Способ предотвращения образования крупных градин в облаках

 

Изобретение относится к методам воздействий на метеорологические процессы и может быть использовано для воздействия на градовые облака с целью предотвращения образования крупных градовых частиц. Сущность изобретения: способ предполагает использование традиционных льдообразующих реагентов, соответствующих технических средств их доставки в облако, существующих методов и технических средств обнаружения градовых частиц в облаке. По предлагаемому методу реагент вносят в область, которая расположена между изотермами -10 - -12^oC в облаке и под зоной образования и роста градин. При этом учитывается деформация поля температуры под влиянием динамических процессов. Воздействие начинается с верхней части облака и проводится непрерывно так, чтобы обеспечить концентрацию частиц реагента 10⁶ - 10⁷ м^-3 в случае предотвращения града и 10⁷ - 10⁸ м^-3 - в случае его прерывания. 2 ил.

Изобретение относится к методам активного воздействия на метеорологические процессы и может быть использовано при активных воздействиях на градовые облака с целью предотвращения образования крупных градин, которые способны принести ущерб народному хозяйству.

Известно несколько концепций активного воздействия на градовые облака. Наибольшее распространение в практике противоградовых работ получили методы, основанные на концепции "конкуренции" и гипотезе "ускорения осадкообразования" [1, 4] Более эффективным из них, как показали исследования авторов, является "метод конкуренции" (Н.Ш. Бибилашвили, И.И. Бурцев, Ю.А. Серегин Руководство по организации и проведении противоградовых работ. Л. Госгидромет, 1981),который будет рассматриваться в качестве прототипа предлагаемого способа.

Основные положения этого метода заключаются в следующем: над уровнем максимума скорости восходящих потоков в облаках образуется так называемая зона аккумуляции, в которой происходит накопление крупных переохлажденных капель до критического значения. Когда вес накапливающейся влаги превысит подъемную силу восходящих потоков, происходит обрушение осадков в виде ливня и града; градины растут при столкновении зародышей града с крупными переохлажденными каплями в зоне аккумуляции; внесение частиц льдообразующего реагента AgJ в концентрации 10⁵ - 10⁶ м^-3 в температурный интервал -6 -15^oC в область восходящих потоков, питающих влагой зону зарождения и начального роста града, приводит к увеличению (примерно на 2 порядка) концентрации зародышей градин. Искусственные зародыши градин вступают в конкуренцию за влагу с естественными зародышами, что приводит к предотвращению образования крупных градин в облаке.

Исследования формирования макро- и микроструктуры градовых облаков в естественных условиях и при активном воздействии показывают, что возможности реализации этих положений вызывают определенные сомнения. Например, зону аккумуляции крупных переохлажденных капель в облаках не удалось обнаружить экспериментально, а теоретические исследования показывают, что она может образоваться при условиях, которые крайне редко будут реализовываться в реальной атмосфере.

Поэтому и положение о том, что градины растут за счет захвата переохлажденных капель в зоне аккумуляции, не может реализоваться.

При выборе температурного интервала внесения реагента в облако недостаточно полно учитывалась физика взаимодействия частиц реагента с облачной средой. Так, внесение реагента в ту часть облака, где температура выше -15^oC, на приводит к изменению его микроструктуры, т.к. фазовое строение градовых облаков устойчиво при этих условиях, а наибольшая льдообразующая эффективность AgJ наблюдается при t -9 -10^oC.

Положение в облаке обрабатываемой области также не обеспечивает эффективного использования частиц реагента для предотвращения образования крупных градин.

Утверждение о том, что внесение частиц реагента в облако приводит к увеличению концентрации зародышей градин на порядки не получило также обоснованного подтверждения.

Главной из причин, препятствующих получению высокого эффекта при воздействии по методу-прототипу, является то, что положение обрабатываемой области в облаке является не самым оптимальным для интенсивного вмешательства в процессы образования и роста градин.

Анализ существующих способов воздействия на градовые облака, включая и прототип, показывает, что они обладают следующими общими недостатками: недостаточно обоснованы с научной точки зрения; основаны на гипотетических рассуждениях о формировании микро- и макроструктуры градовых облаков; учет взаимодействия частиц реагента с облачной средой проводится на качественном уровне; не проведено строгое научное исследование их эффективности с использованием математических моделей облаков.

Целью настоящего изобретения является разработка научнообоснованного способа активного воздействия на градовые облака для предотвращения образования крупных градин.

