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 | 3 || 5 | 6 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Для сравнения в таблице также приведены оценки воз­можного увеличения количества осадков, полученные американскими участниками Проекта по данным самолетных измерений и по результатам численного моде­лирования.

Из таблицы видно, что полученные тремя способами оценки возможного увеличе­ния осадков для выбранных дней наблюдений находятся в хорошем согласии, что свидетельствует о возможности использования этих методик для оценки увеличения осадков на площади полигона в отдельные дни. Однако, при экстраполяции оценок для отдельных дней наблюдений на сезон возникают значительные расхождения в оценках, связанные с тем, что согласно самолетным данным, только 16,3% дней (т.е. каждый шестой день) для облачности класса «А» и 48,7% дней (т.е.каждый второй день) для облачности класса «С» определены пригодными для проведения воздействий с целью ИУО. По данным же радиолокационных исследований во все экспериментальные дни в облачности классов «А» и «С» наблю­дались зоны, потенциально пригодные для засева. В связи с этим в качестве возможного увеличения слоев осадков за сезон были взяты оценки, полученные для отдельных дней наблюдений. Отличие средней оценки за сезон (17%) от оценки по отдельным дням (21%) связано с различием вклада облаков классов «А» и «С» в слой осадков в сезоне 1981 г. и в средне-сезонную норму осадков. Приведенные данные свидетельствуют о том, что использование только прямых методов измерений может привести к ошибочным выводам.

Во втором параграфе главы рассматриваются вопросы использования радиолокационных данных об осадках для планирования экспериментов по ИУО. Для этой цели на основе разработанного Булинским–Колмогоровым метода выборочных оценок сумм случайных величин было получено выражение для расчета количества ЭЕ, необходимого для обнаружения эффекта воздействия с вероятностью (1 – ) на уровне значимости при проведении рандомизированного эксперимента с вероятностью засева, равной 0,5:

N1 = , (2.6)

где = , = , ak – естественные осадки;

= , = , bk – осадки после засева;

N – число ЭЕ, обследованных перед планированием экспери­мента;

и – определяются из уравнения типа

Ф () = 1 – , ( Ф(х) = ).

При наличии априорных оценок (прогноза) сk, для величин ak и при предположении мультипликативной модели увеличения осадков, т.е. bk = (1+) ak, выражение (2.6) можно переписать в удобном для расчетов виде, используя средние значения и , дисперсии и , и коэффициент корреляции Rac = /aс :

N2 = , (2.7)

где , , ,

С целью исследования целесообразности использования коротких ЭЕ (осадки за час, осадки из облака), которое приводит к увеличению количества ЭЕ, были проведены расчеты N2 с использованием цифровых радиолокационных данных, полученных с помощью автоматизированных комплексов. Необходимые для расчета N2 характеристики определялись для двух ЭЕ: 1–часового и 12–часового слоев осадков, и для площадок двух размеров: 20 х 20 км2 и 30 х 30 км2.

Анализ матриц коэффициентов корреляции часовых и 12–часовых слоев осадков, рассчитанных по данным радиолокацион­ных измерений за июнь-сентябрь 1984 г. показал, что во всех наблюдавшихся си­ноптических ситуациях отчетливо проявляется анизотропия пространственной корреляции осадков. Так, для часовых слоев в на­правлении переноса зон радиоэхо расстояние по уровню корреляции 0,7 для фронтальных облачных систем в 2,3–3,4 раза, а для случаев внутримассовых конвективных облаков в 1,6–2 раза больше, чем в ортогональном направлении. Для 12–часовых слоев эти соот­ношения лежат, соответственно, в пределах 1,3–3,2 и 1,5–2,5.

Расчеты количества ЭЕ, выполненные для прилегающих и разнесенных на длину стороны площадки (т.е. на 20 км или 30 км), при расположении опытной и контрольной площадок вдоль переноса поля осадков, определяемого по результатам корреляционного анализа ра­диолокационных данных, и в перпендикулярном направлении, показали, что наименьшая продолжительность эксперимента получается при использовании 1–часовой ЭЕ и при расположении разнесенных площадок вдоль направления переноса. При этом использование 1–часовой ЭЕ позволяет сократить продолжительность эксперимента по ИУО в 2–8 раз по сравнению с использованием 12–часовой ЭЕ.

