باران مصنوعی
پيشينه:
انسان از بدو پيدايش تاكنون درصدد برآمده تا شرايط نامساعد زيست محيطي اطراف خود را به نحوه دلخواه تغيير دهد و اگرچه توانسته به پيشرفتهاي قابل توجهي نيز دست يابد، اما با توجه به ماهيت متغير هوا و ويژگيهاي ديناميكي آن و نيز عدم شناخت و ارزيابي كافي انسان در اين زمينه، كمتر توفيق تعديل پديده هاي نامساعد جوي را بر وفق مراد خويش داشته است.
تأثیر بارورسازی ابرها برای اولینبار در تاریخ ۱۲ ژولای ۱۹۴۶ در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت جنرال الکتریک امریکا توسط «وینسنت شیفر» (Vincent J. Schaefer) مشاهده شد. او بلورهای «یخ خشک» (Dry Ice) با دمای ۷۸- درجه سلسیوس را به داخل ابرهای مصنوعی تولیدشده در «اتاقک ابر» (Cloud Chamber) که حاوی «قطرکهای اَبَرسرد» (Super cooled Droplets) بودند رها کرد و مشاهده نمود قطرکهای اَبَرسرد از طریق فرایند انجماد به بلور یخ تبدیل شده و بهصورت برف در ته اتاقک ابر ریزش نمودند. بدینگونه شواهد آزمایشگاهی از بارورشدن ابرها بهدست آمد. متعاقب آن در تاریخ ۱۳ نوامبر ۱۹۴۶ همزمان با این تحقیقات، دکتر لانگمویر (Irwing Langmuir) برنده جایزه نوبل، یک آزمایش میدانی روی یک ابر پوششی(Stratiform) روی کوه گریولاک (Greylock) در شرق شنکتدی (Schenectady) متعلق به ایالت نیویورک انجام داد. دمای این ابر که در ارتفاعی حدود ۴۲۷۰ متر از سطح زمین قرار داشت ۲۰- درجه سلسیوس بود. لانگمویر، 1/36 کیلوگرم یخ خشک را در مسیری خطی با طول حدود ۳ مایل روی این ابر پاشید و مشاهده کرد در مدت ۵ دقیقه تمامی محتوای آب ابر به برف تبدیل شد. برف حاصله در حدود ۲۰۰۰ پا زیر ابر ریزش نمود و به دلیل خشکی هوا قبل از رسیدن به زمین تبخیر شد.
تحقیقات بعدی ثابت کرد هسته طبیعی غالب برای تشکیل هسته یخ در طبیعت، ذرات رس معدنی هستند که در دمای حدود ۱۵- درجه سلسیوس یا پایینتر بهعنوان هسته یخساز فعال میگردند. پس از استفاده از دانش باروری ابرها بهعنوان یک فناوری جدید با کاربردهای عملی، لانگمویر تا زمان مرگش در تاریخ ۱۹۵۷، بر روی گسترش این فناوری بهمنظور حصول آب بیشتر از آسمان برای تبدیل مناطق مستعد خشک و بیحاصل جنوبغربی ایالات متحده امریکا به مراتع سرسبز و زمینهای کشاورزی تلاشهای بیشماری انجام داد. «سازمان تحقیقات صنعتی و علمی استرالیا» ((Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization(CSIRO) نیز در فوریه ۱۹۴۷ پس از اجرای عملیات باروری ابرها گزارش کرد اولینمورد باران ساخته دست بشر در نزدیکی بسارست (Bathurst) رخ داده استو اما در آنسوی دیگر در شرق اروپا موسسه رصدخانه آب و هواشناسی روسیه در اواخر سال ۱۹۴۱ بمنظور سرعت بخشیدن به توسعه، ساخت و تست مدلهای جدید ابزارهای اندازهگیری پارامترهای هواشناسی جو بالا هواشناختی و بهبود کیفیت سونداژ جو در مسکو تاسیس شد. این رصدخانه برمبنای رصدخانه جو بالای موسسه مرکزی پیشبینی هوا با ۳۶ پرسنل راهاندازی شد. موسسه رصدخانه آب و هواشناسی روسیه پروژههای تحقیقاتی زیادی در زمینه هواشناسی و فیزیک جو انجام داده است که در بسیاری از آنها پیشگام بوده است.
سابقه باروري ابرها در ايران نخستين بار، در سال 1353 طرح باروري ابرها توسط وزارت نيرو براي افزايش ذخيره آبي سدهاي لتيان و كرج، بهوسيله يك شركت كانادايي و با استفاده از 30 دستگاه ژنراتور زميني تصعيد يدور نقره و يك هواپيما اجرا شد.
