但研究人員並不像該公司那樣有信心。
2023年6月1日,在炙熱的熱浪籠罩魁北克省時,數千次閃電劃破天際,引發了超過120場野火。
這些大火吞噬了乾旱的森林和枯萎的草原,燃燒了數週,加劇了加拿大史上最嚴重的火災年。最終,近7,000場火災燒毀了數千萬英畝土地,產生了近5億噸碳排放,迫使數十萬人逃離家園。
閃電引發了近60%的野火,而這些火災則佔據了總燃燒面積的93%。
現在,一家總部位於溫哥華的天氣改造新創公司 Skyward Wildfire 表示,他們未來能夠阻止引發這些災難性火災的閃電。該公司剛完成一輪融資,籌集了數百萬美元,計劃用於加速產品開發和擴大營運。直到上週,該公司在其網站上強調了閃電在2023年大火中的作用,並聲稱已展示出能夠阻止「高達100%閃電」的技術。
這是一個引人注目的聲明,遠遠超出了研究人員對人類抑制閃電潛力的信心水平,在《麻省理工科技評論》的詢問後,該公司已將其撤下。Skyward 負責政府合作的 Nicholas Harterre 在電子郵件中表示:「雖然該聲明反映了在特定條件下的觀察結果,但並非意在暗示普遍的結果,且已予移除。」「在複雜的大氣系統中,一致的100%結果並不現實,正如您諮詢的專家所指出的那樣。」
該公司現在聲稱,他們已證明能夠「阻止目標風暴單元中大部分的雲對地閃電」。到目前為止,Skyward 尚未公開其具體方法,Harterre 在回應我們的問題時僅表示,所使用的材料「惰性且根據監管標準選用」。
但網上文件顯示,該公司依賴一種美國政府機構在1960年代初開始評估的方法:向雲層播撒金屬箔條,或塗有鋁的窄玻璃纖維絲。
軍方使用這種材料來干擾雷達信號;例如,戰鬥機在纏鬥中會釋放它來干擾導引飛彈系統。數十年前美國機構進行的現場試驗表明,它可以在一定程度上、在特定條件下幫助減少閃電。
如果 Skyward 能夠大規模可靠地應用它,隨著氣候變遷推高氣溫、使森林乾旱並可能增加閃電頻率,這將為應對日益增加的火災風險提供強大的工具。
Skyward 的創始人兼首席執行長 Sam Goldman 在去年 LinkedIn 上發布的一份聲明中表示:「在高風險的日子裡阻止閃電可以拯救生命,節省數十億美元的火災損失,並且是現有最有效率、最即時的氣候解決方案之一。」
然而,研究人員和環境觀察家表示,仍有許多不確定性,包括在不同天氣和氣候條件下播撒的效果如何、需要釋放多少材料、多久進行一次,以及在商業規模上抑制閃電可能產生的二次環境影響。
一些觀察家還擔心,該公司似乎在未提供廣泛的公眾通知或公開討論其將何種材料投入雲層的情況下,就在加拿大部分地區進行了天氣改造現場試驗。
鑑於日益嚴峻的火災危險,加拿大倡導組織 Environmental Defence 的項目總監 Keith Brooks 表示,評估新技術緩解這些風險的潛力是「合理的」。「但我們應該謹慎且透明地進行,採用嚴謹的科學方法並接受審查。」他說。
Skyward 的網站提供了很少的技術細節,但該公司表示,他們在2024年和2025年與加拿大野火機構合作展示了其技術。該公司還表示,他們開發了人工智能工具來預測可能引發火災的閃電。
Skyward 上個月宣布,他們在早期種子輪融資的延續中,籌集了790萬加元(570萬美元),該輪融資最初於去年年初結束。投資者包括 Climate Innovation Capital、Active Impact Investments 和 Diagram Ventures。
Goldman 在一份聲明中表示:「我們的第一個季度證明了大規模預防是可能的。」「這筆資金使我們能夠擴展到新的地區,並支持那些需要可靠、可操作工具來在緊急情況發生前降低火災風險的合作夥伴。」
該公司在其網站或近期公告中並未使用「人工影響天氣」一詞。但正如《The Narwhal》先前報導的那樣,一份強調其去年入圍環保組織火災大挑戰決賽的新聞稿稱,該公司透過「使用安全、無毒的材料進行人工影響天氣,以中和風暴電荷」來抑制閃電。
