بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روش های باروری ابرها و تولید باران های مصنوعی استفاده از ژنراتور های میعان ساز زمینی است. این ژنراتور ها معمولاً در مناطق مستعد نصب می شوند. از مهمترین چالش های کاربرد این تجهیزات جهت بارورسازی ابرها سیستم کنترلی آنها می باشد که باید در موقع مناسب، نسبت به شرایط محیطی واکنش نشان دهد. در این مقاله یک سیستم کنترلی جامع مبتنی بر کنترل فازی پیشنهاد گردیده است. با توجه به قابلیت ها و مزایای این سیستم کنترلی، می توان از آن جهت کنترل هوشمند ژنراتور های میعان ساز زمینی استفاده نمود.
.1 مقدمه
امروزه استفاده از تکنولوژی های جدید سبب شده تا به صورت بهینه بتوان فرایند های طبیعی را در خدمت گرفت. یکی از این فرایندها ایجاد بارش های مصنوعی و بارور سازی ابر ها به صورت مصنوعی می باشد. بارورسازی ابرها برای اولینبار در سال 1946 در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت جنرال الکتریک امریکا توسط وینسنت شیفر مشاهده شد. او بلورهای یخ خشک با دمای -78 درجه سلسیوس را به داخل ابرهای مصنوعی تولیدشده در اتاقک ابر که حاوی قطرکهای ابر سرد بودند را رها کرد و مشاهده نمود قطرکهای ابر سرد از طریق فرایند انجماد به بلور یخ تبدیل شده و بهصورت برف در ته اتاقک ابر ریزش نمودند. بدینگونه شواهد آزمایشگاهی از بارورشدن ابرها بهدست آمد.
همزمان با این تحقیقات، دکتر لانگمویر برنده جایزه نوبل، یک آزمایش میدانی روی یک ابر پوششی روی کوه گریولاک در شرق شنکتدی متعلق به ایالت نیویورک انجام داد. دمای این ابر که در ارتفاعی حدود 4270 متر از سطح زمین قرار داشت -20 درجه سلسیوس بود.[1-4] لانگمویر، 1/36 کیلوگرم یخ خشک را در مسیری خطی با طول حدود 3 مایل روی این ابر پاشید و مشاهده کرد در مدت 5 دقیقه تمامی محتوای آب ابر به برف تبدیل شد. بنا به تعریف، تولید باران با استفاده از هرعمل مصنوعی که با تحریک و تغییر در فرآیندهای درونی ابر همراهاست، باروری ابر نامیده میشود
معمولاً باروری ابرها با اضافهکردن موادی خاص به نام عاملهای باروری انجام میشود. در واقع باروری ابرها نوعی رفتار هوشمندانه با ابرها و سیستم های ابری در جهت افزایش بارش در ابرهایی است که فرایندها و پتانسیل های بارش در داخل آنها در حال شکلگیری و اجرا است. مهمترین هدف برای باروری ابرها، افزایش میزان بارش، جلوگیری از بروز بلایای طبیعی از قبیل سیل، تگرگ، رعد وبرق، انتقال زمانی و مکانی بارش، زدودن مه مزاحم، تعدیل آب وهوا، تولید برف در ارتفاعات و... است. در حال حاضر حدود 40 کشور جهان، برنامههای باروری ابرها را انجام میدهند. جو زمین، حاوی مقادیر متغیری از بخار آب است.
مقدار این بخار آب، رابطه مستقیمی با دمای هوا دارد. با رسیدن دما به 12 درجه، هوا از بخار آب اشباع میشود. اگر سرد شدن ادامه یابد، میزان بخار اضافه برمیزان مورد نیاز برای حفظ حالت اشباع، به قطرات ابر تبدیل میشوند. بهترین روش برای بارور کردن ابرها، افزایش هستههای میعان در ابر است. یکی از روش های باور سازی ابر ها میعان سازی آن توسط ژنراتور های میعان ساز زمینی است
در مناطقی که امکان باروری ابرها به روش هوایی وجود ندارد و یا در مناطقی که ابرها در ارتفاع پایین تر از منطقه پرواز هواپیما شکل می گیرد و یا مناطقی که هواپیما نمی تواند در آنجا پرواز کند از ژنراتورهای زمینی برای بارورسازی ابرها استفاده می گردد.
