Засејавање облака

Као резултат климатских промена, утицао је на образац падавина, чинећи многе земље рањивим због смањења водних ресурса. Суша је постала редован догађај у многим деловима света, па су се владе широм света фокусирале на планове за управљање сушом, пошто суша има више од пољопривредног утицаја, али снажно утиче на заједнице, здравље, образовање и исхрану. Негативно утиче на влажност земљишта, површинско отицање и све водне ресурсе са друштвеним и економским негативним последицама.

Као што смо расправљали у претходним поглављима, резерве воде су оскудне, а нове технологије и методе су усмерене на обезбеђивање потреба за водом у пољопривреди. Један од начина да се то постигне је стимулисање производње падавина засејавањем облака [1-7]. Неке области у свету, као што су Уједињени Арапски Емирати, већ често користе ову методу. У другим деловима, као што су Аустралија, Русија, Кина, Индија, Израел, Сједињене Америчке Државе, али и Румунија, имплементација је почела пре кратког времена [3]. С једне стране, засејавање облака стимулише производњу падавина, а са друге стране може помоћи да се избегне производња града, што је још један велики проблем за пољопривреду који је последица климатских промена, са потенцијалним негативним утицајем, посебно за културе које узимају пар. година да буду продуктивни као што су виногради и воћњаци.

Модерна технологија модификације времена почела је 1940-их када су Шефер и Вонегат открили да прехлађене капљице воде могу да се претворе у лед након засијавања. У топлим облацима, киша је иницирана коришћењем великих, хигроскопних честица [4]. Не претвара се сва расположива влага из облака у падавине, већ мала количина, чињеница која је представљала могућност истраживања повећања водоснабдевања засејавањем облака. Упркос истраживањима која су обављена у прошлом веку, сложеност атмосферских процеса директно утиче на поновљивост експеримената засијавања облака. Узимајући у обзир високе трошкове због неопходне опреме, однос трошкова и користи утиче на истраживачке програме који су у току у вези са засејавањем облака.

Објашњење процеса

Падавине настају након што се испарена вода у атмосфери скупи кроз кондензацију око честица у атмосфери, што доводи до засићења ваздуха када не може да задржи влагу и формиране капљице падају.

Засејавање облака представља распршивање вештачких супстанци у облак да би се променио његов развој или повећала количина падавина. Повећање падавина се врши неколико модификација времена како би се повећао број кондензационих језгара у атмосфери обезбеђивањем честица аеросола у облаке, изван природне позадинске популације која може бити оскудна и имати мању величину. Садржај воде у облаку се кондензује у течне капљице, повећавајући дубину облака, животни век и интензитет падавина.

Процес је веома сложен. Супстанце које се уносе у облаке служе као језгра кондензације облака, помажући формирање падавина. На основу способности глациогених материјала који стварају језгру леда (сребрни јодид и суви лед), предложено је неколико типова режима засијавања облака [2]:

• У статичном режиму , кондензациона језгра (обично сребрни јод или суви лед) се додају да би се повећала количина падавина. Ови кристали делују као језгра кондензације за влагу која је већ присутна у облацима, повећавајући ефикасност дисперговања воде у облаку. Експерименти су показали да је прозор могућности за ову методу садње ограничен барем доступношћу прехлађене воде у облаку. Стопа успеха засијавања облака у статичком режиму је променљива пошто је услове околине тешко поновити.

• У динамичком режиму , вертикалне ваздушне струје се појачавају додавањем много веће количине кондензационих језгара у облак. Овај концепт се заснива на засијавању суперохлађених облака са огромним количинама језгара (око 100 пута више кондензационих језгара) како би се произвело брзо формирање честица леда, ослобођена латентна топлота која повећава узгону, ојачавајући узлазне струје облака, и резултирајући растом облака и дајући више падавина. Ово последње би могло да произведе јаке силазне струје и интеракције са околином што доводи до активнијег феномена конвекције. Динамичко сејање је сложенији процес од статичког, у зависности од неколико догађаја, идентификовано је око 11 фаза процеса [6]. Свако ометање редоследа догађаја може озбиљно да утиче на коначни резултат, чинећи метод мање поузданим од статичног засијавања облака.

