹配程度，SNOWIE 团队和其他科学家可以调整预测器，以更好地了解哪种天气最适合进行修改。

这不仅仅关乎爱达荷州。SNOWIE 将找出决定云层如何形成、演变，以及雪（无论是否人工播种）降落到地面的根本机制。“它应该适用于任何地方，”Geerts 说。毕竟，物理就是物理，无论是在地球上还是在天堂，无论是在天上还是在地上。

莎拉·斯科尔斯 (Sarah Scoles) 是《建立联系：吉尔·塔特与寻找外星智慧》一书的作者，该书于 7 月由飞马出版社出版。

这个故事最初发表在《大众科学》杂志的极端天气专题中。