Способ изменения атмосферных условий над заданной территорией



Способ изменения атмосферных условий над заданной территорией
Способ изменения атмосферных условий над заданной территорией

 


Владельцы патента RU 2518223:

Налбандян Микаел Овикович (RU)

Изобретение относится к способам изменения атмосферных условий над заданной территорией и предназначено для формирования дождевых облаков, преимущественно в период засух. Способ предусматривает распыление в приземном слое атмосферы мелкодисперсных гигроскопичных водорастворимых частиц и/или капель химических реагентов при обеспечении давления насыщающих паров, меньшего, чем существующее на момент распыления давление водяных паров в приземном слое атмосферы. В результате инициируется устойчивый восходящий конвективный поток воздуха при обеспечении условий перехода сухоадиабатического процесса во влажно-адиабатический процесс при восхождении такого потока воздуха. Предлагаемое изобретение позволяет при минимальном наборе средств обеспечить эффективное воздействие на атмосферные условия в период засухи или возникновении смога. 2 ил.

 

Изобретение относится к области физики атмосферы и прикладной метеорологии, а именно к способам изменения атмосферных условий над заданной территорией, и может быть использовано для формирования облаков и вызывания осадков в случае засух, для устранения смога и т.п.

Основным природным механизмом возникновения облаков является восхождение влагосодержащих приземных слоев воздуха. В процессе подъема приземный объем воздуха адиабатически охлаждается (сухоадиабатический процесс) и на некоторой высоте достигает температуры, при которой начинается нестимулированная конденсация влаги и образование капель воды, составляющих облачную структуру. Однако восходящий поток воздуха самопроизвольно образуется лишь при условии неустойчивой стратификации в атмосфере, когда вертикальный градиент температуры превышает значение сухоадиабатического градиента температуры, который составляет порядка 10 К/км. При меньших значениях градиента температуры поднявшийся объем приземного воздуха оказывается холоднее окружающих слоев воздуха и восходящий поток не формируется. Вертикальный градиент температуры для стандартной атмосферы составляет порядка 6,5 К/км, что соответствует состоянию устойчивой стратификации. Если же каким-либо способом обеспечить частичную конденсацию влаги, то конденсирующаяся влага нагревает объем воздуха, способствуя положительной плавучести воздуха. Процесс подъема воздуха с учетом теплового эффекта конденсации называется влажно-адиабатическим процессом. При значительном влагосодержании воздуха значение влажно-адиабатического градиента температуры может оказаться меньше значения вертикального градиента температуры и возникнут условия для самопроизвольного образования восходящих потоков. Таким образом, положительная плавучесть и формирование восходящих потоков могут быть достигнуты, если создать условия для частичной конденсации влаги как в приземном слое атмосферы, так и в процессе восхождения потоков воздуха, то есть создать условия для влажно-адиабатического процесса восхождения.

Известны различные способы воздействий, активизирующих восходящее движение воздуха в атмосфере и, соответственно, обеспечивающих образование облаков. Например, известны способы (см. патенты GB 988109, RU 2071243), заключающиеся в зачернении большого участка земной поверхности. Зачерненный участок земной поверхности будет нагреваться Солнцем до более высокой температуры, нежели окружающие участки земной поверхности. Предполагается, что положительная плавучесть воздуха будет достигнута вследствие дополнительного нагрева воздуха над зачерненным участком из-за его более высокой температуры. Однако для достижения скорости восходящих потоков, превышающих скорость турбулентных пульсаций скорости воздуха в атмосфере, необходимо аккумулировать солнечную энергию с поверхности в несколько миллионов квадратных метров. Следовательно, предложенные способы являются слишком громоздкими, дорогостоящими и малоэффективными.

Также, известны способы и устройства воздействия на атмосферу, основанные на использовании инжекции в приземный слой атмосферы униполярно заряженных ионов или электрически заряженных мелкодисперсных частиц (см. патенты RU 2090057, RU 2098942, RU 2115296, RU 2297758, RU 2233578, RU 2373693). В таких способах положительная плавучесть воздуха не формируется и предполагается, что восходящий поток воздуха образуется вследствие увлечения частиц воздуха инжектированными зарядами, восходящее движение которых обусловлено электрическим полем Земли. Однако инжектированный в приземный слой атмосферы объемный заряд приводит к перераспределению зарядов на поверхности Земли, создавая «зеркально наведенный» заряд противоположного знака, электрическое поле которого притягивает объемный заряд к земной поверхности. Например, при высоте объемного заряда над поверхностью земли 10 м, напряженность наведенного электрического поля превосходит напряженность электрического поля Земли уже при суммарном заряде инжектированных ионов 6÷10-6 Кл. Очевидно, что такое количество элементарных зарядов недостаточно для эффективного воздействия на атмосферу.

