Cloud Seeding: Zakaj znanstveniki poskušajo narediti sneg

Voda je dragocen vir, ki vpliva na skoraj vse vidike življenja na Zemlji. Prav tako je omejen, zato ljudje uporabljajo različne metode za zagotovitev, da ponudba ustreza povpraševanju.

Ena od teh tehnik je sejanje oblakov - dodajanje delcev v ozračje za spodbujanje nastajanja dežja ali snega. Danes je veliko subjektov na zahodu - vključno z državnimi in lokalnimi vladnimi agencijami, gospodarskimi družbami in smučarskimi območji - semenski oblaki v prizadevanju za povečanje zimskih snežnih padavin v gorah. Več snežnega odtisa pomeni več pomladnega in poletnega odtoka, ki hrani lokalne vodne zaloge, namakuje pridelke in poganja jezove, ki ustvarjajo hidroelektrarno.

Sejanje v oblake se je uporabilo tudi v prizadevanjih za razpršitev meglice na letališčih, povečanje poletnih padavin in zmanjšanje toče. Dejstvo je, da se sejanje oblakov pojavlja v več kot 50 državah po vsem svetu. Vendar kljub vsem tem dejavnostim še vedno ne vemo, ali deluje.

Smo znanstveniki v ozračju in pred kratkim izvedli terensko raziskavo, ki je ocenila sejanje oblakov kot sredstvo za povečanje planinskih snežnih padavin iz zimskih neviht. Naši rezultati jasno kažejo, da je vsaj pod določenimi pogoji mogoče spremeniti evolucijo in rast delcev oblaka, kar vodi do sneženja, ki ga sicer ne bi bilo. Naslednje vprašanje je, ali je sejanje v oblaku lahko učinkovito orodje za vodne menedžerje v zahodnih Združenih državah.

Ustvarjanje kristalov znotraj oblakov

Oblaki so sestavljeni iz vodnih kapljic, ki so premajhne, ​​da bi padle kot padavine. Te kapljice se pogosto superhali do temperatur, ki so precej pod lediščem - tako nizke kot 0 stopinj Fahrenheita (minus 18 stopinj Celzija) ali hladnejše. V mnogih okoliščinah morajo biti ledeni kristali (ki lahko hitro rastejo v prisotnosti prehlajene tekočine) prisotni, da oblak proizvede kakršno koli znatno količino padavin. Za oblake, ki nastanejo kot zrak, ki se dvigne nad goro, če ni prisotnih ledenih kristalov ali premalo njih, veliko vodnih kapljic, ki sestavljajo oblak, preprosto izhlapijo na vetrni strani gore.

Zimsko sejanje oblakov temelji na hipotezi, da se lahko, kadar v oblakih obstaja nadhlajena voda, spremeni z uvajanjem delcev, ki delujejo kot jedra umetnega ledu. Ta proces ustvarja ledene kristale, ki bodo izkoristili prehlajeno vodo, da bo dovolj velika, da bodo sčasoma padli na površje kot sneg.

Sejanje v oblak je bil pionirski znanstvenik Bernard Vonnegut, brat slavnega pisatelja Kurt Vonnegut. Leta 1947 je Vonnegutov laboratorij pokazal, da je bil srebrov jodid učinkovito jedro ledu, ki je lahko povzročilo led pri temperaturah, ki so precej toplejše od naravnih jeder ledu.

V naslednjih 40 letih so znanstveniki, ki so preučevali sejanje oblakov, odkrili pomembna odkritja o skoraj vseh vidikih fizike oblakov. Kljub temu je Nacionalni raziskovalni svet leta 2003 sklenil, da »še vedno ni prepričljivega znanstvenega dokaza o učinkovitosti namernih prizadevanj za spremembo vremena.« Kljub temu so države in skupnosti nadaljevale z operativnim sejanjem v oblaku, medtem ko so raziskave o njegovi učinkovitosti temeljile na ustavi.

Pot do SNOWIE

Zakaj ti programi obstajajo brez znanstvenih dokazov, da delujejo? Odgovor je preprost: zahodne države potrebujejo vodo in številni nosilci odločanja verjamejo, da je lahko sejanje v oblaku stroškovno učinkovit način za njegovo proizvodnjo.

