Siew Chmur dla Wzmacniania Opadów

Fizyka Chmur Przechodzących w Stan Zamarznięty

Woda nie zawsze zamarza w temperaturze zera stopni Celsjusza. W czystym, stosunkowo wolnym od cząstek powietrzu chmurach, krople ciekłej wody mogą utrzymywać się w stanach poniżej -10 stopni Celsjusza, -20 stopni Celsjusza lub nawet -40 stopni Celsjusza przed spontanicznym zamrożeniem. Wynika to z faktu, że powstawanie lodu, podobnie jak większość przejść fazowych, wymaga punktu wyjścia, procesu nazywanego nukleacją. Czyste krople wody nie posiadają mikroskopijnych powierzchni lub zanieczyszczeń, które umożliwiają wzrostom kryształków lodu, więc pozostają w niestabilnym stanie ciekłym znanym jako woda przeziębiona. Chmury dominujące przez krople wody przechodzące w stan zamarznięty są powszechne w zimowych burzach, chmurach falowych górskich i górnych partiach wielu systemów konwekcyjnych. Są to główne cele glaciogenicznej zasiewu, ponieważ w pewnym sensie są gotowe i czekają na wyzwalacz. Bez wystarczającej ilości naturalnych jąder lodu, czyli pyłu mineralnego, cząstek biologicznych i innych aerozoli unoszących się w chmurze, powstawanie opadów może być nieefektywne lub opóźnione. Atmosfera rzeczywiście zawiera jądra lodu, pył mineralny, cząstki biologiczne i inne aerozole, ale ich koncentracja wariuje ogromnie w zależności od lokalizacji, pory roku i masy powietrza. W czystych masach powietrznych morskich lub pewnych warunkach kontynentalnych niedobór skutecznych jąder lodu może sprawić, że chmura będzie zawierała duże ilości wody ciekłej, która nigdy nie zamieni się w opady spadające do ziemi. Zrozumienie tej przepaści między wodą, jaką chmura zawiera, a wodą, którą faktycznie uwalnia, jest kluczowe dla całego uzasadnienia zasiewu. Technika ta nie tworzy wody z niczego; próbuje bardziej efektywnie przekształcić wodę, która już znajduje się w chmurze, w opady spadające do ziemi, a to tylko wtedy, gdy taka nieefektywność naprawdę występuje.”]} p1=

p2=

p3=

p4=

Glaciogenna Selekcja: Srebro Iodkowe i Lód Surowy

Najbardziej ugruntowaną formą modyfikacji pogody jest glaciogenna selekcja, która skierowana jest na chmury zawierające superzimne wodę ciekłą. Srebro iodkowe stanowi materiał o największym zastosowaniu ze względu na strukturę swojej goniotaktycznej sieci, która jest bardzo zbliżona do struktury zwykłego lodu, wystarczająco bliska, aby lód mógł powstawać bezpośrednio na jej powierzchni w temperaturach tak niskich jak od -4 do -6 stopni Celsjusza, proces ten nazywany jest heterogeniczną nukleacją. Cząsteczki srebra iodkowego są zwykle generowane poprzez spalanie roztworów srebra iodkowego o bazie acetonowej w generatorach umieszczonych na ziemi lub przez opadanie pirotechnicznych fajek z samolotów, produkujących ogromną liczbę mikroskopijnych cząstek, które rozprzestrzeniają się w celu docierania do chmury. Lód surowy, czyli dwutlenek węgla w stanie stałym, działa poprzez zupełnie inny mechanizm. Zamiast zapewniać powierzchnię wzrostu lodu, kulki lodu surowego mają temperaturę około -78 stopni Celsjusza i powodują intensywne, lokalne ochłodzenie podczas opadania przez chmurę. To ekstremalne ochładzanie może spowodować spontaniczne zamrożenie kropli w najbliższym otoczeniu bez potrzeby jakiejkolwiek powierzchni nukleacyjnej, proces ten czasami nazywany jest homogeniczną lub blisko-homogeniczną zamrażalnością. Po pojawieniu się kryształów lodu za pomocą którejkolwiek z metod, wkracza proces Wegenera-Bergerona-Findeisena. Przy danej temperaturze podzeroowej ciśnienie parowania nasyconego nad lodem jest niższe niż ciśnienie parowania nasyconego nad wodą ciekłą. Ta różnica oznacza, że ​​powietrze może być jednocześnie lekko nasycone względem lodu, a jednocześnie niedosatowne względem otaczających kropli cieczy. Para wodna zatem diffunduje w kierunku i osadza się na kryształach lodu, podczas gdy krople ciekłe parują, aby uzupełnić ten par. Kryształy lodu rosną kosztem kropli, często dość szybko, aż staną się ciężkie na tyle, by opadać jako śnieg lub deszcz, jeśli stopią się w trakcie opadania.

