云播种：为什么科学家们试图让它下雪

水是一种宝贵的资源，几乎影响地球上生命的各个方面。它也是有限的，因此人们使用各种方法来确保供应满足需求。

一种这样的技术是云播种 - 向大气中添加颗粒以促进雨或雪的形成。今天，西方的许多实体 - 包括州和地方政府机构，公用事业和滑雪场 - 为了增加山区的冬季降雪而种下了大量云彩。更多的积雪意味着更多的春季和夏季径流，为当地的水供应，灌溉农作物和燃料水坝提供水力发电。

云播种也被用于在机场分散雾，增加夏季降雨和减少冰雹。事实上，云播种发生在全球50多个国家。然而，尽管所有这些活动，我们仍然不知道它是否有效。

我们是大气科学家，最近进行了一项实地研究，以评估云播种作为增强冬季风暴山地积雪的一种手段。我们的结果清楚地表明，至少在某些条件下，有可能改变云粒子的演变和生长，导致降雪，否则就不会发生。接下来的问题是云播种是否可以成为美国西部水资源管理者的有效工具。

在云中创建水晶

云由水滴组成，水滴太小而不能像降水一样落下。这些液滴通常过冷却到远低于冰点的温度 - 低至0华氏度（零下18摄氏度）或更低。在许多情况下，必须存在冰晶（其可以在过冷液体存在下快速生长）以产生任何显着量的沉淀。对于在山上空气升起时形成的云，如果没有冰晶或太少的冰晶，那么构成云的许多水滴就会在山的下风侧蒸发。

冬季云播种基于这样的假设：当过冷水存在于云中时，可以通过引入充当人造冰核的粒子来修改它。这个过程产生冰晶，利用过冷水生长到足以使它们最终像雪一样落到​​地面。

云播种是由着名小说家Kurt Vonnegut的兄弟大气科学家Bernard Vonnegut开创的。 1947年，冯内古特的实验室表明，碘化银是一种有效的冰核，可以在比自然发生的冰核温度高得多的温度下形成冰。

在接下来的40年里，研究云播种的科学家们对云物理学的几乎所有方面都进行了重大发现。尽管如此，国家研究委员会在2003年得出的结论是“仍然没有令人信服的科学证据证明有意改变天气的效果。”尽管如此，各州和社区都在努力实施云作业，同时研究其有效性。停。

SNOWIE之路

为什么这些程序在没有科学证据的情况下存在？答案很简单：西方国家需要水资源，许多决策者认为云播种可以成为生产它的一种经济有效的方式。

2004年，怀俄明州启动了一个试点项目，该项目与之前的许多研究得出了相同的结论：云播种可能会增加降水量，但这种增加也可以通过风暴系统的自然变化来解释。然而，由美国国家科学基金会资助的姐妹项目表明，新的计算机建模工具和改进的仪器可以产生一些新的见解。

与此同时，爱达荷电力公司正在与国家大气研究中心合作，评估该公司正在进行的运营云播种计划。通过这次合作，我们想到了使用新的计算机建模工具和改进的仪器来评估Idaho Power的云播种计划的有效性。最终的结果是我们的项目，种子和自然地形冬季云：爱达荷实验，或SNOWIE。

从Silver Iodide到Snow

在2017年的冬天，我们开始配备先进的雷达，例如我们定位在山顶位置的多普勒车轮（DOW），以及我们安装在研究飞机上的怀俄明云雷达（WCR）。这些工具使我们能够进入云层，以确定降水在何时何地发展。

在用碘化银颗粒播种云之后，我们使用悬挂在研究飞机机翼上的成像探头，在飞机进出种子区域时检查云粒子的细节。在我们为期10周的实地项目进行两周后，我们的雷达探测到云播种造成的第一个不可否认的降水信号。

我们看到了清晰而明确的信号，即释放出碘化银颗粒会引发冰晶形成，并且这些晶体会长成雪并落到山体表面。受播种影响的内部区域，冰晶浓度增加了数百，导致形成积雪。相比之下，在非种子云区仅1公里远的地方，云仍然主要由小液滴组成，并且基本上没有冰。

我们怎么能说我们所看到的实际上是由于云播种？在一种情况下，飞机沿垂直于风向的直线轨道来回传递，释放出碘化银。碘化银开始以一种之字形羽流顺风地穿过云层 - 这种模式是由飞机的飞行模式产生的，不会自然发生。我们看到雷达回波形成一个Z字形图案，与我们根据碘化银在云中释放的时间和地点的预测相匹配。

云播种会有所作为吗？

既然我们知道云播种会导致降雪，我们想知道它是否可以改变整个山脉的水平衡。来自SNOWIE的数据将用于计算机模型，以测试我们关于云播种如何影响季节性降雪并量化其影响的想法。最终，水资源管理者和公共官员将想知道由于云播种可以产生多少额外的降水，以及它是否是增加当地流域降水的一种具有成本效益的方法。

伊利诺伊大学的Robert M. Rauber，科罗拉多大学的Katja Friedrich，怀俄明大学的Bart Geerts，国家大气研究中心的Roy Rasmussen和Lulin Xue，以及Idaho Power Company的Mel Kunkel和Derek Blestrud也参加了本文讨论的SNOWIE研究。

本文最初发表在Jeffrey French和Sarah Tessendorf的The Conversation上。阅读原文。