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Könnte dieses Wissenschaftlerteam angesichts der bevorstehenden Dürre Beweise für die Wirksamkeit von Wolkensämereien erbringen?

2020

Die Forscher hatten bereits Anfang Januar vier Flüge unternommen, bevor sie die ersten Hinweise darauf sahen, wonach sie suchten. Die Besatzung aus Meteorologen, Atmosphärenforschern und Studenten hatte sich in der Nähe des Snake River Basin in Idaho zusammengeschlossen, einer hufeisenförmigen Senke zwischen den Gebirgszügen der Rocky Mountains, die an ihrer breitesten Stelle 200 Kilometer lang ist. Die meisten der berühmten Spuds des Staates stammen aus diesem Ackerland. An jedem Tag, an dem das Wetter stimmte - Wolken, die die perfekte Menge an unterkühlter Feuchtigkeit bei idealer Temperatur und Höhe enthielten -, flog das Team in die Flusen, ließ Silberjodid fallen und beobachtete, ob mehr Schnee fiel als dort Wären sie zu Hause geblieben und hätten an ihrem Silber festgehalten.

Es heißt Cloud Seeding. Und die Menschen pflanzen seit etwa 70 Jahren kleine chemische Samen in aufgedunsene weiße Massen, in der Hoffnung, das Wetter zu ändern. Aber nach all der Zeit weiß niemand genau, wie gut es tatsächlich funktioniert: wann oder sogar wenn die Praxis mehr Schnee fallen lässt oder wie. Genau das hatte das Team hinter SNOWIE - eine Abkürzung für Seeded and Natural Orographic Wintertime Clouds: das Idaho-Experiment - herausgefunden.

„Diese Fragen gab es schon von Anfang an“, sagt Bob Rauber, einer der wichtigsten Forscher von SNOWIE und Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Er hat das Phänomen seit den 70er Jahren untersucht. Obwohl Wissenschaftler über ein Computermodell verfügen, das theoretisch den Erfolg berechnet, „wissen wir nicht, ob es richtig ist, weil wir es nicht validieren konnten“, sagt er.

Am Tag des fünften Fluges, dem 19. Januar 2017, saß der Forschungsleiter Jeff French, ein Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Wyoming, in einem winzigen King Air-Flugzeug. Der Pilot flog auf 14.000 Fuß und dann ein paar Tausend zurück. Die Luft direkt über ihnen war etwa 5 bis 14 Grad Fahrenheit, optimal für die unterkühlten Flüssigkeiten, die für die Herstellung von Schnee benötigt werden. Das Radar des Flugzeugs summte, ebenso wie Instrumente, die Informationen über Luftdruck, Temperatur, Wasserdampf und Wind sammelten. Die Messungen flossen in eine Reihe von Computer-Prozessor-Racks, die in den Viersitzer gepackt waren, sodass er wie das Innere einer Soundkabine aussah.

French wusste, dass in einer Höhe von 1.000 Fuß ein zweites Flugzeug Fackeln aus Silberiodid ausstieß, deren Zylinder wie Feuerwerkskartuschen aufgereiht waren, bevor eine Show begann. Diese schwelten entweder an Ort und Stelle im Flugzeug und hinterließen eine Spur von Partikeln, die nach unten trieben, oder sprangen von ihren Flügeln und brannten aus, als die Schwerkraft sie auf die Erde hinunterzog. Aber Franzosen konnten das andere Flugzeug nicht sehen. Tatsächlich konnte er nicht viel sehen. Das ist die Sache mit dem Fliegen in einer Wolke. Was er sehen konnte, war ein Feed vom Radar des Flugzeugs in Echtzeit, der die Struktur der Wolke über und unter ihm zeigte, und er konnte beobachten, wie sich Größe, Form und Konzentration der Wolkenteilchen änderten .

Unsichtbar unter ihm erhob sich das Land an seinen höchsten Stellen zerklüftet und baumlos, weiß getüncht. Wenn diese gefrorene Schneedecke jedes Frühjahr schmilzt, fließt sie in das Becken darunter und versorgt die Bewohner von Idaho nicht nur mit Haushaltswasser, sondern auch mit Strom von den Staudämmen, die einen Großteil des Staates mit Strom versorgen.

Das Schiff über Französisch flog hin und her und hinterließ Silberjodid und, wenn sie erfolgreich waren, Schnee, der im Zickzack über die Berge trieb. Sein Flugzeug kreuzte dann durch diese Federn, und seine Instrumente konnten erkennen, was French selbst nicht konnte: Sie konnten Spitzen im Reflexionsvermögen erkennen, die bedeuteten, dass Eiskristalle blühten, sie bei der Fahrt mit dem Wetter beobachten und vielleicht erkennen, ob tatsächlich Schnee aufgetaucht war Die silbernen Chemikalien waren gefallen.

