ابرهای باران زا و باران مصنوعی

ابر چیست ؟

ابر تودهای متراکم از بخار است که در طبقات پایینی و میانی اتمسفر تشکیل میشود. عناصر تشکیل دهنده این توده بخار همان عناصر تشکیل دهنده مایعات سطح سیاره میباشند. در مورد سیاره زمین، ابرها از بخار آب تشکیل شدهاند.

نامگذاری ابرها

در نامگذاری ابرها از کلمات لاتین با ریشه یونانی استفاده میشود. این نامگذاری با توجه به نوع و شکل و همچنین خصوصیات ابر انجام میگیرد.

انواع ابرهای باران زا

- کومولوس (کومهای): نشانه هوای خوب و ملایم.

این ابرها اغلب ساختمان گلکلمی داشته و سطح بالای آن حالت گنبدی دارد و متشکل از قطعات کوچک ابرهای سفید پنبهای است.

ابرهای کومولونیمبوس

- کومولونیمبوس (کومهای بارا): به همراه رعد و پیامآور طوفان.

این ابرها از تودههای بزرگ و انبوه ابر که به شکل برج عظیمی است، تشکیل میگردند.

ابرهای آلتوکومولوس

- آلتوکومولوس (فرازکومهای): معرف باران احتمالی.

این ابرها شامل لایهها و یا تکههای بزرگ گوی مانندی از قطرات زیر آب بوده که معمولاً به صورت شیار و یا امواج نسبتاً منظمی مشاهده میگردد.

ابرهای استراتوس

- استراتوس (پوشنی): نشانهٔ نرمه باران احتمالی.

نوع اصلی این ابر لایهای یکدست و شبیه مه میباشد. و معمولاً به صورت تودهٔ متراکمی از بخار آب که قطر آن در همهجا یکسان است، مشاهده میگردد. ارتفاع این ابر از سطح زمین بسیار کم است.

ابرهای نیمبواستراتوس

- نیمبواستراتوس (بارا پوشنی): نشانهٔ ریزش باران و یا برف ممتد.

ابرهای آلتواستراتوس

- آلتواستراتوس (فرازپوشنی): نشانه ریزش احتمالی باران ملایم.

این ابرها به صورت لایههای یکنواخت و متحدالشکل خاکستری یا متمایل به آبی به صورت ترکیبی از الیاف، آسمان را میپوشانند.

ابرهای سیروس

- سیروس (پَرسا): معرف هوای آرام و خوب.

این ابرها از مرتفعترین ابرها بوده واغلب به صورت پر مانند و سفید رنگ و شفاف (مملو از بلورهای یخ) در آسمان دیده میشوند.

ابرهای سیرواستراتوس

- سیرواستراتوس (پرساپوشنی): معرف نزدیک شدن هوای طوفانی بوده

این ابرها را میتوان سیروسهای نازک تور مانندی دانست که از ابرهای کوچک سفید و به هم فشرده به شکل گوله پشمی شکل یافتهاند. ظهور این ابرها، علامت نزدیک شدن هوای طوفانی بوده و به همین لحاظ، این ابرها را میتوان پیش از فرارسیدن هوای بد و یا حالتهای طوفانی هوا، مشاهده نمود.

ابرهای سیروکومولوس

- سیروکومولوس (پرساکومهای): پیامآور هوای صاف و آرام.

ساختمان آنها اغلب متشکل از قطعات سفید رنگ بوده و معمولاً پیش از ابرهای سیروس در آسمان ظاهر میشوند.

ابرهای استراتوکومولوس

- استراتوکومولوس (پوشنیکومهای):

این ابرها دارای رنگی تیره و یا سفید متمایل به خاکستری بوده معمولاً به صورت دسته یا خطوط و یا تودههای کروی مانند بزرگ و امواج کروی از ابرهای خاکستری با فواصل و شکافهای روشن تشکیل میگردد. فاقد شرایط بارندگیهای رگباری است.