此外,提供贈款支持 Skyward「測試和部署」該技術的 Unorthodox Philanthropy 基金會在關於 Goldman 的獲獎者介紹中提供了更多細節。其中提到:「Skyward 團隊……選擇了一種由鋁覆蓋的玻璃纖維製成的惰性物質,該物質經常在軍事行動中用於攔截和迷惑敵方雷達,同時也能釋放雲層電荷。」
世界銀行在發布的一份關於開發應對火災風險的公司材料包中,披露了更多細節,其中一份標記為「專有和機密」的文件。
Skyward 的圖表顯示,飛機將粒子投入雲層,以阻止「高風險區域」的雲對地閃電。該公司在文件中還指出,他們使用人工智能來預測閃電風暴、確定處理優先級、鎖定風暴單元以及優化飛行路徑。
Harterre 強調,該公司將審慎部署該技術,並僅保留給具有高火災風險的風暴事件使用,並補充說,這類風暴僅佔特定區域閃電活動的0.1%以下。「我們的目標是在極端風險的日子裡,當火災威脅生命、關鍵基礎設施和生態系統,並且抑制成本和影響可能迅速升級時,降低引發火災的機率。」他說。
世界銀行發布的文件稱,Skyward 於2024年8月與阿爾伯塔野火部門合作,「透過飛機和無人機證明抑制效果」,並且其過程與「對照單元」(可能指未播撒的風暴單元)相比,閃電減少了60-100%。
文件補充說,該公司將在2025年夏季與卑詩省和阿爾伯塔省的野火部門進行額外的現場試驗,以「提供更先進的飛機、感測器和預測能力,實現景觀級解決方案。」
卑詩省野火服務部門在提供給《麻省理工科技評論》的一份聲明中承認:「卑詩省野火服務部門知道 Skyward 正在開發旨在在特定情況下減少閃電發生的技術。」「去年,Skyward 進行了初步試驗,以更好地了解該技術及其在卑詩省的適用性。如果像這樣的項目/技術在卑詩省推進,我們將與項目團隊接觸,以學習並確保我們利用所有可用工具來應對卑詩省的野火。」卑詩省機構拒絕安排採訪,也未回應關於使用了哪些材料、測試在哪裡進行,或是否提供了公開披露或要求公司這樣做的問題。阿爾伯塔野火部門也未回應《麻省理工科技評論》的類似問題。
雲只是各種形式的水——蒸汽、液滴和冰晶,它們凝結成我們在天空中看到的漂浮的羅夏測試圖案。在雲中,雪花和稱為冰雹的微小冰粒相互摩擦,導致原子交換電子。這個過程會產生帶有負電荷和正電荷的高度反應性離子。
上升氣流將輕的雪花與冰雹分開,在電場中建立更大的電荷差異,直到……啪!靜電放電以閃電的形式發生。
2023年的火災季對加拿大來說並不是一個特別多閃電的年份——但它其實不必如此。加拿大森林服務局的研究科學家、發表在《Nature Communications》上分析當年火災的研究的主要作者 Piyush Jain 表示,當時天氣非常炎熱乾燥,以至於每一次擊中地面的閃電都有比平常更大的機會引發火災。
然而,氣候變遷很可能會產生更多的閃電,如果還沒有開始的話。溫暖的空氣能容納更多水分,並為大氣增加更多對流能量,這驅動著形成雲和引發閃電風暴的空氣垂直運動。
Jain 說:「所以條件已經存在,而且條件很可能會增加。」
不同的模型對世界某些地區的閃電預測結果不同。但一個更清晰的趨勢已經在最北端的緯度地區出現,那裡是地球變暖最快的地方。研究表明,在北極的北方針葉林地區,由閃電引發的火災已大幅增加,並預測將繼續上升。
Woodwell 氣候研究中心的高級科學家 Brendan Rogers 表示,這與其他日益增加的風險結合在一起,例如更長的火災季節、更高的氣溫和更乾燥的植被,共同增加了更嚴重火災和更多溫室氣體排放的可能性,他專門研究火災對永凍土融化的影響。
事實上,加拿大2023年火災產生的排放量是其化石燃料排放量的四倍多。
科學家們進行了各種實驗來探索預防閃電的可能性,但其中大部分發生在上個世紀的後半葉。
在戰後時期文化樂觀和經濟繁榮的背景下,美國研究機構和公司進行了一系列人工影響天氣實驗,旨在征服自然——或至少緩和其危險。研究團隊將乾冰和碘化銀等材料投入雲層,試圖增加降雨量、減少冰雹、驅散霧氣和改變颶風路徑。
麻省理工學院的 Phillip Stepanian 和 Earle Williams 在《美國氣象學會公報》上發表的一篇關於閃電抑制歷史的文章中寫道:「人工影響天氣活動如此密集,以至於在1950年代初期達到頂峰時,美國約有10%的土地面積處於某種天氣改造計劃之下。」(《麻省理工科技評論》由麻省理工學院擁有,但在編輯上獨立運作。)
