WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Для проведения полетов при исследовании облачных параметров облаков различных форм были разработаны схемы парных полетов самолетов, иллюстрируемые на рис.1, где показаны парные полеты при воздействии на изолированные конвективные облака (а), воздействии на облачные скопления (кластеры) (б) и воздействии на слоистообразные облака (в, г).

.

а) б) в) г) Рис. 2. Схемы полетов самолетов при исследованиях и опытных воздействиях на изолированные конвективные облака (а), на облачные кластеры (б) и на слоистообразные облака (в, г) Воздействия на конвективные облака проводились с применением рандомизированных схем засева, обеспечивающих репрезентативность экспериментальной выборки из генеральной совокупности облаков и объективность полученных выводов.

Статистическая оценка является решающей фазой при получении количественных данных об эффекте воздействия. Для оценки эффекта воздействия на конвективные облака применялся аппарат статистической проверки гипотез. Задача формулировалась в виде проверки нулевой гипотезы относительно различий выборок количества осадков засеянных и контрольных облаков. Нулевая гипотеза может проверяться различными способами, отличающимися друг от друга применяемыми критериями проверки и статистическими моментами выборок, подлежащими сравнению. В нашем эксперименте в качестве проверки нулевой гипотезы относительно различия значений параметров засеянных и контрольных облаков применялся критерий Манна-Уитни.

Оценка эффекта воздействия при засеве слоистообразных облаков производилась по цифрокартам радиолокационных измерений осадков с помощью разработанного «метода перемещающейся мишени». Суть его состоит в следующем.

На основе информации о пространственном положении линии засева облачности, с учётом вертикального распределения направления и скорости ветра в атмосфере для некоторого начального момента времени t0 рассчитывается положение на поверхности земли (а следовательно, и на радиолокационных цифрокартах интенсивности осадков) той площадки, в пределах которой должны выпадать в этот момент полосы осадков от одной или нескольких заданных линий засева облачности кристаллизующим реагентом.

Необходимое для этого расчёта значение скорости падения частиц осадков определяется опытным путём по радиолокационным наблюдениям за наклонными полосами падения осадков, по которым с учётом информации о вертикальном профиле ветра в атмосфере с большой точностью можно рассчитать скорость падения частиц осадков.

Полученная таким образом опытная площадка (ОП) последовательно перемещается для каждого из следующих моментов измерения распределений интенсивности осадков на основе значений скорости и направления ветрового переноса на уровне подвергшегося засеву осадкогенерирующего слоя. Для каждого из этих моментов с использованием соответствующей ему цифрокарты интенсивности осадков определяется средняя интенсивность для всей опытной площадки. Полученная таким образом диаграмма изменения во времени средней интенсивности осадков на опытной площадке при правильном ее выборе неизбежно должна испытать на себе влияние интенсификации осадков в полосах засева, если таковое имеет место в действительности.

Выявление и оценка этого влияния осуществляются путем сравнения диаграммы изменения интенсивности осадков на опытной площадке с аналогичной диаграммой для невозмущённого поля осадков. Для получения такой диаграммы по бокам от опытной площадки, в зонах, где влияние засева на осадки исключено, выбираются, если позволяет площадь распределения осадков, две симметричные площадки такого же размера как и ОП, которые называются контрольными площадками (КП). Контрольные площадки перемещаются по ветру синхронно с опытной и на них для каждого последующего положения также рассчитывается средняя интенсивность осадков, которая затем усредняется по обеим контрольным площадкам. Полученные таким образом сравнительные значения интенсивности и построенная на их основе диаграмма временного изменения интенсивности осадков используются для сравнения с диаграммой интенсивности на опытной площадке.

Глава третья посвящена анализу и систематизации экспериментального материала, полученного в ходе проведения комплексных экспериментов по воздействию на конвективные и слоистообразные облака на Камагуэйском (Куба) и Пензенском метеополигонах и исследованию реакции облаков на засев их кристаллизующим реагентом.

Полевые опыты по воздействию на конвективные облака на Кубе проводились в мае–октябре 1984–1989 гг. в дневное время, преимущественно в период c 11 до 19 часов местного времени. Всего в течение 128 дней было выполнено 243 опыта, из них опыта были полностью обеспечены радиолокационной информацией и по ним, в основном, и был проведен физико-статистический анализ.

Комплексный эксперимент по воздействиям на фронтальные слоистообразные облака проводился в период с 1981 г. по 1989 г. в основном на Пензенском метеорологическом полигоне, который был полностью организован к концу 1983 г. За указанный период было проведено 93 максимально контролируемых опыта по засеву слоистообразных облаков различных форм ( St, Sc, Ns, Ns – As –Ac).

Проведен анализ распределения опытов по погодным условиям. На Кубе основная часть опытов проводилась в однотипных синоптических ситуациях. В 67 % случаев район полигона находился под влиянием барических ложбин, связанных с развитием восточных волн на юго-западной периферии западного отрога азорского антициклона. В этих случаях возникали наиболее благоприятные условия для развития конвективных облаков и кластеров, потенциально пригодных для воздействий. На Пензенском метеополигоне анализ сопутствующей синоптической информации показал, что основная часть опытов была проведена в условиях, когда формирование облачности в районе работ определялось существованием в атмосфере барической ложбины (44 % случаев) или было связано с циклонической деятельностью (30 % случаев). Значительно меньше случаев было связано с малоградиентными барