Cloud Seeding: waarom wetenschappers proberen het te laten sneeuwen

Water is een waardevolle hulpbron die bijna alle aspecten van het leven op aarde beïnvloedt. Het is ook beperkt, dus mensen gebruiken verschillende methoden om ervoor te zorgen dat het aanbod voldoet aan de vraag.

Een dergelijke techniek is wolkenteelt - het toevoegen van deeltjes aan de atmosfeer om de vorming van regen of sneeuw te bevorderen. Tegenwoordig zijn veel entiteiten in het westen - inclusief overheids- en lokale overheidsinstanties, nutsbedrijven en skigebieden - zaadwolken in een poging de wintersneeuw in de bergen te stimuleren. Meer snowpack betekent meer afvloeiing in de lente en zomer, die lokale watervoorzieningen voedt, gewassen irrigeert en dammen voedt die hydro-elektrische energie opwekken.

Cloud seeding is ook gebruikt in pogingen om mist op luchthavens te verspreiden, zomerse regenval te stimuleren en hagel te verminderen. In feite vindt cloud seeding plaats in meer dan 50 landen over de hele wereld. Toch weten we ondanks al deze activiteiten nog steeds niet of het werkt.

Wij zijn atmosferische wetenschappers en voerden onlangs een veldstudie uit om cloud-seeding te evalueren als middel om bergsneeuwpack te verbeteren tegen winterstormen. Onze resultaten tonen duidelijk aan dat het, althans onder bepaalde voorwaarden, mogelijk is om de evolutie en groei van wolkendeeltjes te veranderen, wat leidt tot sneeuwval die anders niet zou hebben plaatsgevonden. De volgende vraag is of cloud seeding een effectief hulpmiddel kan zijn voor waterbeheerders in het westen van de Verenigde Staten.

Creëren van kristallen in wolken

Wolken bestaan ​​uit waterdruppeltjes die te klein zijn om te vallen als neerslag. Deze druppels zijn vaak supergekoeld tot temperaturen ver onder het vriespunt - zo laag als 0 graden Fahrenheit (minus 18 graden Celsius) of kouder. In veel omstandigheden moeten ijskristallen (die snel kunnen groeien in aanwezigheid van onderkoelde vloeistof) aanwezig zijn opdat een wolk een significante hoeveelheid neerslag zou produceren. Voor wolken die zich vormen zoals lucht wordt opgeheven over een berg, als er geen ijskristallen zijn, of te weinig van hen, komen veel van de waterdruppels die de wolk vormen eenvoudigweg verdampen op de stroomafwaartse kant van de berg.

Winterwolk zaaien is gebaseerd op de hypothese dat wanneer onderkoeld water in een wolk bestaat, het kan worden gemodificeerd door deeltjes te introduceren die fungeren als kunstmatige ijskernen. Dit proces creëert ijskristallen die het onderkoelde water gebruiken om groot genoeg te worden zodat ze uiteindelijk als sneeuw vallen.

Cloud seeding werd gepionierd door de atmosferische wetenschapper Bernard Vonnegut, de broer van de beroemde schrijver Kurt Vonnegut. In 1947 toonde het laboratorium van Vonnegut aan dat zilverjodide een effectieve ijskern was die bij temperaturen die warmer waren dan natuurlijk voorkomende ijskernen, ijs kon vormen.

In de loop van de volgende 40 jaar hebben wetenschappers die wolkenzaden bestuderen, belangrijke ontdekkingen gedaan over bijna alle aspecten van de wolkenfysica. Desondanks concludeerde de National Research Council in 2003 dat "er nog steeds geen overtuigend wetenschappelijk bewijs is van de doeltreffendheid van opzettelijke inspanningen voor weermodificatie." Niettemin zetten staten en gemeenschappen druk op operationele cloud-seeding, terwijl onderzoek naar de effectiviteit ervan gericht is op een halt toe te roepen.

Het pad naar SNOWIE

Waarom bestaan ​​deze programma's zonder wetenschappelijk bewijs dat ze werken? Het antwoord is simpel: westerse staten hebben water nodig en veel besluitvormers geloven dat cloud seeding een kosteneffectieve manier kan zijn om het te produceren.

