авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Планирование и физико-статистическая оценка эффективности искусственного регулирования осадков методами активных воздействий

-- [ Страница 2 ] --

Апробация работы: Основные результаты диссертации были представлены на 16-й Международной конференции по радиолокационной метеорологии (Хьюстон, 1975 г.); на 4, 5, 6 и 7-м Всесоюзных совещаниях по радиометеорологии (Москва, 1975 г., Кишинев, 1978 г., Таллин, 1982 г., Суздаль, 1986 г.); на III, IV, VI, VII, и VIII Международных конференциях по активным воздействиям на метеорологические процессы (Клермон-Ферран, 1980 г., Гонолулу, 1985 г., Пестум, 1994 г., Чианг Мей, 1999 г., Касабланка, 2003 г., Анталия, 2007 г.); на 9 и 11-й Международных конференциях по физике облаков и осадков (Таллин, 1984 г., Монреаль, 1994 г.); на IV и V Международных симпозиумах по тропической метеорологии (Гавана, 1987 г., Обнинск, 1991 г.); на Международных совещаниях по Между­народному Проекту увеличения осадков (ПУО) (Монреаль, 1980 г., Москва, I98I г.); на совещаниях группы экспертов ИК ВМО по активным воздействиям (Женева, 1982 г.); на рабочей группе КАН по физике облаков и активным воздействиям (Женева, 1983 г.); на Всесоюзных конференциях по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Киев, 1987 г., Нальчик, 1991 г.); на Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Нальчик, 2001 г.); на Всесоюзных семинарах «Технические средства для государственной системы наблюдений и контроля природной среды» (Обнинск, 1981 г., Обнинск, 1983 г.); на III Всесоюзном семинаре-совещании «Планирование и оценка эффективности работ по искусственному увеличению осадков» (Тбилиси, I986 г.); на III Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии (Суздаль, 1990г.); на Юбилейной конференции «Состояние и перспективы развития технологии и технических средств воздействия на гидрометеорологические процессы» (Чебоксары, 1999г.); на Первом Арабском агрометеорологическом семинаре (Дамаск, 1982 г.); на семинарах ВМО по проблеме увеличения осадков в странах Средиземноморского региона, Юго-Восточной Европы и Среднего Востока (Бари, 1996 г., Монселиче, 1999 г.); на Научно-практическом семинаре «Состояние и перспективы работ по воздействию на гидрометеорологические процессы в интересах развития производства в Республике Узбекистан» (Ташкент, 2000г.); на Первой Национальной конференции Малайзии по активным воздействиям (Куала Лумпур, 2002 г.); на Научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах – участниках СНГ (Санкт-Петербург, 2002 г.); на Региональном международном семинаре ВМО по физике облаков и активных воздействий (Дамаск, 2003 г.); на Научно-практической конференции, посвященной 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий (Нальчик, 2007 г.); на Научной конференции институтов Росгидромета «Теоретические и экспериментальные исследования конвективных облаков» (Санкт-Петербург, 2008 г.); на VI Всероссийском метеорологическом съезде (Санкт-Петербург, 2009 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в 88 работах. В диссертацию включены результаты, которые были получены лично автором или при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы (356 отечественных и зарубежных наименований) и Приложений. Объем рукописи составляет 309 страниц, включая 75 рисунков, 39 таблиц и список литературы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены научная проблема, цели, задачи и методы их решения, оценены научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, публикациях и структуре диссертации.

В первой главе освещена история и сделан краткий обзор современного состояния проблем ИРО методами АВ, а также изложены физические основы АВ на облака разных типов с использованием: 1) термодинамической (фазовой) неустойчивости, возникающей в переохлажденных облаках, содержащих переохлажденную воду; 2) коллоидальной неустойчивости, за счет которой происходит конденсационно - коагуляционный рост капель в облаке и выпадение дождя из теплых облаков; и 3) конвективной (вертикальной) неустойчивости атмосферы. В главе также описаны основные реагенты и технические средства, используемые для воздействий на облака.

Современные методы искусственной модификации переохлажденных облаков с использованием фазовой неустойчивости базируются на теории, разработанной Вегенером, Бержероном и Финдайзеном, и основанной на наличии разности упругости насыщенного пара надо льдом и над водой. Вследствие того, что упругость насыщенных паров надо льдом меньше, чем над водой при одной и той же отрицательной температуре, ледяные кристаллы, находящиеся в переохлажденном облаке, оказываются в состоянии пересыщения и растут диффузионно за счет испаряющихся облачных капель. В результате «перегонки» пара с капель кристаллы быстро растут и по достижении размеров частиц осадков начинают опускаться под действием силы тяжести, продолжая расти в процессе своего падения за счет коагуляции.

Принимая во внимание, что в большинстве естественных облаков наблюдается недостаток природных ледяных облачных ядер, путем создания в переохлажденных облаках дополнительных кристаллов можно в зависимости от их количества (10-100 ледяных ядер на литр при микрофизическом (статическом) засеве и 100-1000 л-1 – при динамическом) и места введения управлять развитием облаков, т.е. либо повысить эффективность процессов осадкообразования и тем самым получить дополнительные осадки, либо провести интенсивный засев облака кристаллизующими реагентами (организовать «перезасев» облака) и за счет мощного оледенения облака уменьшить или полностью прекратить выпадение из него осадков.

