50年前，美军投入1.6亿美金的“气象武器”真实效果如何？
2021/8/2 7:00:00 科学大院
从《三国演义》中“孔明借东风”，到今天科幻片中的天气控制器，人们早就认识到天气的威力，希望借助人为控制天气实现某种目的。
科幻灾难片《全球风暴》中，气象卫星网络“荷兰男孩”最终成为杀伤力巨大的攻击者
(图片来源：《全球风暴》截图)
历史上，也确实有“某些国家尝试使用气象武器，企图在战场上赢得胜利“的传言，其中最广为人知的就是美军曾在越南实施的“大力水手”计划。传言中该计划使得越南洪水肆虐，其威力甚至超过B-52轰炸机。
“大力水手”真的能化身“龙王”在越南横行霸道吗？要想了解真相，还得从科学角度出发。
从“祈雨”到“造雨”？
人类求雨的历史广泛且悠久，历史学家列维·布留尔认为全世界范围内都存在类似的原始祈雨风俗。原始部族往往将天气现象人格化，希望祈祷和祭祀能够带来降水。
图片来源：《西游记》截图
近现代以来，随着科学的发展，试图利用化学制剂等增加降水的尝试也从未止歇，其中有不少闹剧。1915年，圣地亚哥政府曾与查尔斯-哈特菲尔德(编者注：当时圣地亚哥小有名气的“造雨者”)签订合同，让其增加降水以补充水库蓄水。查尔斯在水库旁建塔，并释放了23种化学物质的混合剂。几天后，雨倒是来了，但却不走了，持续降水引发洪涝，摧毁桥梁，阻断火车，切断电话线缆，最后大坝决堤，致20多人死亡。
人工降雨里程碑的事件发生在1946年。通用电气公司的谢佛(Vincent Schaefer)和诺奖得主朗缪尔(Irving Langmuir)意外发现干冰可以使过冷水形成冰晶。之后不到一个月，谢佛的同事，大气科学家冯涅盖特(Bernard Vonnegut)博士又发现碘化银同样可以使过冷水结晶。从原理上说，谢佛的方法改变了热收支，而冯涅盖特的方法施加了人工冰核，这两种方式也是人工影响冷云降雨的最主要手段。
图片来源：veer图库
此后人工降雨逐步被政府重视并应用，某些西方国家曾试图利用人工降雨增加居民用水、二战中企图投放干冰影响飓风、甚至用于战争。其中最广为人知的就是1967年美军在越南开始实施的“大力水手”( operation-popeye)计划，试图在胡志明小道区域进行人工降水，以阻断越军行军。
如今在互联网搜“气象武器”，许多资讯里都会提及此计划(图1)：有说造成了连续6个月降水的，有说造成了大范围洪水的，甚至有说其造成的损失甚至比整个越战时期飞机轰炸还要大的。但大多缺乏引证，几乎找不到原始出处。
图1 各大新闻媒体的报道
图片来源：中国青年报、中国气象报社、腾讯网
此次计划到底对胡志明小道区域影响几何？是否导致1967-1972年该地区降水显著区别于气候平均态？经大量检索，我们结合一手材料和数据分析，尝试接近此次计划的真相。
解密“大力水手”的真实效果
1974年3月20日的一次绝密会议上，美国军方代表向参议员Pell等详细介绍了1967-1972年在越南秘密进行的人工降雨项目“大力水手计划”(图2)。
图2 1974年operation popeye绝密会议材料(已解密)
会议的解密材料显示，该项目从1967年3月20日开始至1972年7月5月结束，每年3月-11月执行；实施区域在6年间有细微变动，但都在胡志明小道附近(如图3)。平均每年的费用高达360万美元，现价约2500万美元(以1970年对应的膨胀率来算)，折合人民币约每年1.6亿元，这在当时是一笔不小的开支。
图3 1971年美军投放人工降雨催化剂区域
花了这么多钱，效果如何呢？与如今互联网盛传的“造成大洪水、影响降水持续6个月、造成的损失甚至比整个越战时期飞机轰炸还要大”等不同，会议最后认为这个项目的效果是有限、且无法证实的(“certainly limited”and “unverifiable”)(图4)。
图4 会议对此项目的评价
科技史学者詹姆斯·罗杰·弗莱明(James Rodger Fleming)在其关于天气控制历史的著作中对“大力水手”计划的实际成效同样持怀疑的态度(图5)。
图5《Fixing the Sky: The Checkered History of Weather and Climate Control》封面
