پهپادهای باران‌ساز در راه آسمان ایران /کابوس خشکسالی پایان می‌یابد؟

نگار علی- بارورسازی ابرها (Cloud Seeding) یک تکنیک اصلاح آب و هوا است که سابقه‌ای تقریباً ۸۰ ساله دارد و هدف آن افزایش میزان یا تغییر نوع بارش، سرکوب تگرگ، یا پراکنده کردن مه است. این روش در دهه‌های اخیر، به ویژه در مناطق خشک و در معرض خشکسالی، به عنوان یک ابزار مدیریت منابع آب مورد توجه قرار گرفته است.

روش‌های سنتی بارورسازی معمولاً شامل استفاده از هواپیماهای سرنشین‌دار یا ژنراتورهای مستقر بر روی زمین برای انتشار هسته‌های یخ‌ساز (اغلب یدید نقره) در ابرها بوده است. با این حال، استفاده از هواپیماهای سرنشین‌دار دارای محدودیت‌های عملیاتی جدی است، از جمله خطرات ایمنی پرواز در شرایط نامساعد مانند یخ‌زدگی، هزینه‌های عملیاتی بالا، و عدم توانایی در هدف‌گیری دقیق و بلادرنگ.

ظهور فناوری پهپادها (UAVs) نویدبخش غلبه بر این چالش‌ها بوده است. پهپادها می‌توانند عملیات را با دقت بالا، در شرایط خطرناک برای انسان، و با هزینه‌های عملیاتی پایین‌تر انجام دهند.

در ایران نیز، مقامات دولتی ادعا کرده‌اند که تولید پهپادهای مخصوص بارورسازی ابرها آغاز شده و این روش در جهان دارای «تجربه موفقیت‌آمیزی» بوده است که می‌تواند ۱۵ تا ۲۰ درصد به بارش‌ها بیفزاید.

گزارش حاضر با هدف راستی‌آزمایی این ادعاها تنظیم شده است. چارچوب تحلیل بر تمایز قائل شدن بین نوآوری در پلتفرم تحویل (پهپاد) و اثبات اثربخشی هیدرولوژیکی (افزایش مستند بارش سطح زمین) متمرکز است.

تحلیل شواهد علمی و گزارش‌های عملیاتی بین‌المللی به نتایج زیر می‌انجامد:

1. استفاده جهانی از پهپادها: تأیید می‌شود. پهپادها در سطح جهان برای بارورسازی ابرها استفاده شده‌اند و در پروژه‌های تحقیقاتی و عملیاتی آزمایشی مهمی توسط مراکزی مانند مؤسسه تحقیقات صحرایی نوادا (DRI) در ایالات متحده آمریکا و مرکز ملی هواشناسی امارات متحده عربی (NCM) به کار گرفته شده‌اند. این استفاده غالباً بر بهبود روش‌های تحویل و ارزیابی فیزیک ابر متمرکز بوده است.

2. اثربخشی اثبات‌شده هیدرولوژیکی: اثربخشی قطعی، تأیید نمی‌شود. اثربخشی هیدرولوژیکی کلی بارورسازی ابرها، چه با پهپاد و چه بدون آن، همچنان در مجامع علمی مورد بحث جدی است. گزارش‌های رسمی دولت‌ها، مانند گزارش دفتر پاسخگویی دولت ایالات متحده (GAO)، صراحتاً بیان می‌کنند که مزایای این فناوری به دلیل محدودیت‌های تحقیقاتی و دشواری تفکیک اثرات انسانی از نوسانات طبیعی، «اثبات نشده» باقی مانده است.

مبانی علمی و عدم قطعیت‌های روش بارورسازی ابرها در مقیاس جهانی

بارورسازی ابرها چگونه کار می‌کند و چرا همیشه موفق نیست؟

بارورسازی ابرها بر اساس اصول فیزیک ابر عمل می‌کند. ابرها از قطرات آب بسیار ریز یا بلورهای یخ تشکیل شده‌اند که حول ذرات کوچک گرد و غبار یا نمک (هسته‌های چگالنده) شکل می‌گیرند. بدون این هسته‌ها، بارش رخ نخواهد داد. بارورسازی شامل معرفی هسته‌های یخ‌ساز مصنوعی (معمولاً یدید نقره یا دی‌اکسید کربن جامد یا نمک‌های هیگروسکوپیک) به بخش‌های خاصی از ابر است. یدید نقره دارای ساختار بلوری مشابه یخ است و به تشکیل بلورهای یخ کمک می‌کند که به سرعت رشد کرده و به صورت برف یا باران سقوط می‌کنند.

