书城自然科学学生气象知识丛书-人工影响天气
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第15章 人工引导飓风(2)

根据人工影响飓风的现实可能性,美国国防部和商业部批准了一个进行了充分准备的人工影响天气计划——“狂飙”计划,目的是对热带气旋和飓风加深了解,并研究引导和控制飓风的方法。这个计划正式组织起来是在1962年。尽管在此以前与计划有联系的许多小组都曾经进行过这种尝试但没有取得确定的结果,在这个计划下面还是进行了一系列试验,一直到1969年8月才报道说对黛比(Debbie)飓风成功地进行了控制。声称1969年8月18—20日每隔两小时对黛比飓风的眼墙播撒一次碘化银,最大风速有所减小。8月18日第一次播撒以前,在3600米的高度上最大风速为182公里/小时,但在最后一次播撒以后5个小时之内,风速骤减至126公里/小时。8月20日,做到了使风速自183公里/小时减小到156公里/小时。对资料进行了大量统计分析的结果说明,这个飓风明显地受到了人工影响。“狂飙”计划负责人根特利(R.CecilGentry)博士在《科学》杂志1970年4月刊上撰文对这次成功地人工影响试验情况作了下面详细的介绍:“黛比飓风是一个成熟的风暴,1969年8月18日它的风速达到185公里/小时以上,位于“狂飙”计划主要操作基地皮托里科(Peurtorico)罗斯福锚地东北偏东1200公里处。风暴向西北偏西方向前进,逐渐逼近基地。当时用了13架飞机(海军9架,美国环境科学服务管理局2架,空军2架),共进行了15次飞行,其中5次携带着用于播撒飓风的发烟弹,其他10次则是为了监测飓风结构和强度的变化,飞行从第一次播撒前6小时开始,一直继续到最后一次播撒后6小时。”“一架海军的播撒飞机自南南西方向飞近风暴1000米处,穿云,然后飞过风暴眼,进入北北东方向的云墙。进入云墙不久,在那个经验告诉我们飞机即将越过风区且温度梯度也是最大的地方,开始从飞机上投下碘化银发烟弹。每架飞机携带208个这种发烟弹,沿着一条离开中心的径向线投掷。每一个发烟弹含有略多于120克的碘化银,每一克碘化银在-8℃的温度下可以产生1012以上的冻结核。”“每一轮播撒需时2—3分钟,播撒距离为26—40公里。那两天里每天播撒5轮,每轮之间间隔约两小时。在10次观测飞行中搜集到很多资料,那5架播撒飞机也搜集到一些资料。美国环境科学服务管理局科研飞行研究所的那两架DC-6型飞机具有同样的仪器设备,这些仪器设备都经过交叉检定(Cross—calibration),机组成员都经过严格训练,都掌握了这些观测方法。因此,两架飞机所取得的资料都能按计划和试验所要求的做到可以互相比较。这些飞机反复横越风暴时,它们起飞的时间是这样安排的,以便在第一次播撒前3小时到第五次播撒后5或6小时这一段时间内差不多总有一架飞机在连续地对飓风进行观测。实际执行中只是在8月18日观测出现过几次短暂的中断,那是因为当时风暴的范围太大,以致第一架飞机在第二次飞行时不能飞完整个航程就需要加油了。”“对飞行航线的要求是这样的:每架飞机要从飓风中心的西北偏西方向约90公里处的地方,横越飓风,到中心东南偏东方向90公里处,或者到超过最大风速带以外的某处,才算飞完一个航程。所以,每架飞机就从飓风的南南西象限到北偏东象限作反复的穿越,直至油料不足才被迫自风暴离去。”“8月18日也好,20日也好,在相连的两轮播撒之间,风有时增大,有时减小。但同时也发现,在播撒以后时间长短不等,风速都要减小,有时立即减小,时间长的,像第五次播撒以后则要至少5或6个小时才出现风速减小的现象。这种情况在8月18日最为明显。这一天第一次播撒之前,在3600米高度上最大风速为182公里/小时;第五次播撒以后5小时,最大风速减小到126公里/小时,即减小了31%。8月20日这天,第一次播撒之前最大风速为183公里/小时;最后一次播撒后5小时内,最大风速便减小到156公里/小时,即减小了15%。风力的变化与风速平方的变化,或空气质点的动能的变化密切相关。最大风速的这个减小说明8月18日和20日最大风速带的动能分别减小了51%和28%”。黛比飓风经过8月18日和20日多次播撒以后强度减弱了这一点,是很好地被确认了。在实施计划的过程中,也曾有人怀疑,到底这个减弱是播撒造成的,还是飓风中的自然变化造成的。对应用技术卫星(ATS)Ⅱ号拍摄的卫星云图,在飞机上拍摄的雷达图片以及试验期间所取得的各种观测资料进行进一步研究的结果表明,黛比飓风的减弱肯定是人工影响造成的。