Auf dem Boden unten suchten Radargeräte an zwei abgelegenen Standorten in den Bergen nach denselben Messwerten. Diese Instrumente waren von Studenten besetzt, die mit dem Schneemobil die Pisten hinauffuhren, und sahen als erste einen Zickzack, der andeutete, dass sie tatsächlich Schnee machten.

ES GIBT ETWAS VERFÜHRENDES ÜBER DER IDEE, DAS WETTER ZU STEUERN . Die Natur hat dem Menschen für immer Niederschläge aufgezwungen und uns gezwungen, nass, vereist, eingeschneit, vom Hagel gestochen, überflutet, ausgetrocknet zu sein - was auch immer, wann immer. Synthetische Wettermodifikation ist die ultimative Aussage, dass wir höchste Wesen sind und die Welt dazu bringen können, unsere Bedürfnisse zu erfüllen. Programme, die im 20. Jahrhundert entwickelt wurden, versuchen daher, Hagel zu mildern, ihn regnen zu lassen, Wirbelstürme einzudämmen und den Schneefall zu erhöhen.

SNOWIE beschäftigt sich nur mit letzterem. Der Versuch des Teams umfasste notwendigerweise Berge, die eine Rolle bei der Erzeugung und Steuerung von Niederschlägen spielen. Wenn sich die Luft einem Berg nähert, steigt sie mit dem Land selbst auf. (Schließlich kann es nicht durch Fels und Schmutz blasen.) Diese Luft kühlt sich beim Aufsteigen ab und kondensiert dann zu einer orografischen Wolke.

In Wolken bilden sich oft natürliche Schneeflockenembryonen, wenn Eiskristalle auf winzigen Partikeln wie Staub oder Gas oder Verschmutzung wachsen. Wissenschaftler nennen diese Kerne. Um mehr Schnee zu machen, muss man mehr Kerne hinzufügen. Silberjodid-Streusel sind das bevorzugte Material, da sie beim Auftreffen auf unterkühltes flüssiges Wasser zuverlässig einfrieren, wenn die Temperatur unter 21 Grad Fahrenheit liegt. Skigebiete und dürrefreie Regionen geben Millionen aus, um Silber in den Himmel zu schicken, aber es gibt tatsächlich keinen wissenschaftlichen Konsens darüber, ob die Strategie funktioniert.

Im Jahr 2015 kam das Kooperationsinstitut für umweltwissenschaftliche Forschung - eine Zusammenarbeit zwischen der National Oceanic and Atmospheric Administration und der University of Colorado in Boulder - dem Abschluss am nächsten, nachdem es ein Jahrzehnt schneeorientierter Programme und Forschungsarbeiten evaluiert hatte in einer 148-seitigen Rezension. "Es ist vernünftig zu folgern, dass eine künstliche Aufwertung der Winterschneedecke über Bergbarrieren möglich ist", heißt es. Später im selben Absatz äußerten sich die Autoren jedoch zweideutig und sagten: „Keine strengen wissenschaftlichen Studien haben gezeigt, dass das Säen von orografischen Winterwolken den Schneefall erhöht. Der ‚Beweis ', den die wissenschaftliche Gemeinschaft seit vielen Jahrzehnten sucht, ist immer noch nicht in der Hand.“

DIE IDEE FÜR CLOUD SEEDING SOLIDIFIED - WO SONST? - IN EINEM GEFRIERGERÄT. Insbesondere die Gefriertruhe des General Electric-Wissenschaftlers Vincent Schaefer. Schäfer hatte sich nach seinem Nachruf in der New York Times von 1993 schon früh für Eis interessiert. Als er ein Teenager war, der Schlittschuh lief, war er von der Struktur der Schneeflocken besessen und hatte eine Möglichkeit gefunden, ihre Ähnlichkeiten auf Film zu übertragen, bevor sie verschwanden. Als Erwachsener in den 1940er Jahren stellte er etwas Trockeneis in einen Gefrierschrank und atmete in die Kühlbox ein. "Sofort verwandelte sich die kleine Wolke in winzige Eiskristalle. Schaefer brachte dieses Wissen 1946 in den Himmel von Massachusetts und ließ 6 Pfund Trockeneis aus einem Flugzeug fallen. Er beobachtete, wie sich Wassereis bildete und Schnee unter das Flugzeug fiel. Dasselbe Der Physiker Bernard Vonnegut - der Bruder des Schriftstellers Kurt - erkannte, dass Silberjodid auch zur Keimung von Wolken verwendet werden konnte: Trockeneis musste in die Wolke fallen, um zu wirken, aber Silberjodid konnte außerhalb der Wolke gesät werden und hineindriften verwendet die Verbindung seitdem.

