بخشی از مقاله
چگونگی بارور کردن ابرها
باروري ابرها در واقع يک روند طبيعي است که در آن ابرها به بخار آب تبديل شده و سپس به باران مبدل مي‌شوند. براي ايجاد باران مصنوعي بايد عوامل ابر ، رطوبت ، دما و ساير شرايط جوي فراهم باشد به هر حال با انجام باروري منظم و برنامه‌دار ابرها مقدار بارش را مي‌توان در يک دوره کامل به ميزان 5 تا 25 درصد افزايش داد. مي‌دانيم رطوبت (وزن بخار آب موجود در يک متر مکعب هوا) عامل مهمي در تشکيل ابرهاست، همچنين مي‌دانيم که هر قدر هوا گرمتر باشد، قابليت بيشتري براي داشتن بخار آب و تشکيل ابر دارد. اما براي تشکيل ابر ضمن وجود رطوبت و دماي زير نقطه شبنم ، وجود ذرات ميکروسکوپي گرد و خاک ، دوده بلورهاي نمک و ... لازم است.
به هر حال دو ساز و کار اصلي براي بارش از ابرها به نام روند باران گرم و روند باران سرد معروفند. بعد از اينکه دانشمندان متوجه شدند که در مناطق حاره ، باران از ابرهايي بارش مي‌کند که هرگز دماي آنها زير صفر نيست آن را باران گرم ناميدند. در اين ابرها قطرات درشت آب که ابر را تشکيل ميدهند در برخورد با قطرات کوچک ، آنها را جذب مي‌کنند (پديده ادغام) و به اين ترتيب شروع به بارش مي‌کنند.
در روند باران سرد ، يعني زماني که دماي ابر يا قسمتي از آن پايين‌تر از سفر مي باشد، در آن پاره‌اي ابر از قطرات آب و بلورهاي يخ تشکيل شده است. در اين عمل بلورهاي يخ با جذب رطوبت اطراف خود سريعا شروع به رشد مي‌کنند تا اينکه وزن آن باعث فرود آنها مي‌شود. اين بلورها هنگام فرود اگر از مکانهاي گرم بگذرند به باران تبديل و در غير اين صورت به صورت برف فرود مي‌آيند.
انسان از طريق باروري ابرها مي‌تواند از لحاظ تعداد و نوع هسته‌هاي تشکيل باران به طبيعت کمک کند. باروري بوسيله هسته‌هاي تراکم در اندازه‌هاي بزرگ (به عنوان مثال عناصر جذب کننده رطوبت مانند بلور نمک و اوره) مي‌تواند براي سرعت دادن به روند بارش گرم بکار رود. باروري بوسيله هسته‌اي منجمد (از قبيل یدور نقره و یخ خشک) در افزایش باران در روند بارش سرد به ابرهایی که کمبود هسته دارند کمک قابل توجهی می‌کند.
باروری ابرهای کوهستانی
در مناطق کوهستانی ابرها بوسیله هوای مرطوب که به بالا می‌روند و سرد می‌شوند تقریبا از غرب به شرق بر روی کوهها تشکیل می‌شوند. اگر این روند را بطور 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
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.
زدودن مه
از این روش در بسیاری از فرودگاههایی که در آنها مه مرتبا 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
تجربه 24 کشور در سطح جهان نشان داده است که باروری ابرها می‌تواند مقدار بار را بین 10 تا 25 درصد افزایش دهد و خسارات ناشی از تگرگ را بین 30 تا 70 درصد کاهش دهد.
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).
تا به حال نشانه‌ای وجود ندارد که باروری ابرهای منطقه باعث کاهش بارش در مناطق مجاور شده باشد (حتی تا شعاع 160 کیلومتری).
باروری ابرها هرگز عملی بر خلاف طبیعت نیست، زیرا گاهی حیات انسان و تولیدات مواد غذایی او وابسته به این روش ابداع انسان است.
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.
فضاي كره زمين كه به مانند موتور حرارتي عظيم عمل مي‌كند از انرژي خورشيد براي جريان باد و بالابردن بخار آب از سطح اقيانوس‌ها، جنگل‌ها و منابع طبيعي و ذخيره كردن آنها در داخل ابرها كه نهايتاً به باران تبديل مي‌شود استفاده مي‌كند. تقريباً همه انرژي خورشيدي كه در سطح زمين جذب مي‌شود وارد پائين‌ترين لايه‌هاي حرارت محسوسي فضا مي‌شود يا به صورت حرارت پنهان مربوط به تبخير آب درمي‌آيد. انرژي خورشيدي در سطح گسترده‌اي براي مدتي به صورت حرارت بالقوه تبخير ذخيره مي‌شود و بعداً بخار آب به صورت ابر متراكم تخليه خواهد شد. توفان‌هاي شديد و توفان همراه با رعد و تندر در اثر آزاد شدن حرارت پنهان در بخار آب به وجود مي‌آيد. بهرحال انرژي بادها به طور عمده در اثر وجود اختلاف درجه حرارت در نقاط مختلف سطح زمين به وجود مي‌آيد. چون ابرها عملاً كليه آب موجود در فضاي كره زمين را توليد مي‌كنند هرگونه تغيير در آنها بسيار حائز اهميت خواهد بود. چرا مردم بايد به وسيله بارور كردن ابرها به دنبال كاهش فقر، جلوگيري از كمبود آب و مبارزه با قحطي مواد غذائي باشند؟
پيوند دوگونه گل سرخ، درخت انبه، گياهان ديگر و ساير درختان باعث توليد انواع مختلف گياهان و درختان ديگري شده است كه محصول بيشتر و بهتري را در اختيار انسان قرار داده‌اند. دو رگه‌گيري در گاوهاي اهلي باعث توليد گاوهائي شده است كه محصول شير آنها به مراتب بيشتر است. انقلاب سبز محصولات بيشتري از شاليزارها بدست آورد كه باعث رونق اقتصادي كشاورزان و كارگران مزارع برنج شد. تزريق مواد شيميائي در داخل ابرها آنها را به ابرهاي پرباري تبديل كرد كه توليد مقادير قابل توجه نزولات جوي برف و باران در طول سال باعث مي‌شود.
