ตำราฝนหลวง

พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงประดิษฐ์ภาพ "ตำราฝนหลวง" ด้วยคอมพิวเตอร์ แสดงขั้นตอน และกรรมวิธีการดัดแปรสภาพอากาศ ให้เกิดฝนจากเมฆอุ่น และเมฆเย็น และพระราชทานแก่ นักวิชาการฝนหลวง ถือปฏิบัติในแนวทางเดียวกัน เมื่อวันที่ 21 มีนาคม 2542

แถวบนสุด (แถวแรก) ของตำราฝนหลวงพระราชทาน

• ช่องที่ 1. "นางมณีเมฆขลา" เป็นเครื่องหมายหรือสัญญลักษณ์ของโครงการ เป็นหัวหน้าสำนักงานอุตุนิยมวิทยา แห่งเขาไกรลาศ หรือเขาพระสุเมรุ วิเทศะสันนิษฐานว่าอยู่ในทะเล
• ช่องที่ 2. "พระอินทร์ทรงเกวียน" พระอินทร์เป็นพระสักกะเทวราช เป็นราชาของเทวดา ที่ทรงมาช่วยทำฝน
• ช่องที่ 3. "21 มกราคม 2542" เป็นวันที่ทรงประทับบนเครื่องบินพระที่นั่ง เสด็จไปประกอบพระราชกรณียกิจที่จังหวัดเชียงใหม่ ระหว่างเส้นทางพระราชดำเนินกลับ ทรงสังเกตเห็นกลุ่มเมฆปกคลุมพื้นที่ภาคเหนือตอนล่างที่น่าจะทำฝนได้ทรงบันทึกภาพเมฆเหล่านั้นพระราชทานลงมา และมีพระราชกระแสรับสั่งให้ส่งคณะปฏิบัติการฝนหลวงพิเศษออกไปปฏิบัติการกู้ภัยแล้งในพื้นที่ลุ่มน้ำเจ้าพระยา และภาคเหนือตอนล่าง โดยเร่งด่วน
• ช่องที่ 4. "เครื่องบิน 3 เครื่อง" เป็นตัวอย่างของเครื่องบินที่เหมาะสมกับการปฏิบัติการตามตำราฝนหลวงพระราชทานตามขั้นตอนที่ 1 - 6 ประกอบด้วย
• เครื่องบินเมฆเย็น (BEECHCRAFT KING AIR)
• เครื่องบินเมฆอุ่น (CASA)
• เครื่องบินเมฆอุ่น (CARAVAN)    

แถวที่ 1 ช่องที่ 1-4 เป็นขั้นตอนที่ 1

เป็นการเร่งให้เกิดเมฆโดยใช้เครื่องบินเมฆอุ่น 1 เครื่อง โปรย สารเคมีผงเกลือ โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ที่ระดับความสูง 7,000 ฟุต ในขณะที่ท้องฟ้าโปร่งหรือมีเมฆเดิมก่อตัว อยู่บ้าง ความชื้นสัมพัทธ์ไม่น้อยกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ ให้เป็นแกนกลั่นตัว (Cloud Condensation Nuclei เรียกย่อว่า CCN) ความชื้นหรือไอน้ำจะถูกดูดซับเข้าไปเกาะรอบแกนเกลือแล้วรวมตัวกันเกิดเป็นเมฆ ซึ่งเมฆเหล่านี้จะพัฒนาเจริญขึ้นเป็นเมฆก้อนใหญ่ อาจก่อยอดถึงระดับ 10,000 ฟุต ได้

แถวที่ 2 ช่องที่ 1-4 เป็นขั้นตอนที่ 2

เป็นการเร่งการเจริญเติบโตของเมฆที่ก่อขึ้นหรือเมฆเดิมที่มีอยู่ตามธรรมชาติ และก่อยอดขึ้นถึงระดับ 10,000 ฟุต ฐานเมฆสูงไม่เกิน 7,000 ฟุต ใช้เครื่องบินแบบเมฆอุ่นอีกหนึ่งเครื่อง โปรยสารเคมีผงแคลเซี่ยมคลอไรด์ (CaCl2) เข้าไปในกลุ่มเมฆที่ระดับ 8,000 ฟุต (หรือสูงกว่าฐานเมฆ 1,000 ฟุต) ทำให้เกิดความร้อนอันเนื่องมาจากการคายความร้อนแฝง จากการกลั่นตัวรอบ CCN รวมกับความร้อน ที่เกิดจากปฏิกิริยาของไอน้ำกับสารเคมี CaCl2 โดยตรง และพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ตามธรรมชาติ จะเร่งหรือเสริมแรงยกตัวของมวลอากาศภายในเมฆยกตัวขึ้นและเร่งกิจกรรมการกลั่นตัวของไอน้ำและการรวมตัวกัน ของเม็ดน้ำภายในเมฆ ทวีความหนาแน่นจนขนาดของเมฆใหญ่ก่อยอดขึ้นถึงระดับ 15,000 ฟุต ได้เร็วกว่าที่จะปล่อยให้เจริญขึ้นเองตามธรรมชาติซึ่งยังเป็นส่วนของเมฆอุ่น จนถึงระดับนี้ การยกตัวขึ้นลงของมวลอากาศ การกลั่น และการรวมตัวของเม็ดน้ำยังคงเป็นไปอย่างต่อเนื่องแบบปฏิกิริยาลูกโซ่แต่บางครั้งอาจมีแรงยกตัวเหลือพอที่ยอดเมฆพัฒนาขึ้นถึงระดับ 20,000 ฟุต ซึ่งเป็นระดับเมฆเย็น ซึ่งเริ่มตั้งแต่ระดับประมาณ 18,000 ฟุตขึ้นไป (อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส)