Higroskopijne Siewstwo: Praca z Ciepłymi Chmurami

Nie wszystkie chmury produkujące deszcz są wystarczająco zimne, aby zawierać kropelki w stanie nadwymiennym. Wiele chmur tropikalnych i o okresie letnim produkuje opady atmosferyczne wyłącznie poprzez proces czysto ciekły, zwany mechanizmem kolizji-zbiegania, gdzie krople o różnej wielkości zderzają się i łączą podczas przemieszczania się przez chmury, stopniowo stając się wystarczająco duże, aby opadać jako deszcz. Higroskopijne siewstwo skierowane jest na te ciepłe chmury poprzez wprowadzanie cząstek opartych na soleach, najczęściej chlorku potasu, chlorku sodu lub chlorku wapnia, często uwalnianych z samolotów podczas lotu przez dolne partie podmuchu chmurowego. Powstałe sole są higroskopijne, co oznacza, że ​​szybko przyciągają i absorbują parę wodną ze otoczenia. Rozproszone w chmurze, cząstki soli szybko rosną do niezwykle dużych kropli w porównaniu z naturalnym zakresem kropelek w chmurze. Ponieważ efektywność kolizji-zbiegania zależy w dużej mierze od posiadania zakresu rozmiarów kropelek, te nadmiernie nasione, duże krople działają jako skuteczne zbieracze, zbierając mniejsze krople podczas opadania i przyspieszając wzrost kropel deszczu, które inaczej zajęłyby znacznie dłużej do powstania lub w ogóle nie powstałyby przed rozproszeniem się chmury. Podejście to jest szczególnie istotne w regionach takich jak niektóre obszary Afryki, Ameryki Południowej i Azji Południowo-Wschodniej, gdzie dominują ciepłe chmury konwekcyjne, a techniki glacjalne są po prostu niewłaściwe, ponieważ temperatury nigdy nie spadają wystarczająco nisko, aby utrzymać proces oparty na lodzie. Badania nad higroskopijnym siewem mają krótszą i w pewnym sensie mniej spójną historię niż badania z wykorzystaniem srebra, a istnieją pytania dotyczące optymalnej dystrybucji rozmiarów cząstek i czasu ich uwalniania potrzebnego do niezawodnego zwiększenia zbiegania bez tworzenia zbyt dużych lub zbyt małych cząstek, aby miały one znaczący wpływ.”]} p1:

