باروری ابرها چیست ؟
باروری ابرها شاخه ای از علم تعدیل آب و هوا می باشد که با اجرای آن قابلیت بارش ابرها افزوده میگردد. برای ایجاد باران مصنوعی باید عوامل ابر ، رطوبت ، دما و سایر شرایط جوی فراهم باشد که با انجام باروری منظم و برنامهدار ابرها مقدار بارش را میتوان در یک دوره کاری به میزان 5 تا 25 درصد افزایش دادهر حال دو ساز و کار اصلی برای بارش از ابرها به نام روند باران گرم و روند باران سرد معروفند. بعد از اینکه دانشمندان متوجه شدند که در مناطق حاره ، باران از ابرهایی بارش میکند که هرگز دمای آنها زیر صفر درجه سانتیگراد نیست آن را باران گرم نامیدند. در این ابرها قطرات درشت آب که ابر را تشکیل میدهند در برخورد با قطرات کوچک ، آنها را جذب میکنند (پدیده ادغام) و به این ترتیب شروع به بارش میکنند.در روند باران سرد ، یعنی زمانی که دمای ابر یا قسمتی از آن پایینتر از صفر درجه سانتیگراد می باشد، در آن پارهای ابر از قطرات آب و بلورهای یخ تشکیل شده است. در این عمل بلورهای یخ با جذب رطوبت اطراف خود سریعا شروع به رشد میکنند تا اینکه وزن آن باعث فرود آنها میشود. این بلورها هنگام فرود اگر از مکانهای گرم بگذرند به باران تبدیل و در غیر این صورت به صورت برف فرود میآیند.انسان از طریق باروری ابرها میتواند از لحاظ تعداد و نوع هستههای تشکیل باران به طبیعت کمک کند. باروری بوسیله هستههای تراکم در اندازههای بزرگ (به عنوان مثال عناصر جذب کننده رطوبت مانند بلور نمک و اوره) میتواند برای سرعت دادن به روند بارش گرم بکار رود. باروری بوسیله هستهای منجمد (از قبیل یدور نقره و یخ خشک) در افزایش باران در روند بارش سرد به ابرهایی که کمبود هسته دارند کمک قابل توجهی میکند.
باتوجه به کمبودبارندگی درسالهای اخیروخشکسالی حاصل ازآن،چه تدابیری جهت استفاده ازباروری ابرها جهت کاهش بحران اندیشیده شده است؟
باروري ابرها يكي از شاخههاي علم تعديل آبوهوا ميباشد و اين فنآوري شامل تأثيرگذاري بر سيستمهاي ابري موجود است ليكن قابليت توليد ابر را ندارد. اولين شرط تأثيرگذاري بر يك سيستم ابري، وجود ابر است و بدون وجود آن، تأثيرگذاري فوقالذكر مفهومي نخواهد داشت.
دومين شرط وضعيت ابر از لحاظ ارتفاع، گستردگي، تراكم، ميزان آب موجود در ابر، سمت و سرعت حركت سيستم است و با توجه به مشخصات دقيق ابر شامل دما، فشار، رطوبت، سرعت، ميزان آب موجود در ابر و ساير پارامترهاي موردنظر ميتوان اجراي عمليات را برنامهريزي نمود.لذا ميتوان گفت كه باروري ابرها بعنوان راهي براي افزايش بارندگي است ولي در شرايط خشكسالي، كل ميزان بارندگي محدود خواهد بود هرچند باروري ابرها تا حدي شدت خشكسالي را درصورت وجود ابر مناسب كم خواهد كرد. به عبارتی فنآوری باروری ابرها توانایی انتقال ابر از نقطهای به نقطه دیگر را ندارد و صرفاً چنانچه ابر از شرایط فیزیکی لازم برخوردار بوده و استعداد باروری داشته باشد، امکان تزریق هستههای اولیه در داخل آن و در نتیجه افزایش روند بارندگی وجود دارد. پس چنانچه در منطقهای خشکسالی اتفاق بیافتد و ابر مناسب باروری وجود نداشته باشد، اجراء این طرح نمیتواند منجر به افزایش قابل توجه بارش شود.
