WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Данелян Баграт Григорьевич КОМПЛЕКСНЫЙ ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСКУССТВЕННОГО УВЕЛИЧЕНИЯ ОСАДКОВ 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г. Долгопрудный – 2006 г.

2

Работа выполнена в ГУ « Центральная Аэрологическая Обсерватория»

Научный консультант: кандидат физико-математических наук Берюлев Геннадий Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Ким Николай Сергеевич кандидат физико-математических наук Хайкин Михаил Натанович

Ведущая организация: ГУ «Научно-производственное объединение» «Тайфун» Росгидромета, г.Обнинск

Защита диссертации состоится 19 декабря 2006 г в 11 часов на заседании диссертационного совета К 327.010.01 Центральной Аэрологической обсерватории по адресу: 141700, г. Долгопрудный, ул. Первомайская, 3

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Центральной Аэрологической Обсерватории.

Автореферат разослан 17 ноября 2006 г

Ученый секретарь диссертационного совета ЦАО кандидат географических наук Н.А. Безрукова 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Актуальность работы Проблема искусственного увеличения осадков путем активных воздействий на облака имеет чрезвычайно важное народнохозяйственное значение. В целом ряде районов нашей страны возможность получения дополнительных осадков привела бы к положительным последствиям, как для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства, так и для удовлетворения потребностей гидроэнергетики и целого ряда других отраслей народного хозяйства.

К настоящему времени в различных географических районах мира выполнено большое количество научных экспериментов и оперативных работ по искусственному увеличению осадков. Однако, несмотря на это, сегодня ещё нельзя утверждать, что проблема искусственного увеличения осадков решена окончательно.

Это связано в первую очередь с тем, до 80-х годов научные проекты по увеличению осадков проводились в основном с целью накопления опытных данных по искусственно вызванным осадкам и их статистической оценке. Исследования же самих облаков, подвергшихся засеву, носили не регулярный, чаще всего фрагментарный характер. Поэтому многие вопросы, связанные с пониманием процессов искусственного осадкообразования долгое время оставались экспериментально не изученными. Учитывая исключительную важность подобных исследований, ВМО в начале 80-х годов попыталась организовать Проект по увеличению осадков в Испании (ПУО) с привлечением разнообразных современных технических средств, как самолетных, так и наземных радиолокационных комплексов по измерению параметров облаков и осадков. Но, к сожалению, по ряду причин, в основном связанных с финансированием, проект пришлось закрыть. Таким образом, вопросы, связанные с проблемой понимания процессов искусственного осадкообразования, остались не решенными.

В связи с этим, и в первую очередь для понимания физики искусственного осадкообразования, остро встал вопрос проведения комплексного физикостатистического эксперимента. Для этого Центральной Аэрологической Обсерваторией были созданы, в соответствии с рекомендациями ВМО, специализированные метеорологические полигоны - один по Международному научно-техническому сотрудничеству на острове Куба, второй в Поволжье, на территории Пензенской области. Полигоны были оснащены наземными радиолокационными комплексами и дополнительными осадкомерными станциями. Были подготовлены специализированные самолеты-метеолаборатории, оборудованные разнообразной научной аппаратурой и техническими средствами для проведения воздействий и исследований.

Целью диссертационной работы являлось:

Постановка и проведение тщательно спланированного комплексного физикостатистического эксперимента с разработкой специальных схем засевов и исследований, позволяющих выделить на фоне естественной изменчивости метеопараметров облаков искусственно созданные возмущения, приводящие к изменению параметров выпадающих из облаков осадков.

Выявление реакции облаков различных форм на их засев кристаллизующими реагентами.

Создание оперативных методов выявления эффекта воздействия в поле выпадающих осадков, измеряемых автоматическими радиолокационными комплексами, и оценка этих эффектов.

Внедрение результатов исследований в производственные работы по увеличению осадков.

Научная новизна Впервые в области исследований по активным воздействиям проведен полномасштабный комплексный физико-статистический многосамолетный эксперимент с современными наземными радиолокационными комплексами.

