ฝนหลวง ความหวังสุดท้ายของเกษตรกร
สารบัญ
* * * **
* **
* *
3. สารเคมีที่ใช้ในการทำฝนเทียม
*4. เทคนิคในการวางแผน และการปฏิบัติการตามแผน
*5. เครื่องบินที่ใช้ในการปฏิบัติการ
*6.กรณีตัวอย่างการใช้ฝนเทียมเพื่อดับไฟป่าพรุโต๊ะแดง
* * *
น้ำฝนที่ตกลงมาบนโลกเรานั้น ถือได้ว่าเป็นกระบวนการหนึ่งของวงจรน้ำที่หมุนเวียนอยู่ในโลกนี้อย่างต่อเนื่องกันไปไม่มีที่สิ้นสุด เริ่มด้วยการระเหยโดยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ส่องตรงลงมายังผิวน้ำ ทำให้น้ำจากมหาสมุทรและแหล่งน้ำต่าง ๆ กลายเป็นไอลอยขึ้นไปเป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศ ในวันหนึ่ง ๆ ประมาณว่ามีไอน้ำระเหยจากมหาสมุทร 875 ลูกบาศก์กิโลเมตร เมื่อรวมกับน้ำที่พืชคายออกมาและน้ำบนแผ่นดินระเหยขึ้นมาอีก 165 ลูกบาศก์กิโลเมตร รวมเป็นน้ำที่กลายเป็นไอในแต่ละวันมากถึง 1,040 ลูกบาศก์กิโลเมตร กระแสลมอุ่นจะหอบเอาไอน้ำดังกล่าวลอยขึ้นที่สูง เมื่อกระทบกับอากาศเย็นในเบื้องสูงจะกลั่นตัวกลายเป็นละอองน้ำเล็ก ๆ ละอองน้ำจำนวนมากเหล่านี้จะรวมตัวกันเข้าเป็นเมฆ จากนั้นจึงรวมตัวกันเป็นหยดน้ำที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ปริมาณมากขึ้น จนบรรยากาศรับไว้ไม่ไหวจึงตกลงสู่พื้นโลกในรูปของหยาดน้ำฟ้า(precipitation)ประเภทต่าง ๆ เช่น น้ำฝน ลูกเห็บ หิมะ เป็นต้น เมื่อน้ำฝนตกลงสู่พื้นดิน บางส่วนจะถูกพืชดูดซึมเข้าไปและคายออกทางใบ เรียกว่าการดูดซึมและการคายน้ำของพืช อีกส่วนหนึ่งซึมลงสู่ชั้นบาดาล น้ำจำนวนมากไหลบ่าลงสู่พื้นดิน โดยส่วนหนึ่งไหลซึมลอดไปตามชั้นดินที่ลาดเอียง และไหลลงสู่แหล่งน้ำต่าง ๆ บางส่วนขังอยู่ตามแหล่งน้ำบนดิน และค่อย ๆไหลลงสู่แหล่งน้ำต่าง ๆ และเมื่อได้รับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ น้ำก็จะระเหยกลับขึ้นบรรยากาศเป็นวงจร
1.น้ำฝนเป็นสิ่งจำเป็นที่สิ่งมีชีวิต ทั้งคน พืช และสัตว์จำนวนมาก ได้ใช้อาศัยบริโภคและใช้ประโยชน์หลายด้านในการดำรงชีพของมนุษย์ เช่น การเกษตร อุตสาหกรรม พาณิชยกรรม เป็นต้น
2.น้ำฝนเป็นน้ำสะอาดที่หาได้จากธรรมชาติ
3.น้ำฝนช่วยล้างสิ่งสกปรกในบรรยากาศ เช่น ฝุ่นละออง หมอก ควัน ก๊าซพิษต่าง ๆ เช่นโอโซน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ รวมทั้งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
4.ในขณะที่เป็นละอองน้ำอยู่ในบรรยากาศนั้น กลุ่มเมฆฝนจะช่วยดูดซับรังสีความร้อนที่สะท้อนจากผิวโลกไว้ ทำให้อุณหภูมิของโลกอบอุ่น
1.ความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากการใช้ทรัพยากรอย่างไม่ถนอมของมนุษย์ เช่น การใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีสาร CFC (Chlorofuorocarbon) และการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จาการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่าง ๆ ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก (Greenhouse Effect) ส่งผลให้วงจรของฝนเกิดอุปสรรคและปัญหาขึ้น
2.การใช้แหล่งน้ำและการเข้าควบคุมทรัพยากรน้ำอย่างกว้างขวางเนื่องจากการเพิ่มขึ้นอย่าง รวดเร็วของจำนวนประชากรมนุษย์ รวมทั้งการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี นับเป็นปัจจัยหนึ่งทำให้เกิดผลกระทบต่อสภาพและความสมดุลของธรรมชาติได้
3.การตัดไม้ทำลายป่าจำนวนมหาศาลของมนุษย์โลก นับเป็นเหตุสำคัญที่ทำให้ความชื้นในบรรยากาศลดน้อยลง ทำให้วงจรของฝนหยุดชะงักลงไป
ปริมาณน้ำฝนในประเทศไทยนั้นจัดได้ว่า ภาคใต้มีปริมาณน้ำฝนมากที่สุดเนื่องจากมีพื้นที่ใกล้ชิดทะเล ภาคตะวันออกมีปริมาณน้ำฝนมากรองลงมา ตามด้วยภาคตะวันออกเฉียงเหนือและภาคเหนือกับภาคกลางเป็นลำดับสุดท้าย โดยที่ภาคตะวันออกเฉียงเหนือแม้จะมีปริมาณน้ำฝนมากแต่เป็นดินแดนที่มีความกันดารแห้งแล้ง เพราะลักษณะของดินแดนในแถบนั้นเป็นดินปนทรายไม่อุ้มน้ำ และมีการตัดไม้ทำลายป่าสูงสุด ทำให้ดินขาดการซึมซับน้ำ โดยเฉลี่ยแล้วประเทศไทยมีฝนตกค่อนข้างชุกแต่ไม่ทั่วถึงในบางพื้นที่ แม้ว่าประเทศไทยจะตั้งอยู่ในเขตร้อนชื้นมีลมมรสุมพัดผ่านเป็นฤดูกาล และยังมีพายุดีเปรสชันเข้ามาบ้างประปรายก็ตาม ผลกระทบต่าง ๆ ของสภาวะแวดล้อมโลกก็ส่งผลให้ประเทศไทยเกิดฝนแล้ง แม้ปริมาณน้ำฝนในแต่ละปีมีค่าเฉลี่ยประมาณ 1,700 มิลลิเมตร ต่อ 1 ตารางกิโลเมตร ซึ่งนับว่าชุกแต่จากการที่ฝนตกไม่ทั่วถึงในบางพื้นที่ซึ่งหากเป็นพื้นที่การเกษตรก็ก่อให้เกิดความเดือดร้อนแก่เกษตรกร การใช้ทรัพยากรน้ำในบรรยากาศจึงเริ่มเข้ามามีบทบาทเพื่อช่วยบรรเทาความเดือดร้อนให้แก่เกษตรกร
เนื่องจากการตัดไม้ทำลายป่าของประเทศไทยรุนแรงมากจนกระทั่งเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพ ภูมิอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งทำให้สภาพอากาศจากพื้นดินถึงระดับฐานเมฆไม่เอื้ออำนวยต่อการกลั่นตัวของไอน้ำที่จะก่อตัวเกิดเป็นเมฆ และทำให้ยากต่อการเหนี่ยวนำให้ฝนตกลงสู่พื้นดินจึงมีฝนตกน้อยกว่าปกติปริมาณฝนตกทั่วประเทศลดน้อยลง หรือเกิดภาวะฝนทิ้งช่วงอย่างรุนแรงทำให้เกิดภัยแล้ง ท้องถิ่นหลายแห่งประสบปัญหาพื้นดินแห้งแล้ง หรือการขาดแคลนน้ำเพื่อการอุปโภค บริโภค และทำการเกษตรโดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูเพาะปลูก เกษตรกรมักจะประสบความเดือดร้อนทุกข์ยากมาก เนื่องจากบางครั้งเกิดภาวะฝนทิ้งช่วงในระยะวิกฤตของพืช กล่าวคือหากขาดน้ำในระยะดังกล่าวนี้จะให้ผลผลิตต่ำหรืออาจไม่มีผลผลิตให้เลยรวมทั้งอาจทำให้ผลผลิตที่มีอยู่เสียหายได้ การเช่นนี้เมื่อเกิดภาวะฝนแล้งหรือฝนทิ้งช่วงคราใดของแต่ละปีสร้างความเดือดร้อนอย่างสาหัสและก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจแก่เกษตรกร นอกจากนี้ภาวะการใช้น้ำของประเทศนับวันจะทวีความต้องการสูงขึ้น เพราะการขยายตัวเจริญเติบโตทางด้านอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และการเพิ่มขึ้นของประชากร ซึ่งส่งผลให้ปริมาณน้ำที่มีอยู่ไม่เพียงพอ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ ปริมาณน้ำในเขื่อนภูมิพลลดลงอย่างมาก