SNOWIE-Ermittler Rauber arbeitete an einigen der großen Folgeforschungsprojekte, die nach Schaefer und Vonneguts Bemühungen entstanden waren. In Steamboat Springs, Colorado, haben er und sein Ph.D. Der Berater, Lew Grant, imprägnierte die Wolken, um ihre inneren Turbulenzen zu verstehen. Im Grunde war es wie bei SNOWIE, sagt er, „aber mit Instrumenten war das die 70er und 80er Version von dem, was wir heute haben. Wir sind mit Cola-Flaschengläsern herumgelaufen. “

Andere Wissenschaftler haben auch in Bundesstaaten wie Colorado, Montana und Utah geforscht. Eines der schlüssigsten Experimente in Australien ergab, dass die Aussaat den Schnee um 14 Prozent steigern könnte. Aber auch diese Ergebnisse waren nicht endgültig. Die Ausrüstung war einfach nicht gut genug, um zu sehen, was die Ermittler sehen mussten.

Vor SNOWIE war die letzte große Studie das staatlich finanzierte Wyoming Weather Modification Pilot Program von 2005. Nach neun Jahren und 13 Millionen US-Dollar waren die endgültigen Ergebnisse nicht schlüssig. Während ein Experiment kein Ergebnis der Aussaat zeigte, schlugen andere einen möglichen Anstieg der Niederschläge von 5 bis 15 Prozent vor.

Es gibt derzeit keinen wissenschaftlichen Konsens darüber, ob die Strategie funktioniert.

2014 schlossen sich Rauber und French zusammen mit Bart Geerts, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der University of Wyoming, und Katja Friedrich, außerordentliche Professorin für Atmosphärenwissenschaften an der University of Colorado in Boulder, mit der Idaho Power Company und der University of Boulder zusammen Nationales Zentrum für Atmosphärenforschung und wandte sich an die National Science Foundation. Gemeinsam besaßen sie das Hirn und die Muskulatur, um alle noch offenen Fragen zur Wolkensaat zu beantworten, sagten sie. Und schließlich hatten sie die richtige Brille: Instrumente, die stark genug waren, um sie in Aktion zu sehen. Mit den SNOWIE-Radaren können Wolken mit weniger und / oder kleineren Partikeln gemessen werden. sie können räumlich und zeitlich mit viel höherer Auflösung unterscheiden; Sie können höhere Frequenzen verwenden, die für kleinere Partikel empfindlich sind. Laut French haben sie im Allgemeinen eine "erheblich verbesserte Fähigkeit, Wolkenteilchen direkt zu messen". Sie würden dieselben Daten sammeln, die sie immer hatten, aber diesmal könnten sie die Mikrophysik der Situation sehen.

Idaho Power, das trotz der wissenschaftlichen Unsicherheit seit 2003 ein Seeding-Programm durchführt, würde sein Flugzeug zum Dispergieren des Silberiodids verwenden und seine üblichen Datenerfassungssysteme betreiben. Die Wissenschaftler würden instrumentenbeladene Flugzeuge und Radarstationen auf Berggipfeln einsetzen. Die Informationen würden auf Maschinen aufgezeichnet, die von den Forschern, dem Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung und Idaho Power zur Verfügung gestellt wurden, und später für alle zur Analyse zusammengefasst. Gemeinsam würden sie bewerten, was in den Wolken tatsächlich vor sich ging und was dies für durstige Gebiete, Skigebiete und Wasserkraftwerke bedeutete.

Inzwischen haben diese Fragen eine größere Dringlichkeit erlangt. Was vor fast einem Jahrhundert als vorsätzlicher Drang begonnen haben mag, das Wetter für den Menschen angenehmer zu gestalten, hat sich zu einer Notwendigkeit entwickelt, dürrebedürftige Regionen zu unterstützen. Die Grafschaft Los Angeles hat Saatprojekte in Gebieten finanziert, die in ihre Wassereinzugsgebiete münden. Utah, Kalifornien und Idaho versuchen, die Schneedecke zu stärken, die schmilzt, ihr Trinkwasser liefert und ihre Staudämme antreibt. Die Skigebiete in Colorado in Vail, Aspen und Winter Park möchten, dass mehr Schnee ihre kritische Tourismus-Saison überlebt. „Wir sind sehr, sehr verzweifelt nach Wasser“, sagt Friedrich, einer der wichtigsten Ermittler von SNOWIE. „Das ist das Endergebnis. Auch wenn es nur ein bisschen Wasser ist, hilft das. “

Als das SNOWIE-Team zum zweiten Mal einen Vorschlag einreichte, erklärte sich die National Science Foundation bereit, das Projekt zu finanzieren.

