Cloud Seeding: Prečo sa vedci snažia urobiť sneh

Voda je cenným zdrojom, ktorý ovplyvňuje takmer všetky aspekty života na Zemi. Je tiež obmedzená, takže ľudia používajú rôzne metódy na zabezpečenie toho, aby ponuka spĺňala dopyt.

Jednou z takýchto techník je nasávanie oblakov - pridanie častíc do atmosféry na podporu tvorby dažďa alebo snehu. Dnes mnoho subjektov na celom Západe - vrátane štátnych a miestnych vládnych agentúr, verejných služieb a lyžiarskych areálov - semenných mrakov v snahe zvýšiť zimné sneženie v horách. Viac snehového snehu znamená viac jarného a letného odtoku, ktorý zásobuje miestne zásobovanie vodou, zavlažuje plodiny a poháňa hrádze, ktoré vytvárajú vodnú energiu.

Cloud výsev bol tiež použitý v snahe rozptýliť hmlu na letiskách, zvýšiť letné zrážky a znížiť krupobitie. V skutočnosti sa výsadba mrakov vyskytuje vo viac ako 50 krajinách sveta. Napriek všetkým týmto aktivitám však stále nevieme, či to funguje.

Sme vedci v oblasti atmosféry a nedávno sme uskutočnili terénnu štúdiu na vyhodnotenie výsevu oblakov ako prostriedku na zvýšenie horského snehu v zimných búrkach. Naše výsledky jasne ukazujú, že aspoň za určitých podmienok je možné zmeniť vývoj a rast častíc mraku, čo vedie k sneženiu, ktoré by inak nenastalo. Ďalšou otázkou je, či osadenie mrakmi môže byť účinným nástrojom pre vodohospodárov v západných Spojených štátoch.

Vytváranie kryštálov vnútri mrakov

Mraky sú tvorené kvapkami vody, ktoré sú príliš malé na to, aby spadli ako zrážky. Tieto kvapky sú často supercool na teploty hlboko pod bodom mrazu - tak nízke, ako 0 stupňov Fahrenheita (mínus 18 stupňov Celzia) alebo chladnejšie. V mnohých prípadoch musia byť prítomné kryštály ľadu (ktoré môžu rýchlo rásť v prítomnosti podchladenej kvapaliny), aby sa vytvoril oblak, ktorý by produkoval značné množstvo zrážok. Pre oblaky, ktoré sa tvoria ako vzduch sa zdvíha nad horu, ak nie sú prítomné žiadne ľadové kryštály, alebo príliš málo z nich, mnohé kvapky vody, ktoré tvoria oblak, sa jednoducho vyparia na spodnej strane hory.

Zimné očkovanie je založené na hypotéze, že ak v oblaku existuje podchladená voda, môže byť modifikovaná zavedením častíc, ktoré pôsobia ako umelé ľadové jadrá. Tento proces vytvára ľadové kryštály, ktoré využijú podchladenú vodu na to, aby rástli dostatočne veľké, aby nakoniec padli na povrch ako sneh.

Cloud výsev bol priekopníkom atmosférický vedec Bernard Vonnegut, brat slávneho romanopisca Kurt Vonnegut. V roku 1947 laboratórium Vonnegut ukázalo, že jodid strieborný je účinné jadro ľadu, ktoré by mohlo tvoriť ľad pri teplotách oveľa teplejších ako prirodzene sa vyskytujúce ľadové jadrá.

V priebehu nasledujúcich 40 rokov vedci, ktorí študovali osev v oblakoch, urobili významné objavy o takmer všetkých aspektoch fyziky mraku. Napriek tomu v roku 2003 Národná rada pre výskum dospela k záveru, že „stále neexistuje žiadny presvedčivý vedecký dôkaz o účinnosti zámerného úsilia o modifikáciu počasia“. Napriek tomu štáty a komunity vyvíjali tlak na operatívne nasadenie oblakov, zatiaľ čo výskum jeho účinnosti sa týkal halt.

Cesta k SNOWIE

Prečo tieto programy existujú bez vedeckých dôkazov, že fungujú? Odpoveď je jednoduchá: Západné štáty potrebujú vodu a mnohí rozhodujúci veria, že osev v oblakoch môže byť nákladovo efektívnym spôsobom jeho výroby.