روشنفكران، دانشمندان و مهندسين چيني نه تنها اين واقعيت‌هاي علمي را شناسائي كرده‌اند بلكه اين اصول علمي را به فناوري‌هاي مفيد باروركردن ابرها به منظور توسعه و رشد كشاورزي، صنعتي و اقتصادي تبديل كرده‌اند تا به اين ترتيب فقر و بيماري را از بين ببرند. با درك اين مفاهيم بسياري از مردم در ساير كشورها به اين حقيقت پي برده‌اند كه منابع آب متعارف
مانند آبهاي سطحي و زيرزميني كه از رودخانه‌ها و درياچه‌ها تأمين مي‌شوند براي رفع نياز در حال رشد جمعيت روزافزون براي مصرف شرب، آبياري و توليد برق آبي كافي نيست. آنها مايلند از طريق باروركردن ابرها فرودگاهها را از وجود مه پاك كنند و از بروز توفان‌هاي تگرگ و شديد جلوگيري كنند و با خشكسالي‌هاي مكرر و آثار مضر گرم شدن كره زمين مبارزه كنند. در صورتي كه ابرها توسط ذرات يخ يا هسته‌هاي اصلي املاح نقره (Silver iodide nuclei) بارور نشوند آنها نمي‌توانند به مراكز جذ
ب رطوبت از بخار آب موجود در هوا تبديل شوند. در اين شرايط توسعه ابرها توسط بارور كردن آنها ابرهاي ديگري را دربر مي‌گيرد. بعلاوه بعضي از ابرها به دليل عدم كفايت عمق آنها خود به خود توليد باران نميكنند و بنابراين لازم است آنها را با مواد شيميائي بارور كنيم به طوري كه اندازه و عمق آنها براي بارندگي افزايش يابد. بعضي از ابرها حتي در صورتي كه داراي عمق كافي باشند و هسته اصلي آنها كافي نباشد فقط بين 10 تا 20 درصد رطوبت موجود در آنها به باران تبديل شو
د. در صورتي كه هسته‌هاي يخي بيشتري در آنها تزريق كنيم اين گونه ابرها به سطح مطلوب نزديك شده و مي‌توانند مقدار بيشتري از رطوبت هوا را به باران تبديل كنند. همچنين درمورد ابرهاي گرم در صورتي كه از تزريق مقدار كافي مواد شيميايي جذب كننده رطوبت استفاده نكنيم، اين گونه ابرهاي گرم نمي‌توانند در يك منطقه معين حدود 25 درصد باران اضافي در سال توليد كنند.
بنابراين بارور كردن ابرها به تنهائي شرايطي را براي جذب رطوبت هوا فراهم مي‌كند كه باعث توليد برف و باران بيشتر خواهد شد. بنابراين دولتي كه از اين فناوري استفاده نكند و صرفاً از منابع آب اوليه مانند رودخانه‌ها و درياچه‌ها و منابع آب ثانوي مانند چاههاي كم عمق و عميق استفاده كند براي مردم مقدار بسيار محدود آب تأمين خواهد كرد. ولي دولت‌هاي روشنفكر سعي مي‌كنند از منبع آب سوم را كه به صورت ابر در آسمان وجود دارد از طريق عمليات بارور كردن ابرها به منظور افزايش آب قابل دسترسي براي شرب، كشاورزي، توليد برق آبي، پركردن منابع آب سطحي و زيرزميني به ميزان وسيع براي رفع نياز جمعيت در حال افزايش در اغلب كشورهاي در حال رشد كنترل كنند. روشنفكران چيني معتقدند كه عدم اجراي عمليات
بارور كردن ابرها در هر يك از كشورهاي استوائي باعث ازدياد فقر، بيكاري، بيماري، ضعف اقتصاد و شورش در جامعه خواهد شد.
نقشي كه تأمين آب به عنوان سيستم رشد اقتصادي و به عنوان ضابطه رفاه عمومي و آب به عنوان طلاي آبي ايفا مي‌كند بسيار حائز اهميت است. بنابراين كشورهاي پيشرفته جهان نه تنها دائماً در حال توسعه منابع آب توسط مهاركردن كليه آبهاي زيرزميني و سطحي هستند بلكه از منابع آب تجديدپذير نامحدود و استفاده نشده يعني ابرهاي بي‌شمار موجود در آسمان بهره‌برداري مي‌كنند.
دانشمندان، كارمندان، صاحبان صنايع و سياستمداران روشنفكر در حدود 50 كشور در مدت 40 سال براي مقاصد زير مشغول فعاليت در زمينه باروركردن هستند.
1- افزايش ميزان بارندگي ساليانه براي مصرف شرب و كشاورزي
2- پراكنده كردن مد در داخل فرودگاهها وجاده‌ها
3- افزايش توليد برق از طريق نيروگاههاي برق آبي با ارزان‌ترين قيمت
4- جلوگيري از توفان و تگرگ به منظور كاهش خسارت به جان مردم، محصولات كشاورزي و دارائي‌هاي آنها
5- كاهش اثرات ويران‌كننده خشكسالي‌هاي مكرر
6- كاهش اثرات زيان‌بار گرم شدن كره زمين و درجه حرارت زياد در فصل تابستان
7- افزايش ميزان بارندگي ساليانه براي توسعه و بهبود جنگل‌ها، حيات وحش و محيط زيست
چندين كشور پيشرو مانند آمريكا، استراليا، چين، تايلند، كشورهاي اروپائي، روسيه، آمريكاي لاتين، كشورهاي عربي، اندونزي و پاكستان از فناوري‌هاي پيشرفته بارور كردن ابرها براي مقاصد مذكور در حال بهره‌برداري هستند.