- فراکتوکومولوس (کومهای پارهپاره)

- فراکتواستراتوس: (پوشنی پارهپاره)

- پیروکومولوس (آتشکومهای)

این نوع ابر پدیده گرمایی است که در اثر گرم شدن سریع و شدید یک ناحیه و تبدیل آن به رسانای گرما ایجاد میشود و در نهایت به ابر کومولوس تبدیل میگردد. آتشفشانها، آتشسوزیهای جنگلی، و انفجارهای هستهای (به شکل ابر قارچی شکل) همگی از دلایل اصلی تشکیل ابرهای پیروکومولوس بهشمار میآیند.

رنگ ابرهای باران زا

احتمال بسیاری کمی وجود دارد تا ابرهای سفید باعث ریزش باران شوند. اما در مقابل ابرهایی که تیره تر هستند اغلب اوقات با باران همراه می شوند. بله این امر که بسیاری از ابرهای سفید باران زا نیستند در حالی که ابرهای باران زا معمولا دارای رنگی متمایل به خاکستری تیره هستند به طور کامل شناخته شده است . اما چرا ابر های باران زا تیره هستند؟

بر خلاف ذرات اتمسفر که بیشتر باعث پراکندگی نور آبی نسبت به دیگر نور های می شوند, ذرات ریز ابر تمام نور ها را به یک اندازه پراکنده می کنند پس بعد از عبور نور از ابر ها به دلیل اینکه ابر ها تمام نور ها را به یک اندازه پراکنده می کنند ابر به رنگ سفید دیده می شود. خوب دلیل تیره بودن ابر های باران زا نسبت به ابر های معمولی ضخامت و ارتفاع آن ها است. زمانی که یک ابر در اثر نگه داشتن بیشتر قطرات آب و بلور های یخ متراکم تر و ضخیم تر می شود نور نمی تواند به صورت کامل تمام عرض ابری که ضخیم شده است را عبور کند پس فقط تا جایی که نور توانسته است عبور کند و پراکنده شود به رنگ سفید دیده می شود اما نواحی ای که نور نتوانسته یا کمتر توانسته است نفوذ کند به رنگ تیره دیده می شوند. این اثر زمانی برجسته تر می شود که ابرها تعداد زیادی قطرات آب را در خود جای داده باشند زیرا در این هنگام ابر ها مسیر کمتری نور را از خود عبور می دهند و باعث می شوند تا عرض بیشتری از ابر به رنگ تیره دیده شود.

نحوه تولید و ایجاد باران، تگرگ، برق

هواشناسان در مورد تشکیل ابر کومولونیمبوس مطالعه کرده اند تا نحوه تولید و ایجاد باران، تگرگ، برق (نور) را بیابند. یافته ها نشان می دهد که کومولونیمبوس طی مراحل زیر باران ایجاد می کند.

1ـ حرکت ابرها: ابتدا ابرها با نیروی باد به حرکت در می آیند، قطعه های پراکنده و کوچک که کومولوس نام دارند با نیروی باد به یکدیگر فشرده شده و در یک منطقه تجمع می یابند و ابرهای کومولونیموس را می سازند.

2ـ اتصال: ابرهای کوچکتر به یکدیگر متصل و ابرهای بزرگتر را تشکیل می دهند.

3ـ تراکم و انبوه شدن: وقتی ابرهای کوچکتر به هم می پیوندند و ابرهای بزرگتر را می سازند در ابرهای بزرگ حرکت و رشد عمودی به سمت بالا صورت گرفته که این پدیده در مرکز ابرها بیشتر از لبه ها و کناره های آن رخ می دهد و بعد از این رشد رو به بالا موجب کشیده شدن توده ابر به بالا و رسیدن به ناحیه سردتر اتمسفر (جو) که محل تشکیل قطره های آب و تگرگ است می شود. و قطره های آب و تگرگ، بزرگتر و سنگین تر شده و حرکت رو به بالای آنها متوقف می شود و به صورت قطره های باران و تگرگ فرود می آیند.