یک محدودیت فیزیکی بنیادین برای موفقیت بارورسازی این است که عملیات تنها زمانی می‌تواند بارش را تقویت کند که «انواع مناسبی از ابرها» وجود داشته باشند. این ابرها اغلب باید حاوی آب فوق سرد (Supercooled Water) باشند تا مکانیسم بارورسازی استاتیک که بر پایه یدید نقره است، عمل کند. این محدودیت در شرایط ابری، فرصت‌های موفقیت را محدود می‌سازد.

تردیدهای علمی درباره بارورسازی ابرها؛ افزایش بارش از صفر تا ۲۰ درصد

با وجود دهه‌ها تحقیق و کاربرد، اثربخشی بارورسازی ابرها به طور کلی همچنان موضوعی مورد بحث در میان دانشمندان است. دشواری اصلی در ارزیابی این فناوری، ناشی از عدم توانایی در اجرای آزمایش‌های کنترل‌شده در طبیعت و تفکیک تأثیر مستقیم بارورسازی از تغییرات ذاتی و طبیعی آب و هوا است.

بررسی‌های انجام شده توسط نهادهای معتبر مانند GAO نشان می‌دهد که مزایای فناوری بارورسازی ابرها «اثبات نشده» است. اگرچه مطالعات مرور شده توسط این نهاد تخمین‌هایی از افزایش بارش اضافی را در محدوده ۰ تا ۲۰ درصد گزارش می‌دهند، اما این آمار به شدت به شرایط جوی خاص و متدولوژی ارزیابی بستگی دارد. عدم وجود اطلاعات قابل اعتماد در مورد نحوه اجرای بهینه بارورسازی و فواید واقعی آن، اثربخشی عملیات‌ها و بازده سرمایه‌گذاری را نامشخص می‌سازد.

گره اصلی بارورسازی ابرها کجاست؟

عدم قطعیت علمی پیرامون اثربخشی بارورسازی، تا حد زیادی ناشی از چالش‌های ساختاری در نظارت و گزارش‌دهی است. گزارش‌های سیاست‌گذاری نشان می‌دهند که بهبود نظارت و شفافیت ضروری است؛ به عنوان مثال، سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA) می‌تواند با به‌روزرسانی فرم‌های گزارش‌دهی، اطلاعات خاص‌تری مانند اجزای مواد بارورسازی (Flare Constituents) و آمار بازده عملیاتی را طلب کند.

اگرچه فناوری‌های بارورسازی ۸۰ سال قدمت دارند، اما فقدان داده‌های استاندارد، بزرگترین مانع برای دستیابی به ارزیابی‌های مستقل و علمی است. بدون داده‌های یکنواخت فدرال و استانداردسازی روش‌های گزارش‌دهی، فهم نتایج بارورسازی محدود باقی می‌ماند و تحقیقات انجام‌شده قابل تعمیم به مناطق دیگر نیستند. همچنین، نگرانی‌های مربوط به اسرار تجاری (Proprietary Concerns) باعث می‌شود برخی اپراتورها اطلاعات حیاتی مربوط به مواد بارورسازی خود را به اشتراک نگذارند، که این امر شفافیت را مختل می‌کند.

در واقع، این موانع نشان می‌دهند که مشکل اصلی در اثبات اثربخشی بارورسازی، نه صرفاً در علم فیزیک ابر، بلکه در متدولوژی ناقص جمع‌آوری، استانداردسازی و به اشتراک‌گذاری داده‌ها نهفته است. هر برنامه‌ای، از جمله طرح ایران، که بدون ایجاد پروتکل‌های دقیق جمع‌آوری و تحلیل داده‌های استاندارد اقدام به اجرای عملیات کند، در نهایت قادر به اثبات قاطع ادعاهای موفقیت‌آمیز خود، به ویژه در سطح بین‌المللی، نخواهد بود.