چندين ايالت هند علاقمند به توسعه و رشد اقتصادي و كشاورزي و بهبود رفاه مردم مشتاق آموزش تجربه‌هاي موفق ساير كشورها نظير چين و آمريكا هستند و با تغييرات لازم و مناسب شرايط آب و هوائي، پستي و بلندي، جغرافيائي و زيست محيطي محلي، فناوري‌هاي مذكور را در اين زمينه پذيرفته‌اند.
قطره‌هاي ابر در هوا به وسيله متراكم‌شدن ذرات موجود تشكيل مي‌شود. ذرات دود، خاك و غيره به عنوان هسته‌هاي اصلي يا مركزي ابر (CCN) شناخته مي‌شوند. مجموع هسته‌هاي اصلي مذكور در زمان‌هاي مختلف و مكان‌هاي متفاوت دچار نوسان مي‌شوند و در تبديل قطرات ابر به قطره‌هاي باران تأثير دارند.
بارور كردن ابر با مواد شيميايي مصنوعي براي ايجاد تغيير در ابرها و تبديل آنها به باران انجام مي‌شود.
همان طور كه تشكيل ذرات ابر به حضور CCN نياز دارند، تشكيل بلور يخ در ابر سرد (با درجه حرارت زير صفر يخ‌بندان) حضور هسته‌هاي اصلي يخ لازم است و حضور هسته‌هاي اصلي جذب كننده رطوبت باعث تبديل ابر گرم به باران خواهد شد.
تزريق مواد شيميايي مصنوعي يا ساير مواد در داخل ابرهاي مناسب به منظور باران بيشتر در مكان‌هاي
انتخاب شده براي بهبود منابع آب به عنوان باران مصنوعي يا بارور كردن ابر يا مديريت بارندگي شناخته شده‌اند.
آزمايش‌ها و عمليات در زمينه تغيير هوا به منظور افزايش بارندگي ساليانه، پراكنده‌كردن مه، از بين بردن توفان تگرگ و آرام كردن توفان‌هاي شديد براي به حداقل رساندن خسارت‌هاي وارده به محيط زيست در حال اجرا است. در بعضي از كشورها مانند آمريكا اين گونه طرح‌هاي تغيير آب و هوا توسط آكادمي ملي علوم آمريكا ارزشيابي شد و 13 مورد از اين طرح موفق شدند و مقدار بارندگي در آنها بيش از حد انتظار بود و مقدار باران در مقايسه با مكان‌هاي نزديك كه در آنها طرح اجرا نشده بود بين 7 تا 57 درصد افزايش داشت. براي فرد فعال در اين زمينه بارور كردن ابر هم يك هنر است و هم علم و فعاليت در اين راه باعث رسيدن به هدف بهداشت و رفاه مردم و حفظ سرمايه‌هاي زيست محيطي آنها خواهد شد. بهرحال دانشمندان خوشبين در نظر دارند براي اقدام در اين رشته بايستي از روش منطقي براي پيشرفت آن استفاده كرد و عدم فعاليت به مشكلات و خطرهاي نامطلوب‌تر براي جامعه منتهي مي‌شود.
تشكيل ابر و توليد باران
در اثر حرارت خورشيد سطح آبهاي طبيعي گرم مي‌شود و اين گرما بخار آب موجود در سطح آب را به سوي آسمان مي‌فرستد. بخار آب به صورت قطره‌هاي آب روي هسته‌هاي اصلي ذرات نمك با رطوبت نسبي
78 درصد و روي ساير ذرات با رطوبت صد در صد متراكم مي‌شود. اين گونه هسته‌هاي اصلي شامل غبار، دود، خاك و بلورهاي نمك است. در حاليكه اندازه ذرات نمك يك ميكرون مي‌باشد (ميكرون برابر يك ميليونيم متر است) ساير ذرات شعاعي بين يك صدم تا يك دهم ميكرون دارند. هسته‌هاي اصلي يخ ذرات ويژه‌اي هستند كه قطرات ابر بر روي آنها منجمد مي‌شود و يا بلورهاي يخ مستقيماً از بخار آب تشكيل مي‌شود.
طبق نظريه برگرون Bergeron، در هر هزار قطره ابر بسيار سرد يك بلور يخ كه بر روي هسته‌هاي مصنوعي تشكيل مي‌شود براي توليد باران لازم است. چون يك متر مكعب ابر داراي 100 ميليون قطره ابر است يك صد هزار هسته مركزي لازم خواهد بود. بنابراين يك قطره 10 ميكروني ابر به 100 ميكرون گلوله يخ تبديل مي‌شود و سرعت خروج آن به اندازه كافي زياد هست كه به صورت قطره باران به زمين برسد. از آنجائيكه طبيعت معمولاً حدود يك هزار هسته اصلي در هر مترمكعب ابر توليد مي‌كند هر مقدار تراكم (غلظت) بيشتر اين مقدار باعث افزايش باران خواهد شد. قطره‌هاي ابر بر روي ذراتي به شعاع‌هاي 5/0، 1/0 و 01/0 ميكرون با ميزان رطوبت‌هاي به ترتيب 2/100، 101 و 110 درصد تشكيل مي‌شود.
