天河衛星,進退維谷

“天河工程”衛星和火箭工程由航天科技集團八院總研製。預計2020年完成“天河一號”首批雙星發射,2022年完成6星組網建設,屆時將實現三江源地區1小時的衛星監測重訪能力。

近年來,看似“雄心壯志”的科研項目、工程項目層出不窮,卻很少經得起求證。

11月22日,“科學網”公眾號發佈的一篇《氣象學家實名批“天河工程”不顧質疑倉促上馬》報道,引起廣泛關注。

不出意料,“天河工程”榮登主角。同時,配套該工程的、由航天科技集團八院負責研製的“天河一號”組網衛星與火箭項目也陷入尷尬境地。

從空中實現“南水北調”

據公開資料顯示,關於“天河工程”的早期公開信息可追溯至2015年。當年8月,清華大學、青海大學、青海省氣象局聯合開展“天河工程”人工增雨科學試驗進入作業實驗階段。

這一項目,源於青海大學校長、中科院院士王光謙在2014年提出“天河”猜想:大氣水汽通量場中存在著通量相對較高的水汽輸送網絡結構,形成全球及區域水汽輸送的主幹通道,稱為“天河”。

由此,“天河工程”被定義為:通過空中搬運水汽到乾旱地區降雨,供給缺水地區以水資源,滿足人們的生活和生產需求。在該工程的構想中,課題組認為可在中國三江源的黃河流域和長江流域的分水嶺實行空中調水,改變雲水資源在兩個流域間的轉化,以增加黃河流域的降水量。

為此,2015年底,科技部和青海省人民政府共同批准建設了“省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室”。

從經費上看,2016-2017年,青海省科技廳投入1200萬,青海大學投入3890萬配套建設經費(包括中央財政800萬,省級財政3090萬),清華大學水沙科學和水利水電工程國家重點實驗室作為夥伴實驗室每年投入100萬。

“天河工程”就是該實驗室的重頭戲。

接下來的一年,在實驗室的基礎上,“天河工程”又增添了“天河星”。

2016年9月,“天河工程與天河星”論證啟動會在青海大學召開。青海省委、省政府對“天河工程”高度重視,並將其列入全省的“十三五”規劃,確定為青海省的重點創新項目。

時隔半年多,“青海省天河動力學規律及其利用”項目通過論證。專家組成員一致認為該項目研究目標明確,技術方案可行,研究內容設置合理,技術難點分析準確,創新點突出,進度安排合理,考核指標具有可操作性,能夠達到預期目標。

隨後的一個月,即2017年5月,作為“天河工程”監測平臺的一部分,“天河工程雲雨監測雷達”通過青海大學及青海省財政廳驗收。且再次明確“天河工程”的任務,該項目旨在科學分析大氣中存在的水汽分佈與輸送格局,進而採取人工干預手法,實現不同地域間大氣、地表水資源再分配。

2017年11月,青海大學國家實驗室承擔的兩項國家重點研發計劃項目啟動。而“天河工程”是其中之一,經費1002萬元,清華大學為牽頭單位,青海大學為第一參與單位,獲資助經費300萬元。

值得注意的是,這兩年中,“天河”團隊雖然表示會有大氣科學家參與該項目,而事實上,到目前為止,參與“天河”的團隊只有青海省氣象局以及來自清華的水利專家。

航天科技集團為工程研製星箭

北京市氣象局研究員吳正華在2016年便提出異議,“現在的確有人工增雨、人工降雨式的人工影響天氣作業,但是都有能夠形成降雨的前置條件,就是空中必須要有云,要有大量富含水汽的雲,並且一般也只有10%-20%的增量,如果天上沒有云和水汽,撒播再多的催化劑也變不出雨水。”

然而,“天河工程”日程更新的腳步卻並未就此停止。

就在8月份,“天河工程”衛星及火箭研製啟動會還在青海大學召開。

本月初,中國航天科技集團八院宣佈,我國目前已正式啟動“天河工程”衛星和火箭工程研製。“天河工程”的衛星模型也已在第十二屆珠海航展上首次公開亮相。

據瞭解,“天河工程”衛星和火箭工程由中國航天科技集團八院總研製。“天河工程”將通過“天河一號”組網衛星和地面實施系統,共同構建“天地一體”的空中水資源開發與應用總體作業格局。“天河一號”衛星將作為我國首個應用於空中水資源探測的專用衛星,為整體工程提供天基保障。

預計2020年完成“天河一號”衛星首批雙星發射,開展“天河工程”的應用示範;計劃2022年完成六星組網建設,屆時將實現三江源地區一小時(24次/天)的衛星監測重訪能力,為構建“一帶一路”水汽傳輸的“空中走廊”提供技術支撐。

就在這個當口,氣象學家對“天河工程”發難了。

就天河工程組建氣象觀測衛星網一事,國防科技大學氣象海洋學院教授陸漢城表示,目前全球的氣象觀測網,包括衛星觀測、海基觀測、地面觀測等,已經可以對全球大氣所有變量,包括溫度、氣壓、水汽分佈等指標進行深入觀測研究,再建新的觀測系統系統似乎沒有必要。

事實上,自“天河工程”宣佈以來,支持和反對的聲音便層出不窮。

以青海大學校長王光謙為代表的支持方認為,該工程可以科學分析大氣中的水物質分佈與輸送格局,採取新型人工干預技術,實現不同地域間空中水資源與地表水資源的調控利用。

王光謙稱,在大氣邊界層到對流層範圍內存在穩定有序的水汽輸送通道,可將其稱為“天河”。科學家建議用飛機和火箭在空中播撒化學物質來催雨。

《了不起的中國製造》一文中指出,乍看起來,空氣中的水汽分佈很分散,不容易利用。但實際上,大氣中存在與其它區域相較而言水汽通量更高的區域,它們的存在與多種行星尺度大氣環流有關,同時也會受到局部氣候環境的影響。

