Por Dr Jose Vergara, Ingeniero Civil (Universidad de Chile),
Ph.D. Ciencias de la Atmósfera (University of Maryland-USA) Meteórologo, Agrometeórologo, Nivólogo.
Pronóstico el tiempo y clima por más de 21 años.
Déficit hídrico en el norte del país?, el norte es seco con 80 mm de lluvia anual promedio en la Serena, con o sin lluvia artificial continuará siendo seco!.En general sobre la zona central de Chile no se requiere lluvia en los valles centrales, lo que se requiere es agua en los ríos (deshielo) durante la temporada de riego, y para que esto ocurra es necesario precipitaciones solidas (nieve) en cordillera.
Durante las sequias de los últimos 20 años, 1995-1996, 1998, 2007, 2010-2011 y últimamente 2018-2019, me ha correspondido responder innumerables consultas sobre la utilización de la técnica denominada “sembrado de nubes”, “bombardeo de nubes”, o “lluvia artificial”, para palear:
1) el déficit hídrico o sequia, generado por la falta de precipitaciones ocurrida durante la temporada invernal,
2) incrementar las precipitaciones en zonas que por climatología son secas, como La Serena (80 mm) o Copiapó (12mm),
3) aumentar el volumen de embalses para riego como la Paloma o Hidroeléctricos como Rapel y Colbún.
Por lo que me permito publicar nuevamente este artículo.
CONCEPTOS BASICOS DE FISICA DE NUBES:
La “siembra de nubes” esta orientada a actuar sobre la microfísica de la nube, facilitando el proceso de formación de gotas grandes en nubes cálidas o cristales de hielo en nubes frías, al lograr estos meteoros tamaños mayores también alcanzan velocidades de caída superiores que les permite precipitar (lluvia o nevada).
Para que una gota de agua pueda se convierta en gota de lluvia, tiene que tener una velocidad de caída superior a 1 m/s lo que se logra con diametros superiores a 1 milímetro. De lo contrario, la gota no precipita y se queda suspendida para formar niebla, neblina o camanchaca lo que ocurre con los estratocúmulos costeros.
Para formar una nube, primero se requiere vapor de agua, que como todo gas esta formado por moléculas y por lo tanto no precipita o en palabras simples, no tiene velocidad de caída suficiente (no llueve).
El vapor de agua se concentra en las capas bajas de la atmosfera, principalmente sobre los océanos o grandes cuerpos de agua. Para lograr formar una nube, la que esta constituida por pequeñas gotitas de agua (del orden 10 micrones), se requiere condensar el vapor de agua y formar agua líquida (al igual que como ocurre en el parabrisas del auto cuando se “empaña” por efecto del frío externo). Para condensar el vapor de agua la atmósfera recurre al enfriamiento del aire húmedo mediante un ascenso forzado que puede ser generado por un sistema frontal, un obstáculo físico como la cordillera o el calentamiento del suelo durante el verano (tormentas), esto es posible dado que la temperatura del aire decrece con la altura a una razón media de 6,5°C por cada 1000 metros y de 5,5°C por cada 1000 metros en condiciones saturadas.
La condensación se logra mediante un proceso denominado nucleación heterogénea el cual se realiza en presencia de partículas denominada núcleos de condensación o CCN que tienen un tamaño de decimas de micrones, partículas que permiten concentrar alrededor de ellas moléculas de agua (higroscópica), dentro de estas partículas se encuentran los aerosoles naturales como la sal o arcilla y los artificiales como es el yoduro de plata o hielo seco utilizadas para el “sembrado de nubes”, mediante este proceso se logran formar gotas de agua con diámetros de 1 micrón, las que son aun muy pequeñas para precipitar.
El diámetro óptimo de la gotita de agua, resulta del equilibrio entre el efecto curvatura de las gotas (mayor evaporación que en una superficie plana) y las características químicas del CCN o soluto (menor evaporación que agua pura), efectos que se combinan en la Ecuación de Köhler.
Se requiere un segundo mecanismo para hacer crecer las gotas de agua en un orden de magnitud, este es la difusión, básicamente en este mecanismo las moléculas de vapor agua migran desde zonas con mayor concentración (sobre-saturadas) a zonas con menos moléculas (sub-saturadas). La difusión solo actúa alrededor pequeñas partículas, donde el efecto de curvatura de las gotas es importante, con este mecanismo las gotas pueden alcanzar un tamaño de 10 micrones, luego de alcanzar este tamaño el mecanismo de difusión deja de ser eficiente.