�آیا ندیدی که خدا ابرها را از هر طرف براند تا به هم بپیوندد و باز انبوه و متراکم سازد، آنگاه بنگری قطرات باران از میان ابر فرو ریزد و نیز از جبال و کوه ابر آسمان تگرگ فرو ریزد که آن به هر که خدا خواهد اصابت کند و از هر که خواهد بازدارد (تا تگرگش زیان نرساند) و روشنی برق چنان می تابد که خواهد روشنی دیده ها را از بین ببرد.� (سوره نور ـ آیه 43)

مترولوژیستها (هواشناسان) تنها در دهه های اخیر با کمک وسایل پیشرفته مانند هواپیما، ماهواره، کامپیوتر، بالون و ...... به مطالعه بادها، جهت آنها و اندازه گیری رطوبت، تغییرات آن رطوبت، تعیین سطح فشار اتمسفر، تغییرات آن پرداخته و به جزئیات شکل گیری ابرها و ساختمان و نحوه عمل ابرها پی برده اند.

آیه مذکور پس از باران و ابر در مورد تگرگ و برق صحبت می کند:

خداوند از کوههای آسمان (ابر) تگرگ فرو ریزد که به هر که خدا خواهد اصابت کند و از هر که خواهد باز دارد و روشنی برق چنان بتابد که خواهد روشنی دیده ها را از بین ببرد. (سوره نور ـ آیه 43)

مترولوژیستها (هواشناسان) دریافته اند که ابرهای کومولونیمبوس که حامل تگرگ هستند تا ارتفاع 25000 الی 30000 پا (فوت) (7/4ـ7/ 5مایل) می رسند شبیه رشته کوههایی مانند آنچه در قرآن آمده: � او تگرگ را از رشته کوههای (ابرهای حجیم و پر ارتفاع) در دل اسمان فرو فرستاد.�

حال این سوال مطرح می شود که چرا در این آیه گفته شده� برق و نورش�؟ و منظور اینکه برق و نور به تگرگ نسبت داده شده چه می تواند باشد؟ آیا به این معنی است که تگرگ عامل مهم تولید برق است؟ اجازه دهید آنچه در کتاب �مترولوژی امروز� هوا شناسی گفته شده را ذکر کنیم. همین که تگرگ از قسمت سرد و یخچالی ابر فرو می ریزد یعنی همان جایی که بلورهای یخ در آن تشکیل می شود، ابرها باردار می شوند و قطره های آب با تگرگ به هم برخورد کرده یخ می زنند و باقی مانده گرمای خود را از دست می دهند. سطح تگرگ گرمتر از اطراف خود بلور است. وقتی تگرگ با بلور یخ مجاور و مماس می شود یک پدیده مهم رخ می دهد. کلاً الکترونها همیشه از ناحیه سردتر به نقطه گرمتر حرکت می کند. در همین حال وقتی قطره های خیلی سرد و یخ زده در تماس با یک دانه تگرگ قرار می گیرند همین پدیده رخ می دهد و از این رو تگرگها بار منفی گرفته و قطرات بسیار سرد یخ بار مثبت می گیرند و در برخورد با تگرگ خرد و متلاشی می شوند حال ذرات خرده شده یخ سبکتر شده و به لایه های بالایی ابر صعود می کنند و تگرگ با بار منفی باقی مانده و در لایه های زیرین و بستر ابر قرار می گیرد. بنابراین لایه های زیرین ابر کلاً دارای بار منفی بوده و سپس این بار منفی به صورت برق به زمین تخلیه می گردد.

نتیجه می گیریم که تگرگ نقش مهمی در تولید و ایجاد برق دارد.