แถวที่ 3 ช่องที่ 1-4 เป็นขั้นตอนที่ 3

เป็นการเร่งหรือบังคับให้เกิดฝนเมื่อเมฆอุ่นเจริญเติบโตขึ้นจนเริ่ม แก่ตัวจัด ฐานเมฆลดระดับต่ำลงประมาณ 1,000 ฟุต และเคลื่อนตัวใกล้เข้าสู่พื้นที่เป้าหมาย ทำการบังคับให้ฝนตกโดยใช้เทคนิคการโจมตี แบบ Sandwich โดยใช้เครื่องบินเมฆอุ่น 2 เครื่อง เครื่องหนึ่งโปรยผงโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ทับยอดเมฆหรือไหล่เมฆที่ระดับ 9,000 ฟุต หรือไม่เกิน 10,000 ฟุต ทางด้านเหนือลม อีกเครื่องหนึ่ง โปรยผงยูเรีย (Urea) ที่ระดับฐานเมฆด้านใต้ลม ให้แนวโปรยทั้งสองทำมุมเยื้องกัน 45 องศา (ดังในแผนภาพ) เมฆจะทวีความหนาแน่นของเม็ดน้ำขนาดใหญ่และปริมาณมากขึ้น ตกลงสู่ฐานเมฆทำให้ฐานเมฆหนาแน่นจนฝน ใกล้ตกเป็นฝนหรือเริ่มตกเป็นฝนแต่ยังไม่ถึงพื้นดิน หรือตกถึงพื้นดินแต่ปริมาณยังเบาบาง

แถวที่ 4 ช่องที่ 1-3 เป็นขั้นตอนที่ 4

เป็นการเสริมการโจมตีเพื่อเพิ่มปริมาณฝนให้สูงขึ้นเมื่อกลุ่มเมฆฝนตามขั้นตอนที่ 3 ยังไม่เคลื่อนตัวเข้าสู่เป้าหมายทำการเสริมการโจมตีเมฆอุ่นด้วยสารเคมีสูตรเย็นจัด คือ น้ำแข็งแห้ง (Dry ice) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำระดับ -78 องศาเซลเซียส ที่ใต้ฐานเมฆ 1,000 ฟุต จะทำให้อุณหภูมิของมวลอากาศ ใต้ฐานเมฆลดต่ำลง และความชื้นสัมพัทธ์สูงขึ้น และจะยิ่งทำให้ฐานเมฆยิ่งลดระดับต่ำลง ปริมาณฝนตกหนาแน่น ยิ่งขึ้น และชักนำให้กลุ่มฝนเคลื่อนตัวเข้าสู่พื้นที่เป้าหมายหวังผลได้แน่นอนและเร็วยิ่งขึ้น (หากกลุ่มเมฆฝนปกคลุม ภูเขาก็จะเป็นวิธีชักนำให้กลุ่มฝนพ้นจากบริเวณภูเขาเข้าสู่พื้นที่ราบ)

แถวที่ 5 ช่องที่ 1-3 เป็นขั้นตอนที่ 5

เป็นการโจมตีเมฆเย็นด้วย Agl ขณะที่เมฆพัฒนายอดสูงขึ้นในขั้นที่ 2 ถึงระดับเมฆเย็น และมีแค่เครื่องบินเมฆเย็นเพียงเครื่องเดียว ทำการโจมตีเมฆเย็น โดยการยิงพลุสารเคมีซิลเวอร์ ไอโอไดด์ (AgI) ที่ระดับความสูงประมาณ 21,500 ฟุต ซึ่งมีอุณหภูมิระดับ -8 ถึง -12 องศาเซลเซียส มีกระแส มวลอากาศลอยขึ้นกว่า 1,000 ฟุตต่อนาที และมีปริมาณน้ำเย็นจัดไม่ต่ำกว่า 1 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งเป็นเงื่อนไขเหมาะสมที่จะทำให้ไอน้ำระเหยจากเม็ดน้ำเย็นยิ่งยวด (Super cooled vapour) มาเกาะตัวรอบแกน Agl กลายเป็น ผลึกน้ำแข็งได้ด้วยประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ไอน้ำที่แปรสภาพเป็นผลึกน้ำแข็งจะทวีขนาดใหญ่ขึ้นจนร่วงหล่นลงมา และละลายเป็นเม็ดน้ำเมื่อเข้าสู่ระดับเมฆอุ่น และจะทำให้ไอน้ำและเม็ดน้ำในเมฆอุ่นเข้ามาเกาะรวมตัวกันเป็นเม็ดใหญ่ขึ้น ทะลุฐานเมฆเป็นฝนตกลงสู่พื้นดิน

