Cloud Seeding: Tại sao các nhà khoa học đang cố gắng làm cho tuyết rơi

Nước là nguồn tài nguyên quý giá ảnh hưởng đến gần như tất cả các khía cạnh của sự sống trên Trái đất. Nó cũng bị hạn chế, vì vậy mọi người sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đảm bảo rằng cung đáp ứng nhu cầu.

Một kỹ thuật như vậy là gieo hạt trên đám mây - thêm các hạt vào khí quyển để thúc đẩy sự hình thành của mưa hoặc tuyết. Ngày nay, nhiều thực thể trên khắp phương Tây - bao gồm các cơ quan chính quyền tiểu bang và địa phương, các tiện ích và khu vực trượt tuyết - những đám mây hạt giống trong nỗ lực thúc đẩy tuyết rơi mùa đông trên núi. Nhiều tuyết hơn có nghĩa là dòng chảy mùa xuân và mùa hè nhiều hơn, cung cấp nguồn nước cho địa phương, tưới cho cây trồng và đập nhiên liệu tạo ra thủy điện.

Cloud seeding cũng đã được sử dụng trong các nỗ lực phân tán sương mù tại các sân bay, tăng lượng mưa mùa hè và giảm mưa đá. Trên thực tế, gieo hạt trên đám mây xảy ra ở hơn 50 quốc gia trên toàn thế giới. Tuy nhiên, bất chấp tất cả hoạt động này, chúng tôi vẫn không cho biết liệu nó có hoạt động hay không.

Chúng tôi là các nhà khoa học khí quyển và gần đây đã thực hiện một nghiên cứu thực địa để đánh giá việc gieo hạt trên mây như một phương tiện để tăng cường tuyết núi từ những cơn bão mùa đông. Kết quả của chúng tôi chứng minh rõ ràng rằng, ít nhất là trong một số điều kiện nhất định, có thể thay đổi sự tiến hóa và tăng trưởng của các hạt mây, dẫn đến tuyết rơi nếu không sẽ không xảy ra. Câu hỏi tiếp theo là liệu gieo hạt trên đám mây có thể là một công cụ hiệu quả cho các nhà quản lý nước ở miền tây Hoa Kỳ hay không.

Tạo tinh thể bên trong những đám mây

Những đám mây được tạo thành từ những giọt nước quá nhỏ để rơi xuống như mưa. Những giọt này thường siêu lạnh đến nhiệt độ dưới mức đóng băng - thấp đến 0 độ F (âm 18 độ C) hoặc lạnh hơn. Trong nhiều trường hợp, các tinh thể băng (có thể phát triển nhanh chóng với sự có mặt của chất lỏng siêu lạnh) phải có mặt cho một đám mây để tạo ra bất kỳ lượng mưa đáng kể nào. Đối với những đám mây hình thành khi không khí được nâng lên trên một ngọn núi, nếu không có tinh thể băng, hoặc quá ít trong số chúng, thì nhiều giọt nước tạo thành đám mây chỉ đơn giản là bốc hơi ở phía dưới ngọn núi.

Việc gieo hạt trên đám mây mùa đông dựa trên một giả thuyết rằng khi nước siêu lạnh tồn tại trong một đám mây, nó có thể được sửa đổi bằng cách đưa các hạt hoạt động như hạt nhân băng nhân tạo. Quá trình này tạo ra các tinh thể băng sẽ sử dụng nước siêu lạnh để phát triển đủ lớn để cuối cùng chúng rơi xuống bề mặt như tuyết.

Cloud seeding được tiên phong bởi nhà khoa học khí quyển Bernard Vonnegut, anh trai của tiểu thuyết gia nổi tiếng Kurt Vonnegut. Vào năm 1947, phòng thí nghiệm Vonnegut, đã chỉ ra rằng bạc iốt là một hạt nhân băng hiệu quả có thể tạo thành băng ở nhiệt độ ấm hơn nhiều so với các hạt nhân băng tự nhiên.

Trong 40 năm tiếp theo, các nhà khoa học nghiên cứu về gieo hạt trên đám mây đã có những khám phá quan trọng về gần như tất cả các khía cạnh của vật lý đám mây. Mặc dù vậy, vào năm 2003, Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia đã kết luận rằng vẫn không có bằng chứng khoa học thuyết phục về hiệu quả của các nỗ lực sửa đổi thời tiết có chủ ý. Tuy nhiên, các quốc gia và cộng đồng đã nhấn mạnh vào việc gieo hạt trên đám mây, trong khi nghiên cứu về hiệu quả của nó đối với tạm dừng lại.

Đường dẫn đến SNOWIE

Tại sao các chương trình này tồn tại mà không có bằng chứng khoa học cho thấy chúng hoạt động? Câu trả lời rất đơn giản: các quốc gia phương Tây cần nước và nhiều người ra quyết định tin rằng gieo hạt trên đám mây có thể là một cách hiệu quả về chi phí để sản xuất nó.