當時美國林務局火災研究部門的負責人 Harry Gisborne 曾想知道,是否可以利用這項技術來引發陣雨,以撲滅公共土地上難以到達的野火。但當他將這個問題詢問在人工影響天氣領域進行開創性研究的通用電氣公司Vincent Schaefer時,Schaefer 認為他們或許可以做得更好:阻止引發火災的閃電。
這些對話開啟了後來的 Skyfire 計畫,這是一個多機構的公私研究計畫,在1950年代和1960年代進行了一系列實驗。研究團隊在亞利桑那州的聖弗朗西斯科峰、愛達荷州邊緣的比特魯特山脈以及蒙大拿州的迪爾洛奇國家森林等地對雲層進行了播撒。在比較處理過和未處理過的風暴雲後,研究人員得出結論,播撒將雲對地閃電減少了一半以上。但正如麻省理工學院的 Stepanian 和 Williams 指出的那樣,樣本量很小,而且關於結果的統計顯著性仍存在疑問。
(蘇聯科學家也在1950年代進行了一些閃電抑制的現場實驗,並在1970年代進行了一些相關研究,包括使用火箭將碘化鉛發射到雷暴中,但很難找到這些計劃的進一步細節。)
1969年,一次近乎悲劇的事件重新點燃了美國政府對抑制閃電可能性的興趣,當時閃電在發射後幾秒鐘內兩次擊中了阿波羅12號太空梭。太空人能夠重設系統並成功完成了登月任務,但這是一次非常驚險的經歷。
事後,NASA 和 NOAA 聯手進行了被稱為 Thunderbolt 計畫,該計畫依賴於軍事反制措施中常用的金屬箔條。
美國陸軍電子實驗室的研究人員先前曾提出過透過部署這種材料來抑制閃電的可能性,這種材料由少數國防承包商製造。其想法是,箔條在形成的電場中充當導體,從一些氧氣和氮氣分子中剝離電子,並將其添加到其他分子中。由於雪花和冰雹之間的摩擦,已經在雲水分子中積聚的不匹配電子,就可以跳躍到這些新帶電的原子上。這反過來應該會減少靜電的積累,否則靜電會導致閃電。
Stepanian 和 Williams 寫道:「透過在弱電場中持續重新分配——從而中和風暴內的電荷,產生閃電所需的強電場將永遠不會形成。」
NASA 和 NOAA 在1970年代初至中期進行了一系列實驗,在科羅拉多州博爾德,後來在甘迺迪太空中心對雲層進行了播撒。在這裡,實驗也顯示出「普遍有希望的現場結果」。但 NASA 最終擔心箔條可能會影響無線電通信,並關閉了該計畫。Stepanian 和 Williams 總結道:「閃電抑制研究再次被放棄,減輕閃電危害的責任又回到了天氣預報員身上。」
那麼,這一切告訴我們關於我們預防閃電的能力呢?
麻省理工林肯實驗室航空交通管制和天氣系統小組的技術人員 Stepanian 說:「我認為,毫無疑問,這項技術可以用於減少風暴中的閃電。」「但有一些重大的注意事項。」
例如,尚不清楚需要釋放多少材料,它會持續多久,以及在不同的氣候和天氣條件下效果會如何變化。
(Stepanian 在早期階段曾諮詢 Skyward,他拒絕討論這家新創公司。)他關於閃電抑制歷史的合著者似乎更為懷疑。Williams 在一封電子郵件中表示,有明確的證據表明箔條「對雷暴的電荷有影響」。但他在電子郵件回覆中表示,其在減少或消除閃電活動方面的有效性「仍然存在爭議」,需要進一步測試。(Williams 表示他沒有為 Skyward 提供諮詢。)
在他自己的書面評論中,他強調了早期研究中的一些潛在缺陷,包括未考慮到的處理過和未處理過的風暴之間雲層高度的差異。此外,他指出一些研究使用了僅能偵測雲對地閃電的偵測系統,而無法偵測到更常見的雲內閃電。
他還提到了他與 Stepanian 以及新墨西哥理工大學的研究人員合作進行的一項更近期研究的結果。他們利用佛羅里達州坦帕和墨爾本的天氣雷達數據,偵測了在該州中部地區軍事訓練和測試演習期間釋放的箔條。
他們比較了明顯偵測到箔條的35場風暴與未偵測到箔條的35次情況。
根據該論文的摘要——尚未經過同行評審或發表,但在12月舉行的美國地球物理學會會議上發表——在存在箔條的風暴通常「較小且壽命較短」。
