مشروع بحثي يستخدم نموذج هجين للفيزياء الدقيقة لدراسة مدى تأثير عمليات التلقيح على تحفيز هطول الأمطار
يساهم تلقيح السحب باستخدام المواد الاسترطابية في تحفيز هطول الأمطار من خلال تعويض الهباء الجوي الطبيعي المتواجد في السحابة ذات الاسترطابية الأقل، أو من خلال تسريع تشكل القطرات المائية داخل السحاب لتصبح أكبر حجماً. ونتيجة للصفة الاسترطابية العالية لمواد التلقيح وكبر حجمها مقارنةً بأنوية التكاثف المتواجدة أصلاً في السحابة، فإنها لا تحتاج إلى وجود بخار مشبع عالي التركيز مما يحفز نمو القطرات المائية.
وتُستخدم تقنيات مختلفة لتقييم أحجام القطيرات بعد عملية التحفيز الناتجة عن التلقيح، حيث يتم في معظم النماذج الفيزيائية الدقيقة حساب عدد أنوية التكاثف المحفزة فقط من مواد تكثيف السحب. ويتم دمج جميع القطرات التي تم تحفيزها في نموذج واحد، أو توزيعها على عدة نماذج لأداء وظيفة محددة.
لدراسة مدى تأثير جزيئات الهباء الجوي في الطبيعة وأنواع مختلفة من مواد الاسترطاب على عملية تشكل هطول الأمطار، عمل الدكتور لولين تشو، الحاصل على منحة الدورة الثالثة من برنامج الإمارات لبحوث علوم الاستمطار والباحث في معهد "هوا شين تشوانغ تشي" للعلوم والتكنولوجيا في الصين، على مشروع لتطوير نموذج فيزيائي دقيق وهجين لمحاكاة تطور أحجام القطيرات في التيار الهوائي الصاعد.
وقد ركزت جهود النمذجة هذه على محاكاة تأثير مواد استرطابية مختلفة على السحب والأمطار فوق دولة الإمارات، بما في ذلك شعلات ICE-70 (الولايات المتحدة الأمريكية)، والشعلات التي ينتجها المركز الوطني للأرصاد، إضافة إلى جزيئات المواد النانوية الجديدة التي طورتها البروفيسورة ليندا زو، العالمة الحاصلة على منحة برنامج الإمارات لبحوث علوم الاستمطار في دورته الأولى.
وقام الفريق على دمج القياسات التي جمعها الدكتور بول لوسون، الحاصل على منحة الدورة الثانية لبرنامج الإمارات لبحوث علوم الاستمطار بواسطة طائرة متخصصة لإجراء محاكاة واقعية لدور الهباء الجوي أثناء عمليات تلقيح السحب في سماء دولة الإمارات.
وجرى تنفيذ هذه الدراسة بالقرب من جبال الحجر في دولة الإمارات حيث قدم المشروع معياراً جديداً لوصف تأثير جزيئات التلقيح المختلفة على توزيع حجم القطرات، وقام الفريق البحثي بإجراء أكثر من 100 تجربة عددية باستخدام هذا النموذج الهجين وذلك للتعرف على مدى تأثير التلقيح على حجم القطرات في السحب الحملية في ظروف بيئية مختلفة.
وتظهر نتائج النمذجة أن جزيئات المواد النانوية تحدث تأثيرات أقوى في عمليات التلقيح مقارنة بعوامل التلقيح الأخرى، خاصة في ظل وجود تيارات صاعدة قوية تصل سرعتها إلى حوالي 5 أمتار في الثانية، والتي يمكنها إحداث تأثيرات إيجابية حتى في الكتل الهوائية البحرية حيث تكون مواد التلقيح الأخرى غير فعالة.
كما توصلت الدراسة إلى أن هذه العملية ساهمت بشكل كبير في زيادة حجم القطرات بالقرب من قاعدة السحابة. وتزداد فعالية هذا التأثير مع انخفاض سرعة التيار الصاعد، بينما لم تعد لمواد الاسترطاب كفاءة تذكر إلا اذا كان حجم جزيئات هذه المواد مناسباً.
لقراءة المزيد، يرجى دخول الرابط التالي: https://doi.org/10.5194/acp-2021-506
