Як протидіяти негативним наслідкам кліматичних змін та підвищити економічну безпеку країни?

Чи можна приборкати небо? Зупинити град і викликати дощ? Розсіяти туман і хмари? На початку ХХ ст. науковці відкрили можливість активних впливів на атмосферні процеси, і уже до кінця століття ця ідея набула значного розвитку у цілому світі. Виявилося, що метеорологам під силу приборкати погоду!

Під час прес-конференції «Гідрометеорологічна безпека та сталий розвиток місцевих громад», яка проходила в рамках інформаційної кампанії «Чистий четвер» ініційованої Фондом «Відкрита політика» спільно з Посольством Франції в Україні Борис Лєсков поділився досвідом сучасних метеорологів, як вони можуть вплинути на погоду, а людство - на клімат.

Гідрометеорологічна безпека та сталий розвиток місцевих громад

Світлана Краковська та Борис Лєсков – добрі друзі Міжнародної зеленої школи. Так, під час Всеукраїнського Фестивалю науки та Наукового еко-вікенду для родин провели для дорослих та дітей науково-популярну лекцію «Фізика хмар», яка була доповнена практичними заняттями із мистецтва прогнозу погоду та майстерні хмар. Захопленню учасників не було меж.

Фото: Надано автором

Фото: Надано автором

У сьогоднішній «чистий четвер» старші наукові співробітники відділу фізики атмосфери УкрГМІ ДСНС та НАН України кандидат географічних наук Борис Лєсков та кандидат фізико-математичних наук Світлана Краковська допоможуть нам розібратися у тому, наскільки ефективно можна впливати на небо і чи не шкодить це навколишньому середовищу, та з якими ризиками зіштовхуються метеорологи, які працюють у сфері активних впливів на атмосферні процеси. В Україні та світі.

Активні впливи на атмосферні процеси як протидія негативним наслідкам кліматичних змін та дієвий засіб підвищення економічної безпеки країни

Ідея активних впливів на атмосферні процеси виникла давно і причиною цього було бажання людей знайти засоби протидії багатьом стихійним явищам погоди. До таких можна віднести потужні грозові явища і пов’язані з ними градобої, урагани, смерчі, зливи і повені, а також посухи, тривалі тумани та інші гідрометеорологічні явища, що завдають суттєвої шкоди та наносять значні матеріальні збитки, які тільки для території України щорічно сягають мільярдів гривень.

Трохи з історії та популярно про наукове підґрунтя

Науково обґрунтовані методи впливів на атмосферні процеси почали розвиватися у світі після того, коли Вегенер, Бержерон і Фіндайзен – видатні вчені нового напряму в фізиці – фізики атмосфери або метеорології, на початку ХХ ст. показали, що в процесі утворення опадів у помірних широтах визначальну роль відіграє колоїдальна нестабільність у переохолоджених крапельних або змішаних за фазовим складом хмарах. Вона полягає в тому, що тиск насиченої водяної пари за від’ємної температури над водою більший, ніж над льодом. Це призводить до того, що в переохолодженій хмарі, коли температура менша за 0оС, яка складається з крапель і кристалів (змішана фаза), краплі будуть випаровуватись, а кристали будуть рости, поглинаючи водяну пару з навколишнього простору. У результаті кристали збільшуються, досягають розмірів частинок опадів (різних форм сніжинок, а також їх агрегатів, які можуть складатися з десятків і навіть сотень сніжинок) і випадають на землю.

Фізичний механізм утворення опадів Вегенера-Бержерона-Фіндайзена лежить в основі всіх методів впливів на хмари. Якщо в переохолодженій хмарі розповсюдити зародки льодових кристалів, то вони, як і в природних умовах, почнуть рости, перетворюючись у частинки опадів.

