《西游记》里有趣的天气知识

高欣 李婧婧 蔡兆鑫

故事概况

1986版的《西游记》里有这样一段故事。唐僧师徒一路向西，来到一个叫车迟国的地方，这个地方有三位国师，分别是虎力大仙、鹿力大仙和羊力大仙，这三位道士法力高强，能够呼风唤雨，点石成金，因此在这个国家中道士的地位特别高。同样作为出家人的和尚们，因为求雨不成，被国王罚作道士的苦力。孙悟空知道后，路见不平，解救了和尚，得罪了三位国师，在倒换通关文牒的时候受到了国师的刁难。三位国师一定要与孙悟空一行人比试本领，才肯让他们离开，而他们比试的第一项就是求雨。最终孙悟空要风得风，要雨得雨，战胜了三位国师。

小时候看到这段情节的时候，只是觉得孙悟空一如既往的神通广大，赢得比赛也是意料之中。而某一天，当我陪着孩子一起重温1986版的《西游记》时，不经意间才发现，原来这场小规模的赌斗中，竟然还蕴含着科学道理，那就是人工增雨。

人工增雨的概念

人工增雨，一般是根据云的情况（性质、高度、厚度、浓度、范围等），采用飞机、高炮、火箭、地面催化剂发生器（烟炉）等方式，分别向云体播撒致冷剂（干冰、液氮）、成核剂（碘化银）、吸湿剂（食盐、尿素、氯化钙）等催化剂，从而改变云滴的大小、分布和性质，改变浮力平衡，加速其生长，达到增加降水的目的。

需要注意的是，人工增雨和人工降雨并不相同，人工增雨往往是天气已经具备降雨的条件，在此基础上，通过一些方法让降雨增加，而人工降雨是通过人工的手段，让不具备降雨条件的天气下雨，前者是“锦上添花”，后者是“无中生有”。

人工增雨的方式

声波催化增雨

我们先看看虎力大仙是如何求雨的，原文里是这样描述的：“这一上坛，只看我的令牌为号：一声令牌响风来，二声响云起，三声响雷闪齐鸣，四声响雨至，五声响云散雨收。”在实际赌斗时，只见虎力大仙手持令牌，大声呼喊，然而只是起了一场大风，并未下雨。电视剧里此时虎力大仙不免大惊失色，“怎么就不灵了呢？之前就用此法求雨的呢！”这应该是他的内心独白吧。此法之前灵验，这次不灵，原因到底是什么呢？这就要来分析一下他的求雨手段了。

按照原文的描述，虎力大仙的求雨手段是“五声”，他的具体动作也是“大声呼喊”，因此声音就是他求雨的核心。虎力大仙的求雨方式可以说是现代人工影响天气中“声波催化”这一增雨方式的雏形。

自然云中存在很多分布均匀的小云滴，它们在浮力的作用下，稳定地漂浮在云中。现代气象学中，利用流体力学的原理，用强声波激发云粒子震动，增大了它们相互撞击并合的概率，让很多小云粒子变成一个大的云滴，从而掉落下来，产生了降水。

虎力大仙在施法的过程中，不断向高空大喊，就是在向云中发出声波。现在的科技工作者们发明了聚能空气炮（或称燃气炮）和低频强声波。前者是一种运用冲击波对局部天气进行干扰的新型作业装备，其工作原理是在点火室中，将燃料和氧化剂按照预定的混合比例引燃，在爆轰室中形成爆轰波；爆轰波不断被加强，形成稳定的高能冲击波，通过连续向天空发射调制好的冲击波，使炮口上方区域气象条件发生变化。后者是通过电声低频强声波装置原型机，向云中连续发射低频（30～300千赫兹）声波，进而增加云中不同粒子间的碰并系数。这两种装置均可以对云滴粒子谱的展宽产生重要作用，对云中降水粒子下落有加速促进的影响，从而达到影响局部天气条件的目的，而且还具有安全性高、环保、不需要申请空域、作业成本极低、操作简易的特点。