وقتي كه مه از روي زمين بلند مي‌شود و بالا مي‌رود ابرهاي صفحه‌اي شكل تشكيل مي‌شوند كه به نام ابرهاي استرتوس معروف هستند. در صورتي كه به دليل حركت ابرها به طرف بالا، بالاتر از زمين تراكم اتفاق افتد، توده‌هاي كوچك ابرها به نام ابرهاي پشته يا توده (كمولوس) تشكيل مي‌شوند.
براساس ارتفاع و ضخامت، ابرها را مي‌توان به قرار زير طبقه‌بندي كرد.
نوع ارتفاع نام ابر
1- ابرهاي مرتفع 5 تا 14 كيلومتر سيروس
2- ابرهاي متوسط 2 تا 7 كيلومتر آلتوستروس
آلتوكمولوس
3- ابرهاي پائين صفر تا 2 كيلومتر نيمبوسترتوس
سترتوس
سترتو- كمولوس
4- ابرهاي داراي رشد عمودي 5/0 تا 9 كيلومتر
5/0 تا 18 كيلومتر كمولوس بزرگ
كمولو- نيمبوس
ابرهاي آلتوسترتوس باران كمي توليد مي‌كنند در حاليكه ابرهاي نيمبوسترتوس باران مداوم و گاهي سنگين همراه با تگرگ ميدهند. ساير ابرها به طور كلي باران توليد نميكنند.
ابرهاي كومولو نيمبوس توده‌هاي متراكم و سنگين همراه با رشد عمومي و شبيه به برج و كوه هستند. بخش بالاي اين ابرها ساختار تار مانند دارند و شبيه دسته پر هستند. اين ابرها در قسمت پائين قطره‌هاي مايع و در بخش بالا بلورهاي يخي دارند و غالباً رعدوبرق، رگبار و تگرگ توليد مي‌كنند. ابرهاي نيمبوسترتوس به رنگ خاكستري تيره هستند به طرف پائين مي‌آيند و باران توليد مي‌كنند. حدود يك درصد بخار آب كره زمين در هوا وجود دارد كه به رشد ابرها كمك مي‌كند. طبق نظريه كمپا Kampao شعاع متوسط قطره ابر كمولوس و استرتو- كمولوس 4 ميكرون در استرتوس 7 ميكرون در ابر كمولوس – كانكس توس 10 ميكرون است.
تاريخچه
در سال 1932، USR به منظور مطالعه توجيحي و امكان ايجاد تغيير در آب و هوا يك سازمان باران مصنوعي تاسيس كرد. در آمريكا جنگ جهاني دوم منجر به تشكل گروهي در آزمايشگاههاي تحقيقاتي جنرال الكتريك به منظور مطالعه در اين زمينه شد. وين سنت شيفر (Vincent Schaefer) يك عضو اين گروه، يك قطعه يخ خشك را براي آزمايش سرد كردن آن با عجله درون جعبه سردي انداخت و متوجه شد كه نشانه بلورهاي يخ فوراً در مسير قطعه يخ خشك ظاهر شد. او برحسب اتفاق روشي را براي يخ زدن (منجمد كردن) ابرهاي بسيار سرد كشف كرد. در تاريخ 13/11/1946، شيفر حدود 5/1 كيلوگرم از قطعات يخ خشك (Co2 جامد) را از يك هواپيماي سبك به داخل ابر سردي در نزديكي كوههاي ماساچست غربي تخليه كرد. در طول مدت
5 دقيقه ابر به ذرات برف تبديل شد و رؤياي قديم در مورد تغيير هوا تحقق يافت.
تشيكل باران
قطره‌هاي آب در داخل ابر به قدري كوچك هستند (به شعاع 10 ميكرومتر) كه بدون عمل تبخير نمي‌توانند به زمين برسند. بنابراين در صورتي كه قطره‌هاي بزرگ باران (به شعاع 500 ميكرومتر) بدون اينكه تبخير شوند قرار باشد تشكيل شوند حدود يك ميليون قطره كوچك ابر بايستي منعقد شوند و براي اين منظور اتصال قطرات و تراكم كافي نيست. درباره تشكيل قطره باران دونظريه وجود دارد كه هر يك تحت آب و هواي متفاوت معتبر است.
اولين نظريه تشكيل باران براساس عكس‌العمل زنجيره‌اي Largmuir است كه غالباً در هواي گرم و مرطوبي مناطق استوائي اتفاق مي‌افتد. دومين نظريه تشكيل باران براساس عكس‌العمل زنجيره‌اي Bergeron است كه اغلب در مناطق با آب و هواي معتدل اتفاق مي‌افتد. ابرهائي كه به باران تبديل مي‌شود در ارتفاعات بالاتر شامل بلورهاي يخ هستند. براي تشكيل قطره‌هاي بزرگ درون ابر، مرحله تشكيل يخ يك شرط لازم است و براي تبديل مرحله مايع به جامد هسته‌هاي اصلي منجمدكننده ضروري است. هسته‌هاي در حال انجماد قطره‌هاي آب را قبل از انجماد تا 15 درجه سرد مي‌كند. در واقع آب معلق در هوا تا زماني كه با درجه حرارت 40- درجه سانتيگراد تماس پيدا نكند منجمد نمي‌شود.
بلورهاي يخ با جذب كليه قطره‌هاي آب فوق‌العاده سرد در مسير خود به طرف پايين به سرعت افزايش مي‌يابند و قطعات يخ تشكيل مي‌شوند و سپس آنها در درجه حرارت صفر درجه سانتيگراد ذوب شده و تشكيل باران ميدهند و بر روي زمين مي‌ريزند. اين مكانيزم‌هاي اساسي را كه توسط آنها باران اتفاق مي‌افتد غالباً فرايندهاي ”باران گرم“ و ”باران سرد“ مينامند. باران در مناطق استوائي از ابرهائي كه بالاي آنها هرگز به نقطه انجماد نمي‌رسد به عنوان ”باران گرم“ (عكس‌العمل زنجيره‌اي Langmuir) مينامند در حاليكه باران سرد وقتي اتفاق مي‌افتد درجه حرارت در كليه بخش‌ها يا بعضي از بخش‌هاي ابرها سردتر از درجه انجماد باشد (عكس‌العمل زنجيره‌اي Bergeron).