paragraphs_pl

Historyczne Programy i Praktyka Operacyjna

Interwencja pogodowa była próbkowana od późnych lat 40-tych, kiedy Vincent Schaefer i Bernard Vonnegut z General Electric po raz pierwszy zaprezentowali, że suchy lód a później srebro chlorkowe mogły wywołać tworzenie się lodu w superzimnych chmurach. Od tego czasu programy nasiewania chmur działały w ponad tuzin krajów, kierując się na śnieżny pokrywę w górskich pasmach w celu zwiększenia dostaw wody, próbując zwiększyć opady atmosferyczne nad obszarami rolniczymi i w niektórych przypadkach starając się zredukować szkody spowodowane burzą gradu dla upraw. Na Zachodzie Stanów Zjednoczonych stany takie jak Kolorado, Utah, Idaho i Wyoming prowadzą programy nasiewania orograficznego zimą, uwalniając srebro chlorkowe z generatorów naziemnych umieszczonych wiatr w górę pasm górskich, aby zwiększyć pokrywę śnieżną, która później zasila zbiorniki wodne. Chiny prowadzi jeden z największych na świecie programów interwencji pogodowej od dziesięcioleci, wykorzystując samoloty, generatory naziemne i rakiety w stylu przeciwlotniczym do nasiewania chmur przed dużymi wydarzeniami i podczas susz. Liczne inne kraje, w tym Zjednoczenie Emiratów Arabskich, Tajlandia i Australia, prowadziły lub nadal prowadzą programy operacyjne. Programy te są zazwyczaj uzasadniane kombinacją rozumowania fizycznego, sprzyjających warunków atmosferycznych dla nasiewania oraz porównań statystycznych między nasiewanymi a historycznymi okresami bez nasiewania. Programy operacyjne generalnie nie posiadają rygorów kontroli charakterystycznych dla eksperymentów naukowych, ponieważ wymagałoby to zaniechania potencjalnie korzystnej interwencji w obszarach doświadczających niedoboru wody wyłącznie dla celów czystej grupy kontrolnej, co jest kompromisem, którego operatorzy i fundusze często nie są skłonni zaakceptować, mimo że ogranicza to, czego można wywnioskować z wyników.

Trwałe Nierozwiązanie Problemu Miarowania Skuteczności

Pomimo około osiemdziesięciu lat badań, centralne pytanie naukowe – jak duży dodatkowy opad atmosfery faktycznie produkuje zasiewowanie chmur – pozostaje w większości przypadków operacyjnych naprawdę nierozwiązane. Podstawowym problemem jest problem hipotetyczny: nie można dokładnie wiedzieć, ile opadu atmosferycznego wygenerowałaby konkretna, zasiewana chmura, gdyby nie została zasewana. Dobrze zaprojektowane eksperymenty losowe, w których odpowiednie chmury są losowo przydzielane do zasiewania lub pozostawiania bez interwencji i porównuje się wyniki statystycznie, przyniosły niektóre z najbardziej wiarygodnych pozytywnych wyników. Program Wyoming Weather Modification Pilot oraz badanie nad Zborynem Payette w stanie Idaho, oba wykorzystujące samoloty wyposażone w specjalistyczne instrumenty do bezpośredniego obserwowania formowania się zasiewanych kryształków lodu i śledzenia wynikającego z tego opadów śniegu, są często cytowane jako produkują silne, fizyczne dowody na mierzalny efekt zasiewania w określonych warunkach orograficznych zimowych burz, szacowany zazwyczaj od kilku procent do około piętnastu procent dodatkowego opadu atmosferycznego w sprzyjających przypadkach. Jednak wiele innych prób, w tym duża ilość starszych eksperymentów z połowy XX wieku, przyniosło niejednoznaczne, niespójne lub statystycznie nieważne wyniki, a niektóre dobrze zaprojektowane eksperymenty losowe nie wykazały żadnego detectablego efektu. Recenzje przez organizacje takie jak Organizacja Meteorologiczna Światowa i Narodowe Akademiki Nauk wielokrotnie konkludowały, że choć mechanizmy fizyczne w tym są solidne i można je bezpośrednio obserwować w idealnych warunkach, to tłumaczenie tego na niezawodny, ilościowy wzrost opadu atmosferycznego w szerzeniu się różnych chmur, terenów i typów burz spotykanych w codziennych programach operacyjnych pozostaje nierozwiązane z punktu widzenia naukowego. Występują liczne czynniki zakłócające: ogromna zmienność naturalna opadów atmosferycznych, odpowiednie chmury docelowe nie zawsze są prawidłowo identyfikowane z wyprzedzeniem, materiały do zasiewania nie zawsze docierają do zamierzonego obszaru chmury i rozróżnianie sygnału zasiewu od szumu naturalnego statystycznie wymaga znacznie więcej powtórzonych prób niż większość programów przeprowadza. Operacyjne twierdzenia o dużych wzrostach w zapasach wody powinny być traktowane z dużą ostrożnością, chyba że są poparte eksperymentami losowymi, instrumentowanymi i fizycznie zweryfikowanymi, które pozostają wyjątkiem a nie regułą.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Cloud Seeding for Precipitation Enhancement i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.