V roku 2004 si štát Wyoming objednal pilotný projekt, ktorý dospel k rovnakému záveru, ako mnohé predchádzajúce štúdie: Výsadba mrakov by mohla mať zvýšené zrážky, ale tento nárast možno vysvetliť aj prirodzenou variabilitou v búrkových systémoch. Sesterský projekt financovaný Národnou vedeckou nadáciou však ukázal, že nové nástroje počítačového modelovania a vylepšené nástroje môžu priniesť nové poznatky.

Medzitým spoločnosť Idaho Power Company spolupracovala s Národným centrom pre výskum atmosféry s cieľom vyhodnotiť prebiehajúci operačný program na osievanie mrakov. Z tejto spolupráce prišla myšlienka využiť nové nástroje počítačového modelovania a vylepšené nástroje na posúdenie účinnosti programu Idaho Power. Konečným výsledkom bol náš projekt Seeded a Natural Orographic Wintertime clouds: Idaho Experiment alebo SNOWIE.

Od strieborného jódu po sneh

V zime roku 2017 sme vyrazili s vyzbrojenými sofistikovanými radarmi, ako je Doppler on Wheels (DOWs), ktoré sme umiestnili na miestach na vrchole hôr a vo Wyoming Cloud Radar (WCR), ktoré sme namontovali na výskumné lietadlo. Tieto nástroje nám umožnili nahliadnuť do oblakov s cieľom určiť, kde a kedy sa zrážky vyvíjali.

Potom, čo boli mraky naočkované časticami jodidu strieborného, ​​použili sme zobrazovacie sondy, ktoré viseli z krídel výskumného lietadla, aby sme preskúmali jemné detaily častíc mraku, keď lietadlo prechádzalo do a zo zaočkovaných oblastí. Len dva týždne v našom desaťtýždňovom terénnom projekte našiel náš radar prvý nepopierateľný signál zrážok, ktorý je výsledkom výsevu mrakov.

Videli sme jasné a jednoznačné signály, že uvoľňovanie častíc jodidu strieborného vyvoláva tvorbu ľadových kryštálov a že tieto kryštály rastú do snehu a padajú na povrch hory. V oblastiach zasiahnutých výsevom sa koncentrácie ľadových kryštálov zvýšili o stovky, čo viedlo k tvorbe snehu. Na rozdiel od toho, len 1 kilometer vzdialený v neosadených oblakových oblastiach, oblak zostal zložený prevažne z malých kvapôčok kvapaliny a do značnej miery bez ľadu.

Ako by sme mohli povedať, že to, čo sme videli, bolo vlastne spôsobené výsevom mrakov? V jednom prípade lietadlo prechádzalo tam a späť pozdĺž priamej dráhy, ktorá bola kolmá na smer vetra, čím sa uvoľňoval jodid strieborný. Jodid strieborný sa začal rozptýliť po vetre cez oblak v cik-cak oblaku - model, ktorý bol vytvorený letovým vzorom lietadla a nebol by sa prirodzene vyskytol. Videli sme radarové ozveny, ktoré sa vytvorili v cik-cak vzoru, ktorý zodpovedal našej predikcii založenej na tom, kedy a kde bol jodid striebra uvoľnený v oblakoch.

Môže Cloud Seeding urobiť rozdiel?

Teraz, keď vieme, že zasiatie mraku môže viesť k sneženiu, chceme vidieť, či dokáže zmeniť rovnováhu vody v celom horskom pásme. Údaje zo SNOWIE sa použijú v počítačových modeloch na testovanie našich predstáv o tom, ako by výsadba mrakov mohla ovplyvniť sezónne sneženie a kvantifikovať jeho vplyv. Vodohospodári a verejní činitelia budú chcieť vedieť, koľko ďalších zrážok sa môže vytvoriť v dôsledku výsevu mrakov a či je to nákladovo efektívny spôsob, ako zvýšiť zrážky v miestnych povodiach.

Robert M. Rauber z University of Illinois, Katja Friedrich z University of Colorado, Bart Geerts z University of Wyoming, Roy Rasmussen a Lulin Xue z Národného centra pre výskum atmosféry a Mel Kunkel a Derek Blestrud z Idaho Power Company tiež zúčastnila na štúdii SNOWIE, ktorá je predmetom tohto článku.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Jeffrey French a Sarah Tessendorf. Prečítajte si pôvodný článok.