آیا افزایش بارش ناشی از باروری باعث کاهش بارش در منطقهای دیگر میگردد؟
ار نقطهنظر فیزیک اتمسفر اهمیت کمی این موضوع ناچیز است چرا که حتی پس از ریزش سنگین باران و برف و وقوع طوفانها و کولاک شدید باز هم قسمت بسیار عمده آب و کریستالهای یخ موجود در ابر در آسمان باقی میماند. بعنوان نمونه هواشناسان برای ابرهای کوهستانی چنین توضیح میدهند:در یک بارش نمونه از ابر مستعد (فرض میشود که ابر بصورت مستقل و آزاد است) حدود 20% از بخار آب موجود در ابر متراکم میشود و از این مقدار فقط 20% آن بصورت بارش سقوط میکند بنابراین (4% = (2/0× 2/0)× 100) 4% بخارآب موجود در ابر از آن ریزش میکند. اگر بارورکردن ابر موجب افزایش 10% بارش شود، بنابراین بخار آب اضافی تخلیه شده از ابر (4/0% = (04/0× 1/0)× 100) 4/0% از کل بخار آب موجود در ابر میشود که مقداری است ناچیز.این استدلال سالهاست که برای توضیح اثر باروری ابرها بر بارش طبیعی مناطق زیردست و رو به باد ابرهای بارورشده مورد استفاده قرار میگیرد. بنابراین میزان ضرری که در اثر باروری ابرها بر مناطق مجاور وارد میآید بسیار کم است و اما در مرحله بعد و با گذشت چند روز یا چند ساعت مقداری از بارش رخ داده از ابرهای بارورشده تبخیر خواهد شد و در تشکیل ابرهای جدید و رشد بیشتر آنها شرکت خواهد کرد و بدینترتیب به چرخه آب اتمسفر باز خواهد گشت. بنابراین ابرهای جدید شکل یافته بدلیل افزایش رطوبت و تبخیر ناشی از بارشهای ابرهای بارورشده قبلی بزرگتر خواهند بود. بنظر میرسد که بهرهمندی و حق قانونی زمینهای پاییندست و رو به باد از بارش طبیعی فقط برای چند ساعت یا چند روز بتأخیر میافتد و میزان محرومیت آنها به حداقل ممکن میرسد.
درپروژه باروري ابرها از ازت مايع و يدورنقره استفاده ميشود. ازت به وفور در طبيعت وجود دارد و اثر سوء زيستمحيطي ندارد و اما در مورد يدورنقره بايستي اذعان نمود تحقيقاتي كه تاكنون در كشورهاي پيشرفته در زمينه اثرات زيستمحيطي طرح باروري ابرها صورت گرفته هيچ نوع اثر سوء زيستمحيطي ارائه نگرديده است. علت نيز استفاده از مقدار كم ماده مذكور در سطحي بسيار وسيع ميباشد كه تحقيقات انجام شده درخصوص افزايش ميزان نقره در خاك منطقه در قبل و بعد از عمليات نشاندهنده آن است كه اين ماده در خاك افزايش نيافته است.· بحث در مورد اثرات جانبی یدورنقره به میزان ماده باروری استفاده شده در هر عملیات باروری و غلظت آن در آب و خاک بر میگردد. مقدار یدورنقره مصرفی در پروژه ایران مرکزی (سال آبی 78-77) کمتر از 5 کیلوگرم در منطقه عملیاتی با وسعت بیش از 120000 کیلومتر مربع بوده است این در حالیست که در پروژه تعدیل آب و هوا (افزایش باران، سرکوبی تگرگ، جلوگیری از سیل و ...) آمریکا در سال 1977 مقدار 1512 کیلوگرم مشعلهای پیروتکنیک یدورنقره مصرف شده است و با این حال نتایج تحقیقات بیتأثیر بودن یدورنقره بر محیط زیست آن مناطق را بیان میکند.· یدورنقره موجود در آب باران توسط ذرات رس لایههای سطحی خاک متوقف شده و نیز با کلوئیدهای خاک میل ترکیبی دارد. بنابراین این ماده کمتر به سفرههای آب زیرزمینی نفوذ میکند مخصوصاً نواحی مرکزی ایران در آنجا عمق سفرههای آب زیرزمینی بیشتر بوده و خاصیت فیلترکنندگی خاک جهت یدورنقره در این مناطق بیشتر خواهد بود.