در ابرهاي گرم كه قرار است بارور شوند، قطرات درشت آب با قطر بيشتر از 20 ميكرون بسيار كم است و اين موضوع راندمان بارندگي ابر را كاهش مي‌دهد. به منظور تحريك اين گونه ابرها براي توليد باران با تزريق ذرات كلرورسديم كه جذب كننده رطوبت در هوا هستند به وسيله هواپيما مي‌توان استفاده كرد. عكس‌العمل زنجيره‌اي Langmuir تقويت مي‌شود و ابري كه قبلاً بارور نمي‌شد به باران تبديل مي‌شود. همچنين كمبود بلورهاي يخ در ابرهاي سرد به وسيله بارور كردن آنها با نمك نقره (Silver iodide) جبران شده و باران توليد مي‌شود.
بارور كردن ابر به منظور توليد باران مصنوعي
چون بلورهاي نمك در منطقه‌هاي اقيانوسي به وفور وجود دارد اين بلورها به قطره‌هاي ابر كمك مي‌كند كه بهم متصل شوند و باران به وجود آيد. ولي هوا داراي تعداد زيادي هسته‌هاي اصلي است و بنابراين ابرهاي متوسط معمولاً قبل اتصال قطرات آب و تبديل آنها به باران پراكنده مي‌شوند.
ابرهاي پشته (كومولوس) را كه توسط توده‌هاي هواي مرطوب گرم يا عبور جبهه سرد يا گرم از هر منطقه‌اي تشكيل مي‌شوند هنگامي كه درجه حرارت آنها به 5- درجه سانتيگراد برسد مي‌توان بارور كرد.
بارور كردن ابرهاي سرد
ميزان مطلوب هسته‌هاي اصلي لازم براي تبديل قطره‌هاي ابر بسيار سرد به يخ توسط دانشمنداني كه اولين آزمايش يعني 11 طرح ابرسيروس (Project Cirrus) را تجربه كردند پاسخ داده شد. در سال 1949،
Tor Bergeron چنين برآوردكردكه نسبت‌يك بلور يخ (كه مي‌تواند روي يك هسته مصنوعي تشكيل شود)
به تعداد يك هزار قطره آب سرد براي افزايش بارندگي كافي است. از آنجائي كه حدود 108 قطره در هر متر مكعب ابر وجود دارد (100 ميليون قطره ابر در هر متر مكعب)، تعداد 105 هسته اصلي در متر مكعب (100 هزار هسته اصلي در متر مكعب) لازم خواهد بود. اين شرايط باعث رشد هزار برابر توده ابر و 10 برابر رشد شعاع خواهد شد. بنابراين يك قطره 10 ميكروني ابر به گلوله يخ 100 ميكروني تبديل مي‌شود و گلوله‌ها به اندازه كافي بزرگ مي‌شوند كه سقوط آنها حتمي است يعني بارندگي انجام مي‌شود. ولي يك بلور يخ براي هر قطره ابر بسيار سرد همه ابر را به بلورهاي كوچك يخ تبديل مي‌كند كه باعث توقف باران طبيعي در نتيجه
بارور كردن اضافي است. ولي طبيعت تحت شرايط بارندگي مطلوب معمولاً حدود 1000 هسته اصلي در هر متر مكعب توليد مي‌كند و بنابراين در صورتي كه غلظت هسته‌هاي اصلي بيشتر از اين مقدار باشد باعث افزايش بارندگي خواهدشد.
طبق گزارش ارائه شده وجود 100000 قطعه يخ در ليتر ابر در مدت 1 تا 2 دقيقه ابر عادي را خشك مي‌كند در حاليكه وجود 1 تا 10 قطعه يخ در ليتر باعث رشد قطعات يخ به مدت حدود 20 دقيقه مي‌شود قبل از اينكه آب موجود در ابر كاملاً مصرف شود و قطعات يخ به دانه‌هاي برف تبديل شده و به زمين مي‌ريزد. ولي غلظت هسته‌هاي طبيعي موثر با تغيير درجه حرارت نوسان دارد. به طور كلي هسته‌هاي اصلي با غلظت 1000 در
متر مكعب در 21- درجه سانتيگراد است. ولي اين هسته‌ها با كاهش 4 درجه سانتيگراد 10 برابر افزايش خواهد يافت و با افزايش هر 4 درجه سانتيگراد حرارت تعداد 10 برابر كاهش خواهد داشت و درجه حرارت در سردترين بخش ابر كه باعث افزايش بارندگي مي‌شود بين 10- درجه و 23- درجه سانتيگراد خواهد بود.