استفاده از پهپادها، نشان‌دهنده یک پیشرفت مهم در ابزارهای عملیاتی بارورسازی ابرها است، نه لزوماً اثبات موفقیت‌آمیز بودن علم افزایش بارش.

بارورسازی ابرها وارد عصر پهپادها شد

توسعه پهپادها برای بارورسازی ابرها عمدتاً در مراکز تحقیقاتی پیشرو در مدیریت آب مانند مؤسسه تحقیقات صحرایی نوادا (DRI) در ایالات متحده متمرکز بوده است. دانشمندان DRI در سال ۲۰۱۶ با موفقیت اولین آزمایش بارورسازی ابرها را با استفاده از یک پهپاد هشت‌روتور (Octocopter drone) انجام دادند. هدف اصلی این آزمایش‌ها، افزایش ایمنی، کاهش هزینه و انعطاف‌پذیری عملیات بود.

پهپادها قادرند در شرایطی که پرواز برای هواپیماهای سرنشین‌دار خطرناک است (مانند شرایط یخ‌زدگی که محدودیت عمده پرواز است)، فعالیت کنند. علاوه بر این، تیم DRI توانایی انجام پروازهای فراتر از دید بصری (BVLOS) را با استفاده از پهپادهای بال ثابت (مانند Drone America Savant) به اثبات رسانده است. در سال ۲۰۱۷، یک پرواز BVLOS به مسافت ۲۸ مایل دریایی در نوادا انجام شد که یک گام مهم در اثبات توانایی پهپادها برای اجرای عملیات در مقیاس منطقه‌ای بود. این دستاوردها نشان‌دهنده بلوغ عملیاتی پلتفرم‌های پهپادی در محیط‌های سخت جوی است.

مزیت‌های عملیاتی و اقتصادی پهپادها

پهپادها مزایای عملیاتی متعددی نسبت به هواپیماهای سرنشین‌دار و ژنراتورهای زمینی دارند:

1. دقت و هدف‌گیری: پهپادها می‌توانند مواد بارورسازی را با سرعت کمتر و با تراکم بالاتر به ابرها اضافه کنند. این امر امکان تزریق دقیق مواد به بخش‌های بهینه و فعال ابر را فراهم می‌کند.

2. ایمنی و دسترسی: پهپادها می‌توانند در شرایطی پرواز کنند که برای خدمه انسانی ناامن یا غیرعملی است.

3. کاهش هزینه‌ها و مقیاس‌پذیری: پهپادها از نظر مصرف سوخت و نگهداری، مقرون‌به‌صرفه‌تر از هواپیماها هستند. همچنین، امکان راه‌اندازی «خوشه‌هایی از پهپادها» (Swarms) برای پوشش مناطق وسیع‌تر بدون افزایش زیاد هزینه‌های عملیاتی وجود دارد.

روش‌های نوین تحویل مواد بارورسازی توسط پهپاد

در حالی که روش رایج استفاده از پهپادها، حمل و احتراق فلرهای یدید نقره است، برخی کشورها روش‌های نوآورانه‌ای را آزمایش کرده‌اند:

• شارژ الکتریکی (امارات متحده عربی): امارات متحده عربی (UAE) پروژه‌ای را راه‌اندازی کرده که در آن پهپادها با استفاده از الکتریسیته (به جای یدید نقره) ابرها را بارور می‌کنند. این روش بر اساس نظریه‌ای است که می‌گوید باردار کردن قطرات ابر به صورت همسان، باعث جذب و ادغام آن‌ها شده و قطرات سنگین‌تر شده و به شکل باران سقوط می‌کنند. این تلاش‌ها، که توسط برنامه تحقیقاتی امارات (UAEREP) حمایت می‌شوند، نشان‌دهنده تمایل جهانی به کاهش وابستگی به مواد شیمیایی مانند یدید نقره است.