เมื่อดวงอาทิตย์แผ่รังสีความร้อนมาสู่โลก ไอน้ำจะลอยตัวขึ้นพร้อมกับมวลอากาศจนถึงที่ระดับความสูงหนึ่งที่มีอุณหภูมิเท่ากับจุดน้ำค้าง (dew point) ไอน้ำจะกลั่นตัวบนอนุภาคกลั่นตัวเล็ก ๆ (condensation nuclei) อนุภาคกลั่นตัวอาจเป็นฝุ่นเล็ก ๆ (microscopic dust) ควัน (microscopic smoke) และอนุภาคเกลือ (salt particle) ถ้าไม่มีอนุภาคกลั่นตัวไอน้ำจะเปลี่ยนเป็นเมฆหรือหมอกได้ยาก การ กลั่นตัวของไอน้ำในอากาศทำให้เกิดเม็ดเมฆ (clound droplet) จำนวนมากเป็นล้าน ๆ เม็ดกลายเป็นเมฆลอยในอากาศ ถ้าเมฆได้รับความชื้นมากขึ้นก็จะมีการกลั่นตัวของไอน้ำมากขึ้น เมฆจะมีขนาดใหญ่ขึ้น ถ้าเมฆไม่ได้รับความชื้นในที่สุดเมฆจะสลายตัวไป
การแบ่งประเภทของเมฆสามารถแบ่งได้ 2 แบบ คือ
แบ่งเมฆตามรูปร่าง มี 4 ประเภทคือ
1.เซอร์รัส (cirrus) รูปร่างเป็นเส้น มีลักษณะเบา บาง สีขาว อยู่สูงมากแยกกันเห็นได้ชัด บางครั้งเห็นรูปร่างคล้ายขนนก หรือแส้ม้า
2.คิวมูลัส (cumulus) รูปร่างเป็นก้อน โดยทั่วไปฐานเมฆจะแบนราบลักษณะสูงขึ้นคล้ายดอกกะหล่ำ
3.สเตรตัส (stratus) รูปร่างเป็นแผ่นหรือเป็นชั้นปกคลุมท้องฟ้า
4.นิมบัส (nimbus) เป็นลักษณะของเมฆฝน อาจเป็นแผ่นหรือก้อนที่มีสีเทาเข้ม
การแบ่งเมฆตามความสูงมี 4 ประเภทคือ
1.เมฆชั้นสูง (high clound) อยู่ที่ความสูง 6,000 เมตรขึ้นไป
2.เมฆชั้นกลาง (middle clound) อยู่ระหว่างความสูง 6,000 เมตร ถึง 2,000 เมตร
3.เมฆชั้นต่ำ (low clound) อยู่ที่ระดับความสูง 2,000 เมตรลงมา
4.เมฆก่อตัวในแนวตั้ง (clound of vertical development) อยู่ระหว่างความสูง 500 เมตร ถึง 1800 เมตร
ระดับความสูงที่กล่าวถึงเปลี่ยนแปลงได้ตามฤดูกาลและสถานที่เช่นบริเวณละติจูดสูงในฤดูหนาว จะพบเมฆชั้นสูง อากาศมีอุณหภูมิต่ำและปริมาณไอน้ำน้อย ทำให้เมฆชั้นสูงเบาบางสีขาวและประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง ในขณะที่บริเวณละติจูดต่ำลงมาปริมาณไอน้ำในอากาศมีมากเมฆชั้นกลางและเมฆชั้นต่ำจึงมีลักษณะหนาแน่นและมีความหนามากกว่า เมฆแผ่นจะอยู่ในความสูงหลายระดับ เป็นตัวชี้บอกลักษณะสภาพเสถียรของอากาศในขณะที่เมฆก่อตัวในแนวตั้งเกิดจากอากาศไร้เสถียรภาพ เมฆคิวมูลัส บอกลักษณะอากาศแจ่มใส แต่สามารถก่อตัวสูงขึ้น ๆ กลายเป็นเมฆคิวมูลัสที่ทำให้เกิดฝนได้
ตารางที่ 1 แสดงลักษณะของเมฆแต่ละชนิด
ประเภท |
ชื่อเมฆ |
ลักษณะ |
เมฆชั้นสูง ความสูงมากกว่า 6,000 เมตร |
เซอร์รัส (cirrus) เซอร์โรคิวมูลัส (cirrocumulus) เซอร์โรสเตรตัส (cirrostratus) |
เบาบางเป็นเส้น ๆ
ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง
บางครั้งปรากฏเป็นรูปตะขอ
คล้ายหางม้า บางสีขาว ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็งเห็นเป็นรูปคลื่น หรือก้อนกลมเป็นแถว ๆ ลักษณะคล้ายเกล็ดปลา บางสีขาวเป็นแผ่น ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง ท้องฟ้าเป็นฝ้าขาว บางครั้งเกิดวงแสง (halo) รอบดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ |
เมฆชั้นกลาง ความสูงระหว่าง 2,000-6,000 เมตร |
อัลโตคิวมูลัส (altocumulus) อัลโตสเตรตัส (altostratus) |
สีขาว
บางครั้งสีเทา เป็นก้อนเล็ก
ๆแยกเป็นแถว ๆ คล้ายขนแกะ เมฆแผ่นค่อนข้างบาง สีเทา สีฟ้าเป็นบริเวณกว้างอาจทำให้เกิดฝนละอองบาง ๆ สามารถบังดวงอาทิตย์ หรือดวงจันทร์เห็นเป็นฝ้าได้ |
เมฆชั้นต่ำ ความสูงต่ำกว่า 2,000 เมตร |
สเตรโตคิวมูลัส (stratocumulus) สเตรตัส (stratus) นิมโบสเตรตัส (nimbostratus) |
สีเทาอ่อนนุ่ม
เป็นก้อนกลมเป็นแถว ๆ
รวมกันคล้ายคลื่น
ส่วนมากไม่มีฝน เป็นแผ่นสีเทาคล้ายหมอก อยู่เหนือพื้นดิน อาจทำให้เกิดฝนละอองได้ รูปร่างไม่แน่นอน เป็นแผ่นสีเทาดำ ฐานเมฆต่ำใกล้พื้นดินไม่มีระเบียบ ทำให้เกิดฝนได้ |
เมฆก่อตัวในแนวตั้ง ความสูงระหว่าง 500-1,800 เมตร |
คิวมูลัส (cummulus) คิวมูโลนิมบัส (cumulonimbus) |
หนาเป็นก้อน
ฐานเมฆมักแบนราบ
อาจเกิดเป็นก้อนเดี่ยว ๆ
หรือรวมตัวกันเป็นก้อนใหญ่ เมฆหนาก่อตัวสูงมาก บางครั้งยอดเมฆจะกระจายออกเป็นรูปทั่ง (anvil head) ทำให้เกิดฝนตกหนัก ฟ้าร้อง ฟ้าแลบ ลูกเห็บตก |
ที่มา: วิไลลักษณ์ ตั้งเจริญ ,2540 :55-56
เมฆมีหลายชนิดบางชนิดจะลอยอยู่ในอากาศเฉย ๆ มีบางชนิดเท่านั้น ที่มีฝนตกลงมา และอาจเกิดฟ้าแลบและฟ้าร้องด้วยโดยต้องมีลักษณะอากาศที่ทำให้เม็ดเมฆรวมตัวกันเป็นเม็ดน้ำใหญ่ขึ้น และมีน้ำหนักมากขึ้น จนกระแสอากาศไม่สามารถพัดให้เม็ดฝนลอยตัวอยู่ในอากาศได้ มันจึงตกลงมาเป็นฝน หรือ หิมะ
น้ำฟ้า (precipitation) ต้องเกิดจากเมฆ ถ้าไม่มีเมฆจะไม่มีน้ำฟ้า แต่เมื่อมีเมฆไม่จำเป็นต้องมีน้ำฟ้าเสมอไป น้ำฟ้าเกิดจากการรวมตัวกันของเม็ดเมฆ (clound droplet) ซึ่งมีขนาดเล็กมาก 0.1-0.2 มิลลิเมตร หรือ 10-20 ไมครอน จำนวนเป็นล้านเม็ด เม็ดเมฆขนาด 10-20 ไมครอนนี้จะยังไม่ตกลงสู่พื้นดิน เนื่องจากมีกระแสลมพัดขึ้นแนวตั้งคอยต้านไว้ไม่ให้ตกลงมาต่อเมื่อเม็ดเมฆรวมตัวกันโตจนมีขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางถึง 1 มิลลิเมตร หรือ 1,000 ไมครอน หรือใหญ่กว่านี้มันจะตกลงมาจากเมฆ สภาวะของน้ำฟ้าที่ตกลงมาจากท้องฟ้า อาจจะเป็นลักษณะของ ฝน หิมะ ฝนละออง หรือ ลูกเห็บ การที่น้ำฟ้าจะตกลงมาเป็นสถานะใดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ
กระบวนการของหยดน้ำขนาดเล็ก ผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กให้มีขนาดใหญ่ขึ้นจนเป็นฝนหิมะ หรือ ลูกเห็บ มีอยู่ 2 กระบวนการ คือ