Варто згадати про експеримент Фераарта, який ще в 1931 році в Голландії отримав перший штучний дощ і при цьому досконалим, з сучасної точки зору, способом. Він вводив з літака в переохолоджені хмари подрібнений двоокис вуглецю (СО2). Незважаючи на цілком позитивний результат експерименту, Фераарт А.В. не зміг дати йому обґрунтованого фізичного пояснення, чим викликав недовіру до такого методу впливу.

Ще одне випадкове відкриття Вінсента Шефера наблизило людство до розуміння процесів у хмарах (туманах). У 1946 році Шефер працював у лабораторії з холодильною камерою. Намагаючись переохолодити туман до можливо найнижчої температури, він вніс у камеру кусок твердого СО2. На його подив туман миттєво розсіявся. Повторні спроби підтвердили, що знайдена речовина, яка здатна переводити переохолоджений крапельний туман у кристалічний стан і призводити до його розсіювання. А 13 листопада 1946 року Шефер В. здійснив експеримент в природі. Після засіву з літака переохолоджених високо-купчастих хмар гранулами СО2 була отримана зона кристалізації, а під нею наземні спостерігачі відмітили смуги падіння снігу.

У тому ж 1946 році Воннегат знайшов новий реагент. Він встановив, що часточки йодистого срібла (AgJ) при введенні у переохолоджений туман (температура нижче мінус 5оС) здатні ставати льодовими ядрами.

Таким чином, уже в кінці 1946 р. були відкриті речовини, які належать до двох класів реагентів: холодореагентів (твердий СО2, температура поверхні якого близька до мінус 96о) і речовин, кристалічна структура яких ізоморфна льоду. Пізніше як холодореагенти стали використовувати рідкий азот і пропан (температура поверхні яких відповідно становить мінус 196оС і мінус 40оС), а із речовин, ізоморфних льоду – йодистий свинець (PbJ2), сірчану мідь (CuS), флороглюцин та інші.

Однак найбільшого поширення в практиці впливів на переохолоджені хмари та тумани набули твердий СО2 (згодом розширювалось і використання рідкого азоту – N2) та йодисте срібло (AgJ).

Після відкриття кристалізуючої дії реагентів у багатьох країнах світу почали проводитись різноманітні експерименти із впливів на переохолоджені хмари та тумани. Проводились як теоретичні, так і експериментальні дослідження, але найбільших практичних результатів було отримано у вирішенні трьох проблем: збільшенні кількості опадів, придушенні градових процесів і розсіюванні переохолоджених хмар та туманів. У цих напрямках найінтенсивніші експериментальні й теоретичні дослідження проводились у США, СРСР (у тому числі в Україні), Китаї, Франції, Італії, Ізраїлі, Мексиці, Югославії. Зараз впливи на атмосферні процеси з різною метою проводяться в 48 країнах світу. Змістом цієї публікації буде розгляд результатів робіт із збільшення зимових опадів в Україні, тому на досягненнях в інших напрямках і країнах ми зупинятися не будемо.

Чому потрібно збільшувати опади саме взимку?

Це цілком закономірне питання звичайної людини, на яке є дуже прості й зрозумілі відповіді:

В першу чергу, додаткове зволоження за рахунок штучних зимових опадів підвищує урожайність сільсько-господарських культур. По-друге, сніг, що випадає, має утеплюючий ефект і запобігає вимерзанню озимини. Також вода штучних опадів може наповнювати водосховища і ставки, а потім може бути використана для зрошення полів. Такі роботи, зокрема, проводилися фахівцями УкрГМІ на озері Севан у 1973 році та в Криму для Счастливенського водосховища в кінці 1980х. Зауважимо, що вода штучних опадів адекватна воді природних опадів і за екологічними показниками незрівнянно перевищує ту, яку можна подати на поля засобами меліорації, оскільки остання містить безліч забруднювальних інгредієнтів, може засолювати ґрунти, шкодити довкіллю і рослинам.

