穿孔云和制造雨

一项新的研究表明，飞机在云层中飞行可以打洞并改变降雨量。克里斯·史密斯从国家大气研究中心的安迪·海姆斯菲尔德那里听说……

这要追溯到50年代末和60年代初，但随着越来越多的飞机飞行，这些特征变得更加明显。最明显的例子是非常薄的云层，5到7或8公里的中层云，从照片和人们在地面上的观察来看，它们看起来就像薄云内部的一个圆洞。所以云围绕着洞，经常，几乎总是，可以观察到雪甚至雨从这些层中落下。

Chris -关于飞机是否真的造成了这种现象是否有争论，或者这只是一个假设，我们只是不明白为什么会发生?

安迪-一开始的想法是这些要么是陨石，要么是燃烧的云，或者可能是火箭。甚至在最近，有观测显示它们可能是云层中的飞碟!一个壮观的例子发生在一年半前的莫斯科，它看起来就像一个飞碟，但我相信它是，从更深的云层中落下的降水，所以你看不到这个洞，因为它被云层覆盖了，但它有这个特征，几乎像一个飞碟。

克里斯:那么你是如何介入进来，试图理解这些具有这些有趣特征的云到底发生了什么?

安迪:首先，我们偶然注意到的一件事是四年前，我们在科罗拉多州有一个项目，我们组织的研究飞机在云层中飞行，研究它们的特性，我们观察到，我们无意中飞过了一个雪带，看起来像是由这些洞之一产生的。结果，我们回去确认了两架飞过云层的飞机它们是两架涡轮螺旋桨飞机。然后我们实际上可以测量降水的内容，这使我们将研究扩展到看起来不仅涡轮螺旋桨或涡轮或螺旋桨飞机会产生这种效应，而且喷气式飞机也会产生这种效应。我们在去年做的这个研究中有一个很好的例子，大约有100架飞机在德克萨斯州上空的云层中形成了小线，但有些窄线可能只有2到3公里宽，有些甚至达到200公里宽。

Chris:所以你所做的就是将飞机所在的飞行数据与这些特征的观测结果结合起来，大概是卫星的观测结果，这样就可以说，“看，飞机每次都出现在犯罪现场，所以我们可以合理地确定是飞机引发了这件事的发生。”

安迪-没错。可能不是每次都是，但圆形的洞只是暴露了。所以，我们所做的是，我们看了这张很棒的卫星图像，上面有100个这样的洞，上面有线，确定飞机是喷气式飞机和螺旋桨飞机，涡轮螺旋桨飞机，你能想象到的所有飞机，军用飞机……所以我们确定了飞机，然后我们的下一个问题是，“这些特征持续多久?”我们认为飞机只是穿过云层的一条铅笔线，然而，这些洞在卫星图像和其他地方都是可见的。所以，我们决定，“好吧，我们想研究这个效应。”所以我们使用了可能是最复杂的天气研究预报模型这是我所在的组织，国家大气研究中心开发的，并且使用了相同类型的条件下的模型，热力学大气条件就像我刚才提到的那个可怕的例子我们能够模拟这些洞产生的机制。

克里斯:那么这背后的机制是什么呢?究竟是什么导致飞机产生这种现象?

安迪:所以在螺旋桨飞机和涡轮螺旋桨飞机的螺旋桨叶片的尖端周围，空气会膨胀，这是发动机在背后推动的，膨胀的过程会导致冷却。然后冷却会导致云滴，这些云滴在零下10摄氏度的环境温度下，冷却到零下40摄氏度时自然冻结的程度。这是一个众所周知的自然冻结现象。只是飞机，就像人工影响天气活动一样，充当提供冰晶的核心，这些冰晶然后为云播下种子。

Chris -所以这只适用于一小部分云吗?因为我认为在空中很高的云的温度已经低得多了?那么这些云会离地面更近吗?

安迪:可能是夏天大气层中间的云。它们所处的温度可以使这一过程发生，几乎所有观测到的云洞都发生在这个温度下。但是在冬季云层较厚的时候，通常在中纬度地区的大部分情况下，在接近地表的地方，这种效应会发生在低海拔地区，你不一定会看到一个洞，但是当温度低于-10度时，会形成降水。

克里斯-所以飞机进入云层。在螺旋桨驱动飞机的情况下，在螺旋桨的尖端周围会有低压区。喷气式飞机也会有同样的现象吗因为翼尖周围有低压区?

安迪:完全正确，所以再说一遍，低压是由于空气膨胀造成的，然后在环境温度低至零下40度时，云层会自动冻结。所以它确实为几乎所有类型的飞机打开了这个过程我们已经记录了几乎所有类型的飞机。

克里斯:那么一旦这个洞被播种了，实际会发生什么呢?所以飞机已经穿过了，它创造了一个最佳的条件，让这些洞在它穿过的过程中，这个洞会变大吗?因为你吸收了更多的粒子，当粒子掉出来时，你会得到下降气流，然后你会得到更多的东西来取代它然后它自己变成了更多的冰粒，然后掉出来吗?

安迪:从云滴到冰晶的过程会释放热量，如果这些冰晶继续释放热量，就会像云一样产生浮力。这导致中心上升和冷却，或下沉;下沉的空气，和蒸发的云滴在边缘。尽管这可能只是一次粒子爆发，但这个过程是自我维持的。我们记录了一架飞机经过2小时或更长时间后，这些洞仍然可以观察到。

克里斯:它们长到多大?

安迪-我们已经记录了6到10公里从一个小铅笔切片穿过云从飞机。

Chris -既然你发现了这种现象，你就可以把飞机放在犯罪现场，我们知道他们在作案。它实际上是一个重大的气象影响吗?换句话说，云的降水潜力被剥夺了多少水，如果你把它在世界范围内的所有影响加起来，它重要吗?

安迪:这在全球范围内并不重要，但在冬季可能很重要，在中纬度地区有繁忙的机场，比如希思罗机场、法兰克福机场、戴高卢机场、美国的奥黑尔机场，这些机场有相当多的交通流量，这些云可以在冬季低云的地方持续播种。

克里斯:我们说的降水量是多少?它在背景上有意义吗?

安迪-我们在科罗拉多州的一个机场记录了一个案例，那里的降雨量高达每小时5厘米。如果它持续超过那个点，如果有很多飞机飞过，我们说的是在有很多飞机交通的情况下，特别是在爬升的情况下，每小时上升5厘米。

克里斯:在你的发现的基础上，我们还能学到其他关于云科学或大气科学的东西吗?

安迪:最有趣的是，我们能够记录下所谓的动态人工降雨，在许多早期的人工降雨尝试中，人们试图通过动态人工降雨来激活云层，他们在云的某一点上放冰，他们希望冰增长，关闭边缘或环流周围的上升气流和下降气流。这是这个过程的一个很好的例子，我们可以对它进行建模。