(一) 常識篇

(1) Q:「人造雨」和「人工增雨」有甚麼不同?

A:水當用時方恨少,每當乾旱缺水時,大家都總是會想,如果能夠靠 人為的力量創造出一些雨水,讓水庫多蓄一些水可供民生之用,那該有多好啊;因此,「人造雨」一詞也就這樣自然地產生了。但近年,在比較嚴謹的討論中,越來越多專家學者建議,人的力量其實有限,科學能做到的,不過只是讓雨多下一點而已,並不能在晴空之下創造出雨水來,為了避免詞義上的錯覺產生誤導,開始務實地推動將「人造雨」改成「人工增雨」,以符合事實。

(2) Q:人工增雨的好處為何?

A:臺灣的降雨量有很大的逐年變化,而且每一年降雨的時間分配很不均勻,加上全球暖化效應,劇烈降雨漸趨頻繁,中、小雨發生頻率降低;降雨集中的結果,讓乾旱問題日益嚴重,這些問題都使得台灣的水資源不夠穩定。進行人工增雨,一方面在乾旱已發生時,可以作為因應的防救措施,另一方面,若平時即利用適當的氣象條件施作,則是提高水源供應可靠度的方法。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(3) Q:人工增雨的方式為何?

A:可從空中或由地面上施作。最常見的空中施作方法,就是運用飛機潑灑清水、乾冰或掛載燄劑在雲下燃燒,地面施作則是在地形迎風面等有利的位置上燒燄劑,藉由自然的力量將質點送進雲中。

(4) Q:臺灣地區有哪些人工增雨的歷史記錄?

A:臺灣的人工增雨,從1951(民國40)年初起,在灌溉、發電及民生用水等各種需求之下,台電、中油、糧食局、自來水公司、經濟部、各地方政府、氣象局、空軍等許多政府單位彼此合作,執行到現在已有超過半世紀的歷史了。從早期台電與中油合作的人造雨研究所開始,到近年水利署在水庫集水區的常態性施作,執行過地面人工增雨的單位不少,但空中以飛機潑灑催化劑種雲的作法,則多以空軍為主。從平面媒體的部分歷史記錄與空軍的文獻中,可略窺一二。

(5) Q:臺灣進行人工增雨的成效如何?

A:過去國內人工增雨雖有長期執行經驗,但作業多在「需求乾旱」發生後才進行,然而人工增雨是要設法在有雨時增加降雨,就時機點而言,「需求乾旱」時期往往是最不適宜施作的時候,且使用的方法及設備都不夠精確,其成效難以掌握;甚至過去的研究,多偏重於對實地作業成果之分析,或評估人工增雨之過去與未來展望,真正必要的觀測及數值模擬的基礎研究成果,尚不足以成為成熟技術應用的支撐,進一步的研究極為必要。因而水利署自民國92年起,決定恢復人工增雨作業,同時積極修復、更新、研發地面增雨器,但計畫重點為技術發展,仍缺乏科學研究基礎;民國93至95年間,水利署委託台大及工研院,進行人工增雨技術發展長期策略擬訂之計畫,開始吸取先進國家增雨經驗並移植技術;98年繼續委託台大,研究開發於地面進行氯化鈣暖雲種雲之技術,以提高降水效率;99年水利署委託台大,進行作業技術評估,可算是為國內人工增雨的常態性作業建立了基礎。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(6) Q:目前國內還在進行人工增雨嗎?

A:水利署近年來委託專業團隊,已研發出一套具體可行的常態性作業流程,平時即密切監控各水庫的水情變化,並參考中央氣象局與其它國內、外作業單位提供的天氣預報,一旦覓得天氣系統即將影響前的最佳時機點,即通知水庫的工作人員燃放燄劑進行地面增雨。

(二) 專家篇

(1) Q:人工增雨的目的為何?

A:雲可能會造成降雨,若雲中的水氣全部變成雨(以及各種形式的水)且下到地面,則稱降水效率為百分之百;然而在實際的成雲致雨過程裡,即使是對流性的積雲或積雨雲,降水效率也只有11至19%而已,並不是很高;所以人工增雨主要目的是提高降水效率,讓原本就已經會下雨的雲,能夠多下一點雨。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(2) Q:人工增雨的機制為何?

A:當雲內溫度低於0℃,稱之為冷雲,而雲內溫度高於0℃則為暖雲,這兩種情況下降雨過程的原理不同;由於人工增雨的目的是要增加降水效率,根據冷、暖雲的環境差異,人工增雨機制區分為冷雲種雲和暖雲種雲兩種。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(3) Q:何謂冷雲種雲?

A:在低於0℃的雲中,存在冰晶及過冷水滴(未結冰的水滴),當冰晶數量夠多,就足以使過冷水逐漸蒸發,使得冰晶增大,所以若在發展高度還不是很高的對流雲裡,灑下人工增加的冰晶,便可以提高降雨效率,增加降雨量。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(4) Q:冷雲種雲的方法為何?