1. กระบวนการชนกันและรวมตัวกัน (collision-coalescence process)
ในก้อนเมฆก้อนหนึ่งจะเม็ดเมฆขนาดต่าง ๆ หลายขนาด เม็ดเมฆขนาดใหญ่มีอัตราความเร็วมากกว่าขนาดเล็ก เม็ดเมฆจึงเคลื่อนที่เข้าชนขนาดเล็กในทางเดินของมัน โดยเหตุนี้เม็ดขนาดใหญ่และเล็กจึงชนกันเกิดการรวมตัวมีขนาดใหญ่ยิ่งขึ้น เมื่อมีขนาดใหญ่มากก็อาจแยกออกเป็นขนาดกลาง มีการวิ่งชนกันกลายเป็นเม็ดน้ำขนาดใหญ่ขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องเรื่อย ๆ เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ จนได้น้ำฟ้าจำนวนมากตกลงจากเมฆ ลักษณะเช่นนี้จะเกิดจากเมฆที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส เป็นเมฆอุ่นจึงเรียกน้ำฟ้าที่เกิดจากเมฆชนิดนี้ว่า น้ำฟ้าจากเมฆอุ่น (warm-cloud precipitation) มักเกิดในแถบโซนร้อน
2. กระบวนการเบอร์เจอรอน (Bergeron process)
กระบวนการนี้จะเกิดในเมฆเย็นซึ่งประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง ไอน้ำ และน้ำปนกันอยู่ ซึ่งทั้ง 3 สภาวะจะอยู่ด้วยกันในเมฆที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส โดยน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสเรียกว่า น้ำเย็นยิ่งยวด (supercooled water) ซึ่งมีอยู่ในธรรมชาติเสมอและเป็นปรากฏการณ์ธรรมดา หยดน้ำเย็นยิ่งยวดนี้มีการรวมตัวกับผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ๆ เนื่องจากความดันไอน้ำอิ่มตัวในน้ำแข็งมีค่าน้อยกว่าน้ำ ดังนั้นหยดน้ำจึงมีการควบแน่นบนน้ำแข็งและทำให้ผลึกมีขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อผลึกน้ำแข็งโตพอก็จะตกจากเมฆ เป็นหิมะ แต่ถ้าอุณหภูมิของบรรยากาศสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส ก็อาจตกลงเป็นฝนได้ การเกิดน้ำฟ้าแบบนี้เกิดจากเมฆเย็น จึงเรียกว่าน้ำฟ้าจากเมฆเย็น (cold-clod precipitation) มีนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องในการค้นพบกระบวนการนี้ 3 ท่าน คือ อัลเฟรด เวกเนอร์ (Alfred Wegener) ฟินเดเซน (Findeisen) และเบอร์เจอรอน (Bergeron) บางครั้งจึงเรียกกระบวนการนี้ว่า กระบวนการเวกเนอร์-เบอร์เจอรอน-ฟินเดเซน (Wegener-Bergeron-Findeisen process)
การทำฝนเทียมอาศัยเทคนิคจากการศึกษาค้นคว้าว่ากรรมวิธีของฝนในธรรมชาติเกิดขึ้นได้อย่างไร ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงได้พยายามเลียนแบบธรรมชาติโดยทำจากเมฆซึ่งมีลักษณะ พอเหมาะที่จะเกิดฝนได้
2.1.1 การทำฝนเทียมในเขตอบอุ่นซึ่งมีเมฆที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส
การทำฝนเทียมแบบนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการทำฝนเมฆเย็น จะทำเมื่อยอดเมฆสูงเฉลี่ย 21,500 ฟุต หรือประมาณ 6,450 เมตรมีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส เป็นเมฆคิวมูลัส(cumulus)จะเกิดเฉพาะช่วงต้นและปลายฤดูฝน การทำฝนเทียมในเมฆชนิดนี้ใช้โปรยหรือหว่านด้วยเม็ดน้ำแข็งแห้งเล็ก ๆ (dry ice) หรือ ซิลเวอร์ไอโอไดด์(silver iodide) จะก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่เร่งเร้าให้เม็ดน้ำเย็นยิ่งยวดเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นผลึกหรือเกล็ดน้ำแข็งทันทีแล้วคายความร้อนแฝงออกมา พลังงานความร้อนดังกล่าวทำให้มวลอากาศภายในก้อนเมฆลอยตัวขึ้นเบื้องบนมีผลทำให้เกิดแรงดึงดูดใต้ฐานเมฆ ซึ่งจะดูดเอาความชื้นเข้ามาหล่อเลี้ยงทำให้ก้อนเมฆเจริญเติบโตและมีปริมาณน้ำฝนเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกันแรงยกตัวจะหอบเอาเกล็ดน้ำแข็งเล็ก ๆ ขึ้นไปข้างบนทำให้เกล็ดน้ำแข็งเหล่านี้มีขนาดใหญ่ขึ้นพอมีน้ำหนักมากกว่าที่แรงยกตัวจะพยุงไว้ได้ก็ตกลงมา จนผ่านชั้นอากาศที่อุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ ก้อนน้ำแข็งก็จะละลายกลายเป็นน้ำฝน
2.1.2 การทำฝนเทียมในเขตร้อนซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส
การทำฝนเทียมแบบนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการทำฝนเมฆอุ่น มีลักษณะของเมฆก่อตัวขึ้นเป็นแนวตั้งฉากเป็นเมฆคิวมูลัส(cumulus) ซึ่งสังเกตุได้จากกลุ่มเมฆจะมีลักษณะฐานเมฆสีดำ ก้อนเมฆก่อตัวขึ้นคล้ายดอกกระหล่ำปลีอยู่ที่ระดับความสูงของฐานเมฆไม่เกิน 16,000 ฟุต มีอุณหภูมิภายในก้อนเมฆสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส การทำฝนเทียมในเมฆชนิดนี้จะใช้สารเคมีเพื่อกระตุ้นให้เกิดกระบวนการชนและรวมตัวกันของเม็ดเมฆขนาดต่าง ๆ
การทำฝนเทียมประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นที่ 1 ก่อกวน (Triggering)
เป็นการดัดแปรสภาพอากาศด้วยการก่อกวนสมดุลย์( Equilibrium ) หรือ เสถียรภาพ (Stability) ของมวลอากาศเป็นแห่ง ๆ โดยการโปรยสารเคมีประเภท คายความร้อน ( Exothermic chemical ) ในท้องฟ้าที่ระดับใกล้เคียงกับระดับกลั่นตัวเนื่องจากการไหลพาความร้อนในแนวตั้ง(Convective condensation level ) ซึ่งเป็นระดับของฐานเมฆในแต่ละวัน และโปรยสารเคมีประเภทดูดความร้อน (Endothermic chemicals) ที่ระดับสูงกว่า 2,000 - 3,000 ฟุต ทั้งนี้เพื่อช่วยให้เกิดเมฆเร็วขึ้นและปริมาณมากกว่าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยเริ่มก่อกวนในช่วงเวลาเช้าทางด้านเหนือลมของพื้นที่ เป้าหมายหวังผลที่วางแผนกำหนดไว้ในแต่ละวัน
ขั้นที่ 2 เลี้ยงให้อ้วน (Fatten)