Mediante la nucleación y difusión, se pueden forman gotas del orden de 20 micrones, las que aún tienen velocidades muy pequeñas para precipitar y por tanto no generan lluvia, solo niebla o llovizna.
En nubes frías, con temperaturas entre -5°C y -20°C, y donde es posible contar con agua en estado líquido (super enfriada), la presión de saturación del hielo es menor que la del agua liquida, por lo que el crecimiento de los cristales de hielo se realiza a expensas de la evaporación de las gotas de agua, en un proceso denominado de Wegener-Bergeron-Findeisen (WBF).
Para lograr formar gotas de lluvia con un tamaño del orden de los 2 milímetros que tengan velocidades de caída de aproximadamente 1 m/s, se requiere agrupar aproximadamente 1 millón de gotas en la nube, esto se logra mediante el mecanismo denominado colisión y recolección, donde gotas más grandes y que tienen velocidades mayores recolectan o “barren” las gotas más pequeñas creciendo a expensas de estas (Figura 1).
Dentro de la nube la distribución del radio de las gotas de agua sigue aproximadamente la distribución de Marshall-Palmer.
Para que el mecanismo de colisión y recolección sea efectivo, se requieren nubes con espesores superiores a 1000 metros, de lo contrario, no se logra formar gotas de un tamaño suficiente para precipitar. Es por esto que no se produce lluvia en los estratocúmulos costeros de todo el norte chileno y solo se alcanza la categoría de niebla o camanchaca.
En lo expuesto anteriormente, aún hay preguntas en física de nubes sin respuestas, una de ellas es ¿cómo se logra formar una población de gotas heterogénea, sin la cual el mecanismo de recolección no es efectivo, a partir de una población homogénea?.
TECNICAS UTILIZADAS EN EL BOMBARDEO DE NUBES:
La técnica más utilizada para el “sembrado de nubes” consiste en incorporar dentro la nube algún compuesto higroscópico (que tiene afinidad por el agua) como yoduro de plata o hielo seco. Lo que permite actuar sobre la microfísica de nubes “acelerando” el crecimiento de las pequeñas gotas agua o cristales de hielo, para que esto sea posible se requiere:
1) Vapor de agua, lo que NO esta disponible en zonas secas, temporada seca (verano en Chile) o sequias (cada 4 o 5 años), definitivamente no se puede hacer llover en el desierto de Atacama!.
2) Una nube (sistema frontal) de gran espesor vertical, la que muy probablemente de todas formas precipitaría. Es por esto que en Chile cuando se quieren mostrar éxitos de esta técnica se recurre a ejemplos de inicio de la temporada de lluvias (mayo o junio). Si no hay nubes no se puede generar lluvia artificial.
3) Se requiere algún compuesto higroscópico o núcleo de condensación que ayude en el crecimiento de las gotas de agua en la nube, usualmente:
a) Yoduro de Plata, el cual es caro y también contaminante.
b) Hielo Seco (CO2) más económico, pero es un gas Efecto Invernadero.
RESULTADOS:
En general, los resultados de la aplicación de la técnicas de “sembrado de nubes” son discutibles, mientras que las empresas dedicadas al “sembrado de nubes” habla de incrementos cercanos al 5% en la precipitación total e incluso llegan a mencionar 20%, los pocos estudios existentes solo muestran valores de 1 a 3%, mientras los más escépticos, dentro de los cuales yo me encuentro, pensamos que incluso puede ocurrir una reducción en las precipitaciones totales, que de todas formas ocurrirían sin mediar sembrado alguno.
El gran problema esta en poder demostrar que efectivamente un sembrado de nubes genera un incremento en la lluvia de un sistema frontal, que de todas formas generaría precipitaciones, dado que la técnica de terreno contempla “sembrar” nubes existentes muy cerca de precipitar las que son seleccionadas mediante radar, ojo la técnica no se aplica con cielos despejados!.
En un contexto meteorológico, lo anterior resulta difícil de explicar, dado que las lluvias que afectan la zona central y norte de Chile, durante el invierno, son principalmente sistemas de latitudes medias que abarcan grandes extensiones territoriales y superan largamente los miles de kilómetros, pensar que la incorporación de algunas toneladas de sales pueda modificar uno de estos sistemas resulta muy difícil de creer y de mostrar en contexto físico.
Para colocar lo anterior en números, permítame asumir el caso más favorable de una ganancia de un 5% en las precipitaciones, en el caso de las cuencas más beneficiadas con el “sembrado de nubes” se tendría que esperar durante un:
Año Normal.
Copiapó Llueve 12 mm, +5% significaría un incremento < 1mm al año.
