研究人员已经进行了四次飞行， 在一月份，他们才看到了他们正在寻找的第一丝迹象。由气象学家、大气科学家和学生组成的团队汇聚在爱达荷州蛇河盆地附近，这是一个马蹄形盆地，位于落基山脉之间，最宽处达 125 英里。该州许多著名的土豆就产自这片肥沃的土地。每天，当天气合适——云层含有适量的过冷水分，在理想的温度和高度——团队就会飞入云层，撒下碘化银，然后观察是否能产生比他们呆在家里、保留他们的银器所能产生的更多的雪。
这叫做人工增雨。70年来，人们一直在向蓬松的白云中播撒微小的化学种子，希望能改变天气。但经过这么长时间，没有人确切知道它效果如何：这种做法何时甚至是否能产生更多降雪，或者如何产生。
“自从开始以来，这些问题就一直存在，” SNOWIE 的主要研究员之一 Bob Rauber 说，他是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的大气科学教授。他从 70 年代就开始研究这种现象。如今，尽管科学家们拥有一个理论上能计算成功率的计算机模型，“我们不知道它是否正确，因为我们还没有能够验证它，”他说。
在第五次飞行，即 2017 年 1 月 19 日，主要研究员 Jeff French 坐在一架小型 King Air 螺旋桨飞机里，他是一名怀俄明大学的大气科学助理教授。飞行员飞到 14,000 英尺的高度，然后下降了几千英尺。他们上方的空气温度约为华氏 5 到 14 度，这对于制造雪所需的过冷液体来说是理想的。飞机的雷达正在运行，收集大气压力、温度、水蒸气和风信息的仪器也在运行。测量数据源源不断地输入到固定在四座飞机内的计算机处理器机架中，使其看起来像录音棚的内部。
French 知道，大约 1000 英尺上方，另一架飞机正在播撒碘化银信号弹，这些圆柱体像烟花弹一样排列整齐，在开始表演之前。这些信号弹要么在飞机上原地冒烟，留下颗粒物向下飘散的轨迹，要么从机翼弹出，在重力作用下燃烧并落向地球。但 French 看不到另一架飞机。事实上，他什么也看不清。这就是在云层中飞行的特点。他能看到飞机雷达的实时画面，显示他上方和下方的云层结构，他可以看到云层粒子的尺寸、形状和浓度如何变化。
在他下方，看不见的土地在最高处呈现出锯齿状且没有树木，上面覆盖着白雪。当这些冰雪在春天融化时，会流入下方的盆地，为爱达荷州居民提供生活用水，并为驱动该州大部分电力需求的the 潮汐能电站提供电力。
French 上方的飞机来回飞行，撒下碘化银，如果成功，就会有雪花在山脉上空之字形飘落。然后，他的飞机穿过这些羽流，其仪器能够看到 French 本人无法看到的东西：它们可以探测到反射率的尖峰，这表明冰晶正在生长，可以观察它们随天气一起移动，并可能辨别出是否在银色化学物质落下后实际出现了雪。
在他下方的地面上，两个偏远山区的雷达扫描着相同的测量数据。这些仪器由冒雪到达山坡的学生操作，它们是第一个看到表示正在制造雪的之字形图案的。
控制天气的想法本身就有一种诱惑力。 大自然一直在向人类施加降水，迫使我们经历潮湿、结冰、大雪、冰雹、洪水、干旱——无论何时何地。人造天气改造是我们至高无上的存在，能够让世界按照我们的需求运行的最终体现。20 世纪开发的计划因此试图减轻冰雹、制造雨水、遏制飓风和增加降雪。
SNOWIE 只处理后者。根据需要，该团队的尝试涉及山脉，山脉在形成和引导降水中起着作用。当空气接近山脉时，它会随着地势上升。（毕竟，它无法穿过岩石和泥土。）空气在上升过程中会冷却，然后凝结成“地形”云。
在云中，天然雪花胚胎通常在冰晶生长在微小颗粒上时形成，例如灰尘、气体或污染物。科学家称这些为核。人们的思路是，要产生更多的雪，就必须增加更多的核。碘化银颗粒已成为首选材料，因为当它们撞击过冷液态水时，如果温度低于 21 华氏度，它们就能可靠地使其结冰。滑雪胜地和干旱地区花费巨资将银撒向天空，但实际上并没有科学共识表明该策略是否有效。
2015 年，科罗拉多大学博尔德分校和美国国家海洋和大气管理局合作的科罗拉多州环境科学研究合作研究所，在评估了 10 年的以雪为重点的项目和研究后，得出了一个结论，在一个 148 页的报告中。“可以合理地得出结论，人工增强山区冬季积雪是可能的，”它指出。但在同一段的后面，作者们又含糊地说：“没有严谨的科学研究……证明播撒冬季地形云可以增加降雪。因此，科学界几十年来一直在寻求的‘证据’仍然没有到手。”