Расчеты также показали, что в ряде ситуаций (в частности, осадки из внутримассовых конвективных облаков) использование данных контрольного полигона даже при его оптимальном размещении не всегда дает выигрыш в уменьшении продолжительности эксперимента. Это обстоятельство указывает на необходимость поиска более точных по сравнению с методом контрольных площадок способов получения априорной информации об осадках. В качестве такового предлагается использовать сверхкраткосрочный (на 1-2 часа) прогноз полей осадков по цифровым радиолокационным данным, который за счет более высокой корреляции прогностических радиолокационных и фактических слоев осадков по сравнению с корреляцией слоев осадков, выпавших на опытной и контрольной площадках, позволяет в 1,5–5 раз сократить число ЭЕ по сравнению с использованием 1–часовой ЭЕ даже при оптимальном расположении мишени и контрольной площадки. Расчеты показали, что при переходе к 12–часовой ЭЕ использование сверхкраткосрочного прогноза полей осадков позволит сократить продолжительность эксперимента от 2 до 13 раз по сравнению с методом контрольных площадок.

В третьей главе рассматриваются результаты комплексного рандомизированного эксперимента по АВ на конвективные облака, выполненного на территории Кубы в рамках советско-кубинского научно-технического сотрудничества. На первой стадии работ в 1979-1981 гг. в результате климатологических исследований облаков и осадков для проведения экспериментов была выбрана территория в провинции Камагуэй, расположенная между провинциями Сьего-де-Авила и Лас-Тунас (рис. 3.1).

На втором этапе (1982-1984 гг.) было: 1) проведено оснащение Камагуэйского метеополигона (КМП), представляющего собой круг с радиусом 80 км, информационно-измерительной системой (ИИС), включающей в себя: два радиолокатора – АРС-3 (длина волны 3 см) и двухволновый метеолокатор МРЛ-5 (длина волны 3 и 10 см), оборудованный системой автоматизированной цифровой обработки радиолокационных сигналов (АЦОРС), пункты радиозондирования, приема аэросиноптической, спутниковой и прогностической информации, специализированную сеть дождемеров, предназначенную для калибровки радио-локационной информации, систему двусторонней связи между радиолокаторами и самолетами; 2) подготовлено два кубинских СМЛ – Ан-26 и Ил-14, оборудованных аппаратурой для исследования микрофизических и термодинамических характеристик атмосферы, облачности и осадков, а также средствами засева облаков путем отстрела пиропатронов ПВ-26 с йодистым серебром с самолета Ан-26; 3) выполнены пробные опыты по воздействиям на облака с целью подготовки к проведению исследовательской фазы эксперимента на КМП.

В 1985 г. на КМП был проведен исследовательский рандомизированный эксперимент, в ходе которого проверялась гипотеза динамического засева облаков с целью увеличения осадков и апробировалась методика воздействий на конвективные облака тропической зоны. В результате комплексных радиолокационных и самолетных исследований были выработаны критерии пригодности облаков для засева льдообразующим реагентом с целью получения дополнительных осадков и установлены нормы расхода реагента. Согласно этим критериям пригодными для засева считаются оптически плотные растущие облака с температурой на верхней границе –10…–20оС, с диаметром на уровне засева > 2 км и высотой основания облака над поверхностью земли ниже 2000 м, с максимальным значением водности > 0,3 г/м3 и скорости восходящих потоков > 1,5-2 м/с.

В соответствии с требованиями к экспериментам по ИУО в 1986-90 гг. на КМП проводилась подтверждающая фаза рандомизированного эксперимента по засеву конвективных облаков, в ходе которой были проведены комплексные исследования микрофизических, динамических и радиолокационных характеристик и их эволюции в незасеянных и подвергшихся воздействию аэрозолями йодистого серебра конвективных облаков тропической зоны, и получены физико-статистические оценки эффективности динамического засева. На этой фазе в эксперименте принимали участие российские СМЛ Ил-18 «Циклон» (в 1986-1987 гг.) и Ан-12 «Циклон» (в 1988-1990 гг.), оборудованные 8-мм СВЧ-радиометрами для дистанционного измерения водозапаса облаков.