Leta 2004 je država Wyoming naročila pilotni projekt, ki je prišel do enakega zaključka kot številne prejšnje študije: sejanje v oblaku bi lahko povečalo količine padavin, vendar je povečanje mogoče pojasniti tudi z naravno variabilnostjo v nevihtnih sistemih. Vendar pa je sestrski projekt, ki ga je financirala Nacionalna znanstvena fundacija, pokazal, da lahko nova orodja za računalniško modeliranje in izboljšana instrumentacija prinesejo nekaj novih spoznanj.

Medtem je podjetje Idaho Power Company sodelovalo z Nacionalnim centrom za raziskave atmosfere, da bi ocenilo tekoči operativni program za sejanje oblakov v podjetju. Iz tega sodelovanja je prišla ideja, da se uporabijo nova orodja za računalniško modeliranje in izboljšana instrumentacija za oceno učinkovitosti programa za sejanje oblakov Idaho Power. Končni rezultat je bil naš projekt Seeded in Natural orografski zimski oblaki: eksperiment Idaho ali SNOWIE.

Od srebrnega jodida do snega

V zimskem letu 2017 smo se odločili za oborožene z visoko razvitimi radarji, kot je Doppler na kolesih (DOW), ki smo jih postavili na vrh gore, in Wyomingov oblak radar (WCR), ki smo ga namestili na raziskovalno letalo. Ta orodja so nam omogočila vpogled v oblake, da bi ugotovili, kje in kdaj se razvijajo padavine.

Potem ko so bili oblaki zasejani z delci srebrovega jodida, smo uporabili slikovne sonde, ki so visele s kril raziskovalnega letala in preučevale fine detajle delcev oblaka, ko je ravnina prešla v in iz sejanih območij. Samo dva tedna pred 10-tedenskim terenskim projektom je naš radar zaznal prvi nesporni signal padavin, ki je posledica setev v oblaku.

Videli smo jasne in nedvoumne signale, da sproščanje delcev srebrovega jodida povzroča nastanek ledenih kristalov in da so ti kristali rasli v sneg in padali na površino gore. Znotraj območij, ki jih je prizadela setev, so se koncentracije ledenih kristalov povečale za več sto, kar je povzročilo nastanek snega. Nasprotno pa je samo 1 kilometer oddaljen od ne-semenskih oblačnih območij, oblak pa je ostal sestavljen večinoma iz majhnih kapljic tekočine in večinoma brez ledu.

Kako bi lahko povedali, da je to, kar smo videli, dejansko posledica setev v oblaku? V enem primeru je letalo preletelo naprej in nazaj vzdolž ravnega tira, ki je bil pravokoten na smer vetra in sprostil srebrni jodid. Srebrov jodid se je začel razpršiti v vetru skozi oblak v cik-cak plumu - vzorec, ki ga je ustvaril vzorec letenja letala in se ne bi pojavil naravno. Videli smo radarske odboje, ki se oblikujejo v cik-cak vzorcu, ki je ustrezal naši napovedi glede na to, kdaj in kje je bil srebrni jodid sproščen v oblaku.

Lahko Cloud Seeding narediti razliko?

Zdaj, ko vemo, da lahko setev v oblaku povzroči sneženje, želimo videti, ali lahko spremeni ravnotežje vode po celotnem gorskem območju. Podatki SNOWIE bodo uporabljeni v računalniških modelih za preizkušanje naših idej o tem, kako bi lahko setev v oblaku vplivalo na sezonske snežne padavine in količinsko opredelilo njegov vpliv. Navsezadnje bodo upravljavci vode in javni uslužbenci želeli vedeti, koliko dodatnih padavin lahko nastanejo zaradi sejanja v oblaku in ali je to stroškovno učinkovit način za povečanje padavin v lokalnih porečjih.

Robert M. Rauber z Univerze v Illinoisu, Katja Friedrich z Univerze v Koloradu, Bart Geerts z Univerze v Wyomingu, Roy Rasmussen in Lulin Xue iz nacionalnega centra za raziskave atmosfere ter Mel Kunkel in Derek Blestrud iz podjetja Idaho Power Company sodelovala v študiji SNOWIE, ki je bila obravnavana v tem članku.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovorih Jeffreyja Franceta in Sarah Tessendorf. Preberite izvirni članek tukaj.