ענן עננים: מדוע מדענים מנסים לעשות את זה שלג

מים הם משאב יקר שמשפיע כמעט על כל ההיבטים של החיים על כדור הארץ. זה גם מוגבל, כך אנשים משתמשים במגוון של שיטות כדי להבטיח כי אספקת עונה על הביקוש.

טכניקה אחת כזו היא זריעת עננים - הוספת חלקיקים לאווירה כדי לקדם את היווצרות הגשם או השלג. היום ישויות רבות ברחבי המערב - כולל רשויות המדינה והממשל המקומי, כלי עזר, ואזורי סקי - עננים זרע במאמץ להגביר את שלג החורף בהרים. עוד snowpack פירושו יותר באביב ובקיץ נגר, אשר מזין אספקת מים מקומיים, משקים יבולים, דלקים סכרים המייצרים חשמל הידרואלקטרית.

זריעת ענן יש גם נעשה שימוש במאמצים לפזר ערפל בשדות תעופה, להגביר את כמות המשקעים בקיץ, ולהקטין ברד. למעשה, זריעת ענן מתרחשת ביותר מ -50 מדינות ברחבי העולם. עם זאת, למרות כל הפעילות הזאת, אנחנו עדיין לא יודעים אם זה עובד.

אנחנו מדענים אטמוספריים ולאחרונה ערכו מחקר שדה כדי להעריך זריעת ענן כאמצעי לשיפור snowpack ההר מסערות החורף. התוצאות שלנו מראות בבירור כי, לפחות בתנאים מסוימים, ניתן לשנות את האבולוציה ואת הצמיחה של חלקיקי ענן, המוביל שלג שלא היה קורה אחרת. השאלה הבאה היא האם זריעת עננים יכולה להיות כלי יעיל למנהלי מים במערב ארצות הברית.

יצירת גבישים בתוך עננים

עננים עשויים טיפות מים כי הם קטנים מדי ליפול כמו משקעים. טיפות אלה לעיתים קרובות supercool לטמפרטורות הרבה מתחת לנקודת הקיפאון - נמוך כמו 0 מעלות פרנהייט (מינוס 18 מעלות צלזיוס) או קר. בנסיבות רבות, גבישי קרח (אשר יכול לגדול במהירות בנוכחות של נוזל supercooled) חייב להיות נוכח עבור ענן לייצר כמות משמעותית של משקעים. עבור עננים היוצרים כמו אוויר הוא הרים מעל ההר, אם לא גבישי קרח, או מעטים מדי מהם, נוכחים, רבים טיפות מים המרכיבים את הענן פשוט להתאדות על הצד הרוחבי של ההר.

זריעת ענן חורף מבוססת על היפותזה שכאשר מים עמוקים יתר על המידה קיימים בענן, ניתן לשנות אותה על ידי החדרת חלקיקים המשמשים גרעיני קרח מלאכותיים. תהליך זה יוצר קריסטלים קרח כי יהיה לנצל את המים supercooled לגדול מספיק גדול שהם בסופו של דבר נופלים על פני השטח כמו שלג.

הזרע ענן היה חלוץ על ידי המדען האטמוספרי ברנרד וונגוט, אחיו של הסופר המפורסם קורט וונגוט. בשנת 1947, מעבדה של וונגוט הראה כי יודיד כסף הוא גרעין קרח יעיל שיכול ליצור קרח בטמפרטורות הרבה יותר חם מאשר גרעיני קרח טבעי.

במהלך 40 השנים הבאות, מדענים שחקרו זריעת ענן עשו תגליות משמעותיות על כמעט כל ההיבטים של פיסיקת ענן. למרות זאת, בשנת 2003, המועצה הלאומית למחקר הגיעה למסקנה כי "עדיין אין הוכחה מדעית משכנעת ליעילותם של המאמצים לשינוי מזג האוויר בכוונה תחילה". עם זאת, מדינות וקהילות המשיכו ללחוץ על זריעת ענן תפעולי, בעוד שהמחקר על יעילותו מתבסס על לעצור.

הנתיב ל- SNOWIE

מדוע תוכניות אלו קיימות ללא ראיות מדעיות לכך שהן פועלות? התשובה היא פשוטה: מדינות המערב זקוקות למים, ומקבלי החלטות רבים מאמינים כי זריעת ענן יכולה להיות דרך חסכונית לייצר אותו.