کل این اطلاعات در سالهای اخیر بدست آمده است اصولاً تا 1600 بعد از میلاد نظرات ارسطو در هواشناسی (مترولوژی) مطرح و غالب بوده است، مثلاً او معتقد بود که اتمسفر دارای دو نوع هوا است، هوای مرطوب و هوای خشک و رعد صدای حاصل از برخورد هوای خشک با ابرهای مجاور را می دانست و برق و نور را حاصل از شعله ور شدن و سوختن هوای خشک با شعله ضعیف و نازک تعریف می کرد و اینها عقاید هواشناسی بود که در 1400 سال پیش یعنی زمان نزول قرآن مطرح و غالب بود.

باروری ابرها

باروری ابرها یا ابرآمایی بهعنوان متداولترین و بهترین روش شناختهشده تعدیل آب و هوا، افزودن مواد به داخل یک ابر با هدف تقویت تشکیل و رشد.

�بلورهای یخ� در ابرهای سرد (بیشتر حجم ابر در دمای زیر صفر درجه سلسیوس است) و رشد قطرکهای درون ابرهای گرم (بیشتر حجم ابر دارای دمای بالای صفر درجه سلسیوس است) و درنتیجه افزایش بارش برف یا باران میباشد. به عبارت دیگر باروری ابرها روشی جدید برای تأثیرگذاری بر روی ابرهای طبیعی است که در آن با استفاده از مواد شیمیایی آب بیشتری از ابر به شکل باران یا برف گرفته میشود. بیشترین عواملی که در باروری ابرها برای تولید باران سرد و طرحهای باروری ابرها برای تقویت بارش برف به کار میروند یدید نقره و یخ خشک (دیاکسید کربن منجمد) هستند. عواملی دیگر مانند گازهای مایع (به عنوان مثال نیتروژن مایع) نیز میتوانند برای بارور کردن ابرها در این دسته مورد استفاده قرار گیرند.

تعدیل آب و هوا

تعدیل آب و هوا تلاش بشر جهت ایجاد تغییر کوتاهمدت آب و هوای طبیعی است که در بیشتر مناطق دنیا بهمنظور افزایش بارش از ابرها، کاهش اثرات منفی �طوفانهای تندری�، کاهش تگرگ از طوفانهای تگرگ و از بین بردن مه در فرودگاههای پرترافیک یا بزرگراهها انجام میشود. افزایش تقریبی۱۰ تا ۲۰ درصد بارندگی سالیانه، باعث افزایش بالا آمدن سطح آب رودخانهها و دریاچههای مورد استفاده برای آشامیدن، کشاورزی و تولید نیروی برقآبی میشود. برای مثال در اندونزی هدف از باروری ابرها افزایش ذخیره آب مخازن برای استفاده در سالهای خشکسالی، در استرالیا به وجود آمدن برف بیشتر، بهبود صنعت توریسم در ارتفاعات برفی و در چین، علاوه بر افزایش بارش، گاهی جهت کاهش دمای تابستان و در نتیجه کاهش مصرف برق برای تهویه مطبوع میباشد. از میان تمام کاربردهای تعدیل آب و هوا، بیشتر پروژههای عملیاتی بر افزایش بارش متمرکز است.

