- Регистрация
- 21 Дек 2016
- Сообщения
- 5,599
- Реакции
- 5,203
Оперативные программы по активным воздействиям на погоду, включая рассеяние тумана, увеличение осадков в виде дождя и снега и подавление града, осуществляется в более чем 50 странах по всему миру. Со времени открытия в конце 1940-х годов того, что кристаллы йодистого серебра могут образовывать ледяные кристаллы в некоторых водяных парах, ученые работают над тем, чтобы понять, как изменить способ образования и движения воды в облаке. Несмотря на десятилетия исследований, засев облаков по-прежнему вызывает глубокое недоверие, отчасти в связи с проблемой проверки эффективности данного метода, т. е. установлением причинно-следственной связи, принимая во внимание сложность и изменчивость погодных систем. 1
Холодные облака или теплые, загрязненные или чистые располагаются над горой или над полем – ключевую роль в успехе или неудаче усилий по засеву облаков играют характеристики облака. Новые средства позволяют метеорологам изучать и понимать облака и изменения, которые в них происходят, с более высокой степенью точности, чем когда-либо, а новые технологии, такие как нанотехнология, создают новые возможности в этой области. Опираясь на международные усилия, направленные на поддержку научных исследований и финансирования с целью обеспечения безопасности водных ресурсов, ученые тщательно прорабатывают возможности, чтобы модернизировать искусственное увеличение осадков в XXI веке.
«Вода является основным веществом для поддержания жизни на Земле, при этом вода и воздух, которым мы дышим, – это две главные проблемы в нынешнем веке», – говорит доктор Роельф Брюнтьес из Американского национального центра атмосферных исследований, являющийся председателем экспертной группы ВМО по активным воздействиям на погоду. «Повышение уровня понимания процессов, происходящих в облаках и связанных с осадками, является приоритетом номер один, и чем лучше мы будем понимать эти процессы, тем эффективнее мы сможем потенциально воздействовать на них с помощью засева облаков».
Фундаментальной задачей для активного воздействия на погоду является определение структуры и местоположения облаков, лучше всего приспособленных для этой работы. Без облаков эти технологии бессильны. В то время, как «засев облаков мог бы быть инструментом для увеличения водных ресурсов, это не средство для «подавления засухи», потому что для его осуществления нужны облака», – говорит Брюнтьес, который проходил начальный этап обучения в области активного воздействия на погоду в Южной Африке. «Никто не может создать облако или развеять облако».
«Базовая концепция активного воздействия на погоду, особенно в части увеличения осадков, заключается в том, чтобы найти процесс, ограничивающий скорость преобразования содержащейся в облаках воды в осадки, выпадающие из естественных облаков, и обойти этот процесс, используя минимальный уровень искусственного стимулирования», – говорит доктор Масатака Мураками из Института космических и земных исследований окружающей среды Нагойского университета в Японии. «Следовательно, очень важно найти облака, у которых есть потенциал, чтобы обеспечить выпадение осадков, но которые не могут привести этот потенциал в действие».
Доктор Абдулла Аль Мандус, директор Национального центра по метеорологии и сейсмологии в Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) отмечает: «Любой стране, которая планирует осуществлять проекты по засеву облаков, необходимо изучить физические и химические свойства облаков, часто встречающихся и более распространенных на ее территории».
Частично нахождение «правильных» облаков зависит от температуры. Для увеличения осадков нужен один из двух подходов, чтобы помочь столкновению, слиянию и росту частиц воды: гляциогенный засев или гидроскопический засев. Для гляциогенного засева используются реагенты, такие как йодистое серебро, которые инициируют образование льда в «холодных облаках», в облаках, температура которых ниже 0 °С и в которых содержится переохлажденная вода. Поскольку йодистое серебро имеет кристаллическую структуру, похожую на структуру природного льда, оно может формировать лед на ранней стадии срока жизни облака, обеспечивая ему больше времени для достижения размера частиц осадков. Для «теплых» конвективных облаков, в обширных частях которых температура выше -10 °С, ученые могут использовать гидроскопический засев, как правило, применяя простую соль. Соль помогает каплям сталкиваться и вырабатывать дождь.
Как для гляциогенного, так и для гидроскопического засева важно определить, являются ли облака в регионе уже эффективными, или засев облаков окажет нужное влияние. «Основные методы засева облаков обеспечивают ядра для образования капель и ледяных кристаллов», – говорит Брюнтьес. «Если эти частицы уже существуют в оптимальном размере и концентрации в некоторых регионах мира, засев облаков не окажет влияния».
