Облак засяване: Защо учените се опитват да го направят сняг

Водата е ценен ресурс, който засяга почти всички аспекти на живота на Земята. То също е ограничено, така че хората използват различни методи, за да гарантират, че предлагането отговаря на търсенето.

Една такава техника е засяването на облаците - добавяне на частици в атмосферата за насърчаване образуването на дъжд или сняг. Днес много организации на Запад - включително държавни и местни правителствени агенции, комунални услуги и ски зони - облачат семената в усилията си да увеличат зимните снеговалежи в планините. Повече снеговалеж означава повече пролетен и летен отток, който подхранва местните водоизточници, напоява култури и подхранва язовири, които генерират водноелектрическа енергия.

Засяването на облаците се използва и в усилията за разпръскване на мъглата на летищата, за увеличаване на летните валежи и намаляване на градушка. Всъщност засяването на облаците се среща в повече от 50 страни по света. И все пак, въпреки цялата тази дейност, все още не знаем дали работи.

Ние сме учени от атмосферата и наскоро проведехме теренно проучване за оценка на засяването на облаците като средство за увеличаване на планинския снежен снег от зимните бури. Нашите резултати ясно показват, че поне при определени условия е възможно да се промени еволюцията и растежа на облачните частици, което води до снеговалеж, който иначе не би се получил. Следващият въпрос е дали засяването на облаците може да бъде ефективно средство за управление на водата в западните щати.

Създаване на кристали вътре в облаците

Облаците се състоят от водни капчици, които са твърде малки, за да паднат като валежи. Тези капки често се охлаждат до температури под точката на замръзване - до 0 градуса по Фаренхайт (минус 18 градуса по Целзий) или по-студено. В много случаи ледените кристали (които могат да растат бързо в присъствието на свръхохлаждана течност) трябва да присъстват за облак, за да произведе значително количество валежи. За облаците, които се образуват, когато въздухът се издига над планина, ако не присъстват ледени кристали или твърде малко от тях, много от водните капчици, които образуват облака, просто се изпаряват по ветровата страна на планината.

Засяването на зимните облаци се основава на хипотеза, че когато в облака съществува преохладена вода, тя може да бъде модифицирана чрез въвеждане на частици, които действат като ядра от изкуствено лед. Този процес създава ледени кристали, които ще използват преохладената вода, за да станат достатъчно големи, така че в крайна сметка да попаднат на повърхността като сняг.

Засаждането на облаци е било пионер от учен Бернар Воннегут, брат на прочутия писател Кърт Воннегут. През 1947 г. лабораторията на Вонегът показа, че сребърният йодид е ефективно ядро ​​на лед, което може да образува лед при температури, по-високи от естествените ядра на леда.

През следващите 40 години учените, изучаващи засяването на облаците, направиха значителни открития за почти всички аспекти на физиката на облака. Въпреки това, през 2003 г. Националният съвет за научни изследвания заключи, че „все още няма убедително научно доказателство за ефикасността на преднамерените усилия за модифициране на времето.“ Въпреки това държавите и общностите продължиха с оперативно засяване на облаците, докато изследванията за нейната ефективност се основаваха на застой.

Пътят към SNOWIE

Защо тези програми съществуват без научни доказателства, че работят? Отговорът е прост: западните държави се нуждаят от вода, а много хора, които вземат решения, вярват, че засяването на облаци може да бъде икономически ефективен начин за производството му.

През 2004 г. щатът Уайоминг поръча пилотен проект, който стига до същото заключение, както и много предишни проучвания: Засяването на облаците може да доведе до увеличаване на валежите, но увеличението може да се обясни и с естествената променливост в системите на бурите. Въпреки това, един сестрински проект, финансиран от Националната научна фондация, показа, че новите инструменти за компютърно моделиране и подобрената апаратура могат да доведат до нови прозрения.

Междувременно Idaho Power Company работи с Националния център за атмосферни изследвания за оценка на текущата оперативна програма за засяване на облаци. От това сътрудничество дойде идеята да се използват нови инструменти за компютърно моделиране и подобрена апаратура за оценка на ефективността на програмата за засяване на облаци от Айдахо Пауър. Крайният резултат беше нашия проект, Seeded и естествените орографски облаци в зимата: експериментът Айдахо или SNOWIE.

От сребрист йодид до сняг

През зимата на 2017 г. бяхме въоръжени с усъвършенствани радари, като например Доплер на колела (DOWs), които позиционирахме на планинските места, и Радиото на Уайоминг (WCR), което монтирахме на изследователски самолет. Тези инструменти ни позволиха да надникнем в облаците, за да определим къде и кога се развиват валежите.

След като облаците бяха засети с частици от сребърен йодид, ние използвахме сонди за визуализация, които висяха от крилата на изследователски самолети, за да изследват фините детайли на частиците от облака, докато равнината минаваше през и излизаше от засетите области. Само две седмици след нашия 10-седмичен полев проект, нашият радар откри първия неоспорим сигнал за валежите, причинени от засяването на облаците.

Видяхме ясни и недвусмислени сигнали, че освобождаването на частици от сребърен йодид води до образуването на кристали от лед и че тези кристали растат в сняг и падат на повърхността на планината. В зоните, засегнати от засяването, концентрациите на ледени кристали се увеличават със стотици, което води до образуването на сняг. За разлика от това, само на един километър от облаците с несемен облак, облакът остава съставен предимно от малки течни капчици и до голяма степен лишени от лед.

Как можем да кажем, че това, което видяхме, всъщност се дължи на засяването на облаците? В един от случаите самолетът минаваше напред-назад по права пътека, перпендикулярна на посоката на вятъра, освобождавайки сребърен йодид. Сребърният йодид започва да се разпръсква по ветровете през облака в зигзагообразен шлейф - модел, който е създаден от модела на полета на самолета и няма да се случи естествено. Видяхме радарни ехо, които се оформят в зигзагообразен модел, който отговаря на нашата прогноза, базирана на това кога и къде се освобождава сребърният йодид в облаците.

Може облак засяване направи разликата?

Сега, когато знаем, че засяването на облаците може да доведе до снеговалеж, искаме да видим дали тя може да промени баланса на водата върху цялата планинска верига. Данните от SNOWIE ще бъдат използвани в компютърни модели за тестване на нашите идеи за това как посяването на облаците може да повлияе на сезонния снеговалеж и да определи количествено неговото въздействие. В крайна сметка, мениджърите на вода и държавните служители ще искат да знаят колко допълнителни валежи могат да бъдат произведени поради засяването на облаците и дали това е икономически ефективен начин за увеличаване на валежите в местните водосбори.

Робърт М. Раубер от Университета на Илинойс, Катя Фридрих от Университета в Колорадо, Барт Гиърс от Университета в Уайоминг, Рой Расмусен и Люлин Кюе от Националния център за атмосферни изследвания, и Мел Кункел и Дерек Блеструд от енергийната компания в Айдахо също участва в проучването SNOWIE, обсъдено в тази статия.

Тази статия първоначално е била публикувана на The Conversation от Джефри Френч и Сара Тесендорф. Прочетете оригиналната статия тук.