· مقادیر یدورنقره در آب باران ناشی از باروری ابرها بین ppt 48-2 (واحد برترلیون) گزارش شده که هزار برابر از حد استاندارد یدورنقره موجود در آب آشامیدنی کمتر است. بدلیل اینکه یدورنقره در آب تقریباً غیرقابل حل است، بنابراین مقادیر بسیار کم آن در بستر رودخانه یا دریا باقی میماند و در آب ایجاد مسمومیت جزئی نیز نمیکند.· پستانداران از جمله انسان قابلیت دفع نقره را از کبد خود داشته و میتوانند مقادیر بسیار بالاتر از میزان یدورنقره موجود در آب باران ناشی از باروری ابر را بدون هیچگونه عارضه و آثار مریضی دفع کنند. تحقیقات انجام شده بر روی گیاهانی که همراه با خاک آغشته با یدورنقره رشد کرده و نیز حشراتی که از این گیاهان بعنوان مواد غذایی استفاده کردهاند، هیچ اثر خاصی را نشان نداده است. آزمایش بر روی گونههای حساس به آلودگی از جمله ماهی قزلآلای رنگینکمانی که در ترکیب غذایی آن یدورنقره و یدید پتاسیم گنجانده شده بود به هیچ وجه سلامتی این ماهی تحت تأثیر قرار نگرفت.
بطور كلي طبيعت براي ايجاد ابر نياز به سه عامل مهم دارد كه عبارتند از:
1. رطوبت
2. صعود هواي حامل رطوبت
3.ذرات بسيار ريزي بنام آئروسل كه نقش پايهاي براي رشد قطرك هاي آب يا ايجاد كريستال هاي يخ را بعهده دارند.
يكي از عوامل مؤثر بر راندمان بارش در ابرهائي كه آنها را بعنوان ابر باران زا ميشناسيم، بهينهبودن تعداد آئروسل ها و نوع آنها ميباشد. در صورتي كه نوع و تعداد موردنياز اين آئروسل ها در داخل ابر مناسب نباشد، آنگاه ابر نميتواند به حداكثر قابليت خود جهت ايجاد بارش برسد و در واقع راندمان آن كاهش مييابد. آئروسل هاي اشاره شده گستره وسيعي از ذرات بسيار ريز ميكروني را شامل ميشوند. در طبيعت اين آئروسل ها از طريق گردو خاك پراكنده شده در هوا، ذرات پراكنده شده در هوا از طريق فعاليت آتشفشان ها، ذرات نمك جداشده از آب درياها و اقيانوس ها و حتي برخي باكتري ها و موجودات ريز ميكروسكوپي و غيره تأمين ميشوند. اصولاً فرآيندهاي ايجاد كننده بارش در ابرهاي گرم و سرد با هم تفاوت هايي دارد. در ابرهاي گرم رشد يك قطره باران غالباً از طريق تبخير قطرك هاي كوچك تر و ميعان آن برروي قطرك هاي درشت تر شروع و با برخورد قطرك هاي كوچك تر با قطرك هاي بزرگ تر ادامه مييابد. در ابرهاي سرد كريستال هاي يخ عامل موردنياز جهت شروع فرآيندهاي رشد قطرك ها هستند. در مواردي كه اين كريستال هاي يخ به صورت طبيعي در داخل ابر ايجاد نگردد، با استفاده از روشهاي مصنوعي ميتوان كريستال هاي يخ را در ابر ايجاد نمود. در واقع با اين كار ميتوان شرايط را براي اجراي فرآيندهايي كه منجر به بارش ميشوند در داخل ابر بهينه نموده و در نهايت ميزان بارش حاصله از ابر را افزايش داد. از جمله ميتوان با استفاده از يدور نقره كه داراي ساختمان كريستالي بسيار شبيه به كريستال يخ ميباشد و يا نيتروژن مايع، زمينه را براي ايجاد كريستال هاي يخ در محيط فراهم نمود. در ابرهاي گرم نيز با استفاده از موادي كه رطوبت را به خود جذب ميكنند و منجر به ايجاد قطره هاي درشت آب در محيط ميشوند ميتوان رشد دانههاي باران را در محيط تحريك و تسريع كرد. اين مواد را به صورت مصنوعي توسط هواپيما يا مولدهاي زميني يا از طريق پرتاب راكت به درون ابر، وارد می کنند.