Местоположение облаков также имеет очень большое значение. Облака в тропиках отличаются от облаков в средних широтах, потому что температура влияет на то, как в облаках происходят процессы. «Кроме того, облака в разных регионах с разными уровнями загрязнения могут также вырабатывать осадки по-разному, и даже в одном регионе, в зависимости от загрязнения в конкретный день», – говорит Брюнтьес. Все, что способствует изменению облаков, может оказать влияние на засев.
Ряд наиболее успешных случаев засева облаков во всем мире наблюдался в горных районах при использовании гляциогенного засева «орографических» облаков. В этих районах облака формируются потоком воздуха над горами. Они особенно привлекательны для засева, потому что снежный покров на большой высоте может круглый год сохранять воду для района.
В Японии, например, где недостаток воды является кратковременной, а не хронической проблемой, Мукарами говорит, что гляциогенный засев орографических снежных облаков можно использовать в качестве превентивной меры в конце весны и начале лета. Такие оперативные программы можно осуществлять, «когда долгосрочное прогнозирование осадков становится более точным и надежным, и когда мы можем прогнозировать недостаток воды с заблаговременностью в несколько месяцев», – продолжает он.
Брюнтьес и Мукарами указывают на примеры проектов по увеличению снежного покрова в Вайоминге, США и в Снежных горах в Австралии. В Снежных горах ученые используют гляциогенный засев для холодных воздушных фронтов к западу от гор. В более холодные месяцы наземные генераторы распыляют смесь йодистого серебра, которую ветры переносят на восток к облакам над горами. При анализе результатов первоначального этапа эксперимента 2005–2009 гг. исследователи выявили позитивное, но статистически не значимое влияние засева на количество выпавшего снега; однако они пришли к выводу, что направленность усилий по засеву «безоговорочно успешна», притом что уровни йодистого серебра в областях, где производился засев, выше, по сравнению с областями, где засев не производился. Повторный анализ показал повышенные уровни материалов для засева, что предполагает наличие дополнительных ледяных частиц, и таким образом влияние на процессы образования осадков в облаках.
Проект продолжается до сегодняшнего дня и вышел далеко за рамки первоначальных экспериментов. В некоторых отчетах говорится, что количество выпавшего снега увеличилось почти на 14 %.
Количественно оценить влияние программ по засеву облаков сложно. «Обычно мы используем рандомизированные эксперименты подобно тому, как это происходит в медицинском сообществе, когда тестируется новое лекарство», – говорит Брюнтьес. Как в медицинских экспериментах, где не бывает двух совершенно одинаковых людей, «не бывает облака, которое ничем не отличается от другого облака, к тому же есть много факторов, которые играют роль в формировании осадков в облаке».
В последние 10 лет благоприятное воздействие на эксперименты по засеву облаков оказывают достижения в области численных моделей, с помощью которых можно точнее моделировать засев, а также усовершенствованные средства наблюдения, позволяющие понять физические процессы в облаках, вызванные засевом. К числу этих средств относятся более точные спутниковые приборы, а также наземные и бортовые самолетные радиолокаторы с двойной поляризацией, которые могут более качественно измерять размер элементов осадков. «Хотя до идеала еще далеко, но был сделан большой шаг вперед», – говорит Брюнтьес. «Поскольку мы лучше прогнозируем погоду, мы можем лучше прогнозировать изменения».
Еще один член экспертной группы ВМО по активным воздействиям, Эндриа Флоссманн из Клермон-Ферранской обсерватории физики Земли во Франции, говорит, что исследователи работают над усовершенствованием статистических подходов, необходимых для оценки правильности рандомизированного подхода. «По-прежнему осуществление надежных программ остается дорогостоящим, так как для этого необходимы тестовые облака, как засеянные, так и не засеянные», – говорит она.
Одна из таких групп, группа исследователей под руководством доктора Мураками, которая в 2015 г. получила вознаграждение в рамках гранта, учрежденного научно-исследовательской программой ОАЭ по научным аспектам увеличения осадков. «Мы работаем, чтобы лучше оценить и в конечном итоге повысить эффективность увеличения осадков в засушливых и полузасушливых регионах путем глубоких научных исследований, которые включают анализ данных, лабораторные эксперименты, полевые наблюдения и численное моделирование», – сказал он. Основная цель работы состоит в том, чтобы уточнить микрофизическую структуру облаков, пригодных для засева, и частоту их появления над восточными горными областями ОАЭ.
Увеличение осадков в ОАЭ
Научно-исследовательская программа ОАЭ по научным аспектам увеличения осадков, развернутая в качестве международной инициативы по стимулированию научных исследований и технологии для увеличения осадков, учредила грант в размере 5 миллионов долларов США. По словам ее директора Алии Аль Мазруи, программа имеет две цели: повысить эффективность научных исследований в области увеличения осадков по всему миру и увеличить количество осадков в ОАЭ и других засушливых и полузасушливых регионах мира.