در سال 1367، تجهيزات بهجا مانده از طرح جاجرود و كرج به يزد منتقل شد و سپس در سالهاي 75،74،73،70،69 عمليات باروري ابرها با استفاده از ژنراتور زميني در ارتفاعات شيركوه يزد اجرا شد.
در ايران از 2روش براي باروركردن ابرها استفاده ميشود كه يكي روش باروري قله ابر و ديگري باروري درون ابر است. براي باروري قله ابر از گلولههاي پرتابي يدور نقره استفاده ميشود.. چون هنگام اجراي عمليات، ميتوان ابر و محل مناسب آن را ديد و عامل باروري، سريعتر و با دقت بيشتر به ابر تزريق ميشود.
روش ديگر در كشورمان، تزريق افقي نيتروژن مايع است. گلولههاي يدور نقره پرتابي، هستههاي يخي مصنوعي را وارد منطقه فوق سرد ابري مي كنند و نيتروژن مايع با ايجاد سرمايش شديد در ابر، از بخار آب وآب فوق سرد هستههاي يخي توليد ميكند. -
-
توليد باران مصنوعي
توليد باران با استفاده از هرعمل مصنوعي كه با تحريک و تغيير در فرآيندهاي دروني ابر همراهاست، باروري ابر ناميده ميشود. معمولا باروري ابرها با اضافهکردن موادي خاص بهنام عاملهاي باروري انجام ميشود. انسان از بدو پيدايش تاكنون درصدد برآمده تا شرايط نامساعد زيست محيطي اطراف خود را به نحوه دلخواه تغيير دهد و اگرچه توانسته به پيشرفتهاي قابل توجهي نيز دست يابد، اما با توجه به ماهيت متغير هوا و ويژگيهاي ديناميكي آن و نيز عدم شناخت و ارزيابي كافي انسان در اين زمينه، كمتر توفيق تعديل پديده هاي نامساعد جوي را بر وفق مراد خويش داشته است.
تأثیر بارورسازی ابرها برای اولینبار در تاریخ ۱۲ ژولای ۱۹۴۶ در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت جنرال الکتریک امریکا توسط «وینسنت شیفر» (Vincent J. Schaefer) مشاهده شد. او بلورهای «یخ خشک» (Dry Ice) با دمای ۷۸- درجه سلسیوس را به داخل ابرهای مصنوعی تولیدشده در «اتاقک ابر» (Cloud Chamber) که حاوی «قطرکهای اَبَرسرد» (Super cooled Droplets) بودند رها کرد و مشاهده نمود قطرکهای اَبَرسرد از طریق فرایند انجماد به بلور یخ تبدیل شده و بهصورت برف در ته اتاقک ابر ریزش نمودند. بدینگونه شواهد آزمایشگاهی از بارورشدن ابرها بهدست آمد. متعاقب آن در تاریخ ۱۳ نوامبر ۱۹۴۶ همزمان با این تحقیقات، دکتر لانگمویر (Irwing Langmuir) برنده جایزه نوبل، یک آزمایش میدانی روی یک ابر پوششی(Stratiform) روی کوه گریولاک (Greylock) در شرق شنکتدی (Schenectady) متعلق به ایالت نیویورک انجام داد. دمای این ابر که در ارتفاعی حدود ۴۲۷۰ متر از سطح زمین قرار داشت ۲۰- درجه سلسیوس بود. لانگمویر، 1/36 کیلوگرم یخ خشک را در مسیری خطی با طول حدود ۳ مایل روی این ابر پاشید و مشاهده کرد در مدت ۵ دقیقه تمامی محتوای آب ابر به برف تبدیل شد. برف حاصله در حدود ۲۰۰۰ پا زیر ابر ریزش نمود و به دلیل خشکی هوا قبل از رسیدن به زمین تبخیر شد.