Анализ результатов ряда наиболее известных исследовательских и оперативных проектов по искусственному увеличению осадков из переохлажденных облаков, выполненных за последние 60 лет в бывшем СССР учеными и специалистами ЦАО, ГГО, ВГИ, УкрНИГМИ, ЗакНИГМИ, САНИИ и за рубежом – в США, Канаде, Австралии, Израиле, Италии, Южной Африке, Мексике, Таиланде, на Кубе позволяет сделать вывод о том, что эффект воздействий в значительной мере зависит от характеристик облачности – количества переохлажденной воды в облаках и ее местоположения, от концентрации ледяных кристаллов, от вертикальных движений, от мощности облака и температур на верхней и нижней границах. Так результаты рандомизированных экспериментов свидетельствуют о том, что диапазон изменения количества осадков при засеве переохлажденных облаков различных типов льдообразующими и хладореагентами может меняться от уменьшения на 60% до увеличения на 200%. Тем не менее несмотря на неоднозначные оценки результатов экспериментов можно констатировать, что при определенных метеоусловиях при правильном выборе объектов для воздействия и при правильном проведении засева (выборе типа и дозировки реагента, определении способа, места и времени для засева облачности) можно получить дополнительно 10-30% осадков, а при благоприятных условиях – до 50-100%. Следует отметить, что большинство выполненных экспериментов страдают из-за отсутствия прямых физических свидетельств того, что обнаруженные при статистическом анализе изменения количества осадков были получены в результате засева облаков.

Наряду с использованием термодинамической (фазовой) неустойчивости для АВ на переохлажденные облака в последние годы большое внимание уделялось воздействиям на «теплые» облака, базирующимся на использовании коллоидальной неустойчивости. В результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований к настоящему времени предложено две основные концепции активных воздействий на «теплые» облака, основывающиеся на искусственной стимуляции увеличения размеров облачных капель до размеров, при которых они могли бы стать зародышами частиц осадков. Данная задача для капельных облаков решается: 1) прямым методом введения зародышей осадков в облако путем распыления в облаке крупных капель воды, либо 2) путем засева «теплых» облаков гигроскопическими, то есть интенсивно поглощающими «избыточный» водяной пар, аэрозолями.

Результаты выполненных за последние 50-60 лет исследований свидетельствуют о возможности модификации теплых конвективных облаков путем их засева крупными каплями воды или гигроскопическими частицами. Однако практическое использование такого способа крайне ограничено, поскольку требуется поднять в воздух и распылить в облако большое количество реагента, что часто оказывается экономически невыгодным. В связи с этим внимание исследователей в конце прошлого столетия было обращено на разработку и проверку нового способа засева конвективных облаков с использованием мелких гигроскопических частиц, получаемых с помощью пирогенераторов (пиропатронов) в результате сжигания гигроскопических пиросоставов. Анализ результатов выполненных к настоящему времени натурных и численных экспериментов по засеву теплых конвективных облаков мелкими гигроскопическими частицами, позволяет сделать вывод, что при определенных условиях такие воздействия приводят к изменению микроструктуры засеянных облаков, увеличению времени их «жизни», площади, занятой осадками и интенсификации выпадающих из них осадков. Однако несмотря на статистически значимые результаты, полученные в южно-африканском и мексиканском рандомизированных проектах, в настоящее время остается открытым вопрос об их физическом обосновании. В связи с чем, требуется проведение дополнительных как теоретических, так и экспериментальных исследований возможности модификации облаков путем их засева небольшим количеством гигроскопического аэрозоля.

Наряду с результатами активных воздействий на облака с целью искусственного увеличения осадков в обзоре приведены результаты выполненных в ЦАО, ИПГ, ГГО, УкрНИГМИ и за рубежом – в США, Франции, Германии, Норвегии и др. теоретических и экспериментальных исследований, свидетельствующих о возможности и эффективности стимулирования и разрушения при различных условиях образования и развития конвективных облаков различной мощности путем воздействия на них искусственно созданными струями, а также рассеяния слоистообразных облаков, и переохлажденных и теплых туманов с использованием самолетных и наземных средств воздействий.

Известно, что конвективная неустойчивость атмосферы и возникающие при этом потоки играют определяющую роль в развитии облаков, и, в особенности, кучевых форм. Так восходящие конвективные потоки создают первоначальные им­пульсы, необходимые для образования кучевых облаков и зон внедренной (затопленной) конвекции в слоистообразных фронтальной облачности, а также обуславливают их дальнейшее развитие. Очевидно, что наличие нисходящих конвективных потоков в облаках должно сопровождаться разрушением облаков. В настоящее время известно по крайней мере два способа искусственного инициирования внутриоблачных нисходящих движений (струй): 1) путем сброса в облако грубодисперсных порошков; 2) летательными аппаратами (самолетами, вертолетами) при зависании или пролете над облаком или туманом, или струями газов от двигателя реактивного самолета при его кабрировании в облаке на больших углах тангажа.