• У хигроскопском засејавању , језгра су кристали соли на којима се вода кондензује док не постану довољно велики да изазову падавине. Повезан је са засејавањем топлих облака. Промоција падавина је због побољшаног процеса спајања. У почетном облику, метода је имала неке недостатке, као што је велика потребна количина соли, која је морала да се распрши по областима великим као доток облака. Штавише, стопа раста честица кише мора да одговара профилу узлазног струјања. Касније се приступ променио на засејавање топлих облака испод користећи пиротехничке бакље које производе испод микрометарских честица соли, што је резултирало ширим спектром величина. Овај приступ користи мање количине соли, док се циљна област може лако одредити у дну облака.

Методе за засејавање облака могу бити (Слика 1):

- ваздушни – користе се авиони за ширење језгара у облацима са специјалном пиротехничком опремом (касетама и блоковима)

- земаљски системи се користе за исту сврху као и авиони. Такви системи могу бити генератори, ракете, пиротехничке ракете, противградни топови, артиљеријска сејалица, итд. Реагенс се сагорева, а затим доспева у облаке узлазним струјама.

Поред технолошких средстава неопходних за директну сетву, потребна су и друга за праћење облака (радарски системи, мреже за пренос сателитске слике, метеоролошке станице, итд.) и падавина.

Природну позадину кондензационих језгара представљају честице прашине, морске соли, чађи и друге честице које потичу из природних процеса или имају антропогенетски карактер. Молекули воде у облаку се кондензују на овим језгрима, или такозвано семе облака, а величина капљица облака се повећава како акумулирају више воде кондензацијом или сударом са другим капљицама. Вештачка семена облака убрзавају процес и дају води више материјала на коме се кондензује, честице расту брже и падавине се олакшавају.

Сетва се може обавити на два начина као што је такође приказано на слици 1:

- у горњем делу облака директним убризгавањем језгара помоћу бакљи које садрже хигроскопну (CaCl₂ наночестице) или глациогену (AgI) супстанцу, постављену на стомак авиона

- у доњем делу облака ширењем сетвених језгара помоћу фиксних станица које испаљују ракете, или из бакљи постављених на крилима авиона.

Супстанце које се користе за засејавање облака имају висок капацитет стварања леда у присуству прехлађене воде и састоје се од аеросола који стварају лед и реагенаса за хлађење. Неки од њих су хигроскопни, користе се углавном за топле облаке. Прашкасти реагенси се углавном користе за дисипацију конвективних облака, кроз увођење јаких силазних струјања. Најчешћа супстанца која ствара лед је сребрни јод (AgI ) ; има кристалну структуру сличну кристалима леда и веома је ефикасан као језгро леда на температурама нижим од -4 °Ц. Сагоревањем 1 г смеше која садржи 8% AgI долази до стварања 5 10 ¹² језгара на температури од -10 °C [7].

Друге супстанце које се користе као језгра за сејање су следеће:

-за хладне облаке: AgI , течни пропан и течни ацетон, суви лед (CO2 )

-за топле облаке: уреа, цемент, фина со

-за сложене облаке: AgI, NaCl, KCl, CaCl₂

Прашкасти реагенси имају различиту ефикасност у зависности од састава, хидрофилности (утиче на способност интеракције са капљицама облака), дисперзије (оптимална вредност је 3000 cm²/g), специфичне тежине (одређује дистрибуцију и понашање унутар облака због струје) [7].

Ефекти сетве могу варирати од неколико минута до дужих периода, у зависности од начина испоруке сетве. Директно убризгавање је тренутно, али захтева употребу авиона који лети на великој висини, што би могло бити скупо. У случају засијавања узлазног струјања у подножју облака, супстанца за засејавање треба да се спроведе узлазном струјом у облак да би постала ефикасна, за што је потребно дуже време.

Конвективни облаци се засијавају са врха помоћу авиона; када је њихов врх изнад нивоа сервиса коришћених авиона, реагенс се распршује у облаку на максималној висини лета авиона. Када се засијава конвективни систем са више врхова , користи се до десетине кертриџа, при чему је засејавање за сваки врх слична оној за један облак. Када се стратиформни облаци засеју да би произвели кишу, засејавање се одвија на правој линији на правац кретања, зона засијавања је неколико км, а реагенс се транспортује турбулентним појавама у атмосфери. Тако ће и падавине у циљаном подручју бити ограничене.