เป็นการดัดแปรสภาพอากาศและก้อนเมฆด้วยการกระตุ้นหรือเร่งการเจริญเติบโตของก้อนเมฆที่ก่อตัวแล้ว ให้มีขนาดใหญ่ขึ้นทางฐานเมฆและยอดเมฆ ให้ขนาดหยดน้ำใหญ่ขึ้น และปริมาณน้ำในก้อนเมฆมากขึ้น และหนาแน่นเกินกว่าที่จะปล่อยให้เจริญเองตามธรรมชาติ ด้วยการโปรยสารเคมีประเภทที่เมื่อดูดซับความชื้นแล้วทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงที่ระดับฐานเมฆหรือยอดเมฆโดยบินโปรยสารเคมีเข้าสู่ก้อนเมฆโดยตรง หรือโปรยรอบ ๆ และระหว่างช่องว่างของก้อนเมฆทางด้านเหนือลมให้กระแสลมพัดพาสารเคมีเข้าสู่ก้อนเมฆ หรือโปรยสารเคมีประเภทคายความร้อนสลับสารเคมีประเภทคายความเย็นในอัตราส่วน 1:4 ทับยอดเมฆทั่วบริเวณที่มีความหนา 2,000 3,000 ฟุต ปกคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้าง หรือที่บริเวณพื้นที่ใต้ลมของบริเวณที่เริ่มต้นก่อกวน ทั้งนี้สุดแล้วแต่สภาพของเครื่องบิน ภูมิประเทศ และขณะอากาศขณะนั้นจะอำนวยให้
ขั้นที่ 3 โจมตี (Attack)
เป็นการดัดแปรสภาพอากาศในก้อนเมฆโดยตรงหรือบริเวณใต้ฐานเมฆ หรือบริเวณที่ต้องการ ชักนำเมฆฝนที่ตกอยู่แล้วเคลื่อนเข้าสู่พื้นที่ที่ต้องการ เป็นการบังคับหรือเหนี่ยวนำให้เมฆที่แก่ตัวจัดแล้วตกเป็นฝนลงสู่พื้นที่เป้าหมายหวังผลที่วางแผนกำหนดไว้ โดยใช้เครื่องบิน บินโปรยสารเคมีประเภทดูดความร้อนเข้าไปโดยตรงที่ฐานเมฆ หรือยอดเมฆ หรือที่ระดับระหว่างฐานเมฆและยอดเมฆ ชิดขอบเมฆทางด้านเหนือลม หรือใช้เครื่องบิน 2 เครื่องโปรยพร้อมกันแบบแซนด์วิช (Sandwich) เครื่องหนึ่งโปรยที่ฐานเมฆด้านใต้ลม อีกเครื่องโปรยด้านเหนือลมชิดขอบเมฆที่ระดับยอดเมฆหรือไหล่เมฆ เครื่องบินทั้งสองทำมุมเยื้องกัน 45 องศา หรือโปรยสารเคมีประเภทดูดความร้อนที่ระดับต่ำกว่าฐานเมฆไม่น้อยกว่า 1,000 ฟุต หรือสร้างจุดเย็นด้วยสารเคมีประเภทดูดความร้อนเป็นบริเวณแคบในบริเวณพื้นที่เป้าหมายหวังผล เพื่อเหนี่ยวนำให้ฝนที่กำลังตกอยู่เคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่ต้องการนั้น
3. สารเคมีที่ใช้ในการทำฝนเทียม
สารเคมีที่นำไปใช้ในการทำฝนเทียมได้มีการวิเคราะห์วิจัยอย่างถี่ถ้วนถึงผลกระทบว่าเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งมนุษย์ พืชและสัตว์ ตลอดจนก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมหรือไม่ สารเคมีทุกชนิดที่ใช้ในปัจจุบันเป็นสารเคมีที่มีคุณสมบัติดูดซับความชื้นได้ดี และเมื่อดูดซับความชื้นจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลงแตกต่างกัน เพื่อให้เลือกชนิดและปริมาณใช้ได้ตามความเหมาะสมกับสภาพอากาศและขั้นตอนกรรมวิธีในขณะนั้น ในรูปอนุภาคแบบผงและสารละลาย ทำหน้าที่เป็นแกนกลั่นตัวของเมฆ (Clound condensation nuclei) ซึ่งมีลักษณะเป็นแกนแข็งและสารละลายเข้มข้น หรือใช้สารเคมีที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งชักนำให้หยดน้ำหรือสารละลายเข้มข้นกลายเป็นหยดน้ำแข็ง (Ice nuclei) ดังนั้นสารเคมีที่ใช้จึงแบ่งออกเป็น 3 ประเภทคือ
3.1 สารเคมีประเภทคายความร้อนหรือทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น (Exothermic chemical)
สารเคมีชนิดนี้เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะเกิดปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น จะใช้สารเคมีประเภทนี้เพื่อดัดแปรสภาพอากาศให้เกิดความเปลี่ยนแปลงพลังความร้อนที่ทำให้มวลอากาศเคลื่อนที่ (Thermodynamic) ด้วยการเพิ่มความร้อนอย่างฉับพลันที่เกิดจากปฏิกิริยา (Sensible heat) และความร้อนแฝงที่เกิดจากการกลั่นตัวของไอน้ำรอบอนุภาคสารเคมีที่เป็นแกนกลั่นตัวด้วย เมื่อเสริมกับความร้อนจากแสงอาทิตย์จะทำให้มวลอากาศในบริเวณที่โปรยสารเคมีนี้มีอุณหภูมิสูงและเกิดการลอยตัวขึ้น (Updraft) ได้ดีกว่าบริเวณที่ไม่ได้โปรยสารเคมี อุณหภูมิอากาศที่สูงขึ้นเพียง 0.1 องศาเซลเซียส จะมีผลที่ทำให้เกิดการลอยตัวของอากาศได้ ปัจจุบันนี้มีใช้ในการทำฝนเทียมในประเทศไทย 3 ชนิด คือ
 | แคลเซียมคาร์ไบด์ (Calcium carbide ; CaC2) |
เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะให้ความร้อน 29.9 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัวแบบแข็ง มีปฏิกิริยาดังนี้
CaC2(s) + 2H2O (l) Ca(OH)2 + C2H2 (g)
| แคลเซียมคลอไรด์ (Calcium Chloride ; CaCl2) |
เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะให้ความร้อน 19.0 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัวที่เป็นสารละลายเข้มข้นที่มีความไวในการดูดซับความชื้นที่ผิวสูง มีปฏิกิริยาดังนี้
CaCl2(s) + aq (น้ำ) Ca+2 (aq) + 2Cl- (aq)
| แคลเซียมออกไซด์ (Calcium oxide ; CaO) |
เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะให้ความร้อนรวม 43.0 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล จะเกิดปฏิกิริยา 2 ขั้น ขั้นแรกจะให้ความร้อน 15.6 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล ขั้นที่ 2 จะให้ความร้อน 27.4 กิโแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นแบบแข็ง มีปฏิกิริยาดังนี้
ขั้นที่1 CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2 + heat
ขั้นที่2 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O + heat
CaO + CO2 CaCO3 + 43 k.cal
3.2 สารเคมีประเภทดูดกลืนความร้อนหรือทำให้อุณหภูมิต่ำลง (Endothermic chemicals)
สารเคมีประเภทนี้เมื่อดูดซับความชื้นแล้วจะเกิดปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิต่ำลง จะใช้สารเคมีประเภทนี้เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการดูดซับความชื้นแล้วกลายเป็นแกนสารละลายเข้มข้นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิกลั่นตัวซึ่งทำให้ประสิทธิภาพในการกลั่นตัวสูงขึ้น และทำให้การเจริญของเม็ดน้ำในก้อนเมฆมีขนาดใหญ่เร็วขึ้น และความร้อนแฝงที่ปล่อยออกมาจากการกลั่นตัวจะทำให้เกิดการลอยตัวขึ้นของมวลอากาศและทำให้เกิดกระบวนการกลั่นตัวอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้กระบวนการชนและรวมตัวกันของเม็ดน้ำให้เจริญใหญ่ขึ้นจะเสริมกระบวนการกลั่นตัวในขั้นเลี้ยงให้อ้วน(Fatten) และเกิดกระบวนการแตกตัวของเม็ดน้ำที่เจริญขึ้นจนมีขนาดใหญ่จนกระทั่งความตึงผิว (Surface tension) ไม่สามารถคงอยู่ได้ หรือตกลงปะทะกับกระแสลมที่ลอยตัวขึ้น เม็ดน้ำที่มีขนาดใหญ่นั้น จะแตกตัวเองเป็นเม็ดน้ำขนาดเล็ก ๆ เพิ่มปริมาณแกนกลั่นตัวสารละลายเข้มข้นที่เจือจางลอยตัวกลับขึ้นไปเจริญใหม่ และเจริญขึ้นเป็นเม็ดน้ำขนาดใหญ่จนกลายเป็นฝนตกลงมาหรือเกิดการแตกตัวอย่างต่อเนื่องเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ กลไกหรือกระบวนการดังกล่าวเป็นการขยายขนาดเมฆและเพิ่มปริมาณให้สูงขึ้น (Rain enchancement ) ปัจจุบันในการปฏิบัติการมีการใช้สารเคมีประเภทนี้อยู่ 3 ชนิด คือ