A:常使用的方法如以下兩種,第一種方式是潑灑乾冰,因為乾冰溫度為 -78℃,乾冰進入冷雲內部之後,造成環境溫度迅速下降,低溫使得過冷水滴直接變成冰晶,並且會成長終致降雨,不過乾冰要以細微粒子的狀態灑入雲中才會有效;另一種方法為加入碘化銀,在缺少冰晶的冷雲中,它是很有效的冰晶核,過冷水滴蒸發後附著於碘化銀成為冰晶,進而成長終致降雨。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(5) Q:何謂暖雲種雲?

A:在高於0℃的雲中,噴灑下大量的小水滴,作為雨胚,以增加雨滴碰撞成長的機會;或是設法讓吸水性粒子進入雲中,迅速吸收水氣成長成為雨胚。前者常藉由飛機進入雲中噴灑水滴方式完成,後者則常藉由燄劑的燃放達成。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(6) Q:暖雲種雲的方法為何?

A:常使用得方法如以下兩種,第一種方式是潑灑尺寸介於60μm(1微米 = 10的負6次方公尺)至數百μm的大量水滴,以激發水滴之間的碰撞成長,進而經由碰撞碎裂,形成更多雨胚,以進入連鎖反應加速降雨過程;另一種方法為加入直徑為1至5μm的吸水性例子如氯化鈉,或加入可溶性例子如硝酸鹽,均可迅速吸收水氣而成長,以達到足以碰撞成長的大小,並激發降水過程。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(7) Q:臺灣地區適合進行人工增雨嗎?

A:據水利署委託的研究計畫指出,臺灣地區的暖雲厚度自北向南增加,夏季較冬季厚,平均厚度為3至5公里。由於過冷水仍可存在於-15℃的高度上,實際上暖雲可發展至6.5至7.5公里。臺灣地區全年平均雲底高度約為300至400公尺,即使近年似有上升趨勢(冬季450至550公尺,夏季600至700公尺),仍代表臺灣地區的大氣環境,適合進行暖雲增雨。雲內環境溫度低於-15℃時,冰晶可自然形成,臺灣冬季此溫度出現在7公里左右,但通常冬季的雲頂遠低於此高度,就算將核化溫度較高(-5℃)的碘化銀施放到雲中,也沒有足夠的過冷水來讓冰晶成長;而在夏季,-15℃的高度約為8公里,能發展到這種高度的雲層在夏季雖較常見,但通常發展到此高度之前,暖雲過程已足以降下夠多的雨,冷雲種雲已不見得有需要。另根據WRF模擬種雲條件的評估結果,建議中南部冬季並不適合進行冷雲種雲。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(8) Q:臺灣地區什麼季節最適合進行人工增雨?

A:水利署曾委託學者,針對台灣98年冬季到99年梅雨季之間的天氣系統進行調查。在冬季,當鋒面及寒潮來臨時,北部的石門水庫幾乎都很適合進行暖雲種雲,而約有一半的機會可進行冷雲種雲;中部的鯉魚潭水庫,適合進行暖雲種雲的機會約為一半,適合冷雲種雲的機會很少;南部的曾文水庫,則不論暖、冷雲種雲的機會均很少。在春季及梅雨季,當鋒面來臨時,因為對流活躍,雲層厚度可發展得較高,北部石門水庫幾乎都很適合進行暖雲種雲,可進行冷雲種雲的機會則約有一半;而中、南部水庫適合進行暖雲種雲的機會略高於一半,適合冷雲種雲的則低於一半。簡言之,冬季至春季期間北部集水區有多次可進行暖雲種雲的機會,而南部在冬季可進行人工增雨的條件並不多見,直到春季至梅雨季的鋒面抵達後才有較多機會。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(9) Q:適合臺灣地區進行人工增雨的方式為何?

A:據水利署委託的研究計畫指出,在臺灣地區的環境條件下,平時自然存在或是人為活動所產生的冰核,已是最利於冷雲過程降雨的濃度狀態,因此,額外釋放的冰核,將使大氣中的冰核濃度過高,反而將因過度種雲而使得降雨減少;這意思是指,臺灣地區可能並不適合進行冷雲種雲。但是如果增加大小約100μm左右的霧狀雨胚進入暖雲,則有可能會出現1至10萬倍的增雨效果,且不會出現過度種雲的現象,即灑下4公噸的清水,可製造出4至40萬噸的降水,而燄劑燃放後所增加的如塩粒等巨型凝結核,可以加速雲滴的碰撞收集,進而幫助降雨的過程;因此,兩種暖雲種雲的方法,對台灣而言是較有效的作法。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(10) Q:地面人工增雨的施作流程如何?