Предложен и применен «модуляционный засев», позволяющий выделять на фоне естественной изменчивости параметров облачности искусственно созданные возмущения.

Впервые изучены изменения параметров облаков при одновременных синхронных полетах двух самолетов-метеолабораторий, один из которых производил засев, другой проводил исследования. Одновременно с этим проводились измерения облачных параметров наземными радиолокационными комплексами.

Уточнены параметры конвективных и слоистообразных облаков, пригодных для воздействия с целью увеличения осадков.

Изучены спектры сверхкрупных частиц облаков в зонах засева, являющихся, зародышами осадков. Получено, что при засеве происходит значительное расширение спектра частиц, причем вид функции распределения частиц по размерам не меняется.

Научная и практическая ценность Полученные результаты исследований существенно расширили понимание происходящих в облаках процессов естественного и искусственного осадкообразования.

Результаты исследований явились основой для создания нормативной руководящей документации, регламентирующей проведение производственных работ по увеличению осадков, которые успешно внедряются в хозяйственную практику как у нас в стране (Ставрополь, Якутия, Новосибирск и т.д.) так и за рубежом (Сирия, Иран).

Личный вклад автора Автор принимал участие в планировании и организации экспериментальных работ, осуществлял руководство воздействиями и исследованиями на борту самолетов метеолабораторий, проводил обработку, анализ и обобщение экспериментального материала, участвовал во внедрении результатов исследований.

На защиту выносятся:

1. Методики проведения комплексного эксперимента.

2. Результаты исследований процессов искусственного осадкообразования при засеве облаков различных форм кристаллизующими реагентами.

3. Результаты применения исследований в производственных работах по увеличению осадков в различных географических районах мира.

Апробация работы Основные результаты докладывались на Всесоюзном семинаре по планированию и оценке эффективности работ по искусственному увеличению осадков 1984 – 1986 гг. (Москва), на Международных симпозиумах по тропической метеорологии 1985 г. (Ялта), 1987 г. (Гавана) и 1991 г. (Обнинск), на Всесоюзной конференции по активным воздействиям 1987 г. (Киев), на Международном симпозиуме по Взаимосвязям региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере 1988 г. (Тбилиси), на Международных конференциях по активным воздействиям 1989 г. (Женева) и 2003 г. (Касабланка).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы в том числе 6 в реферируемых журналах, получено одно авторское свидетельство на изобретение, выпущено два руководящих методических документа.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 159 страницах, включая 50 рисунков и 33 таблицы. Список литературы содержит 166 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований и результатов экспериментальных работ по активным воздействиям (АВ) на облака различных форм с целью увеличения осадков. Изложены существующие представления о физических основах искусственного увеличения осадков.

Показано, что накопленный к концу 70-х годов опыт проведения экспериментальных работ по увеличению осадков, базирующийся на упрощённых гипотезах воздействий, не способствовал совершенствованию представлений о физических процессах, происходящих в засеянных облаках. В начале 80-х годов при проведении научно-исследовательских программ по изучению возможности получения дополнительных осадков начали внедряться новейшие достижения в области электроники, лазерной, радиолокационной и вычислительной техники. Это позволило в значительной мере отказаться от проведения дорогостоящих длительных экспериментальных программ со статистической оценкой результатов воздействий и сосредоточить внимание на физических методах оценки причинно-следственных связей между засевом облаков и количеством выпадающих из них осадков. В связи с этим особое внимание стало уделяться натурным полевым исследованиям с применением самолетов-метеолабораторий.

Большинство зарубежных экспериментов по вызыванию осадков проводилось с помощью легкомоторных самолётов. По мнению зарубежных исследователей двухмоторные турбовинтовые или реактивные самолёты со скоростью полёта 100-м/с характеризуются достаточной оперативной гибкостью, малой стоимостью и простотой в обслуживании. Взлётный вес таких самолётов 3-5 тонн, полезная нагрузка несколько сотен килограмм, высота полёта до 9 км, а продолжительность полёта 3-часов. Удачными примерами использования таких самолётов для исследований и воздействий на облака можно считать работы с использованием самолётов типа «Куин Эйр», «Аэро Коммандер», «Бичкрафт», «Пайпер Навахо». В отечественных проектах, напротив, применялись тяжелые самолеты типа Ил-18, Ан-12, Ан-26, Ил-14 с большой грузоподъемностью, способные в течение продолжительного времени проводить исследования облаков и их засев.

