現代人造雨之父─Irving Langmuir

現代人造雨之父 — Irving Langmuir
國立臺灣大學大氣科學系蔡宜君博士

Irving Langmuir (圖片來源：維基百科)

科學家歐文·朗繆爾（Irving Langmuir，1881－1957）出生於美國紐約，1906年於德國Georg-August-Universität Göttingen完成博士學位，師事1920年諾貝爾化學獎得主瓦爾特·能斯特 （Walther Nernst，1864-1941）。朗繆爾是物理及化學家，專精於物質表面現象，例如蒸發、吸附等，他所發現的單分子吸附層理論亦被命名為Langmuir isotherm；1932年因其在表面化學的貢獻卓越，獲得諾貝爾化學獎。但朗繆爾更廣為人知的事蹟，則是他返回美國後，在通用電器公司實驗室（General Electric research laboratory，GE）任職期間(1909-1950年)，對於人造雨方法上的創新。

所謂人造雨（種雲），就是人為加速降水發生的過程，因此想要讓人造雨有效果，必須對於成雲致雨的物理過程有清楚的瞭解，才知道如何選擇適合的種雲催化劑。現代人造雨方法主要分為冷雲種雲（0^oC以下，以冰晶為主）以及暖雲種雲（0^oC以上，以水滴為主）兩種類別，可以說都是站在雲物理學的基礎上所做的應用。1946年朗繆爾指導文森‧舍弗（Vincent Schaefer，1906-1993）從事過冷雨滴的實驗，但冰箱的溫度卻一直降不下去，舍弗決定把乾冰 （固態的CO₂）加到冰箱，意外發現乾冰可以把溫度降到-40^oC，促使冰晶同質核化過程發生，產生大量冰晶。同年稍晚，他們從飛機上對一片位於4公里高度、溫度約-20^oC的層雲灑下乾冰，大約5分鐘後，雲內大量冰晶形成並下落，在雲下下落了約1公里才蒸發。舍弗發現乾冰種雲的技術，也啟發了同樣任職於GE的伯納德·馮內古特(Bernard Vonnegut，1914-1997)，在1947年提出碘化銀種雲的技術，而這兩種種雲劑目前在人造雨實驗上仍被廣泛使用。

不只是促成乾冰種雲技術的發展，1948年朗繆爾在Journal of Meteorology發表的文章，提出在暖雲中大水滴破碎連鎖效應(warm-rain chain reaction)的假說，對降水過程作了進一步的補充，朗繆爾認為對暖雲灑下大水滴，大水滴往下掉落的過程會收集雲滴，越長越大終至大水滴破碎，破碎過程產生許多小水滴，而小水滴又會上升氣流往上帶，在這個過程中，可經由碰撞等過程成長到雨滴大小，隨後又會造成破碎，如此連鎖的效應將可加速暖雲中雨滴的形成，而影響這個連鎖效應的表現包括環境上升速度的大小、雲的厚度以及水含量、雲滴大小以及破碎後產生的小水滴大小等因素。朗繆爾提出，「大水滴的暖雲種雲」與「乾冰在過冷雲滴種雲」為同樣有效的種雲方法，而其中在中低緯度地區（例如台灣）的對流性積雲，暖雲種雲的方法或許比乾冰或碘化銀的冷雲種雲，更能增加人造雨的功效。

回顧朗繆爾的貢獻，他對冷雲及暖雲兩種類別的雲種都提出可行的種雲催化劑，這些成果直到現代仍然是人造雨技術的主要基礎，稱朗繆爾為現代人造雨之父，當之無愧。

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參考資料

1. http://langmuir.nmt.edu/about/irving-langmuir-biography
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Irving_Langmuir#Research
3. Langmuir, Irving, 1948: The Production of Rain by a Chain Reaction in Cumulus Clouds at Temperatures above Freezing. J. Meteor., 5, 175–192.
4. Cotton, W.R., 1982: Modification of Precipitation from Warm Clouds- a Review. Bull. Amer. Meteor. Soc., 63, 2, 146-160.