Известны способы воздействия на атмосферу с помощью различных аэрозолей и химических реагентов (RU 2014773, RU 2101920, RU 2295231), распыляемых в облаках или в туманах. Распыляемые реагенты имеют различные механизмы воздействия: инициирование зародышеобразования льда, создание локального переохлаждения, интенсификация конденсационного роста или коагуляции капель. Однако упомянутые способы не формируют положительную плавучесть воздуха и не приводят к образованию восходящих воздушных потоков и используются для стимулирования осадков из уже образовавшихся облаков или туманов, размеры капель в которых недостаточны для самопроизвольного выпадения. Очевидно, что описанные выше способы не смогут быть с должной эффективностью использованы для стимулирования осадков при несформировавшихся облаках или же при отсутствии дождевых облаков. То есть описанные выше способы не смогут быть использованы для стимулирования осадков во время засухи или же для снижения негативного влияния смога, возникающего в городских условиях.

В свою очередь, предлагаемое изобретение позволит устранить указанные выше недостатки и позволит предложить способ изменения атмосферных условий, который позволит стимулировать выпадение дождевых осадков во время засухи или же при возникновении смога, и для осуществления которого будет необходим минимальный набор технических средств.

В основу предлагаемого способа положено создание устойчивого на большом пространственном протяжении восходящего конвективного потока воздуха, инициируемого распылением в приземном слое атмосферы мелкодисперсных гигроскопичных водорастворимых частиц и/или капель химических реагентов, давление насыщающих паров водных растворов которых над поверхностью меньше давления естественных водяных паров, содержащихся в атмосфере. Размер распыляемых частиц должен быть достаточно мал, чтобы при конденсации на них влаги не происходило их преждевременное выпадение в поле сил тяжести.

Условие, что давление насыщающих паров над поверхностью распыляемых реагентов должно быть меньше давления естественных водяных паров в приземном слое атмосферы является существенным отличительным признаком предлагаемого способа. В качестве реагентов могут быть использованы, например, LiCl, CaCl2, КОН, NaOH, NaCl. В результате распыления реагента, описанным выше образом, ненасыщенный водяными парами приземный слой атмосферы для инжектированных частиц оказывается пересыщенным и на них начинает конденсироваться влага. Инжектированная частица растворяется в конденсировавшейся на ней воде и в воздухе образуется капля насыщенного раствора распыленного реагента. В соответствии с законом Рауля давление насыщенных паров над раствором меньше давления над чистым растворителем и разница давлений пропорциональна концентрации раствора. В процессе дальнейшей конденсации воды концентрация раствора в капле падает, и давление насыщенных паров увеличивается. Процесс конденсации воды на капле продолжается до значения концентрации раствора, при котором давление насыщенных паров над каплей раствора оказывается равным давлению водяных паров. Конденсация пара на частице реагента сопровождается выделением теплоты парообразования и нагреванием воздуха. Начальный перегрев относительно окружающих слоев воздуха зависит от концентрации реагента, температуры и относительной влажности в приземном слое атмосферы. Вследствие перегрева реагентосодержащий объем воздуха оказывается легче окружающих слоев воздуха и начинает всплывать. Таким образом, положительная плавучесть воздуха обеспечивается за счет накопленной во влажном воздухе скрытой теплоты парообразования. При восхождении температура объема воздуха понижается. Это приводит к дополнительной конденсации пара на каплях раствора и дополнительному выделению теплоты парообразования.

Вследствие наличия в объеме воздуха распыленного реагента и конденсации влаги, процесс подъема из сухоадиабатического процесса переходит в влажно-адиабатический процесс. Размер распыляемых частиц должен быть достаточно мал и не должен превышать 20 мкм, чтобы при конденсации на них влаги не происходило преждевременное выпадение осадков. При достаточной концентрации реагента и соответствующих атмосферных условиях начальный перегрев объема воздуха и конденсация влаги в процессе подъема смогут обеспечить преодоление участка устойчивой стратификации до высоты массовой конденсации, содержащейся в объеме влаги. То есть исходя из атмосферных условий в конкретной местности и типа используемого реагента возможно обеспечить образование массива дождевых облаков, даже при отсутствии облачности над данной местностью. Массовая конденсация приводит к интенсивному выделению теплоты парообразования, следовательно, дополнительному нагреву и дальнейшему восхождению облака. На Рис.1 представлена зависимость температуры в восходящем объеме воздуха от высоты при распылении хлорида кальция с содержанием 0,3 г/м3, начальная температура приземного слоя воздуха 30°С, относительная влажность 80%. Пунктиром представлена температура окружающих слоев воздуха при вертикальном градиенте 6,5 К/км. Легко видеть, что температура восходящего объема воздуха на всех высотах остается выше температуры окружающих слоев воздуха, тем самым обеспечивая восхождение. При меньших значениях относительной влажности необходимо большее значение начального перегрева, и, следовательно, более высокая концентрация реагента. Например, Рис.2 соответствует случаю относительной влажности 70% и содержанию реагента 0,8 г/м3.