那这个长达六年的计划难道没有一点效果吗？这份报告里，美国军方用来论证项目有效最核心的论据是1971年6月的例子(当然，从统计上说，以个案作为论据存在严重人为挑选数据问题，个例不能代表全部，但我们姑且不管)。1971年6月20日开始，美军加大了人工降雨工作强度(图6)，在随后几天观测到越军行军单位大幅减少。
图6 1971年6月人工影响天气的材料投放数目
图7展示了美军计算的6月可归因于人工降雨的降水异常，在某些局地地区，降水的确有所增加。结合相应时间段越方行军单位的下降，美军以此判断当时的人工降水可能取得了一定效果。
图7 1971年6月总降水(上图)；归因于人工降雨的降水异常(下图)
图3 1971年美军投放人工降雨催化剂区域
但对比图7和图3可以发现，尽管存在降水异常，其范围跟人工降雨区域相比是零散分布于局地的。
此外，美国军方如何估算人工降雨贡献的技术细节已经不得而知，但即使在今天，定量估计人类活动对降水的影响也不是非常容易的事。地球气候系统作为一个强非线性系统(编者注：非线性系统，即输出不与其输入成正比的系统)，自身就存在很强的波动，美国军方估算结果的可靠性本身就是一个值得怀疑的问题。因此，只能说军方可能在个别时间(如1971年6月)的局部地区造成了短时的降雨异常，远没有达到今天互联网传言中那样神乎其神的效果。
用数据还原历史雨季的降水
那在整个项目实施期间，越南地区降水有何变化？虽然我们没法回到1967-1972年去实地考察美军如何影响了胡志明小道区域的降水和行军，但是借助气象数据，我们可以一窥当时的气候状况。我们利用全球陆地降水资料(CRU)(编者注：该资料来自于英国东英吉利大学的气候研究中心，是当前应用最广泛的全球格点化的陆面降水资料之一，具有时间序列长、分辨率高等特点)分析了1967-1972年的雨季(3-11月)降水。
图8展示了美军实施“大力水手”项目期间越南雨季降水相对气候平均状况的变化。结果非常让人惊讶，胡志明小道地区的降水不仅没有增加，反而还减少了，部分区域降水甚至减少150mm以上。
图8 1967-1972年的雨季降水异常图(黑框内表示胡志明区域)，这里颜色越红，表明降雨较往常偏少，偏干旱；颜色越绿， 表明降雨较往常偏多，偏洪涝
通过计算黑框区域的平均降水异常时间序列(图9)，还会发现这6年中有5年的时间(1967-1971年)该地区的降水均偏少，其中1968-1969年降水相比均值更是偏少了150mm以上。而1972年尽管降水偏多，但将其放到整个历史时期来看，降水强度也无法排进前10。为确保结果可靠，我们还使用了另两套降水资料进行分析(图9)(编者注：GPCC来自于美国全球降水气候中心，PRECL来自于美国国家海洋和大气管理局，也是当前应用最广泛的全球格点化的陆面降水资料之一)结果与CRU资料十分吻合。
图9 基于CRU和另外两套降水资料资料的胡志明小道雨季逐年降水异常序列
再来看看解密材料中军方提到1971年6月的例子。从1971-1972年期间雨季的逐月降水异常(图10d,11d,12a-b)可以看到该月的确降水偏多，但强度并不突出。且6月2-9日还有台风活动，很难说这一降水异常是由人工降雨还是自然变化导致的。而纵观1971-1972年的降水变化，事实上异常最强的月份是1972年10月，较历史同期偏多达300毫米，但美军的“大力水手”早已于同年7月悄然结束。
图10 1971年雨季的降水异常
图11 1972年的降水异常
图12 1971年6月、1972年6月和1972年10月的降水异常
因此，尽管我们很难计算“大力水手”项目到底引起多少降水异常。但至少我们可以确定，这个项目并未使胡志明小道地区降雨显著多于历史平均，也未产生很强的降水异常。这也表明，后人盛传此次计划造成了大范围洪水，乃至持续几个月的降水异常，实际上是不符合事实的。
相对于大额的军费开支，这个项目实在算不上成功，无怪解密材料中评价此项目是“效果有限且无法证实的”，而时任驻越美军最高指挥官威斯特摩兰同样对此不满，称这次行动并未给降雨带来可观的增长(no appreciable increase)。
想利用气象，敬畏自然是前提
了解了历史上的“气象武器”，回到今人“呼风唤雨”的实践。
今天的人工降雨，更准确地说，是人工增雨。其影响范围一般是局地区域，且实施条件受气象条件的严格限制。目前国际上普遍认同的作业区增雨效果为10%—25%，一般只能在局地区域、合适的气象条件下，产生一定的降水增量。
