Mākonis sēklas: kāpēc zinātnieki cenšas padarīt to sniega

Ūdens ir vērtīgs resurss, kas ietekmē gandrīz visus dzīves aspektus uz Zemes. Tas ir arī ierobežots, tāpēc cilvēki izmanto dažādas metodes, lai nodrošinātu, ka piegāde atbilst pieprasījumam.

Viena no šādām metodēm ir mākoņu sēšana - daļiņu pievienošana atmosfērā, lai veicinātu lietus vai sniega veidošanos. Šodien daudzas Rietumu organizācijas - tostarp valsts un pašvaldību aģentūras, komunālie pakalpojumi un slēpošanas zonas - sēklas mākoņi, lai palielinātu ziemas sniegu kalnos. Vairāk sniega pakete nozīmē vairāk pavasara un vasaras noteces, kas baro vietējos ūdensapgādes, apūdeņo augus un degvielas dambjus, kas rada hidroelektroenerģiju.

Mākoņu sēšana ir izmantota arī centienos izkliedēt miglu lidostās, palielināt vasaras nokrišņus un samazināt krusu. Faktiski mākoņu sēšana notiek vairāk nekā 50 pasaules valstīs. Tomēr, neskatoties uz visu šo darbību, mēs joprojām nezinām, vai tas darbojas.

Mēs esam atmosfēras zinātnieki un nesen veicām lauka izpēti, lai novērtētu mākoņu sēšanu kā līdzekli kalnu sniega paketes uzlabošanai no ziemas vētrām. Mūsu rezultāti skaidri parāda, ka vismaz noteiktos apstākļos ir iespējams mainīt mākoņu daļiņu attīstību un pieaugumu, kas noved pie sniegputenīša, kas citādi nebūtu noticis. Nākamais jautājums ir, vai mākoņu sēšana var būt efektīvs līdzeklis ūdens apsaimniekotājiem ASV rietumu daļā.

Kristālu radīšana iekšpusē mākoņi

Mākoņi ir ūdens pilieni, kas ir pārāk mazi, lai nokristu kā nokrišņi. Šie pilieni bieži vien pārpilda līdz temperatūrai, kas ir krietni zem sasalšanas punkta - līdz pat 0 grādiem pēc Fārenheita (mīnus 18 grādi pēc Celsija) vai aukstāki. Daudzos gadījumos ledus kristāliem (kas var strauji augt pārpildīta šķidruma klātbūtnē) jābūt tādiem, lai mākonis varētu radīt ievērojamu nokrišņu daudzumu. Mākoņiem, kas veidojas kā gaiss, tiek pacelts virs kalna, ja nav klāt ledus kristāli vai pārāk maz no tiem, daudzi no ūdens pilieniem, kas veido mākoni, vienkārši iztvaiko kalna lejasdaļā.

Ziemas mākoņu sēšana balstās uz hipotēzi, ka, ja mākonī ir pārkarsēts ūdens, to var modificēt, ieviešot daļiņas, kas darbojas kā mākslīgie ledus kodoli. Šis process rada ledus kristālus, kas izmantos pārdzesētu ūdeni, lai augtu pietiekami lielā mērā, lai tie galu galā nokristu kā virsma.

Mākoņu sēšana tika aizsākta atmosfēras zinātnieka Bernāra Vonneguta, slavenā rakstnieka Kurt Vonnegut brāļa. 1947. gadā Vonnegut laboratorija parādīja, ka sudraba jodīds bija efektīvs ledus kodols, kas varēja veidot ledu temperatūrā, kas ir daudz siltāka nekā dabiski sastopami ledus kodoli.

Nākamo 40 gadu laikā zinātnieki, kas pētīja mākoņu sēšanu, ir atklājuši nozīmīgus atklājumus par gandrīz visiem mākoņa fizikas aspektiem. Neskatoties uz to, 2003. gadā Nacionālā pētniecības padome secināja, ka „vēl nav pārliecinošu zinātnisku pierādījumu par tīšu laika apstākļu izmaiņu efektivitāti”. apturēt.

Ceļš uz SNOWIE

Kāpēc šīs programmas pastāv bez zinātniskiem pierādījumiem, ka viņi strādā? Atbilde ir vienkārša: Rietumu valstīm ir vajadzīgs ūdens, un daudzi lēmumu pieņēmēji uzskata, ka mākoņu sēšana var būt rentabls veids, kā to ražot.