人工增雨的想法——还能在哪里？——是在冰箱里形成的。 特别是通用电气科学家 Vincent Schaefer 的冰箱。据《纽约时报》1993 年对他讣告的报道，Schaefer 早在年轻时就对冰产生了兴趣。当他还是一名滑冰少年时，他痴迷于雪花的结构，并想出了一种在雪花消失前将其图像转移到胶片上的方法。成年后，在 20 世纪 40 年代，他将一些干冰放入冰箱，然后对着冷箱呼气。“箱子里的微小云团立即变成了微小的冰晶，”讣告这样报道。1946 年，Schaefer 将这些知识带到了马萨诸塞州的天空中，并从飞机上投下了 6 磅干冰。他看到水结冰，雪花在飞机下方落下。同年，物理学家 Bernard Vonnegut——作家 Kurt 的兄弟——意识到碘化银也可以用来播撒云层。干冰必须在云层内部才能起作用，但碘化银可以撒在云层外部并随风飘散。此后，科学家们主要使用这种化合物。
SNOWIE 研究员 Rauber 参与了 Schaefer 和 Vonnegut 之后的几项重要的后续研究项目。在科罗拉多州斯廷博特斯普林斯，他和他的博士导师 Lew Grant 尝试了人工增雨，以了解云的内部扰动。他说，这基本上与 SNOWIE 类似，“但使用的是 70 年代和 80 年代的仪器，相当于我们今天拥有的设备。我们当时拿着可乐瓶大小的眼镜在走动。”
其他科学家也在科罗拉多州、蒙大拿州和犹他州等州进行了研究。2000 年代在澳大利亚进行的一项最具决定性的实验表明，播撒可以使降雪量增加 14%。但即使是这些结果也不是决定性的。设备还不够好，无法看到研究人员需要看到的东西。
在 SNOWIE 之前，最近一项大型研究是 2005 年州政府资助的怀俄明州人工影响天气试点项目。经过九年和 1300 万美元的投入，最终结果仍不确定。虽然一项实验显示播撒没有产生任何效果，但其他实验表明降水量可能增加了 5% 到 15%。
2014 年，Rauber 和 French，以及怀俄明大学大气科学教授 Bart Geerts 和科罗拉多大学博尔德分校大气科学副教授 Katja Friedrich，与爱达荷电力公司和国家大气研究中心联手，向国家科学基金会提出了申请。他们表示，他们共同拥有解决人工增雨所有遗留问题的头脑和实力。最后，他们拥有了正确的“眼镜”：足够强大的仪器来观察其运作过程。SNOWIE 的雷达可以测量含有更少和/或更小粒子的云；它们可以以更高的空间和时间分辨率进行区分；它们可以使用对更小粒子更敏感的更高频率。French 表示，总的来说，它们“直接测量云粒子的能力得到了显著提高”。他们将收集与以往相同类型的数据，但这一次他们能够看到该情况的微观物理过程。
爱达荷电力公司自 2003 年以来一直在运行播撒计划，尽管存在科学上的不确定性，但他们将使用他们的飞机来播撒碘化银，并将运行他们 usual 的数据收集系统。科学家们将使用装有仪器的飞机和山顶雷达站。信息将由研究人员、国家大气研究中心和爱达荷电力公司提供的机器记录，之后将汇总供所有人分析。他们将一起评估云层内部实际发生的情况，以及这对缺水地区、滑雪胜地和潮汐能发电厂意味着什么。
现在，这些问题变得更加紧迫。近一个世纪前，可能始于一种想当然地让天气对人类更方便的冲动，如今已演变成支持干旱地区生存的必需品。洛杉矶县已资助了其集水区内的播撒项目。犹他州、加利福尼亚州和爱达荷州试图增加融雪，为他们的饮用水提供来源并驱动他们的潮汐能发电厂。科罗拉多州的滑雪胜地如 Vail、Aspen 和 Winter Park 希望通过增加降雪来度过他们至关重要的旅游季节。SNOWIE 的主要研究员之一 Friedrich 说：“我们非常非常缺水。这就是底线。即使只是一点点水，也很有帮助。”
SNOWIE 团队第二次提交提案时，国家科学基金会同意赞助该项目。
该团队于 1 月 7 日至 3 月 17 日在爱达荷州设立基地， 拥有约 20 次播撒会议的资源。他们每天通过自己的气象气球和外部预报来确定，是否会在山区上空以正确的温度和高度形成饱和过冷水的云。
Josh Aikins 是 Friedrich 的研究生，也是山区雷达团队的关键成员。他之前只滑过一次雪，那还是在他十几岁时去佛蒙特州度假的时候。但他很快就学会了如何驾驶雪地摩托，到达海拔 7000 英尺的 Packer John Mountain 雷达站——即使当雪非常新且轻，以至于本应漂浮在其上的机器反而下沉，需要被挖出来。