باروری ابرها چگونه عمل میکند؟

در باروری ابر سرد ورود مادهای هسته ساز مانند یدید نقره، که دارای ساختار کریستالی شبیه به یخ است بدون سرد کردن محیط باعث انجماد قطرکهای اَبَر سرد میشود (هستهسازی ناهمگن). اما یخ خشک یا نیتروژن مایع محیط اطراف خود را به حدی سرد میکنند که بلورهای یخ میتوانند خود به خود از فاز بخار هستهسازی کنند. برخلاف باروری با یدید نقره، این هسته سازی خود به خودی، نیازی به وجود هیچ قطرک یا ذرهای ندارد چرا که این روش فوق اشباع بسیار بالایی در نزدیکی ماده باروری ایجاد میکند. اساس باروری ابرها بخصوص در عرضهای میانی، بر اختلاف فشار بخار اشباع روی آب و یخ است؛ بنابراین هنگامی که ذرات یخ در ابرهای فوق سرد شکل میگیرند، به دلیل فشار بخار اشباع کمترشان نسبت به قطرکهای آب، در مجاورت این قطرات مایع رشد کنند. اگر ذرات به اندازه کافی رشد کنند بصورت برف (یا، اگر ذوب رخ دهد، باران) از ابرها سقوط میکنند در غیر این صورت بارشی رخ نمیدهد. این فرایند به عنوان �باروری استاتیکی� شناخته میشود. در استراتژی باروری �دینامیکی� فرض بر این است که گرمای نهان اضافی ناشی از تغییر فاز مایع به جامد در ابر، باعث افزایش شناوری، تقویت جریانات بالارونده، تضمین بیشتر همگرایی سطوح پایین و در نهایت رشد سریع ابرهای منتخب میشود. مواد شیمیایی باروری ابر ممکن است توسط هواپیما یا توسط دستگاههای پخش کننده واقع بر روی زمین (ژنراتورها) وارد ابر شوند. در روش باروری با هواپیما، یدید نقره در هنگام پرواز هواپیما در داخل ابر سوزانده و پخش میشوند. در باروری با ژنراتورهای زمینی، ذرات ریز پس از خروج از ژنراتور توسط جریان هوا در مسیر باد و به سمت بالا قرار گرفته و وارد ابر میشوند و بارور میشوند.

باروری ابرها در ایران

قبل از انقلاب اسلامی

پروژههای باروری ابرها در ایران ابتدا توسط وزارت نیرو از سال ۵۳ الی ۵۷ با همکاری یک شرکت کانادایی و با استفاده از یک فروند هواپیما و تعدادی ژنراتورهای زمینی تصعیدکننده یدید نقره بر روی حوزه آبریز سد کرج و جاجرود انجام شد.

بعد از انقلاب اسلامی

باروری ابرها طی سالهای ۶۸ الی ۷۴ بصورت پراکنده و با استفاده از ژنراتورهای زمینی در ارتفاعات شیرکوه یزد به اجرا درآمد. سپس با ابلاغ وزیر وقت نیرو در بهمن ماه ۱۳۷۵، مرکز ملی تحقیقات و مطالعات باروری ابرها در یزد تأسیس و از سال ۱۳۷۶ رسماً آغاز به کار کرد. پس از تشکیل این مرکز، از سال ۷۷ با همکاری رصدخانه آب و هواشناسی روسیه انتقال تکنولوژی باروری ابرها به ایران در قالب یک طرح ۵ ساله شامل اجرای پروژههای باروری ابرها (یزد-۱، یزد-۲، یزد-۳ و یزد-۵)، تجهیز مرکز به امکانات و تجهیزات لازم (تجهیز دو فروند هواپیمای آنتونوف ۲۶ به تجهیزات شلیک پیروپاترونهای یدید نقره و تزریق نیتروژن مایع و نصب و راهاندازی سه دستگاه رادار هواشناسی آکسوپری) و آموزش پرسنل ایرانی در قالب سه گروه عملیات پروازی، رادار و تجهیزات، مطالعات و ارزیابی صورت پذیرفت. پس از پایان ۵ دوره اجرای طرح باروری ابرها که با حضور متخصصین روسی به همراه انتقال تکنولوژی و آموزش کارشناسان صورت پذیرفت اولین پروژه اجرای مستقل توسط کارشناسان ایرانی در تابستان ۸۷ در استان گیلان به انجام گرفت. این مرکز از آن زمان تاکنون پروژههای متعدد اجرایی و مطالعاتی باروری ابرها در مناطق مختلف کشور به اجرا گذاشته است.

منابع

دانشنامه جهانی ویکیپدیا http://en.wikipedia.org

• سایت آلمانی معرفی ابرها www.clouds-online.com

• سایت دانشگاه ریچموند امریکا http://oncampus.richmond.edu

• کتاب مرجع دریانوردی The Mariner’s Handbook

http://www.beytoote.com

دسته بندی :