Искусственное воздействие на облака — это совокупность методов и технологий, направленных на управление микрофизическими и макроскопическими свойствами облачных образований с целью изменения их осадкообразующих характеристик, оптических свойств, а также влияния на энергетический баланс атмосферы. К основным целям относятся:
Все эти задачи базируются на управлении микрофизическими процессами в облаках, в первую очередь — процессами конденсации, коалесценции и кристаллизации.
Воздействие на теплые облака осуществляется путём введения в них большого количества гигроскопичных аэрозолей (например, соли, йодистого натрия, карбоната кальция), которые служат ядрами конденсации. При наличии избытка водяного пара над уровнем насыщения вокруг этих ядер происходит конденсация водяных капель. Увеличение числа капель приводит к росту вероятности их столкновения и слияния, а значит — к ускоренному формированию капель дождя.
В холодных облаках (температура ниже 0 °C) основной механизм воздействия основан на инициации гетерогенной кристаллизации водяного пара путём введения веществ, обладающих структурным сходством с кристаллической решёткой льда. Чаще всего применяются йодистое серебро (AgI), углекислый углерод в твёрдом состоянии (сухой лёд), а также жидкий азот.
Введение кристаллизующих агентов инициирует процесс роста кристаллов по механизму Бержерона–Финдайзена, в результате которого водяной пар перенасыщивается относительно льда, и рост ледяных кристаллов сопровождается испарением переохлаждённых капель. Развитие этих кристаллов может привести к образованию снега, града или дождя (при таянии кристаллов на тёплых уровнях).
Самолёт оснащается устройствами для выброса реагентов (аэрозолей или твёрдых частиц) в определённых слоях облачности. Это наиболее универсальный способ, позволяющий осуществлять воздействие на облака различных типов — от кучево-дождевых до слоисто-кучевых и слоистых.
Стационарные или мобильные генераторы аэрозолей размещаются на поверхности Земли и выпускают реагенты в атмосферу с помощью восходящих потоков, обусловленных конвекцией или специально организованным нагревом. Эффективность метода ограничена высотой проникновения аэрозолей и зависит от атмосферной стратификации.
С помощью метеорологических или специальных ракет реагенты доставляются на нужный уровень облаков. Метод используется в том числе для противоградовой защиты, позволяя в короткое время и с высокой точностью доставить вещества в верхнюю часть облаков.
Искусственное воздействие изменяет спектр размеров капель и кристаллов в облаке. В теплых облаках увеличение числа ядер конденсации ведёт к формированию большего числа мелких капель, что может как способствовать выпадению осадков (через ускорение коалесценции), так и, наоборот, подавлять осадки при слишком высоком насыщении облака мелкодисперсными каплями. В холодных облаках введение кристаллизующих агентов приводит к ускоренному превращению переохлаждённых капель в ледяные частицы, что усиливает вертикальные потоки и способствует выпадению твёрдых или жидких осадков.
Одним из ключевых параметров при этом является спектр распределения капель и кристаллов, а также температурный профиль облака, определяющий доминирующие микрофизические процессы.
Эффективность искусственного воздействия остаётся предметом научных споров и зависит от множества факторов:
В ряде экспериментов, особенно в условиях слабой естественной осадкообразующей активности, удавалось достичь увеличения осадков на 10–30 %, а в отдельных случаях — до 100 % и более. Однако в других экспериментах эффекты были незначительными или даже противоположными ожидаемым.
Осуществлялся с 1962 по 1983 год с целью ослабления ураганов путём засева облаков йодистым серебром. Предполагалось вызвать формирование новых центров осадков за пределами глаз бури, чтобы уменьшить её интенсивность. Несмотря на некоторые обнадёживающие результаты, в целом проект не достиг убедительных успехов, и впоследствии был закрыт.
Широко применяются в ряде стран (Россия, Франция, Казахстан, Италия, Китай и др.) для предотвращения повреждений сельскохозяйственных угодий. Метод основан на насыщении верхних слоёв облаков большим количеством ядер кристаллизации, чтобы вызвать обильное, но мелкодисперсное выпадение осадков до формирования града. В ряде регионов зарегистрировано значительное снижение числа и интенсивности града.
В Китае, ОАЭ, Саудовской Аравии и Израиле применяются комплексные программы, направленные на увеличение осадков в засушливых регионах. В КНР программа модификации погоды охватывает миллионы квадратных километров и включает не только осадкообразование, но и рассеивание туманов, снижение температуры и борьбу с пылевыми бурями.
Воздействие на облака может иметь как позитивные, так и потенциально негативные последствия. Среди возможных экологических рисков — изменение водного баланса в соседних регионах, загрязнение атмосферы продуктами реагентов, влияние на экосистемы. В связи с этим действуют международные соглашения, регулирующие деятельность по модификации погоды, включая Конвенцию ООН от 1977 года, запрещающую использовать воздействие на погоду в военных целях.
Современное развитие технологий позволяет проводить более точные и научно обоснованные воздействия на облака:
Также ведутся исследования в области радиационного воздействия, например, направленного изменения альбедо облаков с целью влияния на климатические процессы.
Несмотря на прикладной характер, воздействие на облака требует глубокого понимания микрофизики облаков, термодинамики атмосферы и турбулентных процессов. Только при учёте всех параметров возможно достичь воспроизводимого и контролируемого эффекта. В этом контексте взаимодействие между атмосферной физикой, химией атмосферы, численным моделированием и инженерными науками приобретает ключевое значение.