Ефикасност засијавања облака се стално повећава. Светска метеоролошка организација (WMO) је известила да је сејање авионом постало ефикасније од већине земаљских метода. Ипак, процена ефикасности је компликована због сложених својстава атмосферских појава, углавном еволуције облака. Спроведено је више експеримената и примењен је статистички приступ, у моделима контроле и циља. Падавине се бележе у контролним областима док нема засијавања облака, а једначина регресије се користи за опонашање природних падавина. Затим, потенцијални утицаји засијавања се могу проценити упоређивањем модела регресије са уоченим феноменима. Овим приступом утврђено је да су годишње падавине повећане и до 10% као резултат засијавања облака.

Да би се детаљно проучавали атмосферски феномени који су укључени, детекција радара је најважнија. Може да понуди мерење облака високе резолуције у реалном времену и процену падавина; стога се користи као помоћ у процесу сејања и такође у његовом проучавању.

Студија случаја – UAE програм за засејавање облака

У Уједињеним Арапским Емиратима, засејавање облака је владина стратегија за суочавање са климатским условима у земљи. Програм од 2002. године спроводи Национални центар за метеорологију УАЕ, а прати конвенционални приступ: природне соли, углавном калијум хлорид (KCl), лансирају се помоћу бакљи у основи конвективних облака у близини језгра узлазног струјања. [1]. Метода регресије циљне контроле је примењена и утврђено је просечно годишње повећање падавина од 23% са повећањем запремине одјека олује до 159%, покривањем површине од око 72% и животним веком од око 65% [1]. Случај UAE је посебан, са око 300 почетних мисија годишње и циљем да се оптимизује ефикасност процеса у корист безбедности воде у земљи. Програм је неопходан јер је просечна годишња количина падавина испод 100 мм, са порастом температура и променама временских прилика.

Утицај и перспективе технологија сејања облака

Импликације на животну средину са становишта загађења нису пронађене, чак ни у случају аеросола сребрног јода или других честица као што су цемент и глина [2,6,7 ] . Концентрација сребра у кишници је много испод прихватљиве еколошке вредности од 50 μg/L. Такође нема утицаја на климатске промене; сеединг модификује појединачне облаке или групе облака само са локалним ефектима. Недостаци технологије су у томе што није сигурна и укључује високе трошкове.

Технологија засијавања облака има велики потенцијал за повећање падавина, јер је снажно повезана са управљањем водним ресурсима. Важно је размотрити потенцијалне пољопривредне користи од повећања падавина кроз сејање облака. Може значајно побољшати услове живота у сушним подручјима, регулишући падавине кроз превенцију града. Досадашња истраживања су показала да се засејавање облака може користити као дугорочно средство за управљање водним ресурсима, уз складиштење воде и наводњавање усева.

Референце

1. Farahat, A.; Abuelgasim, A. Effect of cloud seeding on aerosol properties and particulate matter variability in the United Arab Emirates. International Journal of Environmental Science and Technology, 2022, 19 (2): 951–968. doi:10.1007/s13762-020-03057-5

2. Bruintjes, R.T., A review of cloud seeding experiments to enhance precipitation and some new prospects, Bulletin of the American Meteorological Society, 80(5), 1999, 805-820.

3. Ćurić, M.; Lompar, M.; Romanic, D.; Zou, L.; Liang, H. Three-Dimensional Modelling of Precipitation Enhancement by Cloud Seeding in Three Different Climate Zones". Atmosphere. 2019, 10 (6): 294. doi:10.3390/atmos10060294

4. Schaefer, V.J. Snow and Clouds in the Sky, 1947, General Electric – Project Cirrus.

5. Al Mazroui, A., Farrah, S. The UAE Seeks Leading Position in Global Rain Enhancement Research, 2017. The Journal of Weather Modification 49 (1): 54-55.

6. Malik, S.; Bano, H.; Rather, R.A.; Ahmad, S. Cloud Seeding; Its Prospects and Concerns in the Modern World – A Review, International Journal of Pure & Applied Bioscience, 2018, 6(5): 791-796, http://dx.doi.org/10.18782/2320-7051.6824

7. Korneev, V.P., Potapov, E.I., Shchukin, G.G. Environmental aspects of cloud seeding, Russian Meteorology and Hydrology, 2017, 42: 477-483, DOI: 10.3103/S106837391707007X