(第五节)人造陆龙卷的试验

当人工影响天气计划有了一定的可靠性的时候,许多研究工作者又提出了这样的问题:陆龙卷能否人工制造?考虑到自然界的陆龙卷的巨大破坏性,这一试验的成功就一定会在各国的武器库中增加一项新的武器。在二十世纪60年代初期,在中比利牛斯山脉附近的朗默藏高原上就进行过试验,目的是想要制造出一个强烈的上升气柱,使之产生很像自然陆龙卷的带涡旋运动的积云。用来制造这种暖气柱的设备取名叫“造云机”(Meteotron)。较早的一种型号的造云机由两个泵组成,每分钟能送出一吨燃料,加到60千克/厘米2的压力,将燃料输送给在125×125米2面积上有规则排列的100个燃烧炉。这些燃烧炉合起来可产生将近700兆瓦的功率。在1961年6月17日法国克莱蒙大学进行的第一次试验中,那个人造陆龙卷很像是一个烟管,直径10米,长200米,延续了3分钟。陆龙卷的底部以100米/分的速度随风移动。在以后的试验中,据报道,还观测到旋转的陆龙卷。根据实施1961年8月31日计划的科学家的说法,曾经在一个晴朗的日子里用48个燃烧炉制造出了一个人造陆龙卷。在200米的高度上,气柱的升速为250米/分,即使在离地面1100米的高度上,还以200米/分的速度继续上升。在燃烧炉燃烧15个小时以后,站在造云机近旁的观测员能够看到一个直径为40米的涡旋气柱,其中心就在燃烧炉附近。旋风大到这种程度,以致燃烧炉的火焰歪成45°,还有3个燃烧炉被吹灭了。旋风轴上出现一个直径1米的亮管,旋风本身则是因为有烟才能看见。这一现象持续了将近4分钟。科学家决定让燃烧炉熄灭。约30秒钟以后,两名距造云机3~4公里的担负涡旋气柱拍摄任务的观测员观测到一个长而狭窄的白色螺旋气柱,从地面一直延伸到100米高度上的黑烟处。这一螺旋气柱被太阳照耀所显的颜色和同一条件下被照射的高积云的颜色很相似。拍下的照片表明,沿气柱各处的直径是不均匀的。虽然自然陆龙卷的能量比这个试验所达到的要大好几个量级,作为第一次尝试来说,结果还是不坏的。自从克莱蒙大学的德森斯(J.Dessans)及其同事们所做的这个创造性的试验以来,好几个国家也做过许多经过改进的试验。尽管我们已经了解到对人造陆龙卷很有意义的某些基本原理,看起来,还有一些基本原理,特别是与这一现象的动力学有关的一些原理还有待我们进一步去探索。要解决人工制造威力和自然陆龙卷相当的陆龙卷,很可能还得借助脉动爆炸的方法,通过爆炸,制造一个连续的等离子热区(ThermalPlasma),以取代燃烧炉的办法。要使人造强陆龙卷臻于完善,并做到能控制其方向,还需要几十年以上的时间。

(第六节)人工引导飓风的计算机模拟

印度塞夏吉里(N.Seshagiri)曾经在CDC—3600型电子计算机上进行了一项模拟研究,模拟一次将飓风引向特定港口或海军设施的典型行动。计算机模拟可能是军事战略家最喜欢采取的辅助手段之一,因为这种方法能使他很方便地研究事物的因果关系,而不必经过实际的试验。为了模拟上面所说的演习作业,通常要经过下列几个步骤:(1)首先要对飓风的物理、化学和动力学诸参数连同它们之间的相互作用进行鉴别加以确定下来。例如,热力学关系、对流动力学、眼周围云墙的积雨云结构等都必须仔细进行研究,才能拟定出相应的数学模式。(2)在这些模式的范围内,找出弱点的所在,并求出其范围的大小。(3)根据过去播撒试验所掌握的对每个弱点进行各种播撒方式所造成的影响,将其引进到模式中作为计算的根据。(4)将各参数之间相互作用的定量说明,各个弱点的定量结构以及各种播撒方法对弱点特性的影响,以程序的形式输入数字计算机。编写的程序又必须能够求出各种人工影响方式的因果关系。计算机模拟是一项十分严格的工作,也是一项非常复杂的智力作业。给一项模拟作业输入的信息必须用到许多过去的试验所取得的各种参数及其相互作用强度的具体数值。此外,如果要想改变飓风的方向,并从经济和效力的角度出发采取最好的播撒方式,那很重要的是要知道所引导的这个飓风在这些天内发展起来的结构。这就意味着需要不断地监测这个飓风,对它进行大量的测定,并将信息很快地传送给计算机所在的中心。计算机的好处在于,一旦有了这样一些输入信息,就可以用经过很好检验的外推法提前几个小时作出飓风结构的预报。模拟可以几乎是重新制造一个飓风或与之相关的任何其他自然现象,其精确程度当然要受到输入数据精确度的约制。由于电子计算机显示设备的新发展,计算机的图片显示能力已经能够表现出模拟对象的三维影片。例如,在这个具体情况下,可以模拟得非常生动,使电子计算机输出的影像能显示出飓风随时间的运动和形状的变化。今天的计算机技术已经达到如此完善的程度,以致使观众可以从大型电视屏幕上得到一个实际飓风移动和涡旋运动的印象。唯一不同的是,它并不是实际的电影照片,而不过是根据数学式子和数值资料模拟出来的图片。事实上,模拟可以放映出后几个小时将要演变成的那个飓风的图片。有了像上面所说的模拟出来的飓风未来的形状和结构之后,第二步就要观察对于不同的播撒方式飓风的方向究竟怎样改变。播撒作业所采取的播撒方式有多种组合。通过对许多种播撒方式逐个进行模拟,就可以找出一种这样的播撒方式,它能引导飓风沿着一条最佳路径移向我们想定的目标,这种播撒方式便可以作为这个行动的实施方案。然后将这个播撒实施方案用遥测发射器传送给位于飓风附近的实际播撒分队。模拟作出反应的时间一般是很短的,在计算机上找出最佳播撒实施方案的速度也是非常快的,这就使得在不久的将来在机器上控制飓风成为可能。可是,塞夏吉里所进行的这种模拟还不够完善,没有把图像显示部分包括进去,但是已经足以使我们获得关于控制飓风现象的各种参数的依赖性的广泛了解。从事这项研究的目的是为了对飓风及其他这种自然现象的可引导性能有一个更透彻的理解。