Voiko sadetta tehdä? Suomalaistutkijat selvittivät säänmuokkauksen mahdollisuuksia Arabiemiraateissa

Ilmatieteen laitoksen, Helsingin yliopiston ja Tampereen yliopiston tutkijat osallistuivat OASIS-tutkimushankkeeseen, jossa vahvistettiin säänmuokkausmenetelmiin eli keinotekoisen sateen tekemiseen liittyvää tieteellistä ymmärrystä.

”Mittaukset osoittivat, että sateen keinotekoinen voimistaminen Arabiemiraateissa on hyvin vaikeaa, koska ilmakehä on varsin kuiva”, Ilmatieteen laitoksen tutkimusprofessori Hannele Korhonen kiteyttää tutkimustuloksen.

Sade muodostuu Arabiemiraattien ilmakehässä tyypillisesti usean kilometrin korkeudessa, mutta hankkeessa tehdyt kattavat mittaukset osoittivat, että pilvien alla on yleensä kuivia ilmakerroksia, joiden läpi matkatessaan sade haihtuu. Näin sade ei koskaan saavuta maan pintaa.

Tätä sateen muodostumisen ja maahan satamisen ketjua tutkijat selvittivät vuoden kestäneissä kenttämittauksissa. Tutkijat mittasivat ilmakehän pienhiukkasten ja pilvien ominaisuuksia sekä vesihöyryn pitoisuuksia ja ilmakehän virtauksia ilmakehän eri korkeuksilla.

Pienhiukkasten kylvämistä mallinnettiin

Pilvet muodostuvat tiivistyneestä nestemäisestä vedestä tai jääkiteistä. Jotta pilviä voi muodostua, ilmakehässä on oltava riittävästi kosteutta eli vesihöyryä. Ilmakehän pienhiukkaset ovat välttämättömiä pilvien muodostumiselle: ne toimivat pilvipisaroiden ja pilvien jääkiteiden muodostumisytiminä.

Kun sadetta yritetään tehdä keinotekoisesti, pilvien läheisyyteen vapautetaan lentokoneesta pienhiukkasia. Niiden toivotaan muuttavan olemassa olevien pilvien ominaisuuksia sellaisiksi, että suurempi osa pilvien sisältämästä vedestä ja jäästä sataa maanpinnalle saakka.

Hankkeessa ei kylvetty pienhiukkasia ilmakehään, vaan asiaa tutkittiin sää- ja pilvimallinnuksen avulla. Tutkijat selvittivät, kuinka paljon ja millaisissa olosuhteissa pienhiukkasten kylväminen lentokoneesta voi lisätä maan pinnalle päätyvän sateen määrä. Malliajojen tuloksiin sovellettiin tekoälymenetelmiä.

Molekyylitason mallinnuksen avulla tutkijat kartoittivat myös, millaiset ominaisuudet tekevät kylvetyistä jääytimistä tehokkaita. Tutkimuksessa selvisi, että jään muodostuminen alkaa tyypillisesti pienhiukkasen pinnalla olevien lovien ja kuprujen kohdalta. 

”Olemassa olevien jäätymisytimien tehokkuutta parantaisi, mikäli niiden pinnalle onnistuttaisiin lisäämään sopivia mikroskooppisen pieniä lovia. Ei kuitenkaan ole varmaa, olisiko se toteutettavissa teknologisesti ja taloudellisesti kannattavasti”, Hannele Korhonen kertoo.

Tieteellinen pohja säänmuokkaukselle, eli keinotekoisen sateen tekemiselle, on ristiriitainen. Siitä huolimatta säänmuokkausta on harjoitettu noin 50 maassa ympäri maailman. Suomessa säänmuokkausta ei ole tehty.

Lisätietoja:

Tutkimusprofessori Hannele Korhonen, Ilmatieteen laitos, p. 029 539 2135, hannele.korhonen@fmi.fi

OASIS-projekti kesti 3,5 vuotta, ja se päättyi elokuussa 2020. Ilmatieteen laitoksen lisäksi projektiin osallistuivat Suomesta Helsingin yliopisto ja Tampereen yliopisto. Projekti sisälsi vuoden kestäneen kenttämittauskampanjan Arabiemiraateissa, tieteellistä mallinnusta ja neuroverkkojen hyödyntämistä tulosten analysoinnissa. Lisäksi suomalaiset tutkijat pitivät aiheesta kurssin paikallisessa yliopistossa (United Arab Emirates University), ja yliopiston opiskelija osallistui mittauskampanjan datan analysointiin. Tutkimushankkeen budjetti oli 1,5 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria, ja se oli yksi yhdeksästä Arabiemiraattien rahoittamasta hankkeesta.

Tutkimusartikkeleita aiheesta:

Filioglou, M. et al. (2020), Characterization of background aerosol particles properties over the United Arab Emirates, Atmos. Chem. Phys., 20, 8909–8922, 2020; https://doi.org/10.5194/acp-20-8909-2020

Callewaert S., S. Vandenbussche, N. Kumps, A. Kylling, X. Shang, M. Komppula, P. Goloub and M. De Mazière (2019), The Mineral Aerosol Profiling from Infrared Radiances (MAPIR) algorithm: version 4.1 description and evaluation, Atmos. Meas. Tech., 12, 3673-3698, doi:10.5194/amt-12-3673-2019.

Roudsari, G., B. Reischl, O.H. Pakarinen, and H. Vehkamäki (2020), Atomistic simulation of ice nucleation on silver iodide (0001) surfaces with defects, J. Phys. Chem. C, 124, 1, 436-445, doi:10.1021/acs.jpcc.9b08502.