ב -2004 הזמינה מדינת ויומינג פרויקט פיילוט, שהגיע למסקנה דומה למחקרים קודמים רבים: זריעת ענן אולי הגדילה את המשקעים, אך ניתן להסביר את הגידול גם בשינויים טבעיים במערכות הסערה. עם זאת, פרויקט אחות ממומן על ידי הקרן הלאומית למדע הוכיחו כי כלי מחשב חדשים דוגמנות ומכשירים משופרת יכול לייצר כמה תובנות חדשות.

בינתיים, איידהו כוח החברה עובדת עם המרכז הלאומי למחקר אטמוספרי כדי להעריך את התוכנית המתמשכת של החברה זרע ענן. משיתוף פעולה זה הגיע הרעיון להשתמש בכלים חדשים של מודלים ממוחשבים ומכשירים משופרים כדי להעריך את האפקטיביות של תוכנית זריעת הענן של איידהו פאוור. התוצאה הסופית היתה הפרויקט שלנו, עונת החורף האורכית והזרם הטבעי: הניסוי של איידהו, או סנווי.

מכסף יודיד לשלג

בחורף של שנת 2017 יצאנו לחמושת מכ"מ מתוחכם, כמו דופלר על גלגלים (DOWs), שאותו מיקמנו במקומות הררינט, ואת המכ"ם של ויומינג קלאוד (WCR), שהרכבנו על מטוס מחקר. כלים אלה אפשרו לנו להציץ לתוך עננים כדי לקבוע היכן ומתי המשקעים מתפתחים.

לאחר עננים היו seeded עם חלקיקי כסף iodide, השתמשנו בדיקות הדמיה כי היה תלוי על כנפי מטוס המחקר כדי לבחון את הפרטים הקטנים של חלקיקי ענן כמו המטוס עבר פנימה והחוצה של אזורים seeded. רק שבועיים לתוך פרוייקט שדה 10 שבועות שלנו, המכ"ם שלנו זיהה את האות הראשון של מוטל על המשקעים הנובעים זריעת ענן.

ראינו סימנים ברורים וחד משמעיים, כי שחרור חלקיקי יודיד מכסף הוא ייזום של גבישי קרח, ושהגבישים האלה צומחים לתוך השלג ויורדים אל פני ההר. בתוך אזורים שנפגעו על ידי זריעה, ריכוזי קריסטל קרח גדל על ידי מאות, המוביל להיווצרות של שלג. לעומת זאת, במרחק של רק קילומטר אחד באזורי עננים שאינם מזוהמים, נשאר הענן מורכב ברובו מטיפות קטנות ונוזלות.

איך נוכל לומר שמה שראינו היה בעצם בגלל זריעת עננים? במקרה אחד, מטוס עבר הלוך ושוב לאורך מסלול ישר, שהיה ניצב לכיוון הרוח, משחרר יודיד כסף. יודיד הכסף החל להתפזר דרך הרוחב דרך הענן בזיג זג זג - דפוס שנוצר על ידי דפוס הטיסה של המטוס ולא היה מתרחש באופן טבעי. ראינו הדים מכ"ם שנוצרו בדגם זיג זג שתאם את התחזית שלנו על סמך מתי ואיזה יודיד הכסף שוחרר בעננים.

יכול ענן הזרע לעשות את ההבדל?

עכשיו שאנחנו יודעים זריעת ענן יכול להוביל שלג, אנחנו רוצים לראות אם זה יכול לשנות את מאזן המים על פני רכס הרים שלם. נתונים מ- SNOWIE ישמשו במודלים ממוחשבים לבדיקת הרעיונות שלנו לגבי האופן שבו זריעת ענן עשויה להשפיע על השלג העונתי ולכמת את השפעתו. בסופו של דבר, מנהלי מים ואנשי ציבור ירצו לדעת כמה משקעים נוספים יכולים להיווצר בגלל זריעת ענן, והאם זוהי דרך חסכונית כדי להגדיל את משקעים של פרשת המים המקומית.

רוברט מ 'ראובר מאוניברסיטת אילינוי, קטיה פרידריך מאוניברסיטת קולורדו, בארט גרטס מאוניברסיטת ויומינג, רוי רסמוסן ולולין שיו מהמרכז הלאומי לחקר האטמוספירה ומל קונקל ודרק בלסטרוד מחברת איידהו פאוור השתתפו במחקר SNOWIE שנדון במאמר זה.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי ג 'פרי צרפתית ושרה Tessendorf. קרא את המאמר המקורי כאן.