Після посухи цього літа, коли води не стало в більшості колодязів по всій Україні та пересохли не тільки малі річки, а й Десну подекуди можна було перейти вбрід, відновлення водних ресурсів протягом зими стає дійсно проблемою, яку можна вирішити як раз за допомогою розробленої в УкрГМІ методики активних впливів на зимові хмари. Про економічну доцільність – трохи згодом, а зараз про всяк випадок зауважимо, що спеціальні дослідження показують, що реагенти, які застосовуються для засівів хмар, не мають негативного впливу на довкілля.

Активні впливи на хмари в Україні до розпаду СРСР

Експериментальні дослідження в галузі активних впливів в Україні розпочалися у 1959 р. після створення Експериментального метеорологічного полігону (ЕМП) у Дніпропетровській області, який підпорядковувався Українському науково-дослідному гідрометеорологічному інституту (УкрНДГМІ). Офіційною датою початку роботи ЕМП вважається 27 травня 1959 р. – день першого вильоту і впливу на конвективну потужно-купчасту хмару. У вершину хмари було скинуто 5 кг подрібненого твердого СО2 і було отримано перший на ЕМП штучний дощ. Льотні роботи на ЕМП проводились у теплу й холодну пори року, але пріоритетним напрямком було розробити методику збільшення зимових опадів.

Перше узагальнення результатів цих робіт здійснено в 1967 р., коли аналіз результатів експериментів під час впливів на зимові фронтальні хмарні системи, показав, що можливе відносне збільшення кількості опадів з цих хмар може становити 37-40%. Такі висновки дали підстави для організації виробничих проектів зі збільшення зимових опадів. Першим етапом для підготовки такого проекту була серія напіввиробничих експериментів 1974-1980 рр., коли регулярні засіви хмар проводилися тільки в січневі місяці. Відносне збільшення кількості місячних сум опадів на мішені (круг діаметром 20 км, площа 31,4 тис. га) порівняно з шаром опадів на навколишній території, де природні опади не були модифіковані впливами, у ці роки було в межах 29-63%, при цьому виконувалась умова чим більше природних опадів, тим більше й штучних опадів.

Регулярні виробничі роботи зі збільшення зимових опадів на площі 500 тис. га в зоні недостатнього зволоження на території України було розпочато в 1986 р. Впливи на фронтальні і внутрішньомасові хмари здійснювались з літаків Ан-30, Ан-26 і Іл-14. Спостереження за полями фронтальних і внутрішньомасових хмар та зонами (смугами) штучних опадів виконувались двохвильовим (3,2 см і 10,0 см) радіолокатором МРЛ-5 із вимірюванням кількості природних і штучних опадів. За даними спостережень опадомірної мережі ЕМП складались півдобові і добові карти опадів. Під час обробки показаних на картах даних про кількість опадів розраховувались місцезнаходження зони випадіння штучних опадів і контрольних зон, в яких природні опади не були модифіковані впливами. За відповідними формулами обчислювалась кількість додаткових опадів (в мм і %) за місяць і сезон.

Фото: Надано автором

Про економічну ефективність штучного збільшення опадів

Важливим показником економічної ефективності роботи будь-якого підприємства є вартість отриманої продукції. У нашому випадку – це вода. У роки, коли на ЕМП УкрНДГМІ фактично проводилися виробничі роботи (1987-1991рр.), вартість однієї тонни води була в межах 0,5-1,1 копійки. Зі збільшенням ефективності робіт і, одночасно, кількості води штучних опадів, вартість однієї тонни знижувалась до 0,5 коп. (1991 р.). У разі зменшення кількості отриманої води її вартість збільшувалась до 1,1 копійки за тонну. У роки з малою інтенсивністю робіт (1986, 1992-1994рр.) вартість води збільшувалась до 1,7-6,8 коп. за тонну. У розрахунках вартості однієї тонни води враховувалась плата за льотні роботи, за реагенти, наземне обслуговування, а також заробітна плата спеціалістів, які брали участь у забезпеченні всього комплексу робіт, необхідних для реалізації проекту.