بازدهی استفاده از ژنراتورهای زمینی در باروری ابرها بسته به شرایط متغیر است اما به طور متوسط این ژنراتورها 15 درصد بارش باران را افزایش خواهند داد.[8] یکی از چالش های مهم در کاربرد این ژنراتورها کنترل پیچیده آنها با توجه به شرایط محیطی و جوی می باشد. در این مقاله سعی شده است با طراحی یک سیستم کنترلی مبتنی بر روش های های فازی مشکلات کنترلی این تجهیزات بکاهش یافته و راندمان آنها را افزایش داد. شکل 1 نمونه ای از نحوه پاشیدن مواد بارور کننده به صورت هوایی و زمینی را نشان می دهد.
شکل - - 1 نمونه ای از نحوه پاشیدن مواد بارور کننده به صورت هوایی و زمینی
.2 فناوری تعدیل آب و هوا از نگاه سازمان و انجمنهای معتبر جهانی
با توجه به اهمیت و گستردگی برنامههای تعدیل آب و هوا در دنیا و استقبال بسیاری کشورها از این فناوری، طی 50 سال گذشته عمدتاً چهار انجمن و سازمان معتبر اعم از سازمان هواشناسی جهانی، جامعه مهندسین عمران آمریکا، انجمن تعدیل آب و هوای آمریکا و انجمن هواشناسی آمریکا بسیاری از فعالیتهای تعدیل آب و هوا را هدایت و نظارت میکنند.[9-11] برخی از نکات و مطالب مهم بیانیههای منتشر شده به شرح زیر است:
1. بایستی به تعدیل آب و هوا به عنوان بخشی از استراتژی مدیریت یکپارچه منابع آب نگاه شود.
2. امکان تغییرات گسترده ساختار ابرها از منطقهای به منطقه دیگر وجود دارد. از اینرو نتایج باروری در یک منطقه جغرافیایی را نمیتوان به منطقه دیگر تعمیم داد.
3. پیامدهای ناخواسته باروری ابرها از جمله اثرات پایین دست باد و یا اثرات زیست محیطی و اکولوژیکی آن ثابت نشدهاند، اما نمیتوان رد کرد.
4. قابلیت تأثیرگذاری بر ریزساختارهای ابر از طریق مشاهدات آزمایشگاهی، شبیهسازی مدل های عددی و اندازهگیریهای فیزیکی در برخی سیستمهای طبیعی همچون مه، ابرهای لایهای و ابرهای کومولوسی تأیید شده.
5. پیچیدگی و تغییرپذیری ابرها، شناخت و آشکارسازی تأثیر تعدیل مصنوعی آب و هوا را با مشکلات بزرگی مواجه ساخته است.
6. مطالعات منتشر شده حاکی از این است که تاکنون یدیدنقره هیچگونه تاثیر معنی داری بر سلامت و محیط زیست مردم نداشته است.
7. تاکید میشود انرژی موجود در سیستمهای آب و هوایی به قدری زیاد است که خلق سیستم های ابری بارانزا، تغییر الگوی باد به منظور آوردن بخارآب به یک منطقه و یا حذف کامل پدیدههای جوی شدید غیرممکن است.
.3سیستم های فازی
منطق فازی برای اولین بار در سال 1960 توسط دکتر لطفی زاده ، استاد علوم کامپیوتری دانشگاه برکلی کالیفرنیا ابداع شد.مقاله کلاسیک پرفسور لطفی زاده درباره مجموعه فازی که در سال 1965 به چاپ رسید، سرآغاز جهتی نوین در علوم و مهندسی سیستم و کامپیوتر بود. سیستم های فازی سیستم ها مبتنی بردانش یا قواعد می باشد
قلب یک سیستم فازی یک پایگاه دانش بوده که از قواعد اگر-آنگاه فازی تشکیل شده است. یک قاعده اگر-آنگاه فازی یک عبارت اگر – آنگاه بوده که بعضی کلمات آن بوسیله توابع تعلق پیوسته مشخص شده اند. بطور خلاصه نقطه شروع ساخت یک سیستم فازی بدست اوردن مجموعه ای از قواعد اگر – آنگاه فازی از دانش افراد خبره یا دانش حوزه مورد برسی می باشد. مرحله بعدی ترکیب این قواعد در یک سیستم واحد است. منطق فازی روشی برای پردازش وقایع غیر قطعی ارائه میکند، دققاًی آنچه که در طبیعت و زندگی روزمره با آن در ارتباط هستم. در منطق فازی با مقادیری غیر قطعی و تقریبی کار میکنیم.