В результате выполненных в ЦАО и ИПГ теоретических и экспериментальных исследований по воздействию на конвективные облака путем сброса в облако 20-50 кг различных мелкодисперсных порошков и создания направленных вниз импульсов во время горизонтальных пересечений облаков самолетом Ил-14 за счет силы, противодействующей подъемной силе крыла самолета или струей газов от двигателя реактивного самолета при кабрировании в облаке на больших углах тангажа было установлено, что: 1) введение порошков нерастворимых веществ в облако носит динамический характер, т.е. происходит развитие нисходящей струи во влажно неустойчивой атмосфере путем вовлечения воздуха облаком частиц грубодисперсного аэрозоля, оседающим под действием силы тяжести; 2) на результат воздействия не влияет температура окружающей среды или химический состав сбрасываемого на облако вещества; 3) эффективность действия реагента зависит от величины энергии неустойчивости: чем выше значение энергии неустойчивости, тем интенсивнее протекает процесс распада облака после воздействия; 4) способность частиц к захвату облачных капель (при использовании гидрофильного цемента) повышает эффективность действия реагента и благоприятствует более быстрому разрушению облака; для разрушения облака при использовании гидрофобного порошка требуется существенно увеличить количество вводимого в облако реагента; 5) при использовании самолета Ил-14, мелкодисперсных порошков и реактивного самолета эффективность воздействия соответственно составила 73, 82 и 100%; 6) эффективность разрушения конвективных облаков зависит от условий развития облачности: при воздействии на облака сбросом упаковок с порошком эффективность составила 92% при воздействии на конвективные облака внутримассового развития, 82% при воздействии на облака, обусловленные термической конвекцией вблизи фронтальных зон, и 58% при воздействии на фронтальные конвективные облака.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности использования искусственно созданных нисходящих струй для разрушения как теплых, так и переохлажденных мощных кучевых, кучево-дождевых и грозовых облаков, что находится в полном соответствии с физическими представлениями о механизме воздействия.

АВ с целью ИРО в настоящее время осуществляется с помощью разработанных в Росгидромете технологий воздействия, основанных на использовании самолетов, оборудованных необходимой для проведения воздействий измерительной аппаратурой и средствами засева облаков, наземных технических средств воздействия и различных типов реагентов для засева облаков – хладореагентов, кристаллообразующих, гигроскопических и порошкообразных.

Для АВ на облака в настоящее время применяются самолеты-метеолаборатории (СМЛ) и самолеты воздействия, создаваемые на базе серийных самолетов типа Ил-18, Ан-12, Ан-26, Ан-28, Ан-30, Ан-32, Ан-72, М-101Т («Гжель») и СУ-30 (рис.1.1). Указанные типы самолетов перекрывают диапазон высот полета от 6 до 20 км, способны находиться в воздухе от 3 до 8-9 часов и нести полезную нагрузку от 630 до 20000 кг (Табл. 1.1). Используемые в работах по АВ самолеты оснащаются автоматическими устройствами КДС-155, АСО-2И и УВ-26 для отстрела пиропатронов ПВ-50 и ПВ-26 (рис.1.2), углекислотными комплексами для засева облаков «сухим» льдом и самолетными азотными генераторами ГМЧЛ-А и системами для сброса упаковок с грубодисперсными порошками (рис. 1.3).

Наряду с отстреливаемыми пиропатронами для засева облаков могут использоваться выпускаемые российской промышленностью самолетные аэрозольные генераторы САГ-ПМ-01 и САГ-26. При воздействии с земли засев облаков может осуществляться либо с помощью наземных пиротехнических или жидкостных генераторов, либо с помощью ракет и снарядов, содержащих льдообразующие или гигроскопические реагенты.

а) б) е)
г) д) е)
ж) з) и)

Рис. 1.1. Самолеты, используемые в работах по активным воздействиям

а) Ил-18; б) Ан-12; в) Ан-72; г) Ан-26; д) Ан-30; е) Ан-28; ж) Ан-32; з) М-101Т «Гжель»; и) СУ-30

Таблица 1.1.

Основные характеристики самолетов, используемых в работах по АВ

Характеристика Ил-18 Ан-12 Ан-72 Ан-30 Ан-32 Ан-26 Ан-28 М-101Т «Гжель» СУ-30
Взлетная масса, кг 61 000 61 000 33 000 21 000 27 000 24 000 6 500 3 720 33 000
Крейсерская скорость, км/ч 617 590 550 430 530 430 337 360 360 – 2 200
Практический потолок, м 10 000 9 800 11 800 7 300 9 400 7 300 6 000 8 000 20 000
Максимальная дальность полета, км 4 270 4 560 4 400 2 550 2 160 2 340 1 250 1 400 3 200
Максимальная полезная нагрузка, кг 13 500 20 000 10 000 5 500 6 700 4 100 2 000 630 7 000


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.