Vào năm 2004, bang Utah đã đưa ra một dự án thí điểm, đưa ra kết luận giống như nhiều nghiên cứu trước đây: Hạt giống trên đám mây có thể đã tăng lượng mưa, nhưng sự gia tăng cũng có thể được giải thích bằng sự thay đổi tự nhiên trong các hệ thống bão. Tuy nhiên, một dự án chị em được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia đã chứng minh rằng các công cụ mô hình hóa máy tính mới và thiết bị cải tiến có thể tạo ra một số hiểu biết mới.

Trong khi đó, Công ty Điện lực Idaho đang hợp tác với Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia để đánh giá chương trình gieo hạt trên nền tảng đám mây đang hoạt động. Từ sự hợp tác này đã nảy ra ý tưởng sử dụng các công cụ mô hình hóa máy tính mới và cải tiến thiết bị để đánh giá hiệu quả của chương trình gieo hạt trên đám mây Idaho Power. Kết quả cuối cùng là dự án của chúng tôi, Những đám mây mùa đông có hạt và tự nhiên: Thí nghiệm Idaho, hay SNOWIE.

Từ Iodide bạc đến tuyết

Vào mùa đông năm 2017, chúng tôi đã trang bị các radar tinh vi, chẳng hạn như Doppler trên Bánh xe (DOWs), chúng tôi đặt tại các vị trí trên đỉnh núi và Radar Cloud Cloud (WCR), chúng tôi lắp trên máy bay nghiên cứu. Những công cụ này cho phép chúng tôi nhìn vào các đám mây để xác định vị trí và thời điểm mưa đang phát triển.

Sau khi các đám mây được gieo hạt iot bạc, chúng tôi đã sử dụng các đầu dò hình ảnh treo trên cánh của máy bay nghiên cứu để kiểm tra các chi tiết tốt của các hạt mây khi máy bay đi vào và ra khỏi các vùng được gieo hạt. Chỉ hai tuần trong dự án thực địa 10 tuần của chúng tôi, radar của chúng tôi đã phát hiện ra tín hiệu không thể phủ nhận đầu tiên về lượng mưa do gieo hạt trên đám mây.

Chúng tôi đã thấy các tín hiệu rõ ràng và rõ ràng giải phóng các hạt iốt bạc đang bắt đầu hình thành tinh thể băng, và những tinh thể này đang phát triển thành tuyết và rơi xuống bề mặt núi. Bên trong các khu vực bị ảnh hưởng bởi hạt giống, nồng độ tinh thể băng tăng lên hàng trăm, dẫn đến sự hình thành của tuyết. Ngược lại, chỉ cách 1 km ở các vùng mây không hạt, đám mây vẫn bao gồm chủ yếu là các giọt chất lỏng nhỏ và phần lớn không có băng.

Làm thế nào chúng ta có thể nói rằng những gì chúng ta thấy thực sự là do gieo hạt trên đám mây? Trong một trường hợp, một chiếc máy bay đi qua lại dọc theo một đường thẳng vuông góc với hướng gió, giải phóng iốt bạc. Iốt bạc bắt đầu phân tán gió ngược qua đám mây theo hình zig-zag - một mô hình được tạo ra bởi mô hình chuyến bay của máy bay và sẽ không xảy ra một cách tự nhiên. Chúng tôi đã thấy tiếng vang của radar hình thành theo mô hình zig-zag phù hợp với dự đoán của chúng tôi dựa trên thời điểm và nơi mà iốt bạc được giải phóng trong các đám mây.

Cloud Seeding có thể tạo ra sự khác biệt?

Bây giờ chúng ta đã biết gieo hạt trên đám mây có thể dẫn đến tuyết rơi, chúng tôi muốn xem liệu nó có thể thay đổi sự cân bằng của nước trên toàn bộ một dãy núi hay không. Dữ liệu từ SNOWIE sẽ được sử dụng trong các mô hình máy tính để kiểm tra ý tưởng của chúng tôi về cách gieo hạt trên đám mây có thể ảnh hưởng đến tuyết rơi theo mùa và định lượng tác động của nó. Cuối cùng, các nhà quản lý nước và các quan chức công cộng sẽ muốn biết lượng mưa bổ sung có thể được tạo ra do gieo hạt trên đám mây và liệu đó có phải là cách hiệu quả về mặt chi phí để tăng lượng mưa ở các lưu vực sông địa phương.

Robert M. Rauber của Đại học Illinois, Katja Friedrich của Đại học Colorado, Bart Geerts của Đại học Bang Utah, Roy Rasmussen và Lulin Xue thuộc Trung tâm nghiên cứu khí quyển quốc gia, và Mel Kunkel và Derek Blestrud của Công ty điện lực Idaho cũng đã tham gia vào nghiên cứu SNOWIE được thảo luận trong bài viết này.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Jeffrey French và Sarah Tessendorf. Đọc văn bản gôc ở đây.