Wyoming valsts 2004. gadā pasūtīja izmēģinājuma projektu, kas nonāca pie tā paša secinājuma kā daudzi iepriekšējie pētījumi: mākoņu sēšana varētu būt palielinājusi nokrišņu daudzumu, bet pieaugumu varētu izskaidrot arī ar dabisko mainīgumu vētru sistēmās. Tomēr Nacionālā Zinātnes fonda finansētais māsas projekts parādīja, ka jauni datormodelēšanas rīki un uzlabota instrumentācija varētu radīt jaunas ieskatus.

Tikmēr Idaho Power Company strādāja kopā ar Nacionālo atmosfēras izpētes centru, lai novērtētu uzņēmuma darbību, kas darbojas uz mākoņdatiem. No šīs sadarbības radās ideja izmantot jaunus datormodelēšanas rīkus un uzlabotus instrumentus, lai novērtētu Idaho Power mākoņu sēšanas programmas efektivitāti. Galīgais rezultāts bija mūsu projekts Seeded un Natural Orographic Wintertime - Idaho Experiment vai SNOWIE.

No sudraba jodīda līdz sniegam

2017. gada ziemā mēs izveidojām bruņotus ar sarežģītiem radariem, piemēram, Doppler on Wheels (DOWs), ko mēs izvietojām kalnu virsotnēs, un Wyoming Cloud Radar (WCR), ko mēs uzstādījām uz pētniecības lidmašīnām. Šie rīki mums ļāva iekļūt mākoņos, lai noteiktu, kur un kad nokrišņi attīstījās.

Pēc mākoņu sēšanas ar sudraba jodīda daļiņām mēs izmantojām attēlveidošanas zondes, kas karājās no pētniecības lidmašīnu spārniem, lai izpētītu sīkas detaļas par mākoņa daļiņām, kad lidmašīna nonāca un izbrauca no sēklām. Tikai divas nedēļas mūsu 10 nedēļu ilgajā lauka projektā mūsu radars atklāja pirmo nenoliedzamo nokrišņu signālu, kas radies mākoņu sēšanai.

Mēs redzējām skaidrus un nepārprotamus signālus par to, ka sudraba jodīda daļiņu izplūde izraisīja ledus kristāla veidošanos, un ka šie kristāli auga sniegā un nokrita kalnu virsmā. Iekšējās zonās, ko ietekmē sēšana, ledus kristāla koncentrācija palielinājās par simtiem, kā rezultātā veidojās sniega. Turpretī tikai 1 kilometru attālumā no nesadalītiem mākoņu reģioniem mākonis galvenokārt sastāvēja no maziem šķidruma pilieniem un lielākoties bez ledus.

Kā mēs varam pateikt, ka tas, ko mēs redzējām, patiesībā bija saistīts ar mākoņu sēšanu? Vienā gadījumā lidmašīna devās uz priekšu un atpakaļ pa taisnu sliežu ceļu, kas bija perpendikulāra vēja virzienam, atbrīvojot sudraba jodīdu. Sudraba jodīds sāka izkļūt vējš cauri mākoņam zigzagā - tas ir modelis, ko radīja lidmašīnas lidojuma modelis un kas nebūtu bijis dabiski. Mēs redzējām radara atbalses, kas veidojas zigzagā, kas atbilst mūsu prognozei, pamatojoties uz to, kad un kur mākoņos tika izlaists sudraba jodīds.

Vai mākonis var būt atšķirīgs?

Tagad, kad mēs zinām, ka mākoņu sēšana var izraisīt sniega nokrišanu, mēs vēlamies redzēt, vai tas var mainīt ūdens līdzsvaru visā kalnu grēdā. Dati no SNOWIE tiks izmantoti datoru modeļos, lai pārbaudītu mūsu idejas par to, kā mākoņu sēšana varētu ietekmēt sezonālo sniegputenī un noteikt tā ietekmi. Galu galā ūdens apsaimniekotāji un valsts amatpersonas vēlēsies uzzināt, cik daudz papildu nokrišņu var rasties mākoņu sēšanas dēļ, un vai tas ir rentabls veids, kā palielināt nokrišņus vietējos ūdenskrātuvēs.

Roberts M. Raubers no Ilinoisas Universitātes, Katja Frīdriha no Kolorado Universitātes, Bart Geerts no Vaiomingas Universitātes, Roy Rasmussen un Lulin Xue no Nacionālā atmosfēras izpētes centra un Mel Kunkel un Derek Blestrud no Idaho Power Company arī piedalījās šajā rakstā apskatītajā SNOWIE pētījumā.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Jeffrey French un Sarah Tessendorf sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.