در مناطق کوهستانی ابرها بوسیله هوای مرطوب که به بالا میروند و سردمیشوند تقریبا از غرب به شرق بر روی کوهها تشکیل میشوند. اگر این روندبطور طبیعی به حال خود بگذاریم خیلی از این ابرها توانایی تولید باران را ندارند و بیش از 90% از رطوبت خود را در جو به جای میگذارند. اگر بعضی از این ابرها را با یدور و یخ خشک و دیگر مواد با استفاده از مولدهای زمینی یا هواپیما بارور کنیم بین 5 تا 20 درصد روند بارندگی را افزایش خواهیم داد. باروری ابرهای کومولوس روند پیچیدهتری دارد. برای تشکیل این ابرهای بزرگ ، هوای گرم و مرطوب لایههای نزدیک به زمین ، بالا رفتن و سرد میشوند، تا جایی که ذرات بخار حاوی آنها متراکم شده و تشکیل ابر میدهد. دلیل صعود این حجم از هوا میتواند گرمای خورشید که روی زمین میتابد و یا یک جبهه هوای گرم باشد. از یدور نقره و یا یخ خشک زمانی استفاده میشود که دمای سطح بالایی ابر حدود 5- درجه سانتیگراد و یا کمتر باشد. هدف از این عمل زیاد کردن بلورهای یخ موجود در قسمت سرد شده ابر میباشد. زمانی که این بلورها بوسیله قطرات آب سرد شده ، احاطه میشوند سریعا به وضعی میرسند که باعث فرود آنها میشود. این بلورها هنگام فرود ذوب شده و قطرات باران را تشکیل میدهند. تگرگ در ابرهای بزرگتری از نوع کومولوس - نیمبوس تشکیل میشود، این ابرها جریان بالا رونده بسیار شدیدی دارند، برای جلوگیری از تشکیل تگرگ ، مقدار زیادی یدور نقره در بخشهای مخصوص از ابر اضافه میکنند. اضافه کردن هستههای مصنوعی انجماد باعث ایجاد یک رقابت برای جذب ذرات منجمد آب میشود و به همین خاطر ذرات تگرگ نمیتواند زیاد رشد کند، چون رشد آنها بستگی بوجود ذرات آب دارد و اگر ذرات تگرگ بزرگ نباشد، زمانی که از ابر به طرف زمین فرود میآیند وقت کافی برای ذوب شدن دارند.
از این روش در بسیاری از فرودگاههایی که در آنها مه مرتباً خلل در پروازهایشان ایجاد میکند استفاده میکنند چون مشخصات فیزیکی مه سرد (در این نوع مه قطرات ریز آْب در دمای زیر صفر سرد شدهاند) شباهت زیادی به ابر سرد دارد. معمولا از هواپیماهای کوچک برای پاشیدن یخ خشک روی این مهها استفاده میشود و همانند ابرهای سرد ذرات مه سرد شده به بلورهای یخ تبدیل شده و همانند یک برف ملایم به زمین فرود میآیند و این باعث پراکندگی موقتی مه بر باند فرودگاه میشود و گاهی اوقات این پراکندگی با کمک پرتو خورشید و گرم شدن سطح زمین بیشتر میشود.