Економічна (і не тільки) безпека України

Враховуючи наведену щойно собівартість тони води активні впливи можуть стати дієвим засобом підвищення рівня економічної безпеки України. Збільшення кількості атмосферних опадів на 20-25% в зоні українських чорноземів може підвищити врожайність сільськогосподарських культур, особливо зернових, що сприятиме стабілізації економічної безпеки України. Економічна ефективність збільшення опадів оцінюється співвідношенням 5:1 (500%). Тобто витративши на впливи, наприклад, 100 млн. гривень, за рахунок підвищення врожайності с/г культур отримаємо прибуток в 500 млн. гривень.

Ефективність розсіювання переохолоджених (t≤-40С) хмар та туманів оцінюється також співвідношенням 5:1 (500%). Розсіювання туманів також може запобігти обривам електродротів під час ожеледі, що в умовах потепління взимку завдає все більше збитків.

Штучними опадами можна гасити пожежі, що зараз достатньо широко застосовується у світі, зокрема, в Росії. Можна пригадати пожежі у Василькові та на торфовищах навколо Києва минулого літа...

Активні впливи за відповідних умов можуть бути використані для підвищення ефективності воєнних спецоперацій (розсіювання переохолоджених туманів та хмар над аеродромами, над обсерваторіями, які здійснюють моніторинг запусків космічних об’єктів). Наприклад, розсіювання хмар над Сімеїзькою астрофізичною обсерваторією у 1969 і 1970 рр. забезпечило успішний запуск станцій «Луна-9» і «МКС-17» (з «Луноходом-1»).

Ще одним напрямом активних впливів на атмосферні процеси є протиградові впливи, які зменшують збитки у 5-10 разів. Але це окрема досить болюча тема для розмови, оскільки єдина хоч трохи діюча протиградова служба України була в Криму і, відповідно, весь комплекс з радаром залишився в окупації і, на скільки нам відомо, повністю припинив свою роботу.

Можна зазначити ще декілька перспективних напрямків активних впливів на гідрометеорологічні процеси, які могли б сприяти підвищенню економічної і не тільки безпеки України: запобігання масштабним і катастрофічним зливовим процесам в Карпатських і Кримських горах за рахунок перерозподілу опадів; регулювання теплового балансу шляхом розсіювання хмар, або створення штучних хмар; превентивний спуск снігових лавин; зміна погодних умов у періоди пізніх весняних і ранніх осінніх приморозків, очищення повітря у забруднених районах штучними опадами і т.п.

Чи можна відновити роботи з активних впливів?

В даному місці необхідно зробити ряд зауважень щодо можливості відновлення подібних робіт в сучасній Україні. По-перше, відмітимо, що сам процес реалізації алгоритму (послідовності операцій) проведення робіт із збільшення зимових опадів вимагає виконання багатьох умов. Для цього, насамперед, має бути створена відповідна інфраструктура, яка може бути матеріально-технічною базою, що забезпечує виконання необхідних робіт. Це передбачає наявність необхідної кількості літаків, які можуть забезпечити безперервну роботу по засіву хмар. До інфраструктури, яка забезпечує проведення робіт, входять також радіолокаційний комплекс (метеорологічний радіолокатор МРЛ-5, диспетчерський радіолокатор для супроводу літаків ЕКРАН-Д та радіолокатор, який забезпечує випуски радіозондів), радіопривід, пункт радіозондування, метеостанція, радіостанція, автотранспорт. Організовується також безперебійне постачання реагентів (твердий СО2 і піропатрони з AgJ). Для забезпечення робіт усіх цих підрозділів необхідні пілоти та інший обслуговуючий авіаційний персонал, висококваліфіковані працівники в галузі активних впливів, бортспостерігачі й бортоператори з обслуговування літакової вимірювальної апаратури й засобів впливу, а також спеціалісти у галузі радіоелектроніки (обслуговування радіолокаторів), радисти, метеорологи, аерологи, водії, робітники. Важливим є також оперативне і ефективне планування вильотів літаків (за добу до вильоту) і роботи всіх служб, які забезпечують активні впливи. Це все планується на основі синоптичних прогнозів. Рішення на виліт приймається за дві години до вильоту. Тоді ж дається вказівка на підготовку до роботи всіх підрозділів, які забезпечують проведення робіт.