Die Gruppe gründete vom 7. Januar bis zum 17. März ihre Basis in Idaho. Sie verfügte über die Ressourcen, um rund 20 Aussaat-Sitzungen durchzuführen. Jeden Tag bestimmten sie über ihre eigenen Wetterballons und Vorhersagen von außen, ob sich die mit unterkühltem Wasser gesättigten Wolken auf der richtigen Temperatur und Höhe über den Bergen bilden würden.

Josh Aikins, Friedrichs Doktorand, war ein Schlüsselmitglied der Mountain Radar Gruppe. Er war schon einmal mit dem Schneemobil gefahren, als er als Teenager in den Ferien in Vermont war. Aber er bekam schnell den Dreh raus zum Packer John Mountain-Radarstandort in 7.000 Fuß Höhe - selbst wenn der Schnee so neu und leicht war, dass die Maschine darauf schweben sollte, sondern abgesunken war und ausgegraben werden musste.

Aikins hatte sich als Kind in Schnee verliebt, als der Schneesturm von 96 den Mittelatlantik bedeckte. Der Schnee floss in die Ufer, die über das Dach des Hauses seiner Familie in York, Pennsylvania, reichten. Er schloss sein Studium der Meteorologie am Penn State ab, wusste aber, dass er kein Wettermann werden wollte. »Ich bin ein T-Shirt- und Shorts-Typ«, sagt er.

Als das SNOWIE-Team beschloss, einen Startversuch zu starten, packten Aikins und die anderen Radar-Läufer eine Woche lang Lebensmittel und Kleidung in die Fahrzeuge. Da sie bei Stürmen absichtlich den Berg hinauffuhren, wussten sie nie, wann sie wieder runterkommen würden. Einmal war die 10-Meilen-Fahrt so herausfordernd, dass sieben professionelle Motorschlittenfahrer erforderlich waren, um ihnen zu helfen.

Jedes Mal, wenn sie an ihrem Standort ankamen - ein Berggipfel mit einem Radarsystem auf einem großen Lastwagen und einem alten Wohnmobil als Luxusunterkunft -, schalteten die Aikins den Generator ein und heizten Radar und Wohnmobil auf. »Wir hatten eine Reihe von Computern, die wir nicht kalt starten wollten«, sagt er, weil einige elektronische Komponenten in diesem Zustand nicht gut funktionieren. Sie würden ihre Kleidung und ihr Essen im Wohnmobil verstauen und die treibbedeckten Porta-Töpfchen ausgraben.

Dann scannten sie mit dem Radar und beobachteten, was das Wetter tat. Als die Aussaat begann, suchten sie nach Änderungen des Reflexionsvermögens, die darauf hindeuteten, dass die elektromagnetischen Wellen von einem Bereich neu gebildeter Eispartikel zurückprallten.

Aikins erinnert sich gut an den Tag des ersten Signals. »Wir haben diese linearen Bänder durch das Gebiet kommen sehen«, sagt er und bezieht sich auf die Radaranzeige. »Es sah nicht natürlich aus.« Er schickte eine E-Mail an die Kommandozentrale und fragte, ob die Flugzeuge ausgefallen seien. Sie sind. »Wir konnten die Aussaat in Echtzeit sehen. Wir konnten den Weg der Fackeln sehen. «

In seinem öffentlichen Erfahrungsbericht über diesen Flug schrieb der leitende Ermittler Geerts „unpassend zu ihrer Feststellung:„ Mögliche Säsignatur - zwei Bänder mit höherem Reflexionsvermögen, die auf das Säflugzeug ausgerichtet sind, mit dem Wind treiben und sich mit der Zeit zerstreuen. “

Einfach ausgedrückt: Sie haben es verstanden.

AIKIS UND GEERTS SIND HÜBSCH IN BEZUG AUF DIESE ERSTE FINDUNG, wenn man bedenkt, dass es genau das Gold war, nach dem sie in den Westen gegangen waren. Aber das liegt wahrscheinlich daran, dass, wie Friedrich sagt, jeder misstrauisch war und immer noch ist. Sie haben die Daten nicht vollständig analysiert. Ihre Ergebnisse wurden keinem Peer Review unterzogen und in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.