نکاتی مهم در مورد باروری ابرها
1. تجربه 24 کشور در سطح جهان نشان داده است که باروری ابرها میتواند مقدار بارش را بین 10 تا 25 درصد افزایش دهد و خسارات ناشی از تگرگ را بین 30 تا 70 درصد کاهش دهد.
2. موادی که در باروری ابرها استفاده میشود مثل نمک خشک ، اوره یا یدور نقره هرگز باعث آلودگی نمیشود و خطری ایجاد نمیکند زیرا مقدار این مواد بیار ناچیز است (تراکم نقره به نسبت 109/1 است(3. تا به حال نشانهای وجود ندارد که باروری ابرهای منطقه باعث کاهش بارش در مناطق مجاور شده باشد (حتی تا شعاع 160 کیلومتری)
4. باروری ابرها هرگز عملی بر خلاف طبیعت نیست، زیرا گاهی حیات انسان و تولیدات مواد غذایی او وابسته به این روش ابداع انسان است.
5. با توجه به هزینه طرحهای وابسته به باروری ، هزینه تمام شده هر متر مکعب باران تولیدی 5 ریال و قسمت نفوذی به سفرههای زیرزمینی 50 ریال (بر اساس محاسبات باروری ابرها در استان یزد در سال 1377 که هزینه کل طرح 50 هزار کیلومتر مربع حدود 600 میلیون مر مکعب بود، تنها 150 درصد آن به سطح زمین رسید و بطور متوسط حدود 12 میلیمتر بارندگی در استان مذکور بویژه اطراف شهر یزد ایجاد کرد) است.
هزینه تمام شده باروری ابرها در هر متر مکعب باران تولیدی، چقدر است؟
باروری ابرها در مقایسه با سایر روشهای استحصال آب، یکی از ارزانترین و اقتصادیترین روشها میباشد. لیکن عموم مردم قدر و قیمت آب را نمیدانند و بهمین جهت در مصرف آب صرفهجویی لازم را بعمل نمیآورند. لازم به ذکر است هزینه اجرای پروژه باروری ابرها بصورت کلی محاسبه میشود و شامل هزینههای اجاره هواپیما، تأمین مواد اولیه، شبکه رادار هواشناسی و نیروی انسانی میباشد و در مجموع براساس میزان آب استحصال شده، میتوان هزینه تقریبی هر متر مکعب آب را محاسبه کرد. در پروژههای اجرا شده قبلی، هزینه هر متر مکعب آب استحصالی کمتر از یک دهم هزینه سایر روشهای استحصال و تأمین آب بوده است.
روشهای اجرای پروژه های باروری ابرها چیست؟
از چه روشی در ایران استفاده شده است؟ از روشهاي اجراي باروري ابرها ميتوان به استفاده از شبكه ژنراتورهاي زميني، اجراي عمليات با هواپيما و استفاده از مشعلهاي پيروتكنيك و ژنراتورهاي یدور نقره نصب شده بر بالهای هواپیما و سيستم پرتاب راكت اشاره نمود كه هماكنون در ايران از هواپيماهاي مخصوص باروري ابرها مجهز به سيستم پرتاب پاترونهای يدورنقره و تزریق نيتروژن مايع استفاده ميشود.