آزمايش‌هاي بارور كردن ابرها
افزايش باران از ابرهاي سرد براساس اين فرض است كه كمبود بلورهاي يخي در داخل ابر بايستي به وسيله تزريق هسته‌هاي يخي مصنوعي مانند نمك Silver- iodide در داخل ابرهاي مناسب اصلاح شود تا بلورهاي يخي لازم براي بهبود بارندگي توليد شود. در مكانيزم‌هاي يخ، به طور عمده هسته‌هاي اصلي يخ مصنوعي باعث توليد بلورهاي يخ بيشتر مي‌شوند كه با استفاده از قطره‌هاي ابر و آب موجود در ابر افزايش خواهند يافت. قطعات يخ توسط هسته يخي تشكيل مي‌شوند يعني بخار آب يا آب بسيار سرد به يخ تبديل مي‌شود. براي هر بلور يخ يك هسته يخي لازم است. به تدريج تعداد بيشتري از ذرات موجود در هوا ضمن اينكه درجه حرارت پائين‌تر از صفر مي‌رود به شكل هسته‌هاي اصلي يخي موثر واقع مي‌شوند و زماني كه درجه حرارت به 40- درجه سانتيگراد مي‌رسد هسته‌هاي اصلي خود بخود توليد مي‌شوند و كليه آب منجمد مي شود. گاهي اوقات بادهاي بسيار قوي مانع تشكيل بلورهاي يخي و در نتيجه رشد بارندگي مي‌شوند.
تزريق مقدار زيادي از نمك يد و نقره (Silver iodide) در داخل ابر در 10- درجه سانتيگراد به ميزان 100 تا 1000 هسته اصلي در ليتر ابر به عنوان بارور كردن فعال شناخته شده است. در اين فرايند، تبديل آب فوق‌العاده سرد موجود در ابر به بلورهاي يخ (از طريق مكانيزم عكس‌العمل Bergeron- Findesen) حرارت پنهان را آزاد مي‌كند و با افزايش اندازه ابر و ايجاد شرايط بهتر باعث افزايش باران مي‌شود. بارور كردن ابرهاي منفرد به صورت فعال به طور اتفاقي در آمريكا، به افزايش قابل توجه بارندگي منجر شد.
تجربه‌هاي باروركردن ابرها
افزايش بارندگي از طريق ابرهاي سرد براساس اين فرض كه عدم بارندگي به دليل كمبود بلورهاي يخ است و با تزريق هسته‌هاي يخ مصنوعي مانند Silver iodide در داخل ابرهاي مناسب براي توليد بلورهاي يخ لازم جهت افزايش باران اين كمبود بايد برطرف شود. يك هسته اصلي در هر ليتر ابر براي افزايش بارندگي تحت شرايط ثابت لازم است. ولي در روش بارور كردن ابر فعال، تزريق 100 تا 1000 هسته در هر ليتر ابر با درجه حرارت 10- درجه سانتيگراد لازم است. فرايند تبديل آب مايع فوق‌العاده سرد به بلورهاي يخ باعث آزاد شدن حرارت پنهان و در نتيجه باعث افزايش شناوري ابر مي‌شود. اين شناوري ابر را
تقويت مي‌كند و عمر آنرا افزايش مي‌دهد كه نتيجه آن همگرائي بيشتر در ابر مي‌شود. به علاوه بارور كردن ابر به صورت فعال در نهايت باعث افزايش و احتمال ادغام چند ابر نزديك به هم و افزايش بارندگي خواهد شد. بارور كردن ابر سرد در كشورهاي استراليا، آمريكا، روسيه، كانادا و اسرائيل با موفقيت اجرا شد به طوري كه افزايش قابل توجه و چشمگير در ميزان بارندگي در روزهاي بارور كردن ابرها مشاهده شد. آزمايش‌هاي مربوط به باروري ابرها در استراليا 15 تا 20 درصد باران بيشتر و افزايش آب در منابع ذخيره آب در Tasmania را نشان داد. باروركردن فعال ابرها در جنوب فلوريدا 20 درصد افزايش باران در منطقه هدف‌گذاري و 50 درصد باران بيشتر در مناطق ديگر (غير ثابت) نشان داد.
آزمايش بارور كردن ابرها بسيار كم هزينه و با موفقيت انجام مي‌شود به شرط اينكه قبل اجراي اين عمل مطالعات علمي لازم از جمله مدل سازي مورد توجه قرار گيرد. با بارور كردن فعال ابرها توسط
Silver iodide ارتفاع آنها 2 كيلومتر و آب موجود در آنها بيش از يك ميليون متر مكعب افزايش خواهد يافت. مطالعات در اكراين نشان مي‌دهد كه باروركردن يك ابر حدود 25 درصد بارندگي را در مقايسه با ابر بارورنشده افزايش مي‌دهد. باروركردن ابرهاي چند هسته‌اي در مقايسه با ابرهاي تك هسته‌اي باران بيشتري توليد مي‌كند. بنابراين باروركردن ابر در چند كشور از جمله آمريكا، روسيه، كانادا، استراليا و هندوستان با موفقيت اجرا شده است.
بارور كردن ابرها توسط ژنراتورهاي زميني
در اين روش پودر Silver iodide را بر روي ذغال سنگ داغ سفيد در اجاق‌هائي با درجه حرارت
1200 درجه سانتيگراد در سطح زمين پخش مي‌كنند. مقدار 200 گرم از اين پودر يعني يك قاشق چايخوري يا 5 تا 7 گرم هر چهار دقيقه بالاي هر يك از اجاق‌هاي گرم بپاشيد. گاز پودر مذكور به طرف بالا درون ابرها نفوذ مي‌كند و تأثير آن در داخل ابر باعث بارندگي مي‌شود و اين در صورتي است كه شرايط لازم رضايت‌بخش باشد. مثلاً ضخامت ابر نبايد كمتر از 5000 فوت و رطوبت نيز نبايد كمتر از 75 درصد باشد. سرعت باد نبايد بيشتر از 20 كيلومتر در ساعت باشد.