Serena Llueve 80 mm, +5% significaría un incremento 4mm al año.
San Felipe Llueve 235 mm, +5% significaría un incremento 12mm al año.
Santiago Llueve 310 mm, +5% significaría un incremento 15mm al año.
Curicó Llueve 780 mm, +5% significaría un incremento 25mm al año.
Año Seco: (ejemplo durante la sequia de 1998)
Copiapó Llovió 4 mm, +5% significaría un incremento < 1mm en el año.
Serena Llovió 20 mm, +5% significaría un incremento 1 mm en el año.
San Felipe Llovió 40 mm, +5% significaría un incremento 2 mm en el año.
Santiago Llovió 90 mm, +5% significaría un incremento 4 mm en el año.
Curicó Llovió 170 mm, +5% significaría un incremento 10mm en el año.
De los ejemplos anteriores se desprende que:
1) durante años normales solo se lograría un incremento en las precipitaciones de entre 1 y 25 mm, ninguno de estos casos se puede calificar de temporal o lluvia significativa, una lluvia débil en la zona central supera los 25 mm en un solo día.
2) Ni siquiera durante años normales, el “bombardeo de nubes” permite asegurar una precipitación suficiente para modificar el déficit climatológico en las cuencas desde el río Aconcagua al Norte.
3) Durante años secos, los beneficios serían mínimos, tan solo unos milímetros anuales, el equivalente a una niebla o llovizna.
4) La aplicación de la técnica no cambiará la hidrología de la cuenca beneficiada, un año seco continuará siendo seco antes y después de aplicar la técnica.
5) No se puede aplicar la técnica en años lluviosos donde se espera una lluvia anual sobre 700mm en Santiago, donde 35 mm de lluvia extra en temporal pueden hacer la diferencia entre una inundación o no.
6) La aplicación de la técnica durante los meses de primavera u otoño puede tener un fuerte impacto en la actividad agrícola como la fruticultura, dado que incluso precipitaciones de 1mm obligarían a la aplicación de plaguicidas, incrementando los costos y disminuyendo la calidad de la producción.
7) Claramente hablar de “lluvia artificial” es una exageración en el mejor de los casos solo alcanza para una “llovizna artificial”.
Efectos Colaterales:
1) Indudablemente su alto costo, el bombardeo de nubes es una técnica que requiere instalaciones (radar), insumos (sales) y horas de vuelo costosas.
2) La oportunidad de las precipitaciones, esta es una técnica que de ser efectiva no se puede aplicar cuando se requiere el agua que es durante la temporada de riego, simplemente porque no hay nubes de lluvia.
3) La Técnica no se puede aplicar en invierno de años secos, porque las nubes son escasas o no ocurren nubes adecuadas.
4) La técnica no se puede aplicar en el litoral del norte chico y grande de Chile, dado que dominan nubes de bajo espesor vertical como son los estratocúmulos costeros que son muy delgados para generar gotas de lluvia.
5) En la zona central y norte de Chile, la técnica solo se puede aplicar durante la aproximación de un sistema frontal o pre-frontal, generando la duda si la lluvia fue generada por la técnica o simplemente tenia que llover.
6) El Bombardeo de Nubes, tiene efectos ambientales negativos al requerir productos que son contaminantes para el medioambiente (sales o CO2).
7) Un problema legal: de ser correcta la afirmación las empresas dedicadas al bombardeo de nubes, que logran un 20% o más de sobre precipitación. Queda claro que de aplicarse la técnica de manera incorrecta, por ejemplo durante la llegada de un sistema frontal en Mayo o Junio, como ocurrió durante el invierno de 2002, con 200 mm de lluvia acumulada en Santiago o más recientemente las crecidas del rio Mapocho durante abril de 2016. Un 20 % extra puede hacer la diferencia entre una crecida y una gran crecida en el Río Mapocho o Maipo, generando daños a la infraestructura publica y privada, en este caso ¿quién será el responsable? ¿Se requerirán seguros por daños a terceros?
Referencias:
Ahrens, C. D, Meteorology Today, 591 pag.
Cotton, W. y R. Anthes, Storm and Cloud Dynamics. 883 pag.
Holton, J., J. Curry y J. Pyle, Encyclopedia of Atmosperic Sciences, 2780 pag.
Houze, R. Cloud Dynamics, 573 pag.
Rogers, R. y M. Yau, Cloud Physics, 293 pag.
Warner, T., T., Desert Meteorology, 595 pag.
Young, K., Microphysical Processes in Clouds, 427 pag.