| ยูเรีย (Urea;CO(NH2)2 ) |
เมื่อดูดซับความชื้นแล้วดูดกลืนความร้อนเท่ากับ 10.57 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัว (nuclei) ซึ่งเป็นสารที่มีความไวในการดูดซับความชื้นที่ผิว (Surface active material) สูง ทำให้การเจริญเติบโตของไอน้ำในเมฆกลายเป็นหยดน้ำที่มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างรวดเร็ว มีปฏิกิริยาดังนี้
CO(NH2)2 + (aq) CO(NH2)2 (aq) หรือ
CO(NH2)2 + (aq) CO(NH2)2 Molecule hydrate
| แอมโมเนียมไนเทรต (Ammoniumnitrate;NH4NO3) |
เมื่อดูดซับความชื้นแล้วดูดกลืนความร้อนออกมาเท่ากับ 6.30 กิโลแคลอรีต่อหนึ่งโมเลกุล และกลายเป็นแกนกลั่นตัวเช่นเดียวกับยูเรีย ในกรณีที่สภาวะไอน้ำในอากาศหรือเมฆที่พร้อมจะตกเป็นฝนแล้ว สามารถช่วยดึงความร้อนออกมาได้โดยการใช้สารประเภทดูดกลืนความร้อน มีปฏิกิริยาดังนี้
NH4NO3 + (aq) NH4+ (aq) + NO3- (aq)
| น้ำแข็งแห้ง (Dry ice;CO2(s)) |
ใช้ในสภาพบดเป็นเกล็ด หรือเป็นก้อนขนาดไม่เกิน 1 ลูกบาศก์นิ้ว เป็นสารที่ผลิตจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยผ่านกรรมวิธีภายใต้ความกดดันสูง ๆ จนเปลี่ยนสถานะเป็นก้อนแข็ง เมื่ออยู่ในความกดดันปกติจะดูดกลืนความร้อนเข้าไประเหิด เปลี่ยนจากสภาพของแข็งเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งถึง 78 องศาเซลเซียส ทำให้สภาวะไอน้ำในอากาศเกิดการควบแน่นและกลายเป็นเกล็ดน้ำแข็งได้มีปฏิกิริยาดังนี้
CO2(s) CO2(q)
3.3 สารเคมีที่ทำหน้าที่ดูดซับความชื้นประการเดียว
สารเคมีประเภทนี้เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิน้อยมาก จึงทำหน้าที่เป็นแกนกลั่นตัว และกลายเป็นแกนกลั่นตัวแบบสารละลายเข้มข้น เป็นสารที่ใช้ในทุกขั้นตอนของกรรมวิธีก่อกวน เลี้ยงให้อ้วน และโจมตี จากการกลั่นตัวจะคายความร้อนแฝง ทำให้เกิดการลอยตัวขึ้นของมวลอากาศก่อให้เกิดขบวนการกลั่นตัวอย่างต่อเนื่องเช่นเดียวกัน สารเคมีประเภทนี้ได้แก่
| เกลือ (Sodium chloride;NaCl) |
ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันเป็นเกลือทะเลที่ได้รับการพัฒนาจนเป็นผงละเอียดมีขนาดอนุภาคตั้งแต่ 10 ไมครอน และไม่เกิน 100 ไมครอน เมื่อดูดซับความชื้นแล้วมีปฏิกิริยาดังนี้
NaCl (s) + aq Na+ (aq) + Cl- (aq)
| สารเคมี สูตร ท.1 |
เป็นสารเคมีที่เป็นทั้งสารผสมและสารประกอบหลายชนิดที่ค้นคว้าวิจัยขึ้นมาล่าสุด สารที่ใช้ปฏิบัติการอยู่ในขณะนี้อยู่ในรูปของโซเดียมคลอไรด์ที่มีผลึกในรูปของแร่เฮไลต์ (Halite) ซึ่งแตกต่างจากผลึกของเกลือทะเลธรรมดาไม่ต่ำกว่า 50 % และอยู่ในรูปของสารประกอบอื่น ๆ เช่น เฟอริกออกไซด์ (Fe2O3) ในรูปของแร่ฮีมาไทต์ (Hemtite) ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ในรูปของแร่ควอรตซ์ (Quartz) แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO4.7H2O) ในรูปของผลึกน้ำ อะลูมิเนียมคลอไรด์ AlCl3 และแมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl2) รวมกันไม่ต่ำกว่า 10 % และได้รับการพัฒนาจนมีขนาดอนุภาคตั้งแต่ 10 ไมครอนถึงไม่เกิน 180 ไมครอน เมื่อเป็นสารละลายจะมีค่าตัวนำไฟฟ้า (Electric coductivity ) สูงถึง 510 มิลลิโมล ซึ่งจะเสริมประสิทธิภาพในการกลั่นตัวและการรวมกันของเม็ดน้ำในขบวนการเจริญของเม็ดน้ำและก้อนเมฆมากขึ้น
4. เทคนิคในการวางแผน และการปฏิบัติการตามแผน
เนื่องด้วยการเกิดฝนทั้งโดยธรรมชาติและการกระทำของมนุษย์เกี่ยวข้องกับตัวการที่มีความ ผันแปรและไวต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะภาพสูงจึงต้องมีการปรับแผน ในระหว่างการปฏิบัติการให้มีความเหมาะสมกับสภาพปรากฏการณ์ในท้องฟ้าขณะนั้น หลักการและแนวทางในการวางแผนปฏิบัติการและการปรับแผนในระหว่างการปฏิบัติการให้ประสบความสำเร็จ คือ ต้องมีศิลปะและความเชื่อมั่นในการนำเอาข้อมูลที่ได้รับจากการคาดหมายลักษณะและพยากรณ์อากาศ การตรวจวัดสภาพอากาศทั้งพื้นผิวและชั้นบนประจำวัน สภาพท้องฟ้าและเมฆในขณะที่ปฏิบัติการในแต่ละขั้นตอนของกรรมวิธี ภูมิอากาศและภูมิประเทศประจำถิ่น รวมทั้งความมั่นใจ ความรู้ทางวิชาการและประสบการณ์ของ นักวิชาการ ความเอาใจใส่ในการสังเกตการณ์และติดตามผลการปฏิบัติการอย่างใกล้ชิดของนักวิชาการในแต่ละขั้นตอนของการปฏิบัติการตามกรรมวิธี ก่อกวน เลี้ยงให้อ้วน และโจมตีประกอบการพิจารณาในการวางแผนและปรับแผนระหว่างปฏิบัติการประจำวันด้วย ซึ่งลำดับขั้นตอนได้ดังนี้
1. กำหนดพื้นที่เป้าหมายหวังผลประจำวัน คาดหมายทิศทางการเคลื่อนตัวของกลุ่มเมฆฝน และวางแผนเพื่อการติดตามและประเมินผลปฏิบัติการพื้นที่ใต้ลม
2. รวบรวมข้อมูลคาดหมายลักษณะอากาศและพยากรณ์อากาศ ข้อมูลการตรวจวัดสภาพอากาศด้วยเครื่องวัดผิวพื้น การตรวจวัดความเร็ว ทิศทางลมและหยั่งอากาศขั้นบนที่ระดับต่าง ๆ ด้วยเครื่องรับ-ส่งสัญญาณวิทยุ(Radiosone) แล้ววิเคราะห์และแปรค่าข้อมูลที่จำเป็นสำหรับใช้ประกอบการวางแผนและปรับแผน ปัจจุบันนี้มีการตรวจวัดและทำการแปลงค่าวันละ 2 ครั้งคือ เวลา 07.00 น. และเวลา 13.00 น.