90 درصد از ابرها درمناطق استوائي ابرهاي گرم هستند كه سطح بالاي آنها از 5/3 تا 5/5 كيلومتر از سطح زمين فاصله دارند. در صورتي كه سطح پائين اين ابرها با زمين فاصله بسيار زياد داشته باشند قطره‌هاي باران قبل از رسيدن به زمين تبخير مي‌شوند. بنابراين ابرهائي كه براي باروركردن انتخاب مي‌شوند بايستي واجد شرايط باروركردن باشند، يعني 5/1 كيلومتر عمق داشته باشند و فاصله آنها از زمين كمتر از 5/1 كيلومتر باشد. شرايط مطلوب براي باروركردن ابر عبارتند از: رطوبت نسبي حدود 75 درصد و سرعت باد كمتر از 20 كيلومتر در ساعت چون طول عمر ابرهاي معمولي از 30 تا 60 دقيقه است عمليات باروركردن بايد بر مبناي علمي برنامه‌ريزي شود.
شرايط مناسب براي باروركردن ابر در هندوستان حدود 20 روز در هر سال زمان بادهاي موسمي جنوب غربي است.
شرايط مناسب در هند:
ايالت‌هاي جنوبي مي‌توانند به مدت چند روز در سال حتي در طول روزهاي دوره باد موسمي شمال شرق ابرها را بارور كنند. به علاوه آنها مي‌توانند چالش‌هاي ايجاد شده به وسيله طوفان‌هاي موسمي در ساحل شرق را به فرصت‌هاي مناسب براي باروري ابرها تبديل كنند كه در اين صورت نه تنها خسارت‌هاي وارده در اثر توفان‌هاي شديد را به حداقل مي‌رساند بلكه باعث افزايش بارندگي در مناطق مستعد خشكسالي مي‌شود.
با باروركردن بيشتر سلسله ابرهائي كه در مدت بادهاي موسمي به ساحل جنوب شرقي نزديك مي‌شوند، اين ابرها مي‌توانند از نظر اندازه رشد كنند و باران بيشتري توليد كنند.
كاهش خسارت توفان شديد
نواحي ساحلي ايالت‌هاي جنوبي به دليل توفان‌هاي موسمي دائماً با خسارت‌هاي جدي روبرو مي‌شود. توفان‌هاي موسمي علاوه بر خسارت‌هاي وارده به محصولات كشاورزي ، خانه‌ها، سيستم‌هاي آبياري و حمل و نقل به ارزش صدها كرور (يك كرور معادل 10 ميليون) روپيه در سال، باعث مرگ و نابودي هزاران انسان و حيوان مي‌شود. با وجود اخطارهاي به موقع درباره خطرهاي توفان‌ها به دليل وجود چند عامل شناخته شده و شناخته نشده و بنابراين بايد روش‌هائي را براي دنبال كردن و كاهش اين نوع توفان‌هاي مرگبار پيش‌بيني كرد.
در حاليكه اثر توفان موسمي در بيابان ممكن است قابل چشم‌پوشي باشد تاثير آن در روستاهاي ساحلي و مزارع حاصلخيز بسيار زيان آور است. چون نيروي باد در بادهاي موسمي با مربع سرعت باد تغيير مي‌كند، بادي كه سرعت آن 40 متر در ثانيه باشد 4 برابر نيروي آن بيشتر از يك باد با سرعت 20 متر در ثانيه است. يعني
10 درصد كاهش سرعت باد باعث كاهش 20 درصد از نيروي باد مي‌شود و در نتيجه كاهش 20 درصد خسارت حاصل از اين بادها مي‌شود. با توجه به مزايا و محصولات كشاورزي، كاهش 15 درصد سرعت در اثر بارور كردن ابر ممكن است باعث كاهش 40 درصدي از هزينه‌هاي خسارت خواهد شد.
بخش عمده انرژي لازم براي ايجاد و حفظ توفان موسمي در اثر تراكم حاصل مي‌شود.
با وجود مخالفت بعضي از مردم چرا بايد ابرها را بارور كنيم؟
مخالفت با باروركردن ابرها به دليل پيش‌داوري و تعصب و گاهي اوقات به دليل عدم آگاهي از نياز مبرم به باروركردن ابرها به عنوان يك اسلحه قوي براي مبارزه با خشكسالي و اثرات زيان بار گرم شدن كره زمين مي‌باشد. از آنجائي كه يك ميليارد نفر از مردم جهان با بحران آب آشاميدني روبرو خواهند بود و چون اين رقم در چند دهه آينده دوبرابر خواهد شد ما براي افزايش تأمين آب مورد نياز ميليون‌ها مردم فقير و منابع محيط زيست چاره ديگر نداريم. اغلب ابرها به دليل نداشتن عمق كافي باران توليد نميكنند. حتي در صورتي كه ابر به اندازه كافي عميق باشد به دليل عدم كفايت هسته‌هاي اصلي به صورت
هسته‌هاي يخ در ابرهاي سرد و هسته‌هاي جذب كننده رطوبت از هوا درمورد ابرهاي گرم ابرها باران توليد نميكنند. زماني كه طبيعت براي اين گونه ابرها هسته‌هاي اصلي مناسب فراهم مي‌كند فقط 10 تا 20 درصد آب موجود در آنها به شكل باران درمي‌آيد و بقيه آب آنها به صورت رطوبت در هوا به هدر مي‌رود. براي دستيابي به آب بيشتر از اين ابرها لازم است تعداد مطلوب از هسته‌هاي شيميائي براي آنها فراهم كنيم تا اينكه رطوبت بيشتري را از اين ابرها به صورت باران يا برف دريافت كنيم. بنابراين باران اضافي بين 60 تا 65 ميليارد متر مكعب در سال از اين ابرها قرار است توسط چيني‌ها با هزينه بسيار كم
02/0 دلار در متر مكعب توليد شود. چون حدود 40 كشور با موفقيت مشغول اجراي عمليات بارور كردن ابرها در طول مدت 40 تا 50 سال گذشته براي افزايش بارش برف و باران و جلوگيري از توفان‌هاي تگرگ و پخش مه در فرودگاهها بوده‌اند، لازم است كليه كارشناسان هواشناسي در كليه كشورها از همكاران خود در كشور چين آموزش داده شوند و با خطرهاي آب و هوا از طريق طبيعت يا به وسيله انسان به نفع بشر مبارزه كنند.