Вода является критически важной проблемой для ОАЭ, где запасы грунтовых вод, которым 10 000 лет, истощаются, а по некоторым оценкам ожидается, что потребность в воде в ближайшие 15 лет увеличится вдвое. На опресненную морскую воду приходится 40 % водоснабжения страны. Учитывая высокую стоимость опреснения, в ОАЭ осуществляется засев облаков в качестве одной из возможных менее дорогостоящих альтернатив. В 2016 г. в ОАЭ засев облаков осуществлялся 177 раз, в основном с использованием гидроскопического засева над восточными горными хребтами на границе с Оманом с целью повышения уровня воды в водоносных слоях и водохранилищах. В соответствии с отчетом за 2015 г. облачность, превысившая норму, позволила в этом году чаще проводить засев облаков.
Научно-исследовательская программа ОАЭ по научным аспектам увеличения осадков
В рамках программы по увеличению осадков ОАЭ работают над тем, чтобы проложить путь для увеличения инвестиций и достижения технологического прогресса в области активных воздействий на погоду. Аль Мандус говорит, что он «гордится ОАЭ, выступающими в качестве глобального центра, развивающего наилучшие технологии, которые содействуют решению проблем нехватки воды».
Помимо группы Мураками, получившей вознаграждение в рамках гранта 2015 г. за совершенствование оценки правильности засева облаков, вознаграждение также получили проекты, в которых «использовалась нанотехнология для производства более эффективных материалов для засева и активного воздействия на земной покров, чтобы расширить области слияния и улучшить инициирование конвекции», – говорит Аль Мандус. Используя нанотехнологию, исследователи потенциально могли создать новые реагенты для засева облаков, которые лучше воспроизводят кристаллическую структуру льда в наномасштабе. Группа по реализации программы ОАЭ в ближайшие три года будет работать с коллективами, получившими вознаграждение, чтобы помочь им в осуществлении их научно-исследовательских проектов.
Аль Мандус из ОАЭ указывает на Руководящие принципы ВМО для планирования деятельности по активным воздействиям на погоду, как на важный источник информации для стран, намеревающихся повысить уровень водной безопасности. «В Руководящих принципах утверждается, что страны, которые на практике осуществляют засев облаков, должны исследовать засеянные и незасеянные облака, используя метод статистической рандомизации», – говорит он. «Результаты этого процесса статистической рандомизации необходимо подкрепить проведением анализа, позволяющего оценить правильность изначальных операций по засеву облаков.
Необходимо проявлять осмотрительность
В Заявлении ВМО 2015 г. об активных воздействиях на погоду также рассматриваются методы активного воздействия на погоду с целью подавления града и рассеяния тумана и упоминается интерес к климатическому инжинирингу, проявляемый в последнее время. «В последнее время засев облаков предлагается в качестве стратегии смягчения воздействий изменения климата с тем, чтобы повысить яркость фона облаков и увеличить долю солнечной радиации, которая отражается в космическое пространство», – говорит Флоссманн. В докладе ВМО предлагается проявлять осмотрительность, предпринимая такого рода усилия в глобальном масштабе, с указанием на исторически сложившиеся трудности с доказательством причинно-следственной связи при осуществлении засева облаков в местном масштабе.
Засев облаков в глобальном масштабе действительно имеет исторические прецеденты, проявившие себя, впрочем, весьма неожиданным образом: посредством ненамеренного активного воздействия на погоду. Например, вследствие извержения вулканов в стратосферу попадали частицы, которые способствовали понижению температуры воздуха на глобальном уровне в течение от 2 до 3 лет после извержения (в частности, считается, что такие извержения внесли вклад в сохранение малого ледникового периода в XIX веке). Другой пример ненамеренного активного воздействия на погоду, по мнению Флоссманн, связан с тем, что в результате спутниковых наблюдений было установлено, что частицы, попавшие в воздух с дымом пароходных труб, меняют свойства верхнего слоя слоисто-кучевых облаков, повышая яркость фона облаков.
При осуществлении активного воздействия на погоду, намеренного или ненамеренного, «важно помнить, что атмосфера не имеет стен», – говорит Флоссманн. «То, что вы добавите, может оказать желательный эффект вблизи вас, но при переносе может оказать нежелательный эффект в других местах».
Но прежде всего все зависит от облаков. «Не существует какого-то универсального решения», – говорит она. Тут очень многое зависит от конкретного облака: окажет ли вообще какой-либо эффект добавление реагентов, и если окажет, будет ли этот эффект желательным».
