В Объединенных Арабских Эмиратах вода дороже нефти. Чтобы удовлетворить потребности своих жителей, живущих в пустыне, ОАЭ полагаются на дорогие опреснительные установки и кампании по засеву облаков с самолетов, которые распыляют частицы в проходящие облака, чтобы вызвать дождь.
Но согласно новому исследованию моделирования, может быть другой способ вызвать дождь: солнечные фермы размером с город, которые создают свою собственную погоду. Тепло от больших темных солнечных панелей может вызывать восходящие потоки воздуха, которые при правильных условиях приводят к ливням, обеспечивая водой десятки тысяч людей.
«Некоторые солнечные фермы уже сейчас достигают нужного размера», — говорит Оливер Бранч, ученый-климатолог из Университета Хоэнхайма, который руководил работой, отчет о которой был опубликован в журнале Earth System Dynamics. «Может быть, то, что мы можем добиться такого эффекта, — это не научная фантастика».
Бранч работает в новой области, изучающей, как возобновляемые источники энергии, ключевой ответ на изменение климата, могут, в свою очередь, изменить региональные погодные условия. В исследовании 2020 года исследователи обнаружили, что невероятно большие солнечные фермы, занимающие более 1 миллиона квадратных километров в пустыне Сахара, могут увеличить количество местных осадков и вызвать процветание растительности. Но за эту награду, как обнаружили исследователи, придется заплатить: изменяя характер ветра, солнечные фермы сместят полосы тропических дождей на север. «Если вы подтолкнете их на север, это не будет хорошей новостью для Амазонки», — говорит Чжэнъяо Лу, ученый-климатолог из Лундского университета.
Бранч и его соавторы хотели посмотреть, смогут ли солнечные фермы более реалистичных размеров изменить погоду. Для этого они обратились к ведущей погодной модели, разработанной Национальным центром атмосферных исследований США, которая может учитывать изменения поверхности суши. Они смоделировали солнечные фермы как почти черные поля, поглощающие 95% поступающего солнечного света. Они обнаружили, что когда площадь солнечных ферм превышала 15 квадратных километров, повышенное тепло, поглощаемое поверхностью, в отличие от относительно отражающего песка, окружающего их, заметно увеличивало восходящие потоки или конвекцию, которые способствуют образованию облаков.
Однако просто взломать конвекцию было недостаточно: необходим также источник атмосферной влаги. Модель показала, что влажных высотных ветров из Персидского залива будет достаточно. Модель показала, что когда условия созреют, солнечное поле площадью 20 квадратных километров увеличит количество осадков почти на 600 000 кубических метров. Если бы такие ливни случились 10 раз за одно лето, они обеспечили бы достаточно воды, чтобы прокормить более 30 000 человек в течение года.
Новая работа имеет смысл и «очень стимулирует», говорит Лу. Однако вызывает беспокойство то, что моделируемые солнечные панели были темнее, чем их делают большинство производителей. По словам Лу, некоторые современные солнечные панели даже отражают свет и предназначены для охлаждения окружающей среды.
Тем не менее, Бранч надеется, что в какой-то момент эту идею можно будет опробовать в реальном мире. По его словам, солнечные фермы, вводимые в эксплуатацию в Китае и других странах, почти достаточно велики. Если бы они были построены в правильных местах, не потребовалось бы много времени, чтобы максимально затемнить панели и посадить между рядами панелей засухоустойчивые затемняющие культуры, такие как кусты жожоба.
ОАЭ профинансировали моделирование Бранч, но пока неизвестно, опробует ли он эту схему в реальном мире. Страна «обязуется изучить потенциальную реализацию всех надежных стратегий, таких как оптимизация конвекции», — говорит Аля Аль Мазруи, директор исследовательской программы ОАЭ по науке об усилении дождя. Но она добавляет, что на данный момент страна глубоко привержена своей программе засева облаков, выполняя около 300 миссий каждый год.
Бранч и его коллеги определили другие регионы мира, где эта схема может сработать, например, Намибию и полуостров Баха в Мексике. Они также пытаются повысить реалистичность моделирования солнечных панелей своей модели, сверяя их с полевыми измерениями на существующих солнечных фермах. В конечном счете, он надеется, что потенциал солнечных ферм по производству дождя будет стимулировать дальнейшее строительство. «Если вы сможете предоставить доказательства того, что огромная солнечная ферма производит осадки, — говорит он, — это может дать толчок к увеличению их размеров».
