人類能控制天氣嗎？日本科學家認為他們可以 - 彭博社

7月2023年，佐賀縣唐津市因暴雨引發了山體滑坡。

攝影師：Harumi Ozawa/AFP/Getty Images

從紐約市到香港，今年全球範圍內的極端暴雨引發了洪水釋放，造成了致命後果。

為了控制未來的暴雨，日本科學家正在進行一項雄心勃勃的政府支持項目，涉及從海上漂浮的巨大簾幕到風力發電場，以保護這個島國。他們表示，他們的目標是將極端天氣變成“一種祝福” —— 如果成功的話。

這一努力感覺就像是從科幻小説中抄襲而來，但已吸引了日本各地數十名研究人員。由京都大學副教授山口康成領導的團隊專注於減少所謂的“遊擊”暴雨，這種暴雨可以在短時間內帶來大量降雨。他們的目標是開發一系列天氣控制技術，將暴雨減少到可控的雨量，並計劃在2050年之前推廣應用。

‘空中的水壩’

幾十年來，人類一直試圖改變天氣。但隨着氣候變化使極端天氣變得更加頻繁和強烈，對天氣修改的興趣再次上升。

中國河北省當地氣象局的一名工作人員在2021年發射了一個人工增雨火箭，試圖在河北省製造雨水。攝影師：張海強/VCG/Getty Images以往的努力主要依賴一種被稱為人工增雨的技術，該技術利用大氣中的化學物質和微小顆粒來誘導雲層降雨。這種做法如今仍在使用，包括去年中國當局使用它來試圖解決乾旱問題。根據世界氣象組織（WMO）天氣修改專家團隊聯合主席史蒂文·西姆斯的説法，人工增雨和其他形式的改變天氣的努力“歷史非常複雜”。

日本的新計劃將代表干預規模和類型的提升。西姆斯還是澳大利亞莫納什大學地球大氣與環境學院的教授，他表示這一努力“非常雄心勃勃”，但將“非常困難”將在計算機模型中看似有效的技術應用於現實世界。

考慮的一種方法是建造一個巨大的帷幕，可以由連接到船上的風箏拉動，這可以阻止海上的濕空氣上升。這將有效地干擾形成常常帶來暴雨的積雨雲的關鍵步驟。該團隊還在考慮使用一組超過220米（720英尺）高的風力渦輪機，這相當於埃菲爾鐵塔高度的三分之二以上，可以操縱導致風暴發展的上升氣流。

“就像在空中築壩一樣，”山口解釋説，不同的技術將作用於雲的不同部分，並相互支持，產生乘數效應。

閲讀更多： 日本的防災策略能教給世界什麼

團隊也可能利用人工增雨來改變降雨模式。山口最近模擬瞭如何操縱雲團形成可能影響了2008年一場重大暴雨，並發現這種技術可能會使峯值強度降低27%。

“我持懷疑態度，”佛羅里達國際大學的研究教授休·威洛比説。“帷幕上的風應該怎麼辦？”

他説，每公里（0.6英里）至少需要一艘船和一隻風箏，才能獲得任何好處。威洛比補充説，風力渦輪機的想法也充滿了缺陷，因為目前的塔一般無法在美國國家氣象局定義的風速大於63公里/小時（39英里/小時）的狂風中運行。設計更強大的渦輪機可能是可能的，但它們可能會更昂貴。

數十億美元的利益

儘管存在技術障礙，山口對項目的前景充滿信心。研究人員目前正在模擬這些方法，並將在未來三年內開始為設備製造零部件。山口表示，到2031年，該團隊計劃在小規模進行一些設備測試，並計劃在2040年進行大規模實驗。

他們的創新方法部分原因是因為日本對破壞性風暴的獨特脆弱性。該國經常面臨颱風，由於全球變暖，颱風的強度增加。去年發表的一項研究發現，氣候變化是2019年台風海貝思100億美元保險損失中的40億美元的原因。

一名官員站在入口處，阻止交通通過一個因7月2023年的暴雨而發生洪水的地下通道。攝影師：JIJI Press/AFP/Getty Images日本也面臨嚴重的夏季暴雨。2018年7月的歷史性降雨導致300多人死亡，給該國造成了將近1.2萬億日元（80億美元）的損失。從那時起，每年都有重大致命暴雨事件發生。