Способ разработан с использованием последних достижений в исследовании формирования микроструктуры градовых облаков в естественных условиях и при активном воздействии [2, 3, 5] По результатам сравнительного анализа предлагаемый способ значительно эффективнее, чем существующие, включая и прототип.

Он основан на использовании традиционных льдообразующих реагентов типа AgJ, существующих технических средств их доставки в облако (артиллерийские и ракетные установки), а также методов и технических средств индикации града.

Высокая эффективность способа достигается выбором оптимального места внесения реагента в облако и обеспечением достаточной его концентрации.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез симметричного облака; на фиг. 2 - то же для несимметричного облака.

Способ осуществляется следующим образом.

а) Симметричные градовые облака.

Обрабатывается все сечение области восходящих потоков в облаке, расположенное между изотермами -10 -12^oC. При определении области засева необходимо учитывать деформации поля температуры внутри облака по сравнению с окружающей атмосферой. На рис. 1 показана область 1 образования и роста градин и область 2 внесения частиц реагента с учетом особенностей температурного поля в облаке. Для сравнения на этом же рисунке изображена область 3 внесения реагента по методу конкуренции, который является прототипом.

Воздействие необходимо начинать с центральной части обрабатываемой области, которая располагается на уровне изотермы -13 -16^oС в окружающей атмосфере. Затем обрабатываются остальные части этой области, снижаясь постепенно до уровня изотерм -10 -12^oC. Реагент вносится в облако непрерывно и с таким темпом, который будет обеспечивать концентрацию частиц 10⁶ 10⁷ м^-3 в случае предотвращения града и 10⁷ 10⁸ м^-3 в случае его прерывания. При уменьшении градоопасности облака темп внесения реагента можно уменьшить.

б) Несимметричные градовые облака В случае несимметричных облаков также обрабатывается область в зоне восходящих потоков, расположенная между изотермами -10 12^oC в облаке и под зоной образования и роста градовых частиц. При ее внесении необходимо, как и в случае симметричных облаков, учитывать деформацию поля температуры в облаке по сравнению с окружающей атмосферой. На рис. 2 показаны область 1 образования и роста градин и область 2 внесения реагента в несимметричное облако, построенное с учетом деформации поля температуры в облаке по сравнению с окружающей атмосферой. На этом же рисунке изображена область 3, в которую вносят реагент по методу конкуренции (прототип). Реагент в данном случае вносится непрерывно и с таким темпом, который обеспечил бы 10⁶ - 10⁷ частиц на м^-3 в случае предотвращения града и 10⁷ - 10⁸ м^-3 в случае прерывания града. С уменьшением градоопасности облака темпы внесения можно уменьшить.

Для сравнительного анализа предложенного способа с наиболее распространенными, включая и прототип, были проведены расчеты с использованием математических моделей градового облака. Они показали значительно более высокую эффективность предложенного способа по сравнению с остальными. По расчетам при внесении частиц льдообразующего реагента в облако согласно предложенному способу эффективность достигает 100%
Источники информации
1. Абшаев М. Т. О новом методе воздействия на градовые процессы. Труды ВГИ, вып. 72, 1989, с. 14 28.

2. Ашабоков Б.А. Калажоков Х.Х. Численное моделирование градовых облаков. М. Гидрометиздат, 1992, с. 135.

3. Ашабоков Б.А. Федченко Л.М. Шаповалов А.В. Шоранов Р.А. Численные исследования образования и роста града при естественном развитии облака и активном воздействии. Метеорология и гидрология, N 1, 1994, с. 41 48.

4. Бибилашвили Н.Ш. Бурцев И.И. Серегин Ю.А. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Л. Гидрометиздат, 1981, с. 168. - прототип.

5. Ashabokob B.A. Fedchenco L.M. Shapovalov A.V. The optimization of the seeding methods on hall processes on the numerical control model of the formation of the hall cloud microstructure. Sixth WMO Scientific Conference on Weather Modification. Italy, 30 Vay 4 June 1994.

Формула изобретения

Способ предотвращения образования крупных градин в облаках, включающий введение в область восходящих потоков воздуха льдообразующего реагента, отличающийся тем, что реагент вводят в область с интервалом температур 10 - 12^oС, расположенную под зоной образования и роста градин развивающегося градового облака, в концентрации 10⁶ 10⁷ частиц на 1 м³ воздуха или в аналогичную область развитого градового облака в концентрации 10⁷ 10⁸ частиц на 1 м³ воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2