雲の種まき：科学者たちがなぜそれを雪にしようとしているのか

水は地球上の生命のほぼすべての側面に影響を与える貴重な資源です。それはまた限られているので、人々は供給が需要を満たすことを確実にするために様々な方法を使用します。

そのような技術の1つは雲の播種です - 雨や雪の形成を促進するために大気に粒子を追加します。今日では、州や地方自治体の政府機関、公益事業、スキー場など、西部全域の多くの団体が、山の冬の降雪量を増やすために種雲をシードしています。積雪量が増えると、地元の水道に水を供給し、作物を灌漑し、水力発電のダムに燃料を供給することで、春と夏の流出量が増えます。

雲の播種は、空港での霧の分散、夏の降雨量の増加、および雹の減少の取り組みにも使用されています。実際、クラウドシーディングは、世界50カ国以上で発生しています。それでも、このすべての活動にもかかわらず、それが機能するかどうかはまだわかりません。

私たちは大気科学者であり、最近、冬の暴風から山の積雪を強化する手段として雲の播種を評価するために現地調査を実施しました。我々の結果は、少なくともある条件下では、雲粒の進化と成長を変えることが可能であり、そうでなければ起こらなかったであろう降雪をもたらすことを明確に示している。次の質問は、クラウドシーディングが米国西部の水管理者にとって効果的なツールになり得るかどうかです。

雲の中に結晶を作る

雲は水滴でできているため、降水量としては落ちません。これらの液滴は、氷点下（華氏0度（マイナス18度））またはそれ以下の氷点を大幅に下回る温度にしばしば過冷却されます。多くの状況で、氷の結晶（過冷却液体の存在下で急速に成長する可能性があります）は、かなりの量の降水を生成するために雲のために存在しなければなりません。空気が山の上に持ち上げられて形成される雲の場合、氷の結晶が存在しないか、氷の数が少なすぎると、雲を構成する水滴の多くが山の風下側で蒸発します。

冬の雲の播種は、過冷却水が雲の中に存在するとき、それが人工氷核として作用する粒子を導入することによって修正され得るという仮説に基づいています。このプロセスは氷の結晶を作り出し、それは過冷却された水を利用して十分に大きく成長し、最終的に雪のように地表に落ちます。

雲の種まきは、有名な小説家Kurt Vonnegutの兄弟である大気科学者Bernard Vonnegutによって開拓されました。 1947年に、Vonnegutの研究室はヨウ化銀が天然の氷核よりはるかに暖かい温度で氷を形成することができる効果的な氷核であることを示しました。

今後40年間で、クラウドシーディングを研究している科学者たちは、クラウド物理学のほぼすべての側面について重要な発見をしました。それにもかかわらず、2003年に、国家研究評議会は「意図的な気象改良努力の有効性についての説得力のある科学的証拠はまだない」と結論を下した。やめなさい。

スノウィへの道

なぜこれらのプログラムは、それらが機能するという科学的証拠なしに存在するのですか？答えは簡単です。西側諸国は水を必要としており、多くの意思決定者はクラウドシーディングがそれを生み出すための費用対効果の高い方法であると信じています。

ワイオミング州は2004年にパイロットプロジェクトを依頼しました。これは以前の多くの研究と同じ結論に達しました。雲の播種は降水量を増加させた可能性がありますが、その増加は暴風システムの自然変動によっても説明できます。しかし、国立科学財団によって資金を供給された姉妹プロジェクトは、新しいコンピュータモデリングツールと改良された機器がいくつかの新しい洞察を生み出すことができることを示しました。

一方、アイダホパワーカンパニーは、国立大気研究センターと協力して、同社の継続的な運用中のクラウドシーディングプログラムを評価しました。このコラボレーションから、Idaho Powerのクラウドシーディングプログラムの有効性を評価するために、新しいコンピュータモデリングツールと改良された機器を使用するというアイデアが生まれました。最終的な結果は、私たちのプロジェクト、種付けされた自然の冬の雲、アイダホの実験、またはスノーウィーでした。

ヨウ化銀から雪へ

2017年の冬には、山頂に設置したDoppler on Wheels（DOW）や研究用航空機に搭載したWyoming Cloud Radar（WCR）などの高度なレーダーを装備しました。これらのツールによって、降水量がどこでいつ発生しているのかを判断するために、クラウドにピアリングすることができました。

雲にヨウ化銀粒子を播種した後、研究用航空機の翼から吊り下げたイメージングプローブを使用して、平面が播種領域を出入りするときの雲粒子の詳細を調べました。私たちの10週間の現場プロジェクトに入ってわずか2週間で、私たちのレーダーは雲の種まきから生じる最初の否定できない降水量の信号を検出しました。

私たちは、ヨウ化銀粒子を放出すると氷の結晶が形成され始め、これらの結晶が雪の中に成長して山の表面に落下したという明確で明白なシグナルを見ました。播種の影響を受けた地域内では、氷晶濃度が数百倍も増加し、雪が形成されました。対照的に、播種されていない雲の地域ではたった1キロ離れたところで、雲は大部分が小さな液滴で構成され、大部分は氷を欠いていました。

私たちが見たのは、実際にはクラウドシーディングによるものだと私たちはどのように言うことができるでしょうか。ある場合には、航空機は風向に垂直な直線軌道に沿って前後に通過し、ヨウ化銀を放出した。ヨウ化銀は、ジグザグのプルームの形で雲の中を風下に分散し始めました。これは、航空機の飛行パターンによって作成されたパターンで、自然には起こりませんでした。雲の中のヨウ化銀がいつどこで放出されたかに基づく予測と一致するジグザグパターンでレーダーエコーが形成されるのがわかりました。

クラウドシーディングは違いを生むことができますか？

雲の播種が降雪につながる可能性があることがわかったので、山の範囲全体で水のバランスを変えることができるかどうかを確認したいと思います。 SNOWIEからのデータは、雲の播種が季節の降雪にどのように影響するかについての私たちの考えをテストし、その影響を定量化するためにコンピュータモデルで使用されます。最終的には、水管理者や公務員は、クラウドシーディングのためにどれだけの量の降水量を増やすことができるか、そしてそれが地元の流域での降水量を増やすための費用対効果の高い方法かどうかを知りたいでしょう。

イリノイ大学のRobert M. Rauber氏、コロラド大学のKatja Friedrich氏、ワイオミング大学のBart Geerts氏、国立大気研究センターのRoy Rasmussen氏およびLulin Xue氏、そしてアイダホ電力会社のMel Kunkel氏およびDerek Blestrud氏この記事で説明したSNOWIE研究に参加しました。

この記事は、もともとJeffrey FrenchとSarah TessendorfによってThe Conversationに掲載されました。ここで元の記事を読んでください。