تحقیقات بعدی ثابت کرد هسته طبیعی غالب برای تشکیل هسته یخ در طبیعت، ذرات رس معدنی هستند که در دمای حدود ۱۵- درجه سلسیوس یا پایینتر بهعنوان هسته یخساز فعال میگردند. پس از استفاده از دانش باروری ابرها بهعنوان یک فناوری جدید با کاربردهای عملی، لانگمویر تا زمان مرگش در تاریخ ۱۹۵۷، بر روی گسترش این فناوری بهمنظور حصول آب بیشتر از آسمان برای تبدیل مناطق مستعد خشک و بیحاصل جنوبغربی ایالات متحده امریکا به مراتع سرسبز و زمینهای کشاورزی تلاشهای بیشماری انجام داد. «سازمان تحقیقات صنعتی و علمی استرالیا» ((Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization(CSIRO) نیز در فوریه ۱۹۴۷ پس از اجرای عملیات باروری ابرها گزارش کرد اولینمورد باران ساخته دست بشر در نزدیکی بسارست (Bathurst) رخ داده استو اما در آنسوی دیگر در شرق اروپا موسسه رصدخانه آب و هواشناسی روسیه در اواخر سال ۱۹۴۱ بمنظور سرعت بخشیدن به توسعه، ساخت و تست مدلهای جدید ابزارهای اندازهگیری پارامترهای هواشناسی جو بالا هواشناختی و بهبود کیفیت سونداژ جو در مسکو تاسیس شد. این رصدخانه برمبنای رصدخانه جو بالای موسسه مرکزی پیشبینی هوا با ۳۶ پرسنل راهاندازی شد. موسسه رصدخانه آب و هواشناسی روسیه پروژههای تحقیقاتی زیادی در زمینه هواشناسی و فیزیک جو انجام داده است که در بسیاری از آنها پیشگام بوده است.
سابقه باروري ابرها در ايران نخستين بار، در سال 1353 طرح باروري ابرها توسط وزارت نيرو براي افزايش ذخيره آبي سدهاي لتيان و كرج، بهوسيله يك شركت كانادايي و با استفاده از 30 دستگاه ژنراتور زميني تصعيد يدور نقره و يك هواپيما اجرا شد.
در سال 1367، تجهيزات بهجا مانده از طرح جاجرود و كرج به يزد منتقل شد و سپس در سالهاي 75،74،73،70،69 عمليات باروري ابرها با استفاده از ژنراتور زميني در ارتفاعات شيركوه يزد اجرا شد.
در ايران از 2روش براي باروركردن ابرها استفاده ميشود كه يكي روش باروري قله ابر و ديگري باروري درون ابر است. براي باروري قله ابر از گلولههاي پرتابي يدور نقره استفاده ميشود.. چون هنگام اجراي عمليات، ميتوان ابر و محل مناسب آن را ديد و عامل باروري، سريعتر و با دقت بيشتر به ابر تزريق ميشود.
روش ديگر در كشورمان، تزريق افقي نيتروژن مايع است. گلولههاي يدور نقره پرتابي، هستههاي يخي مصنوعي را وارد منطقه فوق سرد ابري مي كنند و نيتروژن مايع با ايجاد سرمايش شديد در ابر، از بخار آب وآب فوق سرد هستههاي يخي توليد ميكند. -
-
توليد باران مصنوعي
مهمترين هدف براي باروري ابرها، افزايش ميزان بارش، جلوگيري از بروز بلاياي طبيعي از قبيل سيل، تگرگ، رعد وبرق، انتقال زماني و مکاني بارش، زدودن مه مزاحم، تعديل آب وهوا، توليد برف در ارتفاعات و... است.
در حال حاضر حدود 40 كشور جهان، برنامههاي باروري ابرها را انجام ميدهند.جو زمين، حاوي مقادير متغيري از بخار آب است. مقدار اين بخار آب، رابطه مستقيمي با دماي هوا دارد. با رسيدن دما به 12 درجه، هوا از بخار آب اشباع ميشود. اگر سرد شدن ادامه يابد، ميزان بخار اضافه برميزان مورد نياز براي حفظ حالت اشباع، به قطرات ابر تبديل ميشوند.
تقریبا از سال 1950 تجربیات زیادی انجام گرفته است تا در مورد ایجاد ریزشهای جوی مصنوعی قدمی برداشته شود. یکی از این تکنیک ها پرتاب گلوله های کوچک و جامد دی اکسیدکربن (که آنرا یخ خشک می نامند و دمایش در حدود -80 درجه سانتی گراد است) بداخل ابر است. منظور از پرتاب ایجاد نمودن کریستالهای یخ در آب فوق سرد ابر می باشد. بدین تلاشی انجام شده تا عملیات فرآیند برژرون ایجاد شود. یخ خشک در دمای بالاتر از -80 درجه سانتی گراد بصورت بخار در می آید همانطوریکه یخ خشک تبخیر می شود سبب پائین بردن دمای محل بقدر کافی می شود و در نتیجه باعث بوجود آمدن انجماد آنمی قطرات ریز آب می شود. سپس کریستالهای بوجود آمده می توانند بر طبق مکانیزم برژرون رشد نماید و سرانجام فرآیندهای تصادم باعث ریزشهای جوی می گردند. اثرات متنوعی در نتیجه باروری ابر تا وسط یخ خشک بوجود آمده است. بعنوان مثال پاشیدن یخ خشک سبب شده است که ابر کوچک کومولوس مقدار متنوعی تولید ریزش جوی نماید و یا در ابر استراتوس باعث ایجاد سوراخهائی شده است.