แถวที่ 6 ช่องที่ 1-3 เป็นขั้นตอนที่ 6

เป็นการโจมตีแบบ SUPER SANDWICH จะทำได้ต่อเมื่อมีเครื่องบินปฏิบัติการทั้งเมฆอุ่นและเมฆเย็นสามารถใช้ปฏิบัติการได้ครบ ขณะที่ทำการโจมตีเมฆอุ่นตามขั้นตอนที่ 3 และ 4 ทำการโจมตีเมฆเย็นตามขั้นตอนที่ 5 ควบคู่ไปในขณะเดียวกัน เครื่องบินเมฆอุ่นอีกเครื่องหนึ่งโปรยสารเคมีผงโซเดียมคลอไรด์ที่ระดับไหล่เมฆจะทำให้ฝนตกหนักและต่อเนื่องนานให้ปริมาณน้ำฝนสูงยิ่งขึ้น เนื่องจากเป็นการประสานประสิทธิภาพของการโจมตีเมฆอุ่นในขั้นตอนที่ 3 และ 4 และโจมตีเมฆเย็นในขั้นตอนที่ 5 ควบคู่กันไปในระดับเดียวกัน
เทคนิคการโจมตีนี้โปรดเกล้าฯ ให้เรียกว่า SUPER SANDWICH เป็นเทคนิคที่ทรงคิดค้นขึ้นมาปฏิบัติการในประเทศไทยเป็นประเทศแรก ยังไม่มีประเทศใดในโลกเคยถือปฏิบัติมาก่อนอย่างแน่นอน 

แถวล่างสุด (แถวสุดท้ายของตำราฝนหลวงพระราชทาน)

• ช่องที่ 1. "แห่นางแมว" (CAT PROCESSION) เป็นการรวมผลหรือประชาสัมพันธ์ (บำรุงขวัญ) แมวเกลียดน้ำ (The cat hates water) เป็นพิธีกรรมขอฝนที่สืบทอดกันมาแต่โบราณกาล เป็นพิธีกรรมด้านจิตวิทยา เมื่อฝนแล้งเกิดความเดือดร้อน ปั่นป่วน วุ่นวาย จึงต้องมีจิตวิทยา บำรุงขวัญให้ประชาชน และเจ้าหน้ามีกำลังใจ
• ช่องที่ 2. "เครื่องบินทำฝน" เครื่องบินปฏิบัติการ (เป็นพาหะในการประยุกต์เทคโนโลยีฝนหลวง) เครื่องบินต้องกล้าบินเข้าเมฆฝน เพื่อสำรวจและติดตามผล นักบินและนักวิชาการฝนหลวงต้องร่วมมือกัน (The pilot and the rainmakers must cooperate)
• ช่องที่ 3. "กบ" เลือกนาย หรือขอฝน และเลือกฝน กบร้องแทนอุตุนิยม ถ้าไม่มีความชื้นกบเดือดร้อนและกบเตือนให้มีความพยายาม มิฉะนั้นกบตาย ไม่มีฝนเกษตรกรตาย ท่านต้องจูบกบหลายตัว ก่อนที่จะพบเจ้าชายเพียงหนึ่งองค์ (You have kiss to a lot of frogs before you meet a prince) หมายความว่า ต้องมีความพยายามทำซ้ำหลายๆ ครั้ง เพื่อให้เกิดฝนได้สักครั้ง
• ช่องที่ 4. "บ้องไฟ" แทนเครื่องบิน (ทำหน้าที่เสมือนเครื่องบินที่เป็นพาหะนำเทคโนโลยีฝนหลวงขึ้นไปประยุกต์ในท้องฟ้า เป็นประเพณีเรียกฝน ไม่ใช่ของเล่น แต่เป็นของจริง ทำฝนด้วยการยิงบ้องไฟ บ้องไฟขึ้นสูงปล่อยควันเป็นแกน ความชื้นเข้ามาเกาะแกนควัน ทำให้เกิดเมฆเกิดฝน บ้องไฟจึงเป็นพิธีการอย่างหนึ่ง เป็นวิทยาศาสตร์