Таким образом, показано, что распыление в приземном слое атмосферы реагента, давление насыщаюших паров, над поверхностью которого меньше давления водяных паров в приземном слое атмосферы, приводит к:

- конденсации влаги на частицах реагента в ненасыщенном воздухе;

- выделению накопленной во влажном воздухе скрытой теплоты парообразования, перегреву и положительной плавучести реагентосодержащего объема воздуха;

- возникновению условий влажно-диабатического процесса при восхождении реагентосодержащего объема воздуха.

В итоге совокупность этих процессов создает условия для возникновения восходящих конвекционных потоков, которые могут достигать уровня нестимулированной конденсации и приводить к возникновению дождевых облаков. Очевидно, что конкретная технология использования предложенного изобретения будет довольно проста, что потребует использование типовых устройств для распыления капель и/или частиц реагентов и комплекта типового оборудования, обеспечивающего определения атмосферных условий, и/или оборудования, обеспечивающего получение метеорологической информации, без обязательной разработки каких-либо новых технических средств. Очевидно, что предложенное изобретение может быть использовано при возникновении засухи, например, в районах с жарким влажным климатом при выраженном дефиците осадков. Также, предложенное изобретение может быть использовано в условиях крупных городов с неблагоприятной экологической обстановкой для снижения воздействия смога. Так, в случае возникновения смога, восходящие потоки воздуха позволят «проветривать» застоявшийся слой атмосферы.

Таким образом, предложен способ изменения атмосферных условий над заданной территорией, который сможет быть эффективно использован для формирования дождевых облаков, например, во время засух.

Способ изменения атмосферных условий над заданной территорией, предусматривающий распыление в приземном слое атмосферы мелкодисперсных гигроскопичных водорастворимых частиц и/или капель химических реагентов при обеспечении условия, что давление насыщенных паров, характерное для водных растворов распыляемых реагентов, меньше, чем существующее на момент указанного распыления давление водяных паров в приземном слое атмосферы, и инициирование устойчивого восходящего конвективного потока воздуха при обеспечении условий перехода сухоадиабатического процесса во влажно-адиабатический процесс при восхождении указанного потока воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над различными объектами, к которым следует отнести аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо обеспечение дальности видимости, а также на открытых площадках для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий.

Изобретение может быть использовано для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Устройство выполнено в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов, создающих антенное поле, длиной 100 м каждый, подвешенных на центральной опорной мачте из композитного материала высотой 30 м с узлом крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы, изолирующие радиальные провода от центральной мачты и десяти вспомогательных мачт из композитного материала высотой 10 м, подвески радиальных проводов, электрически соединенных по периметру окружности «зонтика», изолированных от мачт стержневыми изоляторами, одна из мачт содержит узел крепления провода запитки «зонтика» от источника высоковольтного питания в регулируемом режиме изменения полярности питающего напряжения посредством высоковольтного переключателя и заземлителя питающего источника.

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства и может быть использовано для воздействия на термический циклон с целью увеличения количества атмосферных осадков.

Предлагаемое изобретение относится к способу самоинициирующегося охлаждения тропосферы путем ее обогащения по меньшей мере одним веществом из группы неорганических хлоридов и бромидов.
Изобретение относится к области активного воздействия на гидрометеорологические процессы, в частности, для рассеивания тумана и облаков посредством генерирования адсорбирующего аэрозоля при горении пиротехнического заряда, включающего соли галогенидов.

Изобретение касается метеорологии и может быть использовано для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Устройство содержит генератор высокочастотного напряжения и присоединенную к нему систему коронирующих электродов, каждый из которых выполнен в виде соленоида с венчиком игл на концах, помещенных во внутренний нижний торец соленоидов.