In ihren Online-Berichten wird jedoch auf drei Fälle hingewiesen, in denen die Schneebildung mit ihrer Aktivität in Verbindung gebracht werden könnte. Das zweite Mal, schrieb Rauber, „waren die Säsignaturen unverkennbar und eindeutig, wobei die Linien die Flugbahn der Sämaschine imitierten.“ Sie begannen zu glauben, dass die Signaturen vielleicht kein Zufall waren und sie mehr wollten . Schon bald wurden sie belohnt.

»Das Bemerkenswerte war nicht, dass wir es gesehen haben«, sagt Friedrich, »sondern dass wir es mehrmals wiederholen konnten.«

Rauber, der jahrzehntelang ohne bestimmte Ergebnisse in der Aussaat gearbeitet hat, ist begeistert von den Bullen. »Ehrlich gesagt, als wir das zum ersten Mal sahen, war ich schwindelig«, sagt er. »Ich habe fast im Raum herumgetanzt.« Stellen Sie sich das aus der Perspektive einer alten Wolkensämaschine vor «, fleht er. Er arbeitete in den 70er und 80er Jahren und versuchte, ein Signal zu erkennen, das diese Colaflaschengläser einfach nicht in den Fokus rücken konnten. Und jetzt ist es, als hätte er sich einer Lasik-Operation unterziehen lassen.

Von den Daten von SNOWIE sagte Derek Blestrud - ein Meteorologe mit Idaho Power und Präsident des North American Weather Modification Council -: "Was wir bekamen, war weit über das hinaus, was sich irgendjemand vorgestellt hatte."

Auch wenn das Team diese Zick-Zack-Effekte erfasst hat, muss es noch viel tun, bevor es der Welt genau sagen kann, wie und wie gut Cloud Seeding funktionieren könnte. Je nachdem, wen Sie fragen, werden sie vier bis sechs Jahre lang Daten recherchieren, obwohl sie darauf abzielen, die Ergebnisse innerhalb von 12 Monaten zu erzielen. "Wir haben mehr Daten, als jeder von uns jemals davon geträumt hat, sie sammeln zu können", sagt French.

"Ehrlich gesagt, als wir das zum ersten Mal sahen, war ich schwindelig, sagt Rauber. Ich habe fast im Raum getanzt."

Allein das Flugzeug sammelte auf jedem seiner 18 Flüge 25 Gigabyte an Daten, die von Radar- und Lasersystemen sowie von direkten Temperatur-, Druck- und Wasserdampfsonden stammen. Die Wissenschaftler werden diese und die bodengestützte Forschung sortieren und an ihren Universitäten und im Zentrum für Unwetterforschung in Boulder, Colorado, Interpretationen und Analysen an lokalen Maschinen durchführen. Das wird ihnen ein rudimentäres Verständnis dafür geben, was die Gigabyte bedeuten: die Physik, wie sich Schnee auf natürliche Weise in den Bergen bildet und fällt, wie brennende Teile anorganischer Stoffe sie verändern, die Auswirkungen auf das Wetter als Ganzes. Wie Franzosen sagen, haben sie 100 Teile eines Puzzles mit 5.000 Teilen.

Um ein vollständiges Bild zu erhalten, benötigen sie eine größere Box - einen Supercomputer. Das Nationale Zentrum für Atmosphärenforschung hat ein neues mit dem Namen Cheyenne mit einer Kapazität von 5, 34 Petaflops. Es ist der 20. schnellste Rechner der Welt. Cheyenne wird zeigen, wie gut die physikalischen Beobachtungen - von den Flugzeugen, dem Radar und der realen Welt - mit den Vorhersagen übereinstimmen. Und basierend darauf, wie gut sie es machen oder nicht, können das SNOWIE-Team und andere Wissenschaftler dann die Prädiktoren optimieren, um besser zu sehen, welches Wetter für Änderungen am fruchtbarsten ist.

Hier geht es nicht nur um Idaho. SNOWIE wird die zugrunde liegenden Mechanismen herausfinden, die bestimmen, wie Wolken entstehen, sich entwickeln und Schnee - egal ob gesät oder nicht - auf die Erde fallen lassen. "Es sollte überall gelten", sagt Geerts. Physik ist schließlich Physik, auf der Erde wie im Himmel, wie dort, wo sich die beiden treffen.

Sarah Scoles ist die Autorin von Making Contact: Jill Tarter und die Suche nach außerirdischer Intelligenz, die im Juli von Pegasus veröffentlicht wurde.

Diese Geschichte wurde ursprünglich in der Extreme Weather-Ausgabe von Popular Science veröffentlicht.

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