در حال حاضر بسياری از کشورهای دنيا مبادرت به انجام پروژه عملياتي و تحقيقات باروري ابرها مينمايند طبق گزارش رسمي سازمان جهاني هواشناسي در سال 2001 ميلادي بيش از 100 پروژه تعديل آبوهوا در دنيا اجرا شده است. هرساله 40 پروژه باروري ابرها در كشور ايالات متحده آمريكا در حال اجرا است. علاوه بر آن كشورهايي مانند روسيه، استراليا، چين، كانادا و بسياري از كشورهاي پيشرفته و داراي فنآوري باروري ابرها، پروژههايي را در دست اجرا دارند، همچنين پروژه هاي زيادي حتي در كشورهاي خشك و نيمهخشك منجمله ايران، مراكش، ليبي، سوريه، فلسطيناشغالي، امارات متحده عربی، آفريقاي جنوبي و غيره در حال اجرا است.در ایران اجراي اين طرح با استفاده از هواپيماي مجهز به امکانات خاص و مورد نیاز از بهمن سال 1377 آغاز و تاكنون در بسیاری از استانهای کشور از جمله مناطق مركزي کشور و استانهاي گيلان، مازندران، گلستان به اجرا درآمده است. اجراي اين طرح موفقيتهايي را درجهت افزايش نزولات جوي بطور ساليانه بدنبال داشته است. در این راستا علاوه بر استحصال آب، امور تجهیز هواپیماهای ایرانی به تجهیزات باروری ابرها، ایجاد شبکه رادار هواشناسی، آموزش نیروی انسانی و انتقال فن آوری اجرای پروژه های باروری با هواپیما با هدف افزایش بارش انجام گرفته است.
امروزه بیش از 40 کشور جهان نسبت به اجرای پروژه های باروری ابرها اقدام می نمایند و این فن آوری بعنوان یکی از روشهای نوین استحصال آب مطرح است.
سایر قابلیتهای این فنآوری عبارتند از:
- افزايش بارش
- جلوگيري از ريزش تگرگ
- کاهش بارش
- امکان ایجاد تأخیر در بارش
- پراكندهكردن ابرهاي كانوكتيو (جوششي)
- پراكنده كردن مه در اتوبان ها و فرودگاه ها
- مقابله با سرمازدگي محصولات كشاورزي
در ایران نیز هم اکنون تنها از قابلیت افزایش بارش فنآوری باروری ابرها استفاده میشود.
واحد هيدرولوژيكي چه تعريفي دارد؟
جهت تشکيل شبکه ملي منابع آب در درجه اول اطلاعات زيرحوزه ها نياز مي باشد. به منظورا يجاد شبکه اطلاعات حوزه کارون جهت اين طرح نياز است حوزه های بزرگ به واحدهاي هيدرولوژيکي تقسيم شود تمامي اين واحدهاي هيدرولوژيکي کد بندي گردند. و ايستگاههاي موجود در واحدهاي هيدرولوژيکي اعم از هواشناسي (سينوپتيک، کليماتولوژي، بارنسنجي، تبخير سنجي، جوبالا و کشاورزي) ، هيدرومتري و رسوبسنجي کدگذاري مي شوند. براي هر ايستگاه يک شناسنامه مشخصات تهيه شده و موجوديت داده ها در پايه هاي زماني مشخص مي شود. اين کار از طريق يک کدگذاري انجام مي شود. که به هريک از اين واحدها واحد هيدرولوژيکي گفته مي شود. هرچند محور اين شبکه بر اين نوع واحد مکاني است اما امکان تعريف واحدهاي مکاني ديگر چون واحدهاي اراضي نيز وجود دارد.
چرخه آب چگونه است؟
گردش آب درطبيعت كه به آن سيكل هيدرولوژي يا چرخة آب گفته مي شود، عبارت است از حركت وجابجائي آب درقسمتهاي مختلف كره زمين. اين سيكل يك چرخش ساده نيست بلكه مجموعه اي از حركات وچرخشهاي مختلف تحت تأثير نيروي متفاوتي از جمله نيروي جاذبه ، نيروي ثقل، تغييرات فشار وانرژي خورشيدي مي باشد.اين چرخش درسه بخش مختلف كره زمين يعني اتمسفر(هواسپهر) ياچون هيدروسفر يا آب سپهر، ليتوسفريا سنگ سپهر صورت مي گيرد. آب درداخل وبين اين سرلايه درلايه اي به ضخامت 16 كيلومتر صورت مي گيرد