В результате анализа данных радиолокационных исследований облаков на КМП получены оценки ресурсов облаков, потенциально пригодных для засева с целью увеличения осадков на площади полигона. Показано, что наблюдается значительная суточная и межсуточная изменчивость количества пригодных для засева облаков. Данные о суточном ходе таких облаков указывают на то, что для засева всех потенциально пригодных облаков необходимо одновременно использовать по крайней мере два-три самолета. Анализ данных об осадках показал, что удовлетворяющие принятым критериям пригодности для засева изолированные облака дают 1-3%, а мезомасштабные облачные скопления («кластеры») – около 20-25% количества осадков на полигоне.

Анализ радиолокационных данных позволил установить наличие взаимосвязи вертикальной мощности облака с площадью осадков, их продолжительностью и количеством. Так, более мощные конвективные облака имеют большую площадь, время жизни и дают большее количество осадков (рис. 3.2,а). В результате регрессионного анализа радиолокационных данных показано, что также, как и для других географических районов (например, Северная Дакота, Южная Флорида), существует тесная взаимосвязь количества осадков с их интегральной площадью (рис. 3.2,б). Эта взаимосвязь может быть использована для оценки количества осадков по данным об их площади, получаемым с помощью спутниковых и радиолокационных измерений.

Рис. 3.2. Зависимость количества осадков из изолированных конвективных облаков от максимальной высоты радиоэхо Нмакс (а) и от суммарной площади осадков S (б).

Цифры на графике характеризуют количество пар значений, попадающих в одну точку.

Исследование эволюции радиолокационных характеристик изолированных конвективных облаков показало, что с увеличением мощности облаков происходит увеличение времени, необходимого для достижения в облаке максимальной высоты, площади, интенсивности и потока осадков. В облаках, живущих менее 35-40 мин, максимальная высота радиоэхо не превышает 7-8 км и в них Hмакс достигается в первой половине жизни, а Iмакс – во второй. В облаках с большим временем жизни и высотой выше 7-8 км Hмакс достигается во второй половине жизни, а Iмакс – в первой. Максимальная площадь осадков во всех облаках наступала во второй половине их существования и после момента достижения облаком максимальной высоты и интенсивности осадков.

В результате комплексных радиолокационно-радиометрических исследований облаков над КМП впервые средствами дистанционного зондирования были получены данные о водозапасе, размерах и средней водности зон переохлажденной воды в облаках тропической зоны.

Анализ эволюции характеристик развивающихся над КМП облаков позволил определить «временное окно», в течение которого облака удовлетворяют критериям пригод-ности для засева льдообразующими реагентами с целью ИУО. На рис. 3.3 представлена осредненная эволюция концентрации кристаллов Nк, скоростей вертикальных потоков W, значений жидкокапельной водности wж, коэффициента ледности Кл = wл / (wл + wж ), где wл - содержание ледяной фазы, и объемно-модального радиуса капель rmv в естественных конвективных облаках над КМП, построенная по данным совместных самолетных и радиолокационных измерений характеристик 64 Cu cong и Cb, находящихся на разных стадиях развития. Верхние границы этих облаков располагались на уровнях 6-8 км. Температура на этих уровнях составляла –7…–20оС. Измерения проводились на уровне 5,6-6 км (при температурах –6…–11оС). На рис. 3.3 также нанесена кривая эволюции влагосодержания облака q, полученная по данным самолетных СВЧ-радиометрических измерений влагосодержания облака в слое между –5оС и –15оС.

Данные радиолокационных наблюдений позволили определить время существования облака (То) и момент времени (t) относительно появления первого радиоэхо, когда производились измерения параметров в опытном облаке. Исходя из указанных ранее критериев и данных, представленных на рис. 3.3, периодом, в течение которого конвективные облака над КМП пригодны для воздействия, следует считать первую треть их жизни, что составляет в среднем 10-15 мин после появления первого радиоэхо, т.к. в этот период в облаках наблюдаются низкие концентрации кристаллов, высокое содержание переохлажденной воды и интенсивные восходящие потоки.

Наряду с исследованием конвективных облаков, развивающихся над КМП в естественных условиях, при проведении эксперимента исследовались микрофизические, динамические и радиолокационные характеристик облаков с целью выявления различий в эволюции параметров облаков, засеянных аэрозолями йодистого серебра, и контрольных облаков, развивающихся в естественных условиях, и тем самым проверки гипотезы динамического засева, согласно которой засев конвективных облаков должен сопровождаться их ростом, расширением площади осадков и увеличением времени их выпадения.

