Искусство борьбы с градом: защита сообществ и экономик по всему миру

Градовые бури представляют собой серьезную угрозу для сельского хозяйства, инфраструктуры и жизни людей во всем мире. От виноградников Франции до сельскохозяйственных угодий Аргентины и городских центров Соединенных Штатов разрушительная сила града может приводить к ущербу на миллиарды долларов ежегодно. Желание смягчить эти разрушительные последствия привело к разработке и развертыванию технологий подавления града - сложной и часто противоречивой области модификации погоды.

Понимание формирования града: наука, лежащая в основе угрозы

Прежде чем углубляться в методы подавления града, крайне важно понять, как образуются градины. Град развивается внутри кучево-дождевых облаков, больших, высоких грозовых облаков, характеризующихся сильными восходящими потоками и переохлажденными каплями воды (вода, которая остается жидкой ниже точки замерзания). Процесс обычно включает следующие этапы:

• Восходящие потоки: Сильные восходящие потоки поднимают капли воды высоко в облако, где температура значительно ниже нуля.
• Переохлажденная вода: Эти капли сталкиваются с кристаллами льда, замерзая на них и образуя небольшие градины.
• Повторные подъемы и спуски: Градины многократно поднимаются и опускаются внутри облака под действием восходящих потоков и силы тяжести. Каждый подъем позволяет градинам аккумулировать больше переохлажденной воды, которая замерзает и добавляет слои к ледяному ядру.
• Размер и вес: Когда градины становятся больше и тяжелее, они в конечном итоге становятся слишком тяжелыми для поддержки восходящих потоков и падают на землю в виде града.

Размер градин определяется силой восходящих потоков, количеством присутствующей переохлажденной воды и временем, которое градины проводят внутри облака. Сильные градовые бури могут производить градины размером больше мяча для гольфа, способные причинить значительный ущерб.

Методы подавления града: от пушек до посева облаков

Были предложены и реализованы различные методы подавления образования града. Эти методы можно условно разделить на два основных подхода:

1. Традиционные методы: градовые пушки

Градовые пушки, также известные как акустические пушки, - это устройства, которые генерируют ударные волны или звуковые волны, предназначенные для нарушения формирования градин внутри грозового облака. Теория, лежащая в основе градовых пушек, заключается в том, что звуковые волны могут мешать процессу образования кристаллов льда, предотвращая рост градин до опасного размера.

Эффективность: Эффективность градовых пушек остается предметом горячих споров и не имеет научного консенсуса. Многие исследования не обнаружили статистически значимых доказательств того, что градовые пушки уменьшают размер или ущерб от града. Несмотря на отсутствие научной поддержки, градовые пушки все еще используются в некоторых регионах, особенно в Европе (например, виноградники в Италии и Франции) и Южной Америке, часто на основе эмпирических данных и традиций. Продолжающееся использование часто связано с психологическим успокоением фермеров, а не с доказанной эффективностью. Некоторые фермеры считают, что даже если они не на 100% эффективны, они обеспечивают некоторый уровень смягчения.

Пример: В регионе Мендоса в Аргентине, известном винодельческом районе, некоторые виноградники используют градовые пушки наряду с другими превентивными мерами, хотя научные данные, подтверждающие их эффективность, остаются предметом споров.

2. Современные методы: посев облаков

Посев облаков - это наиболее широко используемый и научно изученный метод подавления града. Этот метод включает введение веществ в грозовые облака для изменения микрофизических процессов, участвующих в образовании града. Наиболее распространенным веществом, используемым для посева облаков, является йодистое серебро (AgI).

Как работает посев облаков:

Основным механизмом посева облаков для подавления града является нуклеация льда. Частицы йодистого серебра действуют как искусственные ядра льда, обеспечивая поверхность, на которой могут замерзать переохлажденные капли воды. Этот процесс направлен на увеличение количества кристаллов льда внутри облака, тем самым уменьшая количество переохлажденной воды, доступной для образования крупных градин. Увеличенное количество мелких частиц льда конкурирует за доступную воду, потенциально приводя к большему количеству мелких градин или даже дождю.

