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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

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

-- [ Страница 3 ] --
а) б) в)

Рис. 1.2. Самолетные устройства КДС-155 (а) для отстрела пиропатронов ПВ-50 и

АСО-2И (б) и УВ-26 (в) для отстрела пиропатронов ПВ-26

а) б) в)

Рис. 1. 3. Устройства для сброса гранул твердой углекислоты, диспергирования жидкого азота и сброса упаковок: а) патрубок для выброса твердой углекислоты (внизу)и пилон с форсункой (вверху) для распыления жидкого азота; б) самолетный азотный генератор ГМЧЛ-А;

в) транспортер с упаковками с грубодисперсным порошком.

В качестве реагентов для воздействия на переохлажденные облака используется йодистое серебро AgI (температурный порог активности –4…–6оС), твердая углекислота СО2 (температурный порог активности –3…–4оС) и жидкий азот N2 (температурный порог активности около –1оС). Для воздействия на теплые облака используются гигроскопические реагенты – порошки или капли растворов хлористого натрия NaCl, хлористого кальция CaCl2, или высокодисперсных частиц, формируемых при горении пиротехнических составов.

Важным элементом информационно-измерительной системы, обеспечивающей успешность организации и проведения работ по АВ на облака с целью искусственного регулирования осадков, является радиолокационная система. Данные радиолокационных наблюдений необходимы для: 1) оценки пригодности облаков и облачных систем для засева; 2) планирования и выполнения самолетных операций по засеву облаков; 3) оценки результатов засева при физической и статистической оценке воздействий. Для этих целей могут быть использованы разработанные российскими специалистами метеорологические автоматизированные радиолокационные комплексы АКСОПРИ, Метеоячейка, МЕРКОМ.

Таким образом, приведенные в обзоре результаты работ по АВ на облака свидетельствуют о том, что остается еще много нерешенных вопросов по планированию и проведению работ по ИРО, а также получению статистических и физических доказательств того, что засев облаков приводит к увеличению осадков над заданным районом и в течение продолжительного периода времени, а также по определению влияния засева за пределами этого района. Используемые в работах методы и технические средства измерений характеристик метеообъектов и воздействий с целью искусственного регулирования осадков требуют дальнейшего усовершенствования с точки зрения повышения эффективности воздействий и определения ситуаций и времени, когда можно проводить воздействия, а когда проведение воздействий нецелесообразно. Следует также отметить важность использования статистического моделирования и выбора эффективных методов оценки результатов воздействий при проведении как исследовательских, так и оперативных работ по АВ на облака.

Во второй главе диссертации рассматриваются вопросы использования радиолокационной информации для выделения переохлажденных капельных зон в облаках и для статистического моделирования количества ЭЕ, необходимого для выявления эффекта воздействий при проведении рандомизированных экспериментов.

Успешность решения многих научных и практических задач, связанных с исследованием процессов осадко­образования и развития облачных систем, с АВ на облака, с обеспечением безопасности полетов в облаках и др., в значительной степени зависит от качества и оперативности получения информации о наличии, пространственном распределении и временной эволюции переохлажденных капельных зон в облаках различных форм. Обнаружение в облаках зон с переохлажденными каплями и их исследование осуществляются в основном с помощью СМЛ. Наряду с несомненными достоинствами прямые самолетные измерения микрофизических характеристик об­лаков обладают рядом существенных ограничений из-за пространственной и временной ограниченности наблюдений и невозможности одновременного охвата больших площадей. В связи с этим большое значение приобретают дистанционные методы исследования облачных систем, которые, в отличие от прямых, могут обеспечить оперативное получение данных об облачных системах на больших площа­дях в течение всего времени их существования. К сожалению, из­вестные радиолокационные методы – определение водности по радиолокационной отражаемости, двухволновый метод, метод мишени, и СВЧ-радиометрические методы либо принципиально, либо из-за технических трудностей не могут обеспечить оперативного обнару­жения переохлажденных капельных зон в облаках на больших площадях.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований микрофизических харак­теристик облаков различных форм свидетельствуют о том, что водность облаков в значительной степени определяется вертикаль­ными движениями. В свою очередь, вертикальные движения тесно связаны со структу­рой горизонтальных движений в пограничном слое атмосферы (ПСА), в ко­тором эти потоки формируются:

Wh = Who div V(h) dh, (2.1)

где Wh и Who – вертикальные скорости на высотах h и hо, соответственно; – плотность воздуха; div V(h) – дивергенция горизонтального ветра. В таком случае можно предположить возможность использования информации о горизонтальных движениях в пограничном слое для обнаружения капельных зон в переохлаждённой части облаков.