Aikins 小时候就爱上了雪，当时 96 年的暴风雪覆盖了中大西洋地区。雪堆积成高过他家位于宾夕法尼亚州约克的房屋屋顶的雪墙。他从宾夕法尼亚州立大学获得了气象学学位，但他知道自己不想成为天气预报员。“我是穿 T 恤和短裤的那种人，”他说。
当 SNOWIE 团队决定进行一次播撒运行时，Aikins 和其他雷达操作员将一周的食物和衣物装上了车辆；考虑到他们故意在风暴期间开车上山，他们永远不知道什么时候能下来。有一次，10 英里的路程非常艰难，需要七名专业的雪地摩托车手来帮助他们。
每次他们到达地点——一个山顶，上面有一个卡车顶上的雷达系统，还有一个旧的露营车作为他们的豪华住宿——Aikins 都会启动发电机，为雷达和露营车加热。“我们有很多电脑，我们不希望它们冷启动，”他说，因为有些电子元件在寒冷条件下工作不佳。他们会将衣服和食物存放在露营车里，并挖出被积雪覆盖的便携式厕所。
然后他们会用雷达扫描并观察天气动态。当播撒开始时，他们会寻找反射率的变化，这表明电磁波正在从新形成的冰粒子区域反射回来。
Aikins 清楚地记得第一个信号发出的那天。“我们看到这些线性带穿过该区域，”他说，指的是雷达读数。“这看起来不自然。”他给指挥中心发了一封电子邮件，询问飞机是否出去了。它们出去了。“我们可以实时看到播撒。我们可以看到信号弹的轨迹。”
在他的公开实地报告中，主要研究员 Geerts 冷静地写下了他们的发现：“可能的播撒信号……两条反射率较高的带与播撒飞机对齐，随风漂移并随着时间消散。”
简单地说：他们成功了。
Aikins 和 Geerts 对第一次发现听起来相当冷静， 考虑到这正是他们来到西部寻求的东西。但这可能是因为，正如 Friedrich 所说，每个人都——而且仍然——感到怀疑。他们还没有完全分析数据。他们的结果还没有经过同行评审并在学术期刊上发表。
但他们的在线报告提到了三次可以将降雪形成与他们的活动联系起来的事件。第二次，Rauber 写道：“播撒信号是无可辩驳且明显的，线条模仿了播撒飞机的飞行轨迹。”他们开始相信这些信号可能不是巧合——并且他们想要更多。很快，他们就得到了回报。
“令人惊叹的不是我们看到了它，” Friedrich 说，“而是我们能够多次重复它。”
Rauber 在没有确定结果的情况下从事了数十年的播撒工作，承认他的兴奋。“老实说，第一次看到这个时，我欣喜若狂，”他说。“我几乎在房间里跳起舞来。”他恳请道，想象一下“一个老的人工增雨者的视角”。他在 70 年代和 80 年代努力工作，试图看到一个信号，那些可乐瓶大小的眼镜无法聚焦。而现在，就像他做了 Lasik 手术一样。
关于 SNOWIE 的数据，爱达荷电力公司的气象学家和北美天气改造委员会主席 Derek Blestrud 说：“我们获得的结果远远超出了任何人的想象。”
尽管团队捕获了那些之字形图案，但在他们能够告诉世界人工增雨究竟如何——以及效果如何——之前，他们仍有大量工作要做。取决于你问谁，他们将深入研究数据四到六年，尽管他们的目标是在 12 个月内公布“炫酷”的结果。“我们拥有的数据比我们任何人曾经梦想过的都要多，”French 说。
仅飞机在 18 次飞行中就收集了 25 GB 的数据，这些数据来自雷达和激光系统，以及其直接的温度、压力和水蒸气探测器。科学家们将对这些数据和地面研究进行整理，并在他们各自大学和科罗拉多州博尔德市的严重天气研究中心进行一些本地解释和分析。这将使他们对这些千兆字节的含义有一个初步的了解：雪如何在山区自然形成和落下，燃烧的无机物如何改变它们，以及对整体天气的影响。正如 French 所说，他们将拥有一个 5000 块拼图中的 100 块。
要获得完整的画面，他们需要一个更大的盒子——一台超级计算机。国家大气研究中心有一台名为 Cheyenne 的新超级计算机，其容量为 5.34 Petaflops。它是地球上第 20 快计算器。Cheyenne 将展示来自飞机、雷达和现实世界的物理观测与预测的匹配程度。基于它们的匹配程度，SNOWIE 团队和其他科学家可以调整预测因子，以便更好地了解哪种天气最适合改造。
这不仅仅关乎爱达荷州。SNOWIE 将弄清楚决定云如何形成、演变以及是否经过播撒降落到地球的根本机制。“它应该适用于任何地方，”Geerts 说。毕竟，物理学就是物理学，无论是在地球上、天堂里，还是在两者相遇的地方。
Sarah Scoles 是《接触：Jill Tarter 与搜寻地外文明》一书的作者，该书于 7 月由 Pegasus 出版。
本文最初发表在《大众科学》的“极端天气”特刊上。