محدودیت‌های فنی پهپادها در عملیات جوی

با وجود پیشرفت‌ها، پهپادها محدودیت‌هایی دارند که مقیاس عملیاتی آن‌ها را محدود می‌سازد:

1. محدودیت حمل بار مفید (Payload): پهپادها معمولاً قادر به حمل مواد بارورسازی به اندازه هواپیماهای سرنشین‌دار نیستند. اگرچه این محدودیت ممکن است با استفاده از هدف‌گیری دقیق‌تر و مصرف مواد کمتر جبران شود، اما هنوز برای عملیات‌های گسترده یک چالش است.

2. چالش‌های محیطی: پرواز در محیط‌های ابری پرچالش است. یخ‌زدگی بر روی پروانه‌ها یک نگرانی مهم برای پهپادهای چندروتور است، اگرچه راهکارهایی مانند نصب پروانه‌های گرمایشی (مانند Meteodrone) برای جلوگیری از تجمع یخ توسعه یافته‌اند. همچنین، بادهای شدید، دماهای پایین (که بر عمر باتری تأثیر می‌گذارند) و رطوبت بالا (که به قطعات الکترونیکی آسیب می‌زند) از جمله عوامل محیطی هستند که عملیات پهپادها را محدود می‌کنند.

بررسی شواهد موفقیت: آیا داده‌ها، «موفقیت‌آمیز بودن» را تأیید می‌کنند؟

برای ارزیابی موفقیت بارورسازی ابرها، باید بین موفقیت میکروبیولوژیکی (تغییر فیزیک ابر) و موفقیت هیدرولوژیکی (افزایش مستند بارش سطح زمین) تمایز قائل شد. پهپادها در دسته اول دستاوردهای چشمگیری داشته‌اند.

شواهد میکروبیولوژیکی موفقیت (پروژه CLOUDLAB)

یکی از مهم‌ترین نقش‌های پهپادها در سطح جهانی، استفاده از آن‌ها به عنوان ابزار تحقیقاتی برای ارزیابی مستقیم تأثیر بارورسازی بوده است. پروژه‌هایی مانند CLOUDLAB بر استفاده از پهپادهای چندروتور برای تزریق هسته‌های یخ‌ساز به ابرهای استراتوس فوق سرد متمرکز شدند تا فرآیندهای تشکیل یخ را به طور هدفمند مطالعه کنند.

نتایج این تحقیقات بسیار مهم بوده‌اند: محققان توانستند تغییرات میکروبیولوژیکی ناشی از بارورسازی را در فاصله ۳ تا ۱۵ دقیقه در پایین‌دست مشاهده کنند. امضاهای بارورسازی توسط رادارهای ابری با مناطقی از افزایش بازتاب رادار (Radar Reflectivity) تشخیص داده شدند که ۱۰ تا ۲۰ دسی‌بل بالاتر از پس‌زمینه طبیعی بود. به طور همزمان، غلظت‌های بسیار بالایی از بلورهای یخ در محل تزریق مشاهده شد.

این شواهد مستقیم، تأییدکننده این است که پهپادها ابزاری بسیار مؤثر برای تزریق مواد و ایجاد تغییرات فیزیکی مورد انتظار در هسته ابر هستند. این امر نشان می‌دهد که پهپادها نه تنها یک پلتفرم تحویل هستند، بلکه ابزاری حیاتی برای پیشبرد تحقیقات علمی بنیادین برای غلبه بر چالش‌های ارزیابی اثربخشی هیدرولوژیک هستند. توانایی پهپاد در اندازه‌گیری دقیق اثرات تزریق در مقیاس کوچک و مشاهده تغییرات فیزیکی، متدولوژی ارزیابی را ارتقاء داده و به دانشمندان کمک می‌کند تا از حدس و گمان در مورد آنچه در داخل ابر رخ می‌دهد، فراتر روند.

مطالعه موردی: امارات متحده عربی به عنوان رهبر عملیاتی

امارات متحده عربی (UAE) یکی از اولین کشورها در منطقه خلیج فارس است که از فناوری بارورسازی ابرها برای مقابله با کم‌آبی استفاده کرده و سرمایه‌گذاری عظیمی در این حوزه انجام داده است. آن‌ها علاوه بر روش‌های سنتی یدید نقره، از پهپادها برای روش‌های نوین مانند شارژ الکتریکی نیز استفاده کرده‌اند.