آيا مواد شيميايي باروركردن ابرها به بهداشت مردم و محيط زيست خسارت وارد مي‌كند؟
تحقيقات درمورد اثرات مضر مواد شيميايي كه در باروركردن ابرها مورد استفاده قرار مي‌گيرد هيچگونه خسارت مشهود و قابل رؤيتي را نسبت به بهداشت و سلامتي مردم و محيط زيست نشان نداده است. چون مواد مخصوص باروركردن ابرها از نظر مقدار بسيار اندك و وجود آنها در رديابي‌هاي انجام شده در بارندگي‌ها با غلظت بسيار كم است. مثلاً مقدار نقره‌اي كه در آب باران يا برف مشاهده شده است در حدود 10 تا 100 نانوگرم در ليتر (نانوگرم= يك بيليونيم گرم) است. اين غلظت كم نقره پائين‌تر از مقدار استاندار بهداشت عمومي آمريكا يعني 50 ميكروگرم در ليتر است. درمورد يد، مقدار يد موجود در نمونه گرفته شده در پايان عمليات باروركردن ابرها بسيار كمتر مقدار يدي است كه در نمك طعام مصرفي در سفره‌هاي غذاي مردمي وجود دارد.
آيا باروركردن ابر در يك منطقه مانع بارندگي عادي در منطقه‌هاي هم‌جوار مي‌شود؟
سئوال فوق‌الذكر بايد با يك جواب قاطع منفي پاسخ داده شود. بارور كردن ابر در يك مكان باعث كاهش بارندگي در مناطق هم‌جوار آن نخواهد شد. از مجموع رطوبت كه دائماً در هر منطقه جريان دارد تراكم عادي حدود 20 درصد مجموع رطوبت به شكل ابر درمي‌آيد. بارور كردن ابر باعث بارندگي بيشتر مي‌شود اگرچه ابر معمولاً 20 درصد رطوبت خود را به صورت باران از دست مي‌دهد. توليد باران مصنوعي بيشتر توسط باروركردن ابر به ميزان 20 درصد بارندگي بيشتر خواهد بود. بنابراين 8/0=(20/0×20/0×20/0) 100 يعني 8/0درصد بخار آب گرفته مي‌شود. بنابراين مجموع رطوبت هوا كه به صورت باران مصنوعي به زمين مي‌ريزد بسيار كم است. به علاوه به دليل تبخير رطوبت از جنگل‌ها و تبخير آبراهه‌هاي طبيعي و حركت ابرها به طرف بالا در مناطق كوهستاني رطوبت هوا دائماً تكميل مي‌شود. بعضي از عمليات بارور كردن ابر، افزايش كمي بارندگي را در منطقه‌هائي تا 100 مايلي منطقه هدف در جهت باد نشان داده است. بنابراين بارور كردن ابر در يك منطقه مانع بارندگي عادي در منطقه‌هاي هم جوار نمي‌شود.
باروركردن ابر و راندمان بارندگي
باروركردن ابر در صورتي براساس اصول علمي برنامه‌ريزي شود موفق خواهد بود لازم است بدانيم بعضي از ابرها به دليل عمق كم، باران توليد نميكنند. بعضي از ابرها به دليل پائين بودن و تحت شرايط عكس اتمسفر ممكن است قبل از حاصل شدن نتيجه باروركردن و بارندگي، ناپديد شوند. اغلب ابرهاي كمولوس بدون بارندگي تبخير مي‌شوند و بعضي ديگر درست در هنگام ظهور باران ناپديد مي‌شوند. يك عامل مهم مربوط به راندمان بارندگي ابرهاست. راندمان بارندگي ابرهاي كوچكي كه باران توليد نميكنند صفر است. راندمان ابرهاي با رگبار كم 10 درصد و ابرهاي سياه بزرگ 50 درصد خواهد بود. بهرحال توفان‌هاي تندري عظيم همراه با باد و باران بين 50 تا 100 درصد راندمان بارندگي خواهند داشت.
دانشمندان بر اين نكته پي برده‌اند كه ابرهائي كه سرعت حركت آنها به طرف بالا بيش از 25 متر در ثانيه است فاقد راندمان هستند.
ابرهاي كمولوس را مي‌توان براي مطالعه به 3 نوع طبقه‌بندي كرد. ابر كوچك 5/0 كيلومتر قطر و 5/2 كيلومتر عمق دارد و درجه حرارت آن در آسمان تا 8+ درجه سانتيگراد مي‌رسد. ابر متوسط يك كيلومتر قطر و حدود
5/5 كيلومتر عمق دارد و درجه حرارت آن به 8- درجه سانتيگراد خواهد رسيد. ابر كمولوس بزرگ 4 كيلومتر قطر و حدود 12 كيلومتر ارتفاع دارد و درجه حرارت آن به 50- درجه سانتيگراد مي‌رسد.
ابرها مانند انسان‌ها داراي سيكل زندگي هستند. آنها متولد مي‌شوند، رشد مي‌كنند، پير مي‌شوند و در نهايت مي‌ميرند. بعضي از ابرهاي كوچك بين 5 تا 10 دقيقه عمر مي‌كنند، ابرهاي متوسط 30 دقيقه و ابرهاي بزرگتر ممكن است به مدت يك ساعت يا بيشتر زنده باشند.