3. ข้อมูลที่ใช้ในการประกอบการวางแผนปฏิบัติการในแต่ละขั้นตอนของกรรมวิธี
3.1 ก่อกวน(Triggering)
ก. กำหนดระยะทางเหนือลมของพื้นที่เป้าหมายหวังผล กำหนดรูปแบบการโปรยสารเคมีโดยใช้ความเร็วและทิศทางลมเฉลี่ยของทุกระดับ สภาพภูมิประเทศบริเวณที่โปรยและสมรรถนะในการบินเดินทางของเครื่องบิน
ข. กำหนดระดับความสูงการโปรยโดยใช้ข้อมูลระดับการยกตัวของมวลอากาศอันเนื่องมาจากกระแสไหลพาความร้อนในแนวตั้ง (Lifting Convection Level ; LCL) ระดับการกลั่นตัวของเมฆ (Clound Condensation Level ; CCL) ระดับเยือกแข็ง (Freeze Level ; FL) ดัชนีการทรงตัวของมวลอากาศ (Stability Index ; SI) ดัชนีการยกตัวของมวลอากาศ (Lifting Index ;LI) ความเร็วและทิศทางลมเฉลี่ยที่ระดับขั้นต่าง ๆ ระดับที่เกิดการหักเหของอุณหภูมิอากาศ (Inversion) ที่ไม่มากนักและสมรรถนะใน การบินต่างระดับของเครื่องบิน
ค. กำหนดชนิดของสารเคมีทั้งแบบเดี่ยวหรือสารผสมในรูปผงหรือสารละลายและกำหนดปริมาณให้สอดคล้องกับอุณหภูมิกลั่นตัวและความชื้นสัมพัทธ์ของระดับสูงที่กำหนดไว้
ง. กำหนดเวลาการบินและอัตราการโปรยสารเคมีให้สอดคล้องกับข้อ ก.ข.และ ค.หากมีการวางแผนก่อกวนมากกว่าหนึ่งเที่ยวบิน ต้องกำหนดช่วงเวลาระหว่างเที่ยวบินให้เหมาะสมกับ ข้อ ค.
3.2 เลี้ยงให้อ้วน (Fatten) การปฏิบัติการในขั้นตอนนี้ขึ้นกับศิลปะและประสบการณ์ในการตัดสินใจของนักวิชาการที่วางแผนและปฏิบัติบนอากาศยาน ในการกำหนดและปรับแผนด้วยการสังเกตอย่างใกล้ชิด
ก. กำหนดพื้นที่ปฏิบัติการ เริ่มจากบริเวณที่ก่อกวนไปทางใต้ลมจนก่อนถึงพื้นที่เป้าหมายหวังผล และเลือกโปรยสารเคมีบริเวณที่ติดตามและสังเกตพบว่ามีกลุ่มเมฆหนาแน่นกว่า
ข. กำหนดเวลาการเริ่มต้นเลี้ยงให้อ้วนห่างจากเวลาที่สิ้นสุดการก่อกวน ให้สอดคล้องกับคุณสมบัติทางปฏิกิริยาของสารเคมีที่ใช้แบบเดี่ยวหรือแบบผสม
ค. กำหนดระดับบินโปรยสารเคมีให้เหมาะสมกับสภาพและสมรรถนะของเครื่องบินที่ใช้ระดับฐานเมฆหรือยอดเมฆ หรือช่องว่างระหว่างก้อนเมฆที่ระดับระหว่างฐานและยอดเมฆทางด้านเหนือลมหรือบินเข้าโปรยในเมฆ
ง. กำหนดชนิดสารเคมีทั้งแบบเดี่ยวหรือแบบผสมที่เหมาะสมกับอุณหภูมิ กลั่นตัวของสภาพอากาศทั้งภายในและภายนอกก้อนเมฆ
3.3 โจมตี (Attact) เป็นขั้นตอนสุดท้ายที่จะบังคับให้ฝนตกลงสู่พื้นที่เป้าหมายหวังผล จึงต้องอาศัยประสบการณ์ของนักวิชาการที่อาศัยการตัดสินใจเลือกใช้สารเคมีให้เหมาะกับสภาพ เมฆ อากาศ ภูมิประเทศ สภาพ และสมรรถนะของเครื่องบิน
4. ติดตามและประเมินผลการปฏิบัติการประจำวันตามแผนที่วางไว้
5. เครื่องบินที่ใช้ในการปฏิบัติการ
การทำฝนเทียมให้ได้รับผลสำเร็จที่ดีนั้น เครื่องบินเป็นปัจจัยที่สำคัญอย่างหนึ่งของกรรมวิธี ทำฝนในปัจจุบัน เพราะการที่สมรรถนะของเครื่องบินดีและเหมาะสม เช่น
- ความสามารถในการบรรทุกสารเคมีจำนวนน้ำหนักมาก
- ความเร็วในการบินไต่ระดับ
- ความสูงของเพดานบิน
- ระยะทางที่สามารถบินได้นานและไกล
- ความสมบูรณ์ของเครื่องมือและอุปกรณ์การบิน
ตัวแปรดังกล่าวข้างต้นนี้มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพในการทำฝนเทียมทั้งสิ้น เครื่องบินที่เคยใช้บินปฏิบัติการจนถึงปัจจุบันมี 18 ชนิด ได้แก่ เครื่องบินแอร์ทรัค เซสนา ปอร์ตเตอร์ ไอแลนเดอร์ กาซา
อะปาเช เจอโรมิดม นิชดร๊าฟ ดอร์เนีย เซอร์ไรด์ ซี.47 ซี.123 สกายแวน แอร์โรคอมมานเดอร์ เป็นต้น ซึ่งบางชนิดและบางแบบได้เลิกใช้งานไปแล้ว เช่น เครื่องบิน แอร์ทรัค เซสนา
เครื่องบินที่เหมาะสมต่อการทำฝนเทียมนั้นควรเป็นเครื่องบินที่มีน้ำหนักบรรทุกประมาณ 500 กิโลกรัม จำนวน 2-3 เครื่อง และเครื่องบินที่มีน้ำหนักบรรทุกประมาณ 1,000 1,500 กิโลกรัม จำนวน
1-2 เครื่อง ซึ่งเมื่อรวมน้ำหนักบรรทุกในแต่ละเที่ยวบินแล้ว ควรได้ประมาณ 2,500 3,000 กิโลกรัม
6.กรณีตัวอย่างการใช้ฝนเทียมเพื่อดับไฟป่าพรุโต๊ะแดง
ป่าพรุโต๊ะแดงมีพื้นที่ครอบคลุม สี่อำเภอของจังหวัดนราธิวาส ได้แก่ อำเภอ ตากใบ อำเภอ สุไหงปาดี อำเภอสุไหงโกลก และอำเภอเมือง มีรายงานพบไฟป่าพรุโต๊ะแดง ครั้งแรกเมื่อวันที่ 16 มีนาคม 2541 หลังจากนั้นไม่นานก็เกิดไฟไหม้เพิ่มขึ้นอีกหลายพื้นที่ สาเหตุส่วนหนึ่งเป็นเพราะ ปีนี้เกิดภาวะแห้งแล้งกว่าปกติ น้ำที่เคยขังอยู่ในดินพรุ ลดระดับลงไปมากประกอบกับ มีการบุกรุกจุดไฟเผา ด้วยจุดประสงค์ที่จะทำให้กลายเป็นพื้นที่ป่าเสื่อมโทรม เพื่อให้ง่ายต่อการออกเอกสารสิทธิ์ ดินพรุซึ่งมีซากพืชทับถมกันอยู่ เมื่อแห้งจึงกลายเป็นเชื้อเพลิงอย่างดี ไฟไม่เพียงแต่ไหม้บนผิวดินและเรือนยอดไม้ แต่ยังมุดลงไปไหม้ระหว่างชั้นใต้ดินด้วย ทำให้การควบคุม หรือดับไฟยากขึ้นเป็นทวีคูณ หน่วยงานต่าง ๆ เร่งระดมกำลังช่วยเหลือ ทั้งการขุดแนวกันไฟ เครื่องสูบน้ำแบบทุ่นลอย เฮลิคอปเตอร์แบบซีนุก มาบินโปรยน้ำสนับสนุนแต่ก็ยังไม่สามารถดับไฟได้ ฝนเทียมจึงเป็นอีกวิธีหนึ่งที่นำมาใช้ และมีประสิทธิภาพมากที่สุด เนื่องจากให้ปริมาณน้ำได้มากที่สุด