Обзор проектов по увеличению осадков позволил систематизировать методы и средства воздействий на облака и на основе этого сформулировать оптимальную научную концепцию искусственных воздействий на облака с целью увеличения осадков.

Научные основы искусственного увеличения осадков базируются на следующих экспериментально установленных фактах:

- переохлаждённые облака, в которых облачные капли остаются в жидком состоянии при температуре ниже 0 0С, достаточно часто наблюдаются в реальной атмосфере;

- упругость насыщения водяного пара надо льдом меньше, чем над водой при той же температуре. Поэтому в присутствии переохлаждённых капель ледяные кристаллы неизбежно растут за счёт осаждения на них воды, испаряющейся с расположенных поблизости капель;

- большая часть осадков выпадает из смешанных облаков, содержащих и капли и кристаллы;

- основной способ воздействия на облака, содержащие переохлаждённые капли, состоит в искусственном внесении в них льдообразующих ядер с концентрациями, способствующими ускорению и интенсификации процесса осадкообразования.

Во второй главе обсуждаются методические вопросы проведения комплексного физико-статистического эксперимента по увеличению осадков.

Основной задачей эксперимента являлось определение возможности получения дополнительных осадков из конвективных и слоистообразных облаков при их засеве льдообразующими реагентами. Для её решения требовалось создание комплекса технических средств для проведения засева облаков и контроля результатов воздействия, а также проведения исследований атмосферных процессов в районе экспериментов.

Большие организационные сложности и научная многоплановость проблемы искусственного регулирования осадков, необходимость учета региональных особенностей, влияние технологических и метеорологических условий на проведение работ по воздействию на облака требуют тщательного планирования опытов.

Необходимы создание и оснащение специальных метеорологических полигонов информационно-измерительными системами, а также разработка методик засева облаков, контроля и оценки результатов воздействий.

При проведении экспериментов по воздействиям на облака с целью увеличения осадков подлежит регистрации и анализу следующий ряд основных характеристик атмосферы и облаков:

- структура полей температуры, влажности и ветра над метеополигоном;

- условия развития и структура облаков (вид, протяжённость и повторяемость полей облачности, их толщина, высота основания и вершин, скорость роста, продолжительность существования, температура на уровне нижней и верхней границ, уровень нулевой изотермы и т.д.);

-структура зон осадков (интенсивность, продолжительность, пространственное и временное распределение );

-мезо- и микромасштабная структура полей температуры и вертикальных движений;

-микрофизические характеристики облаков и осадков (водность, концентрация и спектры размеров капель и кристаллов, фазовый состав, ядра конденсации и кристаллизации и т. д.).

Из приведенного перечня параметров видно, что диапазон изучаемых процессов включает физические явления синоптических масштабов, а также мезо- и микро- масштабные явления. При их изучении, а также при принятии решений о проведении воздействий, оперативном контроле эффектов и оценке результативности воздействий необходимо использовать данные различных технических средств, входящих в состав информационно-измерительной системы, которыми обычно оснащаются метеорологические полигоны.

В состав информационно-измерительной системы (ИИС) обычно входят несколько подсистем, обеспечивающих разномасштабные измерения большого количества параметров атмосферы и облаков. Данные измерений, полученные в различных подсистемах, после прохождения первичной обработки поступают в оперативный центр и используются при проведении экспериментов по засеву облаков различных форм. К числу основных подсистем ИИС в первую очередь относятся комплексы бортовой самолётной измерительной аппаратуры, наземные радиолокационные измерительные комплексы, подсистема аэрологических и метеорологических наблюдений, подсистема синоптического обеспечения работ, подсистемы связи и обработки экспериментальных данных.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»