Изобретение предназначено для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Способ включает длительное воздействие на атмосферу вертикальным восходящим конвективным потоком от системы излучателей, поднятых над Землей и разнесенных по площади, образуемым завихрением магнитным полем генерируемых коронирующими электродами ионов и их канализацией посредством соленоидов в каждом излучателе при пропускании через них тока коронирования и разогрева потока ионов электромагнитным полем на длине волны больше критической, для создаваемой плотности концентрации в объеме соленоидов за счет соосного их охвата элементами спиральной антенны с осевой результирующей диаграммой направленности.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для предотвращения торнадо. Способ предотвращения торнадо состоит в определении координат завихрения образующегося торнадо спутником с прибором визуального обзора и передающей антенной.

Генератор ледяных кристаллов содержит, размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара.

Изобретение относится к области регулирования климата и предназначено для рассеивания тумана на контролируемой территории. Устройство содержит соединенный с источником электропитания электрод. Электрод выполнен в виде коаксиального кабеля, центральная жила которого заземлена. Соединение электрода с источником электропитания осуществляется по внешней электропроводящей оболочке. Оболочка отделена от центральной жилы диэлектрической прокладкой. Обеспечивается повышение эффективности, упрощение конструкции и снижение затрат на ее изготовление. 1 ил.
Изобретение относится к метеорологии. Способ принудительного разгона атмосферных облаков предусматривает конденсацию парообразной влаги верхнего слоя облаков путем соприкосновение парообразной влаги верхнего слоя атмосферных облаков, разогретой независимым паром температурой +100÷120°C с холодной атмосферой над верхним слоем облаков. При этом независимый пар распыляют внутри верхнего слоя движущимся устройством, укомплектованным парогенератором с электрическим разогревом воды, производящим такой пар в достаточном количестве. Предлагаемый способ обеспечивает выпадение экологически чистого дождя и снизить себестоимость способа за счет исключения дорогостоящих химических реагентов.