例如,中國的長江、黃河、瀾滄江三江源區就存在三條輸入的水汽輸送帶。這些輸送帶內部水汽非常密集,在特定的氣象條件誘導下就可以在特定位置形成降水,這樣就形成了一次空中的水分調運。這樣的條帶狀水汽輸送帶被科學家們稱為“對流層河流”或“大氣河流”。天河工程中所提到的“天空河流”,與以往研究中所涉及的“大氣河流”是有本質區別的。

天空河流是諸多大氣河流所共同形成的一個系綜,是通過統計學手段讓人可以理解、利用的。利用天河進行輸水,本質上就是要知道天河中的水汽從哪裡來、到哪裡去、輸送量有多少,而研究天河工程,本質上不僅需要研究每一條大氣河流的瞬態過程,更要研究較長曆史時期內這些大氣河流的變化規律,以及它們與水文過程、水資源變化、地表河流變遷等在較長時間內的耦合效應。這樣,才能真正系統地瞭解整個水循環的過程,進而利用天河。

為此,有網友為“天河工程”辯護髮聲,比如說認為該工程被誤解,稱該工程所用到的微衛星的一大優勢是製造和發射的成本都比較低,認為該工程即便不能實現“截斷巫山風雨”的構想,也能給有關的科學研究帶來高時空分辨率的珍貴數據。

氣象學家廣泛質疑,當事單位含混回應

但是,科學網本次的質疑報道,一併駁回了支持方的辯解。

美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)研究員杜鈞認為,6顆衛星、大量源源不斷的火箭和導彈以及諸多地面設備將耗資巨大,如果僅用於人工增雨,無異於“杯水車薪”。國防科技大學氣象海洋學院教授陸漢城則認為,人工影響天氣技術發展100多年來,仍然是一項不成熟的技術。如果僅為監測大氣中的水汽含量,目前已有足夠的天基、地基、海基系統,因而“天河工程”的建設也是重複、多餘的。

除外,多位國內氣象領域的專家對號稱“空中南水北調”的“天河工程”提出強烈的質疑,表示該工程 “氣象學界集體缺席前期論證”“荒誕幻想項目”“沒有物理內涵上的創新”。

我國大氣動力學和氣候動力學家、中科院院士吳國雄:

科學爭論是正常的。當一個理論還不成熟的時候,科學家有責任去完善理論以更地為決策服務。作為一項工程計劃,“天河工程”應組織多學科的專家充分討論後再啟動工程項目。國家的投入要為納稅人負責,要研究這些錢是不是值得花。

國防科技大學氣象海洋學院教授陸漢城:

這是一個既沒有科學基礎也沒有技術可行性的荒誕幻想項目,居然得到立項支持,是不可思議的。人民的血汗要珍惜!

中科院大氣物理所研究員孫繼明:

科學上對人工影響天氣的雲降水物理過程的認識還不完善和全面,還沒有人工干預晴空大氣形成雲和降水的理論和技術。苟利國家生死以,豈因禍福避趨之。科學家有責任向公眾和決策部門進行科普,讓大家作出正確的判斷。

一位在人工影響天氣領域工作多年的資深院士:

在氣象學界集體缺席前期論證的情況下,決策部門不顧氣象學家的諸多質疑,執意迅速推動“天河工程”。重大工程上馬應徵詢各學科科學家的意見。

美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)研究員杜鈞:

為了不浪費寶貴的資源和誤導公眾,在沒有得到氣象部門的充分論證之前,希望有關部門三思而行,切不可好高騖遠!

有網友也隨即表示,氣象學界的集體缺席讓人“隱約看見了行業利益的影子”。

不過,據一位從事大氣科學研究的專家透漏,實際上,2016年,“天河工程”團隊申請了國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項,也就是原“973項目”。

當年,17位專家投票後,“天河工程”並沒有通過。對於人工增雨的技術方案,該團隊在此次申請中計劃採用飛秒激光技術產生硝酸鹽促進大雲滴形成以及冰晶的形成。

那為何青海大學又宣佈“天河工程”作為國家重點研發計劃啟動呢?

據此,清華大學水沙科學和水利水電工程國家重點實驗室對國際合作工作的介紹提供了答案。

原來,在衝擊“973”沒有成功後,“天河工程”團隊轉而申請了科技部“科技創新國際化環境”類項目。

根據2016年項目申請指南,“科技創新國際化環境”項目的任務目標是“促進中方參與單位在相關國際組織中發揮更大作用,提升我國在科技領域參與全球治理層次和水平”。

為此,在報道發出後,有記者聯繫了“天河工程”的牽頭單位清華大學、第一參與單位青海大學以及為項目提供資金支持的青海省科學技術廳。

清華大學負責“天河工程”課題的水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室表示:科學辯來辯去,實驗室對此應該沒有回應。

青海省科技廳稱:青海大學是項目責任單位,需與青海大學聯繫。

青海大學科技處回應:“天河項目”是青海大學省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室的項目,科技處是“無關人員,不知情”。

不過,對於“天河工程”團隊來說,相互推諉未必比公開回應質疑更有說服力。

毫無疑問,這是氣象學家們此次對“天河工程”公開發難的價值所在。


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