На рис. 3.4 приведены графики временного хода осредненных значений высоты верхней границы Н, площади осадков S, максимальной отражаемости Z и потока осадков F, определенных по данным радиолокационных наблюдений для засеянных и контрольных ячеек облачных кластеров.

 4. Временной ход радиолокационных характеристик засеянных и контрольных-58

 4. Временной ход радиолокационных характеристик засеянных и контрольных-60

Рис. 3.4. Временной ход радиолокационных характеристик засеянных и контрольных конвективных ячеек: а) высота верхней границы радиоэхо; б) максимальная радиолокационная отражаемость; в) площадь осадков; г) поток осадков.

Характерной особенностью эволюции как засеянных, так и контрольных ячеек в первые 5-7 мин после засева, выполненного в момент времени t=0, является отсутствие заметных различий во временном ходе анализируемых радиолокационных характеристик. Этот отрезок времени можно считать периодом «инерционного» роста, когда искусственная кристаллизация в вершине ячеек еще не успела сказаться на их динамике и микрофизике.

Как следует из рисунка через 7-10 мин после засева начинает наблюдаться заметное отличие в развитии засеянных и контрольных ячеек. В это время у контрольных ячеек прекращался рост высоты, радиолокационной отражаемости и интенсивности осадков. В то же время в группе засеянных ячеек продолжалось увеличение значений этих характеристик. В последующие 5-10 мин средний прирост вертикальной мощности засеянных облаков увеличился на 600-1000 м по сравнению с контрольными, радиолокационная отражаемость выросла на 4-5 дБZ, площадь осадков на 14-16 км2, а потоки осадков из засеянных облаков увеличились в 1,5-2 раза. На 15-й минуте после засева поток осадков достиг своего максимального значения 350 103 м3 ч-1, в то время как у контрольных облаков поток осадков составлял 180-190 103 м3 ч-1.

После стадии зрелости, наступившей примерно через 20-25 мин после образования ячеек и характеризующейся стабилизацией радиолокационных характеристик, наступала стадия диссипации. При этом диссипация конвективных ячеек, подвергшихся воздействию, наступала на 10-15 мин позже, чем у развивающихся в естественных условиях. Таким образом, анализ эволюции радиолокационных параметров засеянных и контрольных облачных ячеек позволил провести физическую оценку эффективности динамического засева облаков льдообразующим реагентом.

Наряду с физической оценкой эффективности воздействий в результате анализа экспериментального материала, полученного в 1986-1990 гг. при поведении на КМП подтверждающей фазы рандомизированного эксперимента по засеву конвективных облаков с целью увеличения осадков, были получены статистические оценки эффективности динамического засева изолированных конвективных облаков и ячеек облачных кластеров. Результаты анализа показали, что засеянные изолированные облака с высотой радиоэха в момент первого пролета самолета Но = 6,58,0 км, т.е. температурой на уровне верхней границы (ВГ) –10оС –20оС, имели время жизни на 10 мин больше, имели большую (на 0,7 км) высоту радиоэха, отражаемость и площадь осадков, и дали осадков на 115% больше по сравнению с незасеянными облаками. Оценка различия характеристик засеянных и контрольных облаков, выполненная с использованием критерия Манна-Уитни, показала, что различия во времени жизни облаков, количестве выпавших осадков и их суммарной площади за время жизни облака значимы соответственно на уровнях 0,034, 0,031 и 0,047. Это означает, что увеличение количества осадков, времени жизни облака и площади осадков при засеве изолированных облаков, высота радиоэхо которых на момент пролёта самолёта находилась между изотермами –100С и –200С, не является случайным и связано с изменениями в эволюции параметров засеянных облаков, если принять за уровень статистической значимости значение 0,05.

Для облаков с Но < 6,5 км, т.е. с температурой ВГ выше –10оС, положительный эффект наблюдается только для времени жизни облаков и максимальной радиолокационной отражаемости. Для других параметров эффект засева был отрицательным. Для облаков с Но > 8 км, т.е. с температурой ВГ ниже –20оС, наблюдались отрицательная реакция на засев по времени существования облака и отражаемости, и положительная по всем остальным параметрам. Однако сравнение засеянной и контрольной выборок показало, что различия между выборками по всем анализируемым параметрам находятся на уровнях значимости 0,075-0,475, т.е. оценки не являются статистически значимыми, если принять за уровень значимости значение 0,05.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.