水は地球上の生命のほぼすべての側面に影響を与える貴重な資源である。しかも水は限られているため、人々は供給が需要に見合うようさまざまな方法を用いている。
そうした技術の一つがクラウドシーディング、すなわち雨や雪の形成を促すために大気中に粒子を加えることである。現在、西部の多くの団体（州および地方自治体の政府機関、公益事業者、スキー場）は、山岳地帯の冬の降雪量を増やすために雲に種をまいている。積雪量が増えれば、春と夏の融雪流出量が増え、それが地域の水源を潤し、農作物の灌漑に役立ち、水力発電を行うダムの動力源となる。
クラウドシーディングは、次のような目的にも用いられてきた。空港での霧の拡散、夏の降雨量の増加および雹の抑制。実際、クラウドシーディングは世界50か国以上で行われている。それほど多くの取り組みが行われているにもかかわらず、その効果があるかどうかは、私たちはいまだに分かっていない。
私たちは大気 科学者であり、そして最近、現地調査を実施し、冬の暴風雨による山岳部の積雪量を増やす手段としてクラウドシーディングを評価した。私たちの成果は、少なくとも特定の条件下では、本来なら起こらなかったはずの降雪をもたらすように、雲粒子の発達と成長を変えることが可能であることを明確に示している。次の課題は、クラウドシーディングが米国西部の水資源管理者にとって有効な手段となり得るかどうかである。
雲の中で結晶を作る
雲は、降水として落下するには小さすぎる水滴から構成されている。これらの水滴は多くの場合、過冷却の状態となり、氷点をはるかに下回る温度（華氏0度（摂氏マイナス18度）以下）に達することがある。多くの場合、雲が大きな降水を生じるためには、氷晶（過冷却液体の存在下で急速に成長しうる）が存在していなければならない。空気が山の上へ持ち上げられて形成される雲の場合、氷晶が存在しないか、存在してもきわめて少ない場合には、雲を構成する水滴の多くが山の風下側でそのまま蒸発してしまう。
冬のクラウドシーディングは、雲の中に過冷却水が存在する場合、人工的な氷晶核として作用する粒子を導入することで、その水を変化させることができるという仮説に基づいている。この過程で生じる氷晶は過冷却水を取り込みながら十分に成長し、最終的には雪として地表に落下する。
クラウドシーディングは大気科学者バーナード・ボネガットによって開拓された。彼は有名な小説家カート・ヴォネガットの兄である。1947年、ボネガットの研究室は、ヨウ化銀が有効な氷晶核であり、自然に存在する氷晶核よりもはるかに高い温度で氷を生成できることを示した。
その後の40年間に、クラウドシーディングを研究する科学者たちは、雲物理学のほぼすべての側面について重要な発見を行った。それにもかかわらず、2003年に全米研究評議会は結論づけた。その結論は、「意図的な気象改変の取り組みの有効性について、説得力のある科学的証拠は依然として存在しない」というものであった。それでも、各州や地域社会は運用上のクラウドシーディングを推進し続け、その効果に関する研究は停滞した。
SNOWIEへの道のり
効果を示す科学的証拠がないのに、なぜこれらのプログラムは存在し続けているのか。答えは単純である。西部の各州は水を必要としており、多くの意思決定者は、クラウドシーディングがそれを生み出す費用対効果の高い方法になり得ると考えているのである。
2004年、ワイオミング州はパイロットプロジェクトを委託した。その結果は、これまでの多くの研究と同じ結論に至った。すなわち、クラウドシーディングによって降水量が増えた可能性はあるが、その増加は嵐のシステムにおける自然な変動によっても説明できる、というものであった。しかし、米国科学財団が資金を提供した姉妹プロジェクトでは、新しいコンピュータモデリングツールと改良された計測機器によって、いくつかの新たな知見が得られうることが示された。
一方、アイダホ・パワー社は米国大気研究センターと協力し、同社が継続して実施している運用上のクラウドシーディング・プログラムを評価していた。この協力から、新しいコンピュータモデリングツールと改良された計測機器を用いて、アイダホ・パワーのクラウドシーディング・プログラムの有効性を評価するという構想が生まれた。最終的な成果が、私たちのプロジェクトである「Seeded and Natural Orographic Wintertime clouds: the Idaho Experiment（人工種まきおよび自然の山岳性冬季雲：アイダホ実験）」、通称SNOWIEである。
ヨウ化銀から雪へ
2017年の冬、私たちは次のような高性能レーダーを携えて現地へ向かった。ドップラー・オン・ホイールズ（DOW）は山頂の各地点に配置し、ワイオミング・クラウド・レーダー（WCR）は、研究用航空機に搭載した。これらのツールにより、降水がどこでいつ発達しているのかを特定するため、雲の内部を観測することができた。
雲にヨウ化銀粒子を散布した後、研究用航空機の翼から吊り下げた撮像プローブを用い、航空機が散布区域の内外を通過する際の雲粒子の細部を観察した。10週間にわたる現地調査の開始からわずか2週間後、レーダーはクラウドシーディングに起因する降水の、疑いようのない最初の信号を捉えた。
ヨウ化銀粒子の放出が氷晶の形成を開始させ、それらの氷晶が成長して雪となり、山の地表に落下していることを示す明確で明白な信号を観測した。散布の影響を受けた区域内では、氷晶の濃度が数百倍に増加し、雪の形成につながった。対照的に、わずか1キロメートル離れた非散布区域の雲は、主に小さな液体の水滴で構成されており、氷はほとんど存在しなかった。
観測されたものが実際にクラウドシーディングによるものであることを、どのようにして確認できたのか。ある事例では、風向に対して直角に延びる直線コースを、航空機が往復しながらヨウ化銀を放出した。ヨウ化銀は、雲の中を風下へ向かってジグザグ状のプルームとなって拡散し始めた。このパターンは航空機の飛行経路によって生じたものであり、自然には起こり得ないものである。ヨウ化銀がどこでいつ放出されたかに基づく予測と一致するジグザグ状のレーダーエコーが形成されるのを観測した。
クラウドシーディングは効果をもたらすことができるか。
クラウドシーディングによって降雪が生じうることが分かった今、私たちは、それが山脈全体の水収支を変えられるかどうかを確かめたいと考えている。SNOWIEのデータは、クラウドシーディングが季節的な降雪にどのように影響し得るかについての私たちの考えを検証し、その影響を定量化するため、コンピュータモデルに用いられる。最終的には、水資源管理者や行政担当者は、クラウドシーディングによってどれだけの追加降水を生み出せるのか、また、地域の流域において降水量を増やす費用対効果の高い方法であるかどうかを知りたいと考えるだろう。