Существуют две основные стратегии посева облаков:

• Статический посев: Это предполагает введение йодистого серебра в облако в нужном месте и в нужное время для содействия нуклеации льда и выпадению осадков.
• Динамический посев: Это направлено на усиление восходящих потоков внутри облака, тем самым увеличивая количество водяного пара, который поднимается и преобразуется в осадки. Это более сложная и противоречивая техника.

Методы доставки:

Йодистое серебро можно доставлять в грозовые облака различными способами:

• Самолеты: Самолеты обычно используются для распыления йодистого серебра непосредственно в грозовое облако, нацеливаясь на конкретные регионы, где вероятно образование града. Это позволяет осуществлять точное нацеливание и корректировки в реальном времени в зависимости от погодных условий.
• Наземные генераторы: Наземные генераторы выбрасывают йодистое серебро в атмосферу, где оно переносится в грозовые облака восходящими потоками. Этот метод менее точен, чем посев с самолетов, но может быть более экономичным вариантом для непрерывных или широкомасштабных операций по посеву.
• Ракеты и артиллерия: В некоторых регионах ракеты или артиллерийские снаряды используются для доставки йодистого серебра непосредственно в грозовое облако. Этот метод может быть эффективным для быстрого достижения больших высот, но менее точен и потенциально более опасен, чем другие методы.

Глобальные примеры программ подавления града

Программы подавления града с использованием посева облаков реализуются в различных странах и регионах мира, каждая из которых имеет свой уникальный подход и проблемы. Вот несколько примечательных примеров:

• Соединенные Штаты: Несколько штатов в США, особенно на Великих равнинах и Среднем Западе, имеют действующие программы подавления града. Эти программы часто ориентированы на сельскохозяйственные районы для защиты урожая от града. Например, Совет по атмосферным ресурсам Северной Дакоты управляет общештатной программой посева облаков, направленной как на подавление града, так и на увеличение осадков.
• Россия: Россия имеет долгую историю исследований и оперативных программ по модификации погоды, включая масштабные усилия по подавлению града в сельскохозяйственных регионах. Эти программы часто используют ракеты и артиллерию для доставки йодистого серебра в грозовые облака.
• Китай: Китай имеет одну из крупнейших в мире программ модификации погоды, включая усилия по подавлению града во многих провинциях. Эти программы часто используют комбинацию самолетов и наземных генераторов для доставки йодистого серебра.
• Европа: Несколько европейских стран, включая Францию, Италию и Испанию, реализовали программы подавления града, в частности для защиты виноградников и садов. Эти программы часто используют наземные генераторы и посев с самолетов.
• Аргентина: Как упоминалось ранее, Аргентина, особенно винный регион Мендоса, использует комбинацию методов, включая посев облаков, для смягчения ущерба от града урожаю.

Проблемы и противоречия, окружающие подавление града

Несмотря на потенциальные преимущества подавления града, вокруг его реализации существует несколько проблем и противоречий:

1. Научная неопределенность:

Хотя было показано, что посев облаков оказывает определенное влияние на осадки при определенных условиях, эффективность подавления града остается предметом продолжающихся научных дебатов. Некоторые исследования показали положительные результаты, в то время как другие не обнаружили значительного воздействия. Сложность погодных систем и трудность отделения эффектов посева облаков от естественной изменчивости затрудняют окончательное доказательство его эффективности. Рандомизированные контролируемые испытания трудно провести из-за непредсказуемого характера градовых бурь и логистических проблем реализации таких экспериментов на больших территориях.

2. Экологические проблемы:

Использование йодистого серебра при посеве облаков вызвало некоторые экологические проблемы, хотя исследования в целом пришли к выводу, что используемые количества слишком малы, чтобы представлять значительный риск для здоровья человека или окружающей среды. Однако необходим долгосрочный мониторинг для оценки потенциальных кумулятивных эффектов йодистого серебра на экосистемы.