ปัญหาที่พบในการทำฝนเทียมเพื่อดับไฟป่าพรุโต๊ะแดง
1.ทางด้านสภาพภูมิประเทศ
พื้นที่ป่าพรุโต๊ะแดงมีลักษณะแคบและยาว ทอดตัวในแนวเหนือใต้
ป่าพรุโต๊ะแดงห่างจากชายฝั่งทะเลตะวันออก เพียง 10 กิโลเมตร
2.ทางด้านสภาพภูมิอากาศ
3.ความชื้นสัมพัทธ์อยู่ในเกณฑ์ต่ำ
4.ลมเป็นลมฝ่ายตะวันออก
จากข้อจำกัดทั้ง 4 ข้อ เมื่อพื้นที่เป็นลักษณะแคบยาว ใกล้ชายทะเล เมื่อก่อเมฆแล้ว ลมจะพัดเมฆเลยพื้นที่เป้าหมาย และจากการที่เป็นลมตะวันออกพัดจากทะเลเข้าฝั่ง การไปก่อเมฆที่ต้นลมกลางทะเลไม่สามารถทำได้ ถึงแม้จะมีความชื้นสูงแต่ท้องทะเลที่ราบเรียบ ทำให้อุณหภูมิเท่ากันไปหมด ไม่ก่อให้เกิดกระแสอากาศยกตัวซึ่งเป็นสิ่งสำคัญของการเกิดเมฆ แต่ถ้าก่อเมฆที่บริเวณชายหาด ระยะห่างแค่ 10 กิโลเมตรไม่เพียงพอให้เมฆที่เกิด พัฒนาเป็นเมฆฝนได้ทัน เมฆจะลอยเลยพื้นที่เป้าหมายไป
แนวทางการปฏิบัติ
อาศัยเมฆที่ก่อตัวขึ้นตามแนวภูเขาทางด้านตะวันตก ของป่าพรุโต๊ะแดง ถึงแม้จะไม่มีลมพัดเมฆไปยังพื้นที่เป้าหมาย แต่การทำให้ฝนตกบริเวณภูเขาทุกวัน ทำให้แนวความชื้นขยายตัวไปทางป่าพรุโต๊ะแดงและเพิ่มปริมาณน้ำ ซึ่งอาจจะไหลเข้าไปหล่อเลี้ยงพื้นที่ป่าพรุได้
ในกรณีที่ ลมเปลี่ยนเป็นลมฝ่ายตะวันตก จะมีการปฏิบัติการทำฝนเทียม ตามขั้นตอนต่าง ๆอย่างเต็มรูปแบบ คือ ก่อกวน เลี้ยงให้อ้วน โจมตี แต่ในการทำบางครั้งต้องดัดแปลงตามความเหมาะสม เช่น จุดพิกัดที่เลือก คือ บริเวณต้นลม หลังแนวเทือกเขาสุไหงปาดี แต่เนื่องจากใกล้แนวสันเขา ซึ่งทำให้ กระแสลมแปรปรวน ต้องบินโปรยสารเคมีเป็นวงกลมเป็นการดักกระแสลมทุกทิศทาง
จากการทำฝนเทียมตั้งแต่วันที่ 30 เมษายน2541 ถึงวันที่ 27 พฤษภาคม 2541 ขึ้นปฏิบัติการทำฝนเทียมประมาณ ครั้ง จนในที่สุดสถานการณ์ไฟป่าพรุโต๊ะแดงลดความรุนแรงจากวันแรกที่เริ่มปฏิบัติการคือ จาก 100% เหลือไม่ถึง 1 % ซึ่งถือว่าควบคุมไฟป่าได้อย่างสมบูรณ์ที่หลือสามารถเดินเท้าเข้าไปดับไฟได้
จากตัวอย่างการปฏิบัติการทำฝนเทียมเพื่อดับไฟป่าพรุโต๊ะแดง แหดงให้เห็นว่า การปฏิบัติการจริง ๆต่างจากทฤษฎี เจ้าหน้าที่ต้องอาศัยความรู้ความสามารถ และประสบการณ์ในการนำทฤษฎีมาประยุกต์ให้เข้ากับสถานการณ์ สภาพอากาศ และสภาพภูมิประเทศ
เพื่อการเกษตร
ช่วยแก้ไขปัญหาขาดแคลนน้ำในช่วงที่เกิดภาวะฝนแล้ง หรือฝนทิ้งช่วงยาวนาน ซึ่งมีผลกระทบต่อแหล่งผลิตทางการเกษตรที่กำลังให้ผลผลิต เช่น แถบจังหวัดจันทบุรี หรือเพชรบุรี และประจวบคีรีขันธ์
ช่วยเพิ่มปริมาณน้ำให้กับบริเวณพื้นที่ลุ่มรับน้ำของแม่น้ำสายต่าง ๆที่ปริมาณน้ำต้นทุนลดน้อยลง เช่น แม่น้ำปิง วัง ยม น่าน โดยเฉพาะในปีที่เกิดวิกฤตขาดแคลนน้ำที่เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัด อุตรดิตถ์สามารถเก็บน้ำจากการทำฝนเทียมได้ถึง 4,204.18 ล้านลูกบาศก์เมตร ในขณะที่ก่อนทำฝนเทียมนั้นมีน้ำเหลือเพียง 3,497.79 ล้านลูกบาศก์เท่านั้น
เพื่อการอุปโภคบริโภค
ภาวะความต้องการน้ำทั้งจากน้ำฝน และอ่างเก็บน้ำ ห้วย หนอง คลอง บึง เป็นความต้องการที่สำคัญของผู้คนอย่างยิ่ง การขาดแคลนน้ำกินน้ำใช้มีความรุนแรงมากในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เนื่องจากคุณสมบัติของดินในภูมิภาคนี้เป็นดินร่วนปนทรายไม่สามารถอุ้มน้ำได้ จึงได้มีการทำฝนเทียมขึ้นเพื่อช่วยให้ประชาชนในภูมิภาคนี่ได้มีน้ำเพื่อการอุปโภคบริโภคในช่วงที่เกิดการขาดแคลน
เสริมสร้างเส้นทางคมนาคมทางน้ำ
การขาดปริมาณน้ำส่งผลมาถึงระดับน้ำในแม่น้ำลดต่ำลง บางแห่งตื้นเขินจนไม่สามารถสัญจรไปมาทางเรือได้ เช่น ทางน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาบางตอน ในปัจจุบันการทำฝนเทียมเพื่อเพิ่มปริมาณน้ำให้กับบริเวณดังกล่าวจึงเป็นเรื่องสำคัญยิ่ง เพราะการขนส่งทางน้ำสิ้นค่าใช้จ่ายน้อยกว่าทางอื่น และการทางจราจรทางบกนับวันแต่จะมีปัญหารุนแรงมากขึ้นทุกขณะ
ป้องกันและบำบัดภาวะมลพิษของสิ่งแวดล้อม