A:地面人工增雨的施作過程並不複雜,只要天氣條件合適,在最有利於吸水性凝結核進入雲內的位置上燃放燄劑即可。但是甚麼情況才是最合適的天氣條件呢?這其實是氣象問題而非水利問題。所以水利署委託專業團隊,依照一套標準的流程,隨時守視天氣。首先,根據氣象局以及其他國、內外作業單位的資料,先於五天前掌握住可能的施作日期;再於三至兩天前根據最新的天氣預測,決定施作目標區、燃放時間及地點;再於一天前,根據中尺度數值模式預測(高雲水含量的時段、雲層厚度達5公里、雲頂溫度為-15至-20℃)結果,估計出質點軌跡以修訂燃放時間、地點,及燄劑的數量;最後於施作當日,參考最新的模式結果,以及即時的氣象衛星及雷達影像,於降雨發生前、最有利質點上升至雲內的時間及地點燃放燄劑(可在平地燃放氯化鈣或在高山燃放碘化銀),經過一小時左右的作用之後,最終將在雲層經過集水區時,能夠降下多一點的雨量。整套流程經過精心設計,若時間及大氣環境配合,甚至還可以在集水區採集到之前所燃放的成分。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(11) Q:適合人工增雨施作的空中平台有哪幾種?

A:根據水利署委託台大進行的評估結果,國內適運用於空中作業的機種,除了空軍的C-130、S-70C及漢翔公司的ASTRA噴射機之外,另有空勤總隊的Kingair定翼機及AS365直升機等五種。其中C-130型機一直是國內近十餘年來進行空中人工增雨的主力,但所載水塔僅能以水管自然流出方式於雲頂潑灑清水,所產生的雨胚太大,除非能透過霧化設備將水滴尺寸控制在300μm以下,否則增雨效率應為有限,然而加壓設備需額外電力,牽涉C-130型機的改裝問題,不易克服。S-70C外掛燄劑掛架則相對是較易實現的構想,只要通過認證即可投入實作。漢翔公司的噴射機,初步構想是以拖靶方式外掛燄劑,但尚未進行實測。至於空勤總隊的Kingair定翼機及AS365直升機,分別構想於機翼及機腹下掛載燄劑,也還沒有進行實測。此外,臺大的研發團隊,還試過其它低空平台的可行性;例如,使用遙控直升機或是氣象探空氣球吊掛暖雲燄劑,使用遙控定翼機或繫留氣球將暖雲催化劑粉末攜帶至空中潑灑,甚至還測試透過燄火彈,將鹽粒或細沙等巨型凝結核發射至雲中或雲下的可行性。

以上參考自民國99年經濟部水利署人工增雨作業評估計畫。

(12) Q:各種種雲方式的優缺點如何?

A:在各種人工增雨作業平台中,施作起來最直接且範圍最廣的就是空中平台,根據飛機性能掛載或施放不同的催化劑,保持雲上、穿雲或雲下飛行,效果最為顯著,在安全無虞的情況下,幾乎可以達到於指定地點施作的目標;但其缺點是成本太高,且施作之前的行政準備繁瑣。而地面增雨所憑藉的燄劑燃燒方式,則有易受局部地理環境影響的不確定性,相對於變化快速的雲層發展,地面施作較為被動,但卻有操作簡便、成本低的優勢。至於低空平台,雖然可以將催化劑送至雲下,但一方面因為籌載有限,另一方面對於施作的人員而言可能並不容易操作,僅燄火彈之操作相對簡單,值得繼續研發。

以上參考自民國100年經濟部水利署人工增雨技術研發評估計畫(1/2)。

(13) Q:國產與美製暖雲增雨焰劑比較?

暖雲增雨焰劑的作用,是藉由焰劑的燃放,釋放出吸濕性粒子進入雲中,以達促進雲中細微水滴成長、增加降雨量的目的。

目前水利署的增雨作業,都是使用美國ICE公司製作的焰劑,其重量約1.4公斤,施作時,置於專用支架,透過外接電路擊發;但「人工增雨技術精進研發計畫(2/2)」指出,人工增雨之方法與成效隨著地理、氣象條件會有相當大的變化,國外所產製的暖雲焰劑,燃放出來的煙霧粒徑偏小,不見得完全適合台灣,研發、測試及自製更有效的暖雲焰劑有其必要性。此外,美製焰劑單價(含運費、報關、倉儲及匯率變動)高,採購流程繁瑣,若能在國內自行研發產製,有降低成本及採購便利。

水利署委託台灣大學,進行一連串模式模擬及成分量測後,再與國內有製作焰劑能力的單位(如國防部軍備局202廠)合作,進行焰劑配方與火藥混拌,初步製作出可釋放出較大粒徑的試驗性焰劑,經於野外試燃,不論單管或多管串連均有不錯的煙霧效果;此試驗性焰劑質量較輕,未來若克服製程上的技術,有機會製造出相當於美製焰劑相同效果的產品。