Сравнительный анализ радиолокационных методов исследования движений в облаках и осадках с использо­ванием наземных и самолетных РЛС позволяет заключить, что наибольшая оперативность получения информации о поле горизонтальных скоростей обеспечивается при использовании разработанной в ЦАО аппаратуры «Устройство индикации турбулентности» (УИТ). Принцип работы УИТ заключается в измерении разности сред­них значений радиальных скоростей (V) рассеивателей в импуль­сных объёмах, разнесенных по дальности вдоль радиолокационного луча на расстояние L, которое определяет масштаб ис­следуемых неоднородностей. Основными факторами, определяющими наличие V на расстоянии L, являются: 1) турбулентность; 2) квази-упорядоченные вертикальные движения; 3) вертикальные сдвиги ветра; 4) различие скоростей гравитационного падения гидрометеоров. С учетом указанных компонент V может быть записана в виде:

V = Vт + Vг Cos + WB Sin + VСД Cos + Vгр Sin , (2.2)

где Vт – турбулентная составляющая; Vг и WB – неоднородно­сти квази-упорядоченных горизонтальных и вертикальных движений; VСД и Vгр – неоднородности, обусловленные сдвигом ветра и различием скоростей гравитационного падения гидрометеоров; – угол места антенны. Анализ вклада основных факторов в величину неоднородностей поля радиальных скоростей показал, что при углах места антенны меньше 1–3о, т.е. при зондировании по­граничного слоя атмосферы, основной вклад в величину V вносят составляющая Vг, обусловленная дивергенцией, которая, согласно (2.1), тесно связана с вертикальными движениями, и турбулентная составляющая Vт, среднеквадратичное значение которой описы­вается с помощью структурной функции

D (L) = = , (2.3)

связанной с масштабом флуктуаций L "законом 2/3" Колмогорова – Обухова

D (L) = С 2/3 L2/3, (2.4)

где – скорость диссипации кинетической энергии, характеризующая интенсивность турбулентных движений; С – безразмерная константа.

На основании литературных данных о значениях , а также экспериментальных данных, полученных автором, показано, что средние значения VТ для слоисто-дождевой облачности без "затопленной" конвекции, состав­ляют 0,6-0,8 м/с, а при её наличии – 1,0-1,2 м/с. Для кучево-дождевой облачности величина VТ на масштабе 500 м составляет 0,9-1,8 м/с. В таком случае, при соответствующем выборе величины порога V на фоне турбулентных движений в зонах радиоэхо облачности и осадков могут быть выде­лены области повышенной конвергенции и дивергенции, формирующие квази-ynорядоченные восходящие и нисходящие движения, т.е. зоны интенсивных вертикальных потоков.

Проведенные в 1982 г. в районе г. Калуги и в 1983 г. на метеорологическом полигоне ЦАО в Пензе комплексные исследования динами­ческих характеристик облачности с помощью радиолокаторов MPЛ-2 (в Калуге) и МРЛ-5 (в Пензе), на которых была установлена аппаратура УИТ, и 3-см доплеровского наземного и самолетного радиолокатора, установленного на СМЛ Ил-18 «Циклон», подтвердили возможность использования аппаратуры УИТ для обнаружения в облаках различных форм областей интенсивных вертикальных движений.

Экспериментальная проверка возможности использования информации о НПВ, получаемой с помощью УИТ в осадках в ПСА, для дистанционного обнаружения переохлажденных капельных зон в облаках была проведена в 1980-1981 гг. на полигоне ПУО в Испании, в 1982 г. в районе Калуги и в 1983 г. на полигоне в Пензе. Методика экспериментальных исследований связи зон НПВ в ПСА с переохлажденными жидкокапельными зонами в облаках заключалась в выполнении целенаправленных полётов СМЛ через зоны, характеризующиеся наиболее интенсивными движениями, определяемыми с помощью УИТ. В период полета CMЛ каждые 5-10 минут проводилась регистрация информации о структуре НПВ и распределении радиолокационной отражаемости в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Следует отметить, что при сравнении радиолокационных и самолетных данных необходимо учитывать время Тн, требуемое для подъёма влажного воздуха с нижнего уровня до высоты полета самолета Н, а также перенос зон радиоэхо за это же время. Для этого была разработана методика обработки и комплексного анализа радиолокационной и самолетной информации, включающая: определение скорости вертикальных движений по радиолокационным данным о вертикальной струк­туре НПВ и величине V; оценку времени Тн ; определение скорости и направления перемещения зон радиоэхо; построение траекто­рии полета CМЛ на изображениях зон НПВ, полученных раньше момента пролёта самолета над зонами на время Тн, т.е. на изображени­ях "образов" зон НПВ.