In 2004 gaf de staat Wyoming opdracht voor een proefproject, dat tot dezelfde conclusie kwam als veel eerdere studies: cloud-seeding had mogelijk meer neerslag, maar de toename kon ook worden verklaard door de natuurlijke variabiliteit in stormsystemen. Een door de National Science Foundation gefinancierd zusterproject toonde echter aan dat nieuwe hulpmiddelen voor computermodellering en verbeterde instrumentatie enkele nieuwe inzichten konden opleveren.

Ondertussen werkte Idaho Power Company samen met het National Center for Atmospheric Research om het voortdurende operationele cloud seeding-programma van het bedrijf te evalueren. Uit deze samenwerking kwam het idee om nieuwe computer-modelleringshulpmiddelen en verbeterde instrumenten te gebruiken om de effectiviteit van het cloud seeding-programma van Idaho Power te beoordelen. Het uiteindelijke resultaat was ons project, gezaaid en natuurlijke orografische wolken in de winter: het Idaho-experiment of SNOWIE.

Van zilveren jodide tot sneeuw

In de winter van 2017 vertrokken we gewapend met geavanceerde radars, zoals de Doppler on Wheels (DOW's), die we op berglocaties plaatsten, en de Wyoming Cloud Radar (WCR), die we op een onderzoeksvliegtuig monteerden. Met deze tools konden we in wolken turen om te bepalen waar en wanneer de neerslag zich ontwikkelde.

Nadat de wolken gezaaid waren met zilverjodidedeeltjes, gebruikten we beeldvormingssondes die aan de vleugels van onderzoeksvliegtuigen hingen om fijne details van wolkendeeltjes te onderzoeken toen het vlak in en uit de gezaaide gebieden stroomde. Slechts twee weken na het veldproject van 10 weken detecteerde onze radar het eerste onmiskenbare signaal van neerslag als gevolg van cloud seeding.

We zagen duidelijke en ondubbelzinnige signalen dat het vrijkomen van zilverjodidedeeltjes de vorming van ijskristallen initieerde en dat deze kristallen in de sneeuw groeiden en naar het oppervlak van de berg vielen. Binnen de gebieden die worden beïnvloed door zaaien, namen de ijskristalconcentraties met honderden toe, wat leidde tot de vorming van sneeuw. In tegenstelling, op slechts 1 kilometer afstand in niet-geënte wolkengebieden, bleef de wolk voornamelijk bestaan ​​uit kleine vloeistofdruppeltjes en grotendeels ontdaan van ijs.

Hoe konden we zien dat wat we zagen eigenlijk te wijten was aan cloud seeding? In één geval passeerde een vliegtuig heen en weer langs een recht spoor dat loodrecht stond op de windrichting, waarbij zilverjodide vrijkwam. De zilveren jodide begon met de wind door de wolk te verspreiden in een zigzagspluim - een patroon dat werd gecreëerd door het vliegpatroon van het vliegtuig en dat van nature niet zou hebben plaatsgevonden. We zagen radarecho's in een zigzagpatroon dat overeenkwam met onze voorspelling op basis van waar en wanneer het zilverjodide in de wolken werd vrijgegeven.

Kan Cloud Seeding een verschil maken?

Nu we weten dat cloud seeding kan leiden tot sneeuwval, willen we zien of het de balans van water over een hele bergketen kan veranderen. Gegevens van SNOWIE worden gebruikt in computermodellen om onze ideeën te testen over hoe cloud seeding seizoensgebonden sneeuwval kan beïnvloeden en de impact ervan kan kwantificeren. Uiteindelijk zullen waterbeheerders en overheidsfunctionarissen willen weten hoeveel extra neerslag geproduceerd kan worden door cloud seeding en of het een kosteneffectieve manier is om de neerslag in lokale stroomgebieden te vergroten.

Robert M. Rauber van de Universiteit van Illinois, Katja Friedrich van de Universiteit van Colorado, Bart Geerts van de Universiteit van Wyoming, Roy Rasmussen en Lulin Xue van het National Center for Atmospheric Research, en Mel Kunkel en Derek Blestrud van Idaho Power Company ook heeft deelgenomen aan de SNOWIE-studie die in dit artikel is besproken.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Jeffrey French en Sarah Tessendorf. Lees hier het originele artikel.