然而,總閃電次數——包括地面閃擊以及雲內和雲間的閃電以及空氣中的閃電——在攜帶箔條的雲中實際上顯著更高:62,250次對比24,492次。
作者寫道:「總之,到目前為止,很難得出關於使用箔條抑制閃電的結論。」
Williams 表示,他們的研究和其他研究表明,可能需要高濃度的箔條才能抑制閃電。這可能是因為箔條纖維釋放的離子很容易被雲滴捕獲,而無法到達需要中和的帶電粒子。
但 Williams 補充說,這也可能帶來重大的部署挑戰,因為一旦箔條被釋放到湍流的風暴雲中,它就會迅速變得稀釋。
Harterre 表示,他無法評論佛羅里達州研究的結果,但指出該州的風暴與其公司營運的加拿大省份的風暴非常不同。
他寫道:「我們迄今為止的工作重點是已評估了營運可行性且火災風險最高的地區。」
釋放更多箔條的可能性也引發了關於它還可能對大氣產生什麼影響,以及一旦它落地會發生什麼的問題。
美國軍方進行了多項研究,探討箔條的環境和健康影響,並發現它會廣泛分散,在環境中分解,並且「通常無毒」。
例如,海軍健康研究中心的一份報告評估了切薩皮克灣附近數十年訓練演習的環境影響,結論是「美國軍隊目前和預計的全球鋁箔條使用量」不會使總鋁含量超過環保署的既定限值。
但美國政府問責局1998年的一份報告提出了一些其他警示,指出箔條也會影響民航交通管制雷達和天氣預報。它還強調了「收集在水庫中並引起化學變化,可能影響水及其使用者物種的潛在但遙遠的機會。」
Stepanian 表示,如果閃電抑制工作需要比軍方目前釋放的更多的箔條,可能需要進一步研究來適當評估環境影響。
加拿大環保組織的 Brooks 表示,他想了解更多關於 Skyward 使用的材料、它們的來源、對環境留下了什麼,以及對動物的影響。
他還警惕干預風暴可能產生的二次效應。Brooks 說:「我只是認為,如果我们開始干擾像天氣這樣複雜的系統,可能會產生意想不到的後果。」他補充說:「想到有飛行員在進行飛行而人們卻不知道,這讓我感到不安。」
Harterre 表示,該公司遵守任何適用的法規,並且其現場活動「與相關當局協調並獲得適當授權」。
他補充說,他們釋放的播撒材料的體積和濃度低於國防用途的相關水平,並且部署「僅限於定義的高火災風險風暴條件」。
目前尚不清楚 Skyward 在多大程度上或是否真正推進了閃電抑制科學,或是否澄清了自上世紀研究以來一直存在的疑問。
據《麻省理工科技評論》所知,該公司尚未發布其現場試驗的數據,未在同行評審的學術期刊上發表任何論文,也未披露其測試是如何進行的。
Williams 表示,沒有這些信息,就無法評估其聲稱。他和他的兩位新墨西哥理工大學的合著者——副教授 Adonis Leal 和碩士生 Jhonys Moura——都對該公司先前「高達100%」的閃電預防聲明表示懷疑。
Harterre 表示,Skyward 計劃在其計劃成熟時發布更多技術信息。
他寫道:「我們期待有機會分享更詳細的信息。」
與此同時,Skyward 的投資者對該公司寄予厚望,並在其潛在的應對火災危險能力中看到了「巨大的機會」。Climate Innovation Capital 的管理合夥人 Kevin Kimsa 在該公司近期宣布融資時的一份聲明中表示:「只有從被動抑制轉向主動預防,才能減輕指數級增長的火災風險。」Woodwell 氣候研究中心的 Rogers 曾與 Skyward 交談過幾次,但沒有與他們合作過。他也強調,了解閃電抑制的潛在環境影響並與受影響地區的公民,包括原住民社區進行協商至關重要。但他表示,他對閃電抑制在有效且沒有重大缺點的情況下可能扮演的角色感到「樂觀」。
這是因為預防火災比撲滅火災便宜得多,而且可以避免對消防員、生態系統、基礎設施和當地社區的風險。
他說:「如果你能在火災燃燒之前就將其撲滅,你就能消除很多潛在的問題。」
達到臨界點只是為電網獲取電力過程的第一步。
研究人員開始探索我們需要開發哪些工具和系統來為地球降溫。
一系列非傳統的冷卻器正進入空調市場——並旨在降低其排放量。
美國的一項關鍵稅收抵免已結束,但熱泵的銷售仍然強勁。
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