무슨 일이 일어나는가?

강수를 생성할 수 있는 몇 가지 메커니즘이 있으며 "대류"가 그 중 하나이다.

대류성 강우는 태양열로 인해 지구 표면의 물이 증발할 때 발생한다. 이 습한 공기 아래의 땅이 충분히 뜨거우면 공기가 따뜻해져 상승하게 된다.

습한 공기가 지구 대기의 더 높은 온도에 도달하면 그 안의 수증기가 냉각되어 물방울로 응축되어 구름을 형성한다. 이 과정이 충분히 오래 지속되면 물방울은 점점 커져서 결국 너무 무거워져 비가 되어 지구에 떨어진다.

일부 연구자들은 대류 강수를 유도하여 충분한 양의 비가 내리지 않는 곳에 강제로 강우를 내리는 것이 가능할 수 있다고 믿는다. 단지 땅을 평소보다 더 뜨겁게 만들기만 하면 된다.

이것이 효과가 있다는 증거를 찾기 위해 우리는 도시를 살펴볼 수 있다.

도시에 풍부한 아스팔트, 콘크리트 등의 자재는 자연 경관보다 더 많은 열을 흡수한다. 결과적으로 대도시는 인근 농촌 지역보다 기온이 훨씬 높은 '열섬'이 될 수 있다. 과거 연구에 따르면 이는 도시의 바람이 부는 지역에서 강수량을 증가시킬 수 있다고 한다.

그러나 도시가 "열섬"을 만드는 유일한 방법은 아니다. 대규모 태양열 발전소도 또 다른 방법이다.

검은색 태양광 패널이 끌어들이는 햇빛의 일부가 전기로 변환되는 동안 나머지는 주변 공기를 따뜻하게 한다. 충분히 큰 태양열 발전소를 통해 우리는 전도 강수를 유도하는 동시에 청정 에너지를 생성할 수도 있다.

그것은 얼마나 큰 것이 충분히 큰지에 대한 질문을 제기한다.

2020년 연구에 따르면 사하라 사막에 있는 태양광 발전소는 인근 건조 지역에 비를 내리는 동시에 전 세계에 전력을 생산할 수 있다고 추정했다.

그러나 이러한 계산은 100만 평방킬로미터 규모의 태양광 발전소를 기준으로 한 것이다. 이는 텍사스 크기의 거의 1.5배에 해당한다. 연구자들은 또한 그러한 대규모 농장이 지구 날씨에 부정적인 방식으로 영향을 미칠 것이라고 결론지었다. 예를 들어 아마존 열대우림에 가뭄을 야기하는 것이다.

비를 내리게 하다

이제 우리는 아랍에미리트(UAE) 덕분에 태양열 발전소가 얼마나 작아도 지역 강수량에 영향을 미칠 수 있는지 더 잘 알게 되었다.

지구상에서 다섯 번째로 건조한 국가인 이 나라는 1990년대부터 강수를 유발하기 위해 비행기가 구름에 입자를 주입하여 물방울이 비로 떨어질 만큼 무겁게 만드는 "구름 씨 뿌리기"를 사용해 왔다.

UAE 관계자는 이로 인해 강수량이 연간 30%까지 증가한다고 주장하지만, 씨앗을 뿌리려면 비구름이 있어야 하며 그 과정은 조종사에게 위험할 수 있다.

비를 내리는 대체 방법을 찾기 위해 국가는 UAE에서 강수량을 늘리기 위해 "인공 흑색 표면"(ABS)이 얼마나 커야 하는지 확인하기 위해 날씨 예측 시스템을 사용하는 호헨하임 대학교 연구에 자금을 지원했다.

논문에서 그들은 이 표면이 태양광 패널, 검은색 메쉬 또는 검은색으로 칠해진 기타 재료를 사용하여 생성될 수 있다고 지적했다. 예측 시스템에서 이를 시뮬레이션하기 위해 땅이 흡수하는 햇빛의 양을 95%로 늘렸다.

그들은 10, 20, 30, 40, 50제곱킬로미터 등 5가지 크기의 ABS를 사용하여 모델을 만들었다. 이를 통해 아라비아 만에서 매일 불어오는 바람으로부터 대류 강우 과정을 시작하는 데 필요한 습한 공기를 얻을 수 있다.

그런 다음 그들은 2015년 여름 4일 동안 24시간 날씨를 시뮬레이션했다(이 기간은 과거 연구에서 해당 지역의 장기 기후를 잘 나타내는 것으로 나타났기 때문에 선택되었다). 대조군으로서 그들은 그 당시 토지를 변경하지 않고 모델을 실행했다.

그것이 효과가 있는지 확인하기 위해 그들은 각 ABS의 반경 90km 내에서 비의 증가를 찾았다. 10km2 ABS는 강우량에 영향을 미칠 만큼 크지 않았지만 더 큰 ABS는 그랬다.

“UAE가 20km 또는 50km 규모의 ABS 표면 한 쌍만 구현한다면 연간 10번의 강수량 증가 '이벤트'가 3,000~15,000명에게 충분한 물을 공급할 것입니다."라고 그들은 논문에 썼다.

사각형은 ABS이고 점선 원은 주변의 90마일 반경을 나타냅니다. 빨간색 원은 가장 중요한 영향을 강조한다.

전망

UAE가 이 이론을 실제 세계에서 테스트할 계획인지는 확실하지 않지만 더 많은 강수량을 사용할 수 있는 유일한 장소는 아니며 수석 연구원 올리버 브랜치(Oliver Branch)는 팀이 이미 이 접근 방식으로 비가 내릴 수 있는 다른 장소를 확인했다고 사이언스에 말했다.

하지만 이 연구에는 강수량을 늘리기 위해 태양열 발전소를 건설하려는 사람이 고려해야 할 몇 가지 제한 사항이 있다.

하나는 대부분의 태양광 패널이 시뮬레이션에 사용된 ABS만큼 어둡지 않다는 것이다. 연구원들은 95%의 햇빛 흡수율에 도달하려면 빈 페인트나 다른 재료로 코팅해야 한다고 지적한다. (패널 사이의 영역도 마찬가지로 어두워야 한다.)

팀은 사례 연구를 위해 2015년 여름에 무작위로 4일을 선택하지 않았다. 그들은 "영향 가능성을 높이기 위해 부분적으로 불안정한 기상 조건"이 있는 4일을 선택했다. 따라서 한 위치에서 그러한 조건의 규칙성을 고려해야 한다.

하지만 전 세계적으로 이미 50km2 이상의 태양광 발전소가 운영되고 있으며, UAE에는 이미 30km2 이상의 태양광 발전소가 있다. 올바른 장소에 대규모 농장을 짓는 것이 정말로 비를 내릴 수 있다면, 태양열은 결국 하나뿐 아니라 두 가지 주요 환경 문제, 즉 청정 에너지와 더 많은 담수에 대한 필요성에 대한 해답이 될 수 있다.

브랜치는 사이언스에 "일부 태양광 발전소는 현재 적절한 규모로 성장하고 있다"라고 말했다. "아마도 우리가 이런 효과를 낼 수 있는 것은 SF가 아닐 수도 있다."