Изобретение относится к области воздействия на климатические условия и предназначено для рассеивания тумана. Устройство содержит заземленную решетчатую конструкцию. С зазором относительно конструкции установлены коронирующие электроды. Электроды соединены с высоковольтным источником питания. С противоположной относительно коронирующих электродов стороны вдоль заземленной решетчатой конструкции установлен аэродинамический отражатель. Обеспечивается повышение эффективности работы устройства в условиях ветровых потоков. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя, содержащего турбокомпрессор, форсажную камеру, установленную вертикально относительно поверхности земли, внутри которой за зоной горения расположен водяной коллектор с форсунками, направленными по потоку газа, водяной насос, выходное устройство в виде сопла Лаваля. Длина цилиндрической части форсажной камеры может быть более 20 метров. Давление воды в водяном коллекторе может быть более 10 МПа. Сущность изобретения в том, что механическая работа, совершаемая газотурбинным двигателем, и энергия продуктов сгорания (кинетическая, тепловая) используются для транспортировки воды в верхние слои атмосферы. Задачей изобретения является образование дождевых облаков, которые в виде осадков выпадают на орошаемую поверхность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система регулирования микроклимата сельскохозяйственного поля включает размещенные по границе поля ветрозащитные и снегозадерживающие элементы, водоем, устраиваемый вдоль границы поля со стороны наиболее вероятного проникновения суховея. На противоположных берегах водоема вдоль поля размещены вертикальные жалюзи высотой не менее половины ширины водоема, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и наклона в вертикальной плоскости. Дно водоема может быть покрыто противофильтрационным материалом, вдоль водоема могут быть установлены распылители воды, а в качестве источников энергии для распылителей воды система может быть снабжена одной или несколькими ветроэнергетическими установками и солнечными батареями. Техническим результатом изобретения является повышение степени защиты поля за счет снижения скорости и температуры суховея и повышения влажности приземного слоя воздуха, а также снижение энергозатрат за счет использования природных источников энергии. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, в частности к устройствам для борьбы с ураганами. Противоураганное техническое устройство изменяет атмосферное давление спереди и сзади зарождающегося урагана. Для забора воздуха перед зарождающимся ураганом и перекачки его в область сзади урагана устройство имеет гибкую трубу с компрессорами. Компрессоры перекачивают воздух по трубе. Труба плавает на поверхности воды, находясь в частично погруженном состоянии. Оба конца трубы закреплены к судам-буксирам. Суда-буксиры тянут трубу, а следовательно, и ураган в нужном направлении и своим местоположением регулируют расстояние между входом и выходом воздуха за счет изгиба трубы. Обеспечивается повышение эффективности борьбы с ураганами, 4 ил.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для мониторинга загрязнения природной среды от техногенного точечного источника аэрозольно-пылевых загрязнений. Способ включает выбор совокупности веществ, для которых будет проводиться мониторинг местности вокруг точечного источника, определение маршрута пробоотбора по сезонному направлению ветра и построение карты изолиний загрязнений по полученным данным. Выбирают вектор преобладающего сезонного направления ветра. На этом векторе проводят отбор проб для каждого загрязнителя в двух точках r1 и r2, отстоящих от точечного источника на расстояниях в интервале от 5 высот источника (h) до 15 высот источника. Вычисляют коэффициенты В=ln(q1/q2·exp(С·((1/r2)-(1/r1))))/ln(r1/r2) и А=q1/(r1B)·exp(-C/r1), где q1 и q2 - концентрации загрязнителя в точках пробоотбора r1 и r2, С=30·h. Вычисляют одномерный профиль концентрации загрязнителя по направлению преобладающего ветра по формуле F(R,А,В)=A·RB·exp(-C/R), где R - текущее расстояние от источника, и переход к площадной картине распределения загрязнителя на местности происходит путем умножения удельной концентрации F(R,A,B) на транспонированную функцию розы ветров G(φ+180°), известную из метеонаблюдений для данного региона в выбранный сезон. Способ позволяет быстро и точно оценить степень загрязнения природной среды от техногенного точечного источника. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, а именно к рассеиванию тумана на контролируемой территории. Способ состоит в том, что определяют направление распространения тумана относительно защищаемого объекта. Затем формируют с наветренной от защищаемого объекта стороны в прилегающей к заземленной поверхности области тумана неоднородное электрическое поле. Поле формируют путем подачи электрического потенциала на поверхность электрода. При этом электрод выполнен в виде оболочки с гладкой поверхностью с радиусом кривизны не меньше нуля. Электрод установлен эквидистантно с зазором через диэлектрическую прокладку относительно заземленной обкладки конденсатора. Устройство для реализации способа содержит электрод. Электрод установлен с зазором относительно заземленной поверхности и соединен с источником электропитания. Электрод выполнен в виде оболочки с гладкой поверхностью. Радиус кривизны поверхности не менее нуля. Электрод установлен через диэлектрическую обкладку с зазором относительно дополнительной заземленной обкладки. Обеспечивается упрощение конструкции и снижение стоимости эксплуатационных затрат. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития. Ракета для активного воздействия на облака содержит головную часть с шашками пиротехнического заряда, разделенными газораспределительными решетками, сообщающимися с кольцевыми рядами дымовыводных отверстий в корпусе, закрытую обтекателем, наполненным насыпным металлическим материалом, и в котором размещены сдублированные лучевые капсюли-детонаторы, взаимодействующие с распределенными ленточными зарядами взрывчатого вещества механизма самоликвидации, а также двухсекционный твердотопливный реактивный двигатель, воспламенительный заряд которого через ресивер сообщается с центральной электрокапсюльной втулкой соплового блока, несущего аэродинамические лопасти. Новым является то, что суммарное проходное сечение дымовыводных отверстий головной части выбрано из условия (27-33)-кратной степени диафрагмирования активной поверхности шашек пиротехнического заряда головной части, генерирующей функциональный дым, а ресивер соплового блока оснащен графитовым вкладышем на торце. Предложенное техническое решение обеспечило надежное функционирование ракеты по распределению активного дыма непосредственно на месте его генерирования через выходные отверстия корпуса, обеспечив формирование заметной доли мелкодисперсной фракции целевого аэрозоля в форме газодинамических струй, стабилизирующих ракету при склонении на траектории полета в обрабатываемом облаке, и направлению части дымового потока к сопловому блоку, когда происходит агломерация частиц дисперсной фазы аэрозоля. 1 ил.

Изобретение относится к области воздействия на атмосферные явления, в частности к способам ослабления тропических циклонов. По предлагаемому способу на поверхности океана с аномально высокой температурой воды 26-28°C замеряют частоту колебаний теплоприхода, вызванного суммарным нагревом воды. Определяют внешние резонансные условия и засеивают ближайший к воде паровоздушный слой конденсированными частицами оптимального диаметра. Диаметр рассчитывают согласно формуле, используемой в ракетостроении для борьбы с вибрационным горением для гашения рассматриваемых колебаний по законам акустики. Также предлагается в зоне зарождения циклона с аномально высокой температурой поверхности океана размещать технические устройства, которые соединяют области воздуха над водой с разной температурой. Предлагается также в таких технических устройствах и природных условиях формировать регулярные волновые импульсы тепла сравнительно малой амплитуды. Технический результат заключается в исключении катастрофического воздействия тропических циклонов или значительном снижении уровня их интенсивности. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх