پهپادها چه طور باران می آورند؟

پهپادها چه طور باران می آورند؟

خیلی وقت ها شده آسمان بالای سرمان از انبوه ابر به سیاهی می زند اما خبری از باران نیست؛ ابرها می آیند و می روند و زمین بازهم خشک می ماند. در چنین موقعیت هایی است که علم و فناوری وارد میدان می شود تا فرایندی را که در طبیعت نیمه تمام مانده، به سر انجام برسانند.
در «بارورسازی ابرها» با استفاده از دانش روز و تجهیزات فناورانه، ابرهایی که بالقوه ظرفیت بارندگی دارند، به مرحله بالفعل می رسند. در این گزارش به جزییات این پروسه جالب پرداخته ایم.
ابرها چرا همیشه باران نمی شوند
ابرها مجموعه ای از قطره های ریز آب یا بلورهای یخ هستند که بر اثر سرد شدن هوا در ارتفاع تشکیل می شوند. اما برای آن که این قطره ها به باران تبدیل شوند، باید بزرگ تر و سنگین تر شوند و آن قدر وزن پیدا کنند که از ابر جدا شوند.
این بزرگ شدن دو مسیر دارد: ادغام قطره های آب یا افزایش بلورهای یخ که بعداً ذوب می شوند. خیلی وقت ها ابر بطورکامل آماده ی بارندگی به نظر می آید، اما کمبود «هسته های تراکم»—ذرات بسیار کوچکی که قطرات روی آن شکل می گیرند—یا نبودن بلورهای یخ کافی، سبب می شود پروسه متوقف بماند. نتیجه اش همین صحنه آشناست: آسمان ابری، زمین خشک.
بارورسازی ابرها دقیقاً چیست؟
بارورسازی ابرها (Cloud Seeding) یک مداخله علمی است که از دهه ۱۹۴۰، با کارهای پیشگامانه و تاییدشده محقق هایی مثل وینسنت شیفر و برنارد وانگوت عنوان شد. شیفر پژوهشگر لابراتوار های جنرال الکتریک بود که در سال ۱۹۴۶ اولین بار بارورسازی ابرها با یخ خشک را بطور تجربی نشان داد، و وانگوت شیمیدان آمریکایی بود که همان سال کشف کرد یدید نقره می تواند به عنوان هسته ی مؤثر برای یخ زدگی در بارورسازی ابرها عمل کند.
در این تکنیک، ذراتی وارد ابر می شود که رفتار فیزیکی ابر را تغییر می دهد تا روند رشد قطره ها یا بلورهای یخ سرعت بگیرد. این تغییرات، اگر شرایط ابر مناسب باشد، می تواند بارندگی را افزایش دهد.
این مداخله در واقع «جادو» یا «ساختن ابر» نیست؛ بلکه کمک کردن به فرایندی است که طبیعت شروع کرده اما به مرحله غائی نرسیده است.
دو سازوکار علمی اصلی: گرم و سرد
بارورسازی ابرها معمولا بر مبنای دو مکانیسم علمی صورت می گیرد که در مطالعات معتبر سازمان جهانی هواشناسی و پژوهش های دانشگاهی تکرار شده است:
۱. مکانیسم گرم
این روش برای ابرهای گرم—یعنی ابرهایی که دما در تمام لایه های آنها بالای صفر است—استفاده می شود. در این حالت، ذرات نمک (معمولاً کلرید سدیم یا کلرید پتاسیم) وارد ابر می شود. این ذرات نقش «هسته های تراکم» را بازی می کنند. از آنجائیکه بخار آب روی این هسته های بزرگ تر بهتر می نشیند، قطره های کوچک آغاز به ادغام و رشد می کنند. بزرگ تر شدن قطره ها سرعت ادغام را بیشتر می کند و چرخه ای مثبت به وجود می آورد تا نهایتا بارندگی شکل بگیرد.
به زبان ساده، انگار داخل ابر چند «نقطه شروع» جدید ایجاد می نماییم تا قطرات ریز راحتتر به هم بچسبند.
۲. مکانیسم سرد
زمانی استفاده می شود که ابر سرد باشد—یعنی آب به صورت «آب فوق سرد» وجود داشته باشد. آب فوق سرد نوعی آب مایع است که با وجود دمای زیر صفر، هنوز یخ نزده چون بلور یخ برای تشکیل احتیاج به یک هسته دارد.
در این حالت، یدید نقره یا دی اکسید کربن جامد (یخ خشک) وارد ابر می شود. ساختار یدید نقره شبیه کریستال یخ است و به آب فوق سرد کمک می نماید یخ بزند. زیاد شدن کریستال های یخ سبب می شود رقابت برای جذب بخار آب بیشتر شود، بلورها رشد کنند، سنگین شوند و به صورت برف یا باران به زمین برسند.
به زبان ساده، این شیوه مثل اینست که «دانه های یخ» آماده وارد ابر نماییم تا پروسه شروع شود.
چطور مواد به داخل ابر می رسند؟
یکی از بخش های جذاب و فنی بارورسازی، همین مرحله است. روش ها چند دسته اند؛
پرواز هواپیماها
پرکاربردترین روش است. هواپیماهای سبک یا متوسط روی نقاط مشخص ابر پرواز می کنند و مواد را با مهارتهای دقیق رها می سازند. خلبان باید آموزش دیده باشد تا وارد بخش مناسب ابر شود—نه پایین تر، نه بالاتر—زیرا لایه هدف اهمیت دارد.
هواپیما در ارتفاع و ناحیه ای مشخص، مواد فعال کنندهٔ هسته های یخی را بصورت فلرهای سوزان، اسپری یا مخازن پخش کننده آزاد می کند. خلبان هم زمان با رادارهای هواشناسی و دستورالعمل های مرکز عملیات، وارد بخشهایی از ابر می شود که بیشترین «آب فوق سرد» وجود دارد، یعنی قطراتی از آب که با وجود دمای زیر صفر هنوز یخ نزده اند.
این روش نسبت به ژنراتورهای زمینی هدف گیری دقیق تر ارائه می کند، چون هواپیما می تواند مستقیماً در همان لایه ای از ابر که بیشترین پتانسیل دارد مواد را رها کند. اما هزینهٔ آن بالاتر است، به هواشناسی دقیق، خلبان متخصص، و شرایط جوی ایمن نیاز دارد و اثربخشی آن هم مانند دیگر روش ها بطورکامل وابسته به نوع ابر، رطوبت، دما و زمان اجراست.
موشک و پهپاد
در سالهای اخیر پهپادها به عنوان یک گزینهٔ کم هزینه، قابل هدف گیری و امن تر برای رفتن به ارتفاع های معین و رهاسازی مقادیر کوچک مواد رونق گرفته اند. در چین که چند آزمایش بزرگ با پهپاد و مقادیر کم یدید نقره انجام شده است؛ از طرف دیگر موشک ها و راکت های اختصاصی هم در برنامه هایی مانند مهار تگرگ یا پخش سریع هسته های یخی به کار رفته اند. خصوصاً برای مناطقی که دسترسی هوایی دشوار است، از موشک های کوچک یا پهپادهایی استفاده می شود که مواد بارورساز را داخل ابر شلیک می کنند.
در سالهای اخیر در ایران پهپادها اهمیت بالای ی در بارورسازی ابرها دارند و حتی پهپادهایی اختصاصی برای این مورد طراحی شده است.
ژنراتورهای زمینی
در این تکنیک، دستگاه هایی در نقاط مرتفع یا در راه باد نصب می شوند که محلول یا سوسپانسیونی از یدید نقره یا نمک را در دمای بالا تبخیر کرده و بصورت ذرات ریز وارد جریان های صعودی هوا می کنند؛ این ذرات با باد به داخل ابرهایی که دارای «آب فوق سرد» هستند منتقل می گردند و نقش «هستهٔ یخ» را بازی می کنند، یعنی نقطه ای برای یخ زدگی قطرات و آغاز رشد بلورهای یخ که می توانند تبدیل به بارندگی شوند.
این روش از دههٔ ۱۹۵۰ در کشورهایی مثل آمریکا، چین و استرالیا استفاده شده و مزیت اصلی اش هزینهٔ کمتر نسبت به هواپیما و امکان فعالیت طولانی مدت است. محدودیت اصلی این شیوه آنست که موفقیت آن شدیداً به جهت باد، ارتفاع محل نصب، نوع ابر و زمان مناسب بستگی دارد و مطالعات علمی نشان داده اند که میزان اثربخشی آن بسته به شرایط جوی محل می تواند از خیلی کم تا قابل توجه متغیر باشد؛ به همین دلیل، برنامه های رسمی معمولا همراه با پایش دقیق، ارزیابی آماری و کنترل محیط زیستی اجرا می شوند
فناوری های مهمی که در کنار این تجهیزات مورد استفاده قرار می گیرند، سنسورهای هواشناسی و رادارهای دوپلر و مدلهای عددی پیش بینی آب وهوا هستند.
حسگرها و رادارها توانایی تشخیص اندازه قطرات، سرعت باد، مسیر حرکت ابر و میزان آب مایع در آنرا دارند. بدون این داده ها، انتخاب ابر مناسب در عمل امکان ندارد.