หากน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาลดน้อยลงมากน้ำเค็มจากทะเลอ่าวไทยก็จะไหลหนุนเนื่องเข้าไปแทนที่ทำให้เกิดน้ำกร่อยขึ้น และเกิดความเสียหายแก่เกษตรกรเป็นจำนวนมาก จึงจำเป็นที่จะต้องปล่อยน้ำจากเขื่อนภูมิพลเพื่อผลักดันน้ำเค็มมิให้หนุนเข้ามาทำความเสียหาย และช่วยบรรเทาภาวะสิ่งแวดล้อมที่เป็นพิษอันเกิดจากการระบายน้ำเสียทิ้งลงสู่แม่น้ำเจ้าพระยา และขยะมูลฝอยที่ผู้คนทิ้งลงในแม่น้ำกันอย่างมากมายนั้น ปริมาณน้ำจากการทำฝนเทียมจะช่วยผลักดันออกสู่ท้องทะเล ทำให้มลภาวะจากน้ำเสียเจือจางลง
เพิ่มปริมาณน้ำในเขื่อนภูมิพลและสิริกิติ์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
เนื่องจากในปัจจุบันมีความต้องการใช้ไฟฟ้าในปริมาณสูงมากจากการขยายตัวทางเศรษฐกิจ อุตสาหกรรม เมื่อเกิดภาวะวิกฤตระดับน้ำเหนือเขื่อนมีระดับต่ำมาก จนไม่เพียงพอต่อการใช้พลังน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จึงต้องมีการทำฝนเทียมเพื่อช่วยเพิ่มปริมาณน้ำในเขื่อนให้เพียงพอต่อการใช้น้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้ามิให้การพัฒนาด้านต่าง ๆเกิดการหยุดชะงัก
ความสำเร็จการยอมรับและการทำฝนเทียมในอนาคต
การทำฝนเทียมเป็นส่วนหนึ่งที่เสริมกระบวนการการจัดการทรัพยากรน้ำให้สมบูรณ์แบบทั้งน้ำผิวดิน น้ำใต้ดิน และน้ำจากฟ้า ซึ่งได้รับการยอมรับทั้งภายในและต่างประเทศในระดับหนึ่ง ตามข้อจำกัดของสภาวะปัจจุบันของทรัพยากรที่มีอยู่ขณะนั้น จากความก้าวหน้าและความสำเร็จของกิจกรรมการทำฝนเทียมจนถึงปัจจุบันนี้ มีกลุ่มประเทศสมาชิกขององค์การอุตุนิยมวิทยาโลกแห่งสหประชาชาติ ที่มี
กิจกรรมด้านการดัดแปรสภาพอากาศที่ขึ้นทะเบียนไว้ รวม 27 ประเทศ ที่รับรู้ว่าการทำฝนเป็นกิจกรรม
ดัดแปรสภาพอากาศในภูมิภาคเขตร้อนของประเทศไทย รวมทั้งกลุ่มประเทศสมาชิกทั้ง 6 ประเทศ ซึ่งนอกจากจะรับรู้แล้วยังยอมรับและมอบให้ประเทศไทยเป็นศูนย์กลางกิจกรรมการทำฝนในเขตร้อนของภูมิภาคเอเชียอีกด้วย มีประเทศที่ยอมรับกรรมวิธีการทำฝนเทียมของประเทศไทยเป็นแนวทางกสนปฏิบัติการแล้ว คือ อินโดนีเซีย มาเลเซีย ฟิลิปปินส์ ศรีลังกา และบังคลาเทศ นอกจากนี้ยังมีอีกหลายประเทศที่ขอความร่วมมือแลกเปลี่ยนข้อมูลและเทคโนโลยีระหว่างกัน ได้แก่ออสเตรเลีย อิตาลี ฝรั่งเศส สาธารณประชาชนจีน อังกฤษ อิสราเอล และมีประเทศที่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยีด้านนี้ที่เข้ามาให้ความร่วมมือที่จะทำการวิจัยและพัฒนากิจกรรมนี้ร่วมกัน คือ แคนาดา และสหรัฐอเมริกา โดยมีการค้นคว้าพัฒนาวิธีการทำฝนเทียมขึ้นดังนี้
สร้างจรวดฝนเทียมบรรจุสารเคมียิงจกาพื้นดินเข้าสู่ก้อนเมฆหรือยิงจากเครื่องบิน ซึ่งได้มีการทดลองแล้วมีความก้าวหน้า ขึ้นมาเป็นลำดับ ขณะนี้กำลังอยู่ในขั้นทำการผลิตจรวดเชิงอุตสาหกรรม
การใช้เครื่องพ่นสารเคมีอัดแรงกำลังสูงจากยอดเขาสู่ฐานของก้อนเมฆโดยตรง เพื่อช่วยให้เมฆที่ตามปกติมักลอยปกคลุมอยู่เหนือยอดเขาสามารถรวมตัวกันหนาแน่นจนเกิดฝนตกลงสู่บริเวณภูเขา หรือพื้นที่ใต้ลมของภูเขา หากผลการทดลองเรียบร้อยเมื่อใดก็จะมีการนำไปใช้
การทำฝนในเมฆเย็นจัด (Super cooled cloud) การวิจัยนี้อยู่ภายใต้โครงการวิจัยทรัพยากรบรรยากาศประยุกต์ ซึ่งเป็นโครงการร่วมกันระหว่างรัฐบาลไทยร่วมมือกับสหรัฐอเมริกา
จักรพันธุ์ กังวาฬ. 2541. ฝนเทียมปฏิบัติการเหนือเมฆของคนเรียกฝน. สารคดี ฉบับที่ 161 ปีที่ 14 เดือน กรกฎาคม หน้า 52-57.
ปรากฏการณ์ของอากาศ. สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนโดยพระราชประสงค์ในพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เล่มที่ 4 หน้า 106-120.
ปารวี ไพบูลย์ยิ่ง. 1999. ปฏิบัติการฝนเทียม. Thai Enviromental Engineering. July-August 13 (2):23-26.
ฝนเทียม. สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนโดยพระราชประสงค์ในพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เล่มที่ 12 หน้า 179-197.
วิไลลักษณ์ ตั้งเจริญ.2540. กระบวนการเย็นตัวและควบแน่น.อุตุนิยมวิทยา .พิมพ์ครั้งที่1 โรงพิมพ์ทิพยวิสุทธิ์ กรุงเทพ. หน้า59-63
Frederick, K. L. and Edward, J. T. 1992. The Atmosphere. 5th ed. New Jersey : Prentice Hall
Gelt, J. 1992. Weather modification : A water resource strategy to be researched, tested before tried.
http://ag.arizona.edu/AZWATER/arroyo/061wthr.htmlJensen, R. 1998. Does Weather Modification Really Work?
http://twri.tamu.edu/twripubs/WtrResrc/v20n2/text-0.htmlManson. 1975. Clounds, Rain and Rainmaking. 2nd ed. New York : Cambridge University Press.
William, A. T. 1977. Legal and Scientific Uncertainlies of Weather Modification. 1st ed. USA. : Duke University Press.