Як бачимо, реалізація проекту зі збільшення опадів на наперед визначеній території є надзвичайно складним завданням. Воно передбачає наявність необхідного за чисельністю контингенту висококваліфікованих виконавців, повного матеріально-технічного забезпечення й бездоганної організації виконання складного алгоритму науково-технічних робіт.

Роботи із збільшення зимових опадів припинилися в Україні вже за часів незалежності в 1994 р. Нещодавно, а саме у 2010 році про можливості активних впливів раптово згадали – готувалися до святкування 45 річниці перемоги, а за прогнозом в Києві могла бути злива під час параду. Скоріше за все «згадали» не без підказки з Москви, де такі роботи із перерозподілу опадів для проведення урочистих заходів проводилися регулярно на свята, але для нашого інституту це була нагода показати, на що ми здатні... Ефект було отримано, парад провели і протягом 2010 - 2013 рр. досить регулярно на великі державні свята на замовлення Міністерства оборони України фахівцями УкрГМІ проводились активні впливи з перерозподілу опадів.

Фото: Надано автором

Те, що зовсім нещодавно все ж проводились такі роботи свідчить про те, що Україна все ще має шанс відновити роботи з активних впливів на атмосферні процеси, завдяки тому, що зберігся найцінніший компонент – висококваліфіковані кадри. Це ті, хто розробляли методики та виконували такі роботи і не тільки в Україні, а й були запрошені свого часу в Молдову, Росію, Китай. Як це зробити? З чого почати? У нас є відповіді на ці питання, але це вже окрема професійна розмова.

Старші наукові співробітники відділу фізики атмосфери УкрГМІ ДСНС та НАН України кандидат географічних наук, с.н.с. Борис Лєсков та кандидат фізико-математичних наук, с.н.с. Світлана Краковська

ДОВІДКОВО. ГО «Фонд «Відкрита політика» ініціювала спільно з Посольством Франції промо-кампанію «Чистий четвер» приурочену 21-й сесії Конференції Сторін Рамкової конвенції Організації Об'єднаних Націй про зміну клімату, яка відбувалася 30 листопада - 11 грудня 2015 р. в Парижі.

Інформаційна кампанія «Чистий четвер» (5 листопада-17 грудня 2015) являла собою цикл регулярних щотижневих прес-конференцій в Українському національному інформаційному агентстві «Укрінформ» під загальною темою: «Від екології цінностей - до екології Всесвіту: виклики в умовах глобальних змін клімату», а також круглі столи, радіоефіри, науковий еко-вікенд для родин. Подальше висвітлення цієї важливої теми здійснюватиметься на порталі LB.ua, а також у Facebook на сторінці Інформаційна кампанія «Чистий четвер».

Партнери: Український гідрометеорологічний інститут ДСНС та НАН України, Міжнародна зелена школа, УНІА «Укрінформ», Французький інститут за підтримки Посольства Франції в Україні.

Інформаційні партнери: Громадське радіо, Радіо ЕРА-FM, радіо «Промінь», lb.ua.

Більше інформації:

www.ptahy.com.ua, www.openpolicy.org.ua

Сторінки у Fb:

http://ow.ly/XUcxR - ГО Фонд "Відкрита політика"

https://www.facebook.com/cleanthursday/?fref=ts- Інформаційна кампанія "Чистий Четвер"

http://on.fb.me/1PLt8qm - Міжнародна зелена школа

YouTube канал Фонду "Відкрита політика":

https://www.youtube.com/channel/UCRQsTD5VkXGlqev9JV7pA-Q

Читайте головні новини LB.ua в соціальних мережах Facebook, Twitter і Telegram