不过“声波催化”这种增雨方法仍处于试验阶段，更多的是对较低的云层起作用，很多技术参数仍在探索之中，成功率比较低。所以虎力大仙之前偶有求雨成功，而在与孙悟空的赌斗中遭遇失败也是正常现象。

播撒催化剂增雨

孙悟空为什么没有经过任何试验，“一把”就成功了呢？先来看看他的方法吧。电视剧中，感觉孙悟空的方法简单粗暴，把金箍棒往天上一指，要风得风，要雨得雨。不过，有个细节不可忽略，孙悟空用金箍棒指天给信号的时候，金箍棒的顶端喷射出发光物体，直上云霄，发射四次后，天空下起了瓢泼大雨。

金箍棒顶端喷射出的发光物体和现代人工影响天气中的催化剂极为相似。而金箍棒向天空发射发光物体，更是像极了人工增雨过程中的核心环节——向云中播撒催化剂。相关人员需选择合适的云，通过飞机、火箭或者高炮向云中播撒催化剂，最终达到降雨的目的，这是目前人工增雨最为常用的手段。

在气象上，根据云内的温度，云层一般可以分为暖云和冷云，暖云是指云顶温度在0 ℃以上的云，冷云是指云底温度在0 ℃以下的云。我们平时常见的是混合云，即云层中既有暖云的部分，也有冷云的部分。暖云中，云粒子形态比较简单，全部为液态；冷云比较复杂，根据云顶温度的不同，云中可能会出现液态的过冷水滴和固态的冰晶、雪花、霰粒子等多种物质。

科学家们发现，如果冷云中温度不够低，利用制冷剂可以快速降低云内温度，让水滴快速凝结，形成大量冰晶，加速降雨；如果冷云中比较干净，富含大量低于0 ℃还保持液态的过冷水滴，同时云中缺乏冰核，我们可以依据冷云的静力催化和动力催化原理，向云中撒播碘化银等物质，让过冷水滴快速结冰。

其中，静力催化就是在冷云中引入适量的人工冰晶，由冰晶通过凝华过程及随后的凇附或碰并过程形成冷云降水；而动力催化是在云的过冷却部位引入大量人工冰晶，使云中过冷水迅速转化为冰晶，并加强凝华过程，释放大量冻结潜热和凝结潜热，增加云体温度和浮力，促使云体在垂直和水平方向发展，延长云的生命期，从而增加降水。如果云为暖云，可以向云中撒播新型高分子吸水材料、食盐、尿素，甚至大水滴等，促进水滴和云滴碰并，这种作业方式被称为暖云催化。

我们再回到电视剧中的场景，先来分析一下这次求雨的天气背景和云层情况。借助一位百姓的话——“万岁，今年一春无雨，但恐夏月干荒，特来启奏，请那位国师爷爷祈一场甘雨，普济黎民。”可以发现，此次求雨发生的时间是在春末夏初，天气已经开始炎热起来，这个季节的降水通常是冷暖混合云降水，下雨过程中，乌云密布，天雷滚滚。乌云密布说明覆盖范围广，天雷滚滚说明云中有较强的上升气流，因此此次降水是积层混合云降水，是春末夏初最常见的降水系统，也是最适合人工催化的降水系统。而孙悟空很有可能就是将催化剂发射到云中，催化剂在云层中迅速被释放扩散，形成立体的三维空间催化带，促进了云滴到雨滴的转变，从而引发降水。这与我们现在人工影响天气作业中，发射火箭和高炮的场景非常相似，这种作业方式相对成熟，因此降雨赌斗的过程中，孙悟空能够更胜一筹。

资助课题：国家自然科学基金项目，项目编号41805111

作者单位|高欣，山西省气象服务中心；李婧婧，山西省大气探测中心；蔡兆鑫，山西省气象灾害防御技术中心