-
بهترين روش براي بارور كردن ابرها، افزايش هستههاي ميعان در ابر است. در باروري مصنوعي ابر، عامل باروركننده برحسب دماي ابر تفاوت دارد. در ابرهاي سرد (دماي ابر زير صفر درجه) از يخ خشك و يدور نقره استفاده ميشود و در ابرهاي گرم (دماي ابر بالاي صفر درجه) از قطرات آب و نمك طعام استفاده ميشود.
روشها براي باروري ابر از 2روش هوايي و زميني استفاده ميشود. روش هوايي، بيشتر مناسب براي فصل تابستان است كه به 3 طريق باروري در پايه ابر، باروري درون ابر و باروري تاج ابر صورت ميگيرد. در مناطق كوهستاني، درفصل زمستان هم ميتوان از روش باروري زميني استفاده كرد.
در روش هوايي، مواد لازم براي توليد هستههاي ميعان را با استفاده از هواپيما به ابر تزريق ميكنند. بعد از شلیك گلوله حامل یدید نقره توسط هواپیما یا راكت به داخل ابر، حدود ۴۵ دقیقه بعد، ابر شروع به باریدن می كند. این مدت، زمانی است كه ابر از مكانی كه برای باریدن در نظر گرفته شده، فاصله میگیرد.
باروری ابرها بهعنوان متداولترین و بهترین روش شناختهشده تعدیل آب و هوا، افزودن مواد بهداخل یک ابر (با استفاده از «ژنراتورهای زمینی»(Ground Based Generators)، موشک (Rackets) و یا هواپیما) با هدف تقویت تشکیل و رشد «بلورهای یخ» (Ice Crystal) در ابرهای سرد (بیشتر حجم ابر در دمای زیر صفر درجه سلسیوس است) و رشد قطرکهای درون ابرهای گرم (بیشتر حجم ابر دارای دمای بالای صفر درجه سلسیوس است) و درنتیجه افزایش بارش برف و یا باران میباشد. به عبارت دیگر باروری ابرها روشی جدید برای تأثیرگذاری بر روی ابرهای طبیعی است که در آن با استفاده از مواد شیمیایی آب بیشتری از ابر به شکل باران یا برف گرفته میشود.
براي همين مكان تزريق اين مواد بايد به دقت انتخاب شود تا با محل مورد نياز باران، درلحظه بارش تطبيق پيداكند.
مواد مورد استفاده
مواد مورداستفاده در پروژههای باروری ابرها که «عاملهای باروری ابرها»(Cloud Seeding Agents) نیز نامیده میشوند بسته به نوع ابر و فرایندهایی که در رشد قطرکهای ابر شرکت میکنند به دو گروه «مواد یخساز»(Freezing Agents) و «مواد نمگیر»(Hygroscopic Agents) تقسیم میشوند. عاملهای یخساز در ابرهایی که دارای ساختار مایع بهصورت آب اَبَرسرد هستند موجب ایجاد بلورهای یخ میشوند.
این عاملها عبارتند از یدید نقره، یخ خشک، «پروپان مایع» ((Liquid Propane (LP)، «نیتروژن مایع» ((Liquid Nitrogen (LN)، «دیاکسیدکربن مایع» (Liquid CO2) و برخی مواد آلی. از بین این مواد، یدید نقره و یخ خشک (دی اکسید کربن جامد) متداولترین عاملهای مورد استفاده در باروری ابرهای سرد هستند. عاملهای نمگیر در ابرهای گرم بهدلیل داشتن قابلیت جذب رطوبت، آب محتوی ابر را جذب کرده و رشد میکنند و موجب ریزش باران میگردند. نمک، اوره و نیترات آمونیوم از جمله این عاملها هستند. .
بارورسازي ابرهاي كوهساري هواي مرطوب، موقع صعود از كوهها سرد ميشود و ابرها تشكيل ميشوند. اينها، ابرهاي كوهساري هستند. بارورسازي اين نوع ابرها با استفاده از مواد مصنوعي، باعث افزايش كارايي بارندگي ميشود. زمان تأثير مواد باروري 20 تا 40 دقيقه بعد از تزريق است و باتوجه به سرعت و حرکت ابر، در فاصله حدود 50-40 کيلومتري محل تزريق اثرات بارورسازي نمايان ميشود.
اميدوار به آينده
خريد تجهيزات براي باروري ابرها و اجراي آن، از جمله ملزومات اجراي اين پروژه است، اما آنچه بيشتر مي تواند براي آيندگان اين مرزوبوم مفيد واقع شود وجود دانش بومي و استفاده از دانشمندان داخلي است.
تنها انسان بودن کافیست.