除了“唤雨”的需求，有时人们还需要“赶雨”。比如近日历史罕见的特大暴雨袭击中原，造成河南多地受灾，全国上下随之揪心。就有网友提出：科技已经这么发达，我们就不能通过人工措施让暴雨分批下吗？这一点，这篇文章(河南特大暴雨如何形成？人工干预让暴雨分批下可行吗？)已经讲得很清楚——现有条件下人工影响天气只能顺势而为，谈不上可以自由地“控制”天气。
在我们国家，人工增雨更多是作为一种利民的举措。包括人工增雨在内的人工影响天气主要用于短时间内在局地尺度用于应急、减灾服务，比如消雾、增雨、防雹等。
尽管科学理论和实证大幅提高了人类对于自然规律的认知，但对于自然世界的复杂因果、对于高度非线性的混沌系统的理解，人类还有很长的路要走。我们应该正确认识人工影响天气的程度，面对未知的大自然，保持敬畏，不懈探索。
致谢：感谢北京陶诗言气象发展基金会科普协会所有老师和同学们对本文所做的贡献。
参考文献：
[1] James Rodger Fleming. Fixing the Sky: The Checkered History of Weather and Climate Control. New York, Columbia University Press, 2010.
[2] With Operation Popeye, the U.S. government made weather an instrument of war, Eleanor Cummins, Popular Science, https://www.popsci.com/operation-popeye-government-weather-vietnam-war/
[3] The top secret hearing about Weather modification. http://www.sunshine-project.org/enmod/popeye
[4] A Timeline of Weather Control.https://modernfarmer.com/2013/10/history-cloud-seeding/
[5] 美元现价计算: https://www.in2013dollars.com/1967-dollars-in-2018?amount=3600000
[6] Schneider, U., A. Becker, P. Finger, A. Meyer-Christoffer, and M. Ziese, 2018: GPCC full data monthly product version 2018 at 0.5°: Monthly land-surface precipitation from rain-gauges built on GTS-based and historical data, https://doi.org/10.5676/DWD_GPCC/FD_M_V2018_050.(GPCC数据)
[7] Harris, I., P. D. Jones, T. J. Osborn, and D. H. Lister, 2014: Updated high-resolution grids of monthly climatic observations - the CRU TS3.10 dataset. Int. J. Climatol., 34, 623–642, https://doi.org/10.1002/joc.3711.(CRU数据)
[8] Chen, M., P. Xie, J. E. Janowiak, and P. A. Arkin, 2002: Global Land Precipitation: A 50-yr Monthly Analysis Based on Gauge Observations, J. of Hydrometeorology, 3, 249-266(PRECL数据)
[9] (法)列维-布留尔. 原始思维. 商务印书馆，1981.
[10] 郑国光,郭学良. 人工影响天气科学技术现状及发展趋势[J]. 中国工程科学, 14(9):1-112.
作者单位：中国科学院大气物理研究所
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