На основании результатов исследований связи переохлажденных капельных зон в облаках с НПВ в ПСА был разработан новый радиолокационный метод обнаружения капельных зон в облаках, позволяющий обнаруживать в слоистообразных (класс «А» по классификации ПУО) и конвективных облаках (класс «С»), дающих осадки, соответственно, 80 и 95% переохлажденных капельных зон.

Разработанный метод выделения в облаках и облачных системах переохлажденных капельных зон по данным о НПВ в ПСА прошел экспериментальную проверку в ходе комплексных радиолокационных и самолетных экспериментов в Московской области и в районе г. Калуги, а также на полигоне ЦАО в Пензе при выполнении работ по опытному засеву облаков льдообразующими реагентами с использованием информации о НПВ. Анализ полученной в ходе выполнения работ радиолокационной ин­формации о структуре радиоэхо до и после засева облачности твердой гранулированной углекислотой СО2 пока­зал, что засев облачности, характеризовавшейся наличием зон НПВ с величиной V выше 1,З м/с, привёл к образованию на фоне естественных осадков чётко выраженных полос искусственных осадков, отражаемость которых на 6–8 дБZ превосходила отражаемость естественных. Засев облачности, не имеющей повышенных значений НПВ, не приводил к появлению полос повышенной отражаемости на фоне естественных осадков. Результаты опытов по использованию радиолокационного метода оперативного обнаружения в облаках переохлажденных капельных зон по информации о НПВ указывают на перспективность его использования в работах по искусственному регулированию осадков на больших площадях.

Принимая во внимание наличие взаимосвязи «образов» зон повышенных НПВ с областями переохлажденной жидкокапельной влаги были определены следующие характеристики: а) временной ход относительного покрытия пло­щади осадков (Аос) зонами НПВ (Анпв); б) средние значения величин Анпв / Аос для каждого дня наблюдений; в) характерные разме­ры зон НПВ; г) времена существования отдельных зон НПВ.

Анализ полученных данных показал, что зоны повышенных НПВ существуют во всех облачных системах и практически во все моменты времени их про­хождения через площадь обзора радиолокатора. Анализ распределений зон НПВ по размерам показал, что средняя площадь зон НПВ с величиной V 1,3 м/с в облачных системах класса «А» и в конвективных облаках класса «С» составляет, соответственно 40–50 км2 и 20–25 км2. Анализ данных выявил зависимость «времени жизни» зон НПВ от их гори­зонтальных размеров (рис. 2.1) – «время жизни» зон НПВ тем больше, чем больше их размер, и практически не зависит от типа облачности. При этом среднее «время жизни» областей НПВ в облаках класса «С» составляет (с учетом среднего размера 20–25 км2) 20-25 мин, а в облачности класса «А» (при среднем размере 40–50 км2) составляет 40–50 минут.

Наличие для облачности на полигоне ПУО в Испании радиолокационной информации о НПВ и рассчитанных по самолетным данным средних значений водности над этими зонами, позволило провести оценку пригодности полигона для проведения работ по ИУО. Такая оценка может быть представлена в виде дополнительных осадков, которые могли бы быть получены при осаждении всей переохлаждённой воды на площади обзора РЛС. При известных величинах относи­тельного покрытия площади обзора РЛС зонами НПВ и значениях водностей над этими зонами, величина дополнительных осадков за час может быть определена по формуле:

I = Н , (2.5)

где Анпв и А – площади зон НПВ и обзора РЛС; Н - мощность слоя между изотермой 0оС и верхней границей радиоэхо или высоты изотермы минус 15оС, если высота радиоэхо превышала этот уровень; – плотность воды; Т – время. В случае конвективной облачности для оценки I в соотношении (2.5) необходимо вместо Анпв /А использовать величину [ (Аос /А) · К ], где К – коэффициент, определяющий в площади обзора долю конвективных облаков, характеризующихся наличием в них зон повышенной НПВ.

Результаты сравнения величин I с интенсивностью естественных осад­ков I показали, что величины ожидаемого относительного увеличения осадков изменяются в широких пределах и для различных дней облачности класса «А» составляют 229%, а для облачности класса «С» – 15140%. Среднее относитель­ное увеличение осадков для этих классов облачности составляет 7,6% и 34%, соответственно (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1.

Оценки возможного увеличения количества осадков (%) на полигоне ПУО, полученные по данным радиолокационных и самолетных наблюдений, и в результате численного моделирования

Способ оценки Средняя величина (%) по дням Экстраполяция (%) за сезон
класс «А» класс «С» среднее класс «А» класс «С» среднее
Радиолокационный способ (по НПВ) 7,6 34 21 7,6 34 17
По самолетным данным 8,1 17 12 0,36 3 1
Численное моделирование 29 65 54 1,37 11 4,3


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.