بر اساس مطالعات آماری که توسط مرکز ملی هواشناسی (NCM) امارات انجام شده است، این کشور مدعی است که توانسته است در عملیات بارورسازی، افزایش متوسطی تا ۲۳ درصد در بارش سالانه در ناحیه هدف در دوره زمانی ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۹ ثبت کند. این نتایج با استفاده از مدل‌های رگرسیون هدف/کنترل (Target/Control Regression) به دست آمده و تحلیل‌های فیزیکی نیز نشان‌دهنده افزایش حجم، مساحت و طول عمر طوفان‌ها پس از بارورسازی است.

با وجود این آمار بالا که در محدوده تخمین‌های خوش‌بینانه جهانی (۱۵ تا ۳۵ درصد) قرار دارد، لازم است توجه شود که اثبات قطعی این افزایش در درازمدت همچنان نیازمند ارزیابی‌های سختگیرانه و تخصصی است. امارات مثالی برجسته از یک برنامه موفقیت‌آمیز در سطح عملیاتی و منطقه‌ای است که با حمایت مالی و فنی گسترده همراه بوده؛ اما نمی‌توان آن را به عنوان یک موفقیت جهانی اثبات‌شده که در هر مکان و با هر شرایط زیرساختی قابل تکرار باشد، تلقی کرد.

ارزیابی و راستی‌آزمایی دقیق ادعاهای داخلی ایران

ایران، به عنوان یک کشور مستعد بارورسازی ابرها، تلاش برای استفاده از فناوری پهپادی را برای غلبه بر چالش‌های خشکسالی آغاز کرده است. با این حال، ارزیابی این ادعاها باید با دقت نسبت به زیرساخت‌ها و متدولوژی‌های علمی صورت پذیرد.

تحلیل ادعای ساخت پهپاد و پتانسیل افزایش بارش

رییس سازمان توسعه و بهره‌برداری فناوری‌های نوین آب‌های جوی در کشور اعلام کرده است که تولید پهپادهای مخصوص بارورسازی ابرها در کشور آغاز شده است. همچنین این مقام رسمی اظهار داشته است که بررسی‌ها نشان می‌دهند که می‌توان با این عملیات، ۱۵ تا ۲۰ درصد به بارش‌های سامانه‌های مناسب افزود.

این ادعای افزایش ۱۵ تا ۲۰ درصدی، در محدوده بالای تخمین‌های بین‌المللی (۰ تا ۲۵ درصد) قرار دارد. دستیابی به این رقم مستلزم دو شرط اساسی است: اولاً، وجود سامانه‌های ابری ایده‌آل و ثانیاً، توانایی فنی در هدف‌گیری و تزریق مواد در مؤثرترین زمان و مکان. همچنین، بارورسازی ابرها به عنوان ارزان‌ترین روش تأمین آب در ایران مطرح شده است که به ازای هر هزار متر مکعب آب استحصال شده، ۱۵ تا ۲۲ دلار هزینه دارد.

نقد علمی و اولویت‌بندی زیرساخت سنجش

نقطه ضعف اصلی برنامه داخلی بارورسازی ابرها که توسط مقامات نیز تأیید شده است، عقب‌ماندگی در زیرساخت سنجش و رادارهای هواشناسی است.

گزارش‌های موجود نشان می‌دهند که عملیات سنتی بارورسازی در کشور بدون مطالعات بنیادی و صرفاً با اتکا به اطلاعات عمومی هواشناسی (مانند میزان باد و تراکم ابرها) صورت می‌گیرد. این فقدان اطلاعات آنلاین و دقیق، منجر به هدفمند نبودن عملیات، عدم شناسایی زمان مناسب و در نتیجه عدم دستیابی به بارش مورد انتظار با وجود هزینه‌های بالا شده است.

این مسئله یک تضاد استراتژیک مهم را آشکار می‌کند: مزیت اصلی پهپاد، توانایی آن در انجام تزریق دقیق و در زمان مناسب (Timing) است. برای تعیین زمان مناسب و هدایت دقیق پهپادها به مناطق هدف در ابر، نیاز مبرم به اطلاعات دقیق و بلادرنگ از وضعیت فیزیکی ابر (شامل دما، تراکم و وزش باد) است. این اطلاعات تنها از طریق رادارهای پیشرفته داپلر و سامانه‌های سنجش بلادرنگ (که می‌تواند توسط پهپادهای تحقیقاتی حمل شود) قابل دستیابی است.