.4ژنراتور های میعان ساز
ژنراتورهای میعان ساز زمینی، مواد بارور کننده ابرها را در آسمان منتشر می کنند، این ژنراتور ها انواع مختلفی دارند اما همه آن ها از تعدادی حسگر و بردهای الکتریکی و یک مخزن تشکیل شده اند. بردهای الکتریکی کار کنترل از راه دور ژنراتورها را برعهده دارند. ابعاد این ژنراتورها خیلی بزرگ نیست اما باید تعدادی از آن ها در یک منطقه نصب شود و منطقه حالت یک سایت را داشته باشد.از آنجا که تعداد نسبتاً زیادی از این ژنراتورها باید در سطح یک منطقهی هدف پراکنده شود، و هر کدام از این ژنراتور باید به صورت بلادرنگ و با توجه به شریط جوی و در لحظه عبور بیشترین ابرها از آن منطقه عمل کند، فرایند کنترل بسیار پیچیده می گردد.
لذا سیستم کنترلی از روش های کلاسیک پاسخ مطلوبی را در بر نخواهد داشت بنابراین باید از یک روش مدرن مانند روش کنترل فازی هر یک از ژنراتور ها کنترل گردد. پس از پردازش اطلاعات و تعیین روشن شدن ژنراتور مورد نظر، آن ژنراتور باید مواد بارورکننده ابر که همان یدید نقره است به صورت تصعید در هوا منتشر کند. در واقع استفاده از ژنراتورهای زمینی که یکی از روش های مناسب و موفق باروری ابرها در مناطق کوهستانی است، تزریق یدید نقره به ابرها از روی زمین است که از طریق ژنراتورها به هوا انجام می شود و این عملیات موجب بارور شدن ابرهای سرد و افزایش میزان بارش می شود.
حدود 20 تا 35 دقیقه زمان نیاز است تا مواد بارور کننده در داخل ابر به حداکثر کارآیی برسد. این مواد در داخل ابرها مانند هسته های یخ ساز عمل می کند، قطرات آبی که در ابرها وجود دارد، در اطراف این هسته هاجمع می شود، سپس هسته ها رشد و در نهایت سقوط می کند و بدین ترتیب موجب افزایش بارش می شود.
.5کنترل فازی ژنراتور های میعان ساز
کنترل فازی یک روش جایگزین عملی برای روش های کنترل معمولی است وقتی سیستم ها بعضی از مشخصات عملی عمومی را دنبال می کنند و فهم فرآیند با جزئیات آن ناشناخته بوه یا مدل های سیستم قدیمی پیچیده می شوند. قابلیت کسب کیفی علامت ها در یک سیستم کنترل بر پایه پدیده قابل مشاهده یک ویژگی اصلی از کنترل نامشخص است.
این جنبه های کنترل نامعلوم در متون تحقیقاتی مختلف نشان داده شده اند. توانایی استدلال نامشخص برای کسب فعالیت های کیفی سیستم ، و نحوه ی اجرای این نظریه کیفی در وضعیت زمانی واقعی مشخصه جذابی برای سیستم های کنترل دما می باشد. سیستم فازی پیشنهادی در شکل 2 نمایش داده شده است .همانگونه که در این شکل مشاهده می گردد، داده ها ابتدا توسط سنسورها در حلقه فیدبک جمع آوری گردیده و متناسب با داده های دریافتی موتور استنتاج فازی تصمیمات لازم را برای یک خروجی بهینه اتخاذ می کند. برای درستی آزمایی این رویکرد پیشنهادی یک بسته آزمایشی از داده های مربوط به پارامترهای تأثیر گذار بر روی ابرهای باران زا را مورد مدل سازی و شبیه سازی قرار داده شد.