از طرفی ابرها ساختاری پویا و پیچیده دارند. مدلهای عددی—که بر مبنای فیزیک جو و داده های به روز اجرا می شوند—کمک می کنند بفهمیم که کدام ابر چند ساعت بعد در موقعیت مناسب قرار دارد.
چه شرایطی باید فراهم باشد تا این عملیات موفق شود؟
باروری زمانی مؤثر است که ابر مناسب باشد. مطالعات علمی تاکید می کنند:
ابر باید رطوبت کافی داشته باشد.
سرعت باد نباید شدید باشد که مواد را منحرف کند. اندازه قطرات یا میزان آب فوق سرد باید به حد مشخصی رسیده باشد. دمای ابر تعیین می کند که از مکانیسم گرم یا سرد استفاده گردد.
به عبارت ساده، بارورسازی روی هر ابری جواب نمی دهد و تیم های علمی پیش از عملیات ساعت ها تحلیل داده های هواشناسی انجام می دهند.
آیا واقعا بارندگی افزایش پیدا می کند؟
پژوهش های معتبر جهانی (به ویژه WMO و گزارش های مطالعات دانشگاه های کلرادو و وایومینگ) نشان داده است که در صورت انتخاب شرایط مناسب، افزایش بارندگی بین ۵ تا ۲۰ درصد قابل انتظار است. این رقم زیاد به نظر نمی رسد، اما برای کشورهایی که با کمبود منابع آبی مواجه اند، همین مقدار می تواند بسیار راهگشا باشد.
مطالعات معتبر علمی نشان داده است مواد مورد استفاده—مثل یدید نقره—در غلظت های عملیات بارورسازی بسیار پایین تر از حدی هستند که خطر زیست محیطی ایجاد کنند. در عین حال، استانداردهای زیست محیطی طبق گزارش های علمی جهانی همیشه پیگیری می شود تا تجمع این مواد در خاک و آب کنترل شود. بدین سبب بارورسازی باید تحت نظارت دقیق صورت گیرد، اما خطر جدی یا ثبت شده ای در سطح جهانی دیده نشده است.
بارورسازی ابرها بخشی از مدیریت هوشمند منابع آب است؛ دانشی که در کشورهای مختلف با روش های علمی معتبر و فناوری های پیشرفته اجرا می شود. وقتی در آسمان ابر می بینیم اما باران نمی بارد، بدانیم که مشکل از نبود «مقدمات بارش» است و اینجاست که علم می تواند کمکی کوچک اما مؤثر کند. بارورسازی ابرها نه معجزه است و نه جایگزین مدیریت آب، اما همان فشار نرمِ علمی است که گاهی یک ابر نیمه کاره را تبدیل به یک بارندگی واقعی می کند.
به اجمال، نتیجه اش همین صحنه آشناست: آسمان ابری، زمین خشک.
بارورسازی ابرها دقیقاً چیست؟
بارورسازی ابرها (Cloud Seeding) یک مداخله علمی است که از دهه ۱۹۴۰، با کارهای پیشگامانه و تاییدشده محقق هایی مثل وینسنت شیفر و برنارد وانگوت عنوان شد. بویژه برای مناطقی که دسترسی هوایی دشوار است، از موشک های کوچک یا پهپادهایی استفاده می شود که مواد بارورساز را داخل ابر شلیک می کنند.
در سالیان اخیر در ایران پهپادها اهمیت بالای ی در بارورسازی ابرها دارند و حتی پهپادهایی اختصاصی برای این مورد طراحی شده است.
ژنراتورهای زمینی
در این تکنیک، دستگاه هایی در نقاط مرتفع یا در راه باد نصب می شوند که محلول یا سوسپانسیونی از یدید نقره یا نمک را در دمای بالا تبخیر کرده و به طور ذرات ریز وارد جریان های صعودی هوا می کنند؛ این ذرات با باد به داخل ابرهایی که دارای آب فوق سرد هستند منتقل می گردند و نقش هستهٔ یخ را بازی می کنند، یعنی نقطه ای برای یخ زدگی قطرات و شروع رشد بلورهای یخ که می توانند تبدیل به بارش شوند.
این روش از دههٔ ۱۹۵۰ در کشورهایی مثل آمریکا، چین و استرالیا استفاده شده و مزیت اصلی اش هزینهٔ کمتر نسبت به هواپیما و امکان فعالیت طولانی مدت است. اندازه قطرات یا میزان آب فوق سرد باید به حد مشخصی رسیده باشد.

منبع: مدل کودک