تولید یک پهپاد پیشرفته (ابزار تحویل) در حالی که زیرساخت‌های حیاتی برای پایش و هدایت آن (سامانه‌های راداری) ناقص است، در واقع به تولید یک «ابزار تحویل پیشرفته با هدف‌گیری کور» منجر خواهد شد. این شکاف در زیرساخت سنجش، پتانسیل افزایش ۱۵ تا ۲۰ درصدی بارش را حتی در سامانه‌های مناسب نیز با چالش جدی مواجه می‌سازد و مانع از ارزیابی علمی دقیق نتایج عملیاتی خواهد شد.

آیا بارورسازی ابرها واقعاً ارزان‌ترین راه تأمین آب است؟

ملاحظات اقتصادی مطرح شده در ایران، که بارورسازی را ارزان‌ترین روش تأمین آب می‌داند (۱۵ تا ۲۲ دلار به ازای هر هزار مترمکعب)، در صورت اثبات قطعی اثربخشی، می‌تواند توجیه‌پذیر باشد. اما اگر اثربخشی واقعی به دلیل نقص در زیرساخت پایش کمتر از ۲۰ درصد تخمینی باشد، توجیه اقتصادی زیر سوال خواهد رفت.

از نظر محیط زیستی، تحقیقات موجود نشان می‌دهد که یدید نقره در غلظت‌های کنونی مورد استفاده در بارورسازی، نگرانی‌های بهداشتی یا زیست‌محیطی جدی ایجاد نمی‌کند. با این حال، لازم است در صورت گسترش عملیات و استفاده گسترده‌تر، نظارت بر انباشت احتمالی مواد در اکوسیستم‌های حساس تشدید شود.

با توجه به تحلیل‌های ساختاری و علمی، پیشرفت در فناوری پهپاد باید همراه با بازنگری در اولویت‌های استراتژیک ملی باشد تا اطمینان حاصل شود که سرمایه‌گذاری منجر به نتایج قابل تأیید علمی و هیدرولوژیکی می‌شود:

1. سرمایه‌گذاری متوازن در زیرساخت‌های پایش: پیشرفت در تولید پهپادهای داخلی نباید منجر به نادیده گرفتن نیاز فوری به توسعه رادارهای هواشناسی پیشرفته شود. تخصیص بودجه برای سامانه‌های جمع‌آوری داده‌های بلادرنگ (Real-time data) و رادارهای داپلر باید اولویت اصلی باشد، چرا که بدون داده دقیق، پیشرفته‌ترین پهپاد نیز کارایی نخواهد داشت.

2. تمرکز بر تحقیقات پایه و ارزیابی علمی: پهپادها باید در وهله اول به عنوان ابزاری برای تحقیقات میکروبیولوژیکی دقیق (مشابه پروژه CLOUDLAB) به کار روند، نه صرفاً به عنوان ابزار تحویل کور. این روش، درک فیزیک ابرهای بومی ایران را بهبود می‌بخشد و ارزیابی می‌کند که آیا سامانه‌های ابری داخلی واقعاً قابلیت افزایش ۱۵ تا ۲۰ درصدی را دارند یا خیر.

3. توسعه پروتکل‌های شفافیت و استانداردسازی: برای افزایش اعتبار علمی طرح‌های داخلی و تسهیل ارزیابی‌های مستقل، لازم است ایران پروتکل‌های گزارش‌دهی استاندارد را برای داده‌های عملیاتی، از جمله نوع و میزان مواد استفاده شده و آمار بازده، مطابق با استانداردهای جهانی (مانند توصیه‌های GAO) اجرا کند. تحقیقات در این حوزه ذاتاً بلندمدت هستند، و سیاست‌گذاران باید از فشارهای کوتاه‌مدت برای اثبات نتایج سریع خودداری کنند.

منابع:

۲۲۷۲۲۷