過去45年來，7月份強降雨的平均頻率幾乎增加了四倍，預計未來幾年將進一步惡化。科學家們估計，隨着氣温升高，暴雨將變得更加頻繁，到2050年將給國家造成7.8萬億日元的損失。

為了認識到挑戰的規模，山口的項目是日本科學技術挑戰局的“登月”研發計劃的一部分，該計劃資助旨在解決該國最大問題的高度雄心勃勃的想法。

歷史悠久

雖然50多個國家嘗試過改變天氣，但成功一直難以實現。包括美國在1960年代開始並持續了20多年的價值數百萬美元的颶風控制項目“風暴之怒”和以色列上個十年進行的一項重大人工增雨實驗在以色列，這些主要倡議基本上未能實現他們期望的結果。

天氣研究人員“沒有對過去嘗試過但失敗的事情做足功課，”曾是“風暴之怒”項目的首席科學家的威洛比説。“他們低估了氣象現象的能量和物理規模。”

全球氣候基本上是 混沌 的，小的擾動可能會產生重大的連鎖效應。這種敏感性，再加上有限的數據可以改善計算機模擬，使得天氣預測 — 更不用説修改 — 充滿挑戰。

即使確定正確的干預地點和時間也不會容易。

去年，日本氣象廳未能預測到出現的八條大雨帶。在其發佈的13次極端降雨帶預報中，有10場風暴沒有出現。

“對於數值模型來説，預測強降雨的位置、強度、發生時間和持續時間是最困難的，”自2013年以來一直領導季風預測任務的印度熱帶氣象研究所的高級科學家塔拉·普拉巴卡蘭説。“這非常複雜，你需要非常詳細的觀測。”儘管如此，她對日本的“非凡”努力表示歡迎，通過優先研究，將改善預測。她拒絕對其整體成功前景發表意見，“當有需求時，人們會開發新技術，”她説。

日本並不陌生於 保護居民免受災害的重大努力，從為首都東京隔離地震到 基於無人機的海嘯預警系統，該國已花費數十億。該國還擁有世界上 最大的 地下項目之一，用於防止洪水。其中包括超過6公里長的水道和東京的蓄水量可容納 260萬立方米 的洪水，足夠填滿一個25米游泳池超過8000次。首都目前正在 建設 另一條 5.8公里 的超級隧道，可以幫助更多地移動水流。

七月，JMA開始測試富嶽，世界第二快的超級計算機 — 由富士通和研究所共同開發 — 試圖到2026年實時準確預測積雨雲的形成。這種技術將幫助山口，他的團隊已經開發出可以明確捕捉大氣行為的數值模型。改進的天氣建模將使他們能夠更好地評估他們的干預措施的有效性，他説。

富嶽超級計算機位於神户理研計算科學中心。攝影師：JIJI Press/AFP/Getty ImagesOlav Hollingsæter是支持日本天氣項目的人之一。這家總部位於挪威的初創公司OceanTherm的首席執行官，該公司正在建造氣泡簾，據稱可以通過瞄準上層海洋熱層來減輕熱帶氣旋，他認為日本的時間表是現實的。

“隨着運行超級計算機的成本繼續降低，以及機器學習模型模擬極端天氣的能力和速度不斷提高，探索潛在天氣干預技術的障礙也將降低，”他説。在五到十年內，他樂觀地認為實際測試將改善對天氣干預技術的理解，儘管他也警告説，它們可能會帶來安全風險。

“在這個階段，你做一些你不打算做的事情的可能性可能相當大，”莫納什大學的Siems説。“我認為我們不會對天氣有絕對控制。”

為了惡意目的而進行天氣修改在以前曾經被使用過。在越南戰爭期間，美軍人工向雲層中投放碘化銀，以抑制敵軍行動並減少防空攻擊的效果。最終在1972年放棄了這種做法，而四年後通過了一項聯合國公約禁止對其他國家使用“軍事或任何其他敵對的環境修改技術”。

“我一點也不希望這項技術被用於惡劣目的，”山口説道，同時承認了風險。研究人員將在未來十年評估這些干預措施對洪水和水資源的影響，並試圖減輕相關風險。他補充説，最初的小規模實驗不太可能影響鄰國。

“歷史上，日本人祈求雨水或晴朗的天氣，”山口説道。“現在，我們希望用技術來取代它。”