3. Последствия для подветренной стороны:

Некоторые критики утверждают, что посев облаков в одном районе может уменьшить количество осадков в подветренных районах, что приведет к конфликтам между разными регионами. Однако научные данные о таких эффектах в подветренную сторону ограничены и неубедительны. Понимание сложных взаимодействий внутри погодных систем имеет решающее значение для оценки потенциального воздействия на подветренную сторону.

4. Этические соображения:

Модификация погоды поднимает этические вопросы о потенциальных непреднамеренных последствиях вмешательства в естественные погодные условия. Существует необходимость в прозрачных и инклюзивных процессах принятия решений с участием заинтересованных сторон из разных регионов и секторов для решения этих этических проблем.

5. Общественное восприятие и принятие:

На общественное восприятие программ подавления града может влиять множество факторов, включая научное понимание, экологические проблемы и культурные убеждения. Эффективная коммуникация и просвещение общественности необходимы для укрепления доверия и обеспечения долгосрочной устойчивости усилий по подавлению града. Устранение обеспокоенности общественности и предоставление четких объяснений науки, лежащей в основе посева облаков, может помочь укрепить большее принятие.

Будущее подавления града: инновации и исследования

Область подавления града постоянно развивается, и продолжаются исследования и разработки, направленные на повышение эффективности и устойчивости этих технологий. Некоторые ключевые области инноваций и исследований включают:

• Передовые методы посева: Разработка более точных и эффективных методов доставки посевных агентов в грозовые облака, таких как использование беспилотников или целевых систем доставки аэрозолей.
• Альтернативные посевные агенты: Изучение альтернативных посевных агентов, которые являются более экологически чистыми и экономически эффективными, чем йодистое серебро.
• Улучшенное прогнозирование погоды: Улучшение моделей прогнозирования погоды для лучшего прогнозирования образования града и более эффективного нацеливания на операции по посеву облаков.
• Комплексное управление погодой: Разработка интегрированных стратегий управления погодой, которые сочетают подавление града с другими мерами, такими как страхование урожая и системы раннего предупреждения.
• Исследования социально-экономического воздействия: Проведение более всесторонних исследований для оценки социально-экономического воздействия программ подавления града, включая как преимущества, так и затраты.
• Международное сотрудничество: Содействие более тесному международному сотрудничеству в области исследований и разработок по модификации погоды для обмена знаниями и передовым опытом.

Пример: Исследуется использование гигроскопичных факелов, которые выделяют соли в облако, как метод стимулирования выпадения осадков и потенциального уменьшения размера града. Эти материалы способствуют конденсации, что может помочь исчерпать запас переохлажденной воды, необходимой для образования крупных градин.

Заключение: баланс между защитой и ответственностью

Подавление града - сложная и многогранная область, которая может принести значительную пользу сообществам и экономикам, уязвимым для града. Однако крайне важно подходить к подавлению града с осторожностью и ответственностью, учитывая научные неопределенности, экологические проблемы и этические последствия. Дальнейшие исследования, технологические инновации и прозрачное принятие решений имеют решающее значение для обеспечения того, чтобы усилия по подавлению града были эффективными, устойчивыми и полезными для общества в целом.

По мере того как глобальный климат продолжает меняться, частота и интенсивность экстремальных погодных явлений, включая градовые бури, могут увеличиться. Это подчеркивает важность разработки и реализации эффективных стратегий смягчения последствий града, а также устранения коренных причин изменения климата. Подавление града может быть ценным инструментом в этих усилиях, но его следует использовать как часть более широкого и всеобъемлющего подхода к устойчивости к изменению климата и снижению риска бедствий.

В конечном счете, искусство подавления града заключается в достижении баланса между защитой сообществ от разрушительной силы града и обеспечением того, чтобы эти меры осуществлялись ответственно и устойчиво, руководствуясь научными данными и этическими соображениями. Это требует совместных усилий ученых, политиков, фермеров и общественности по разработке и реализации эффективных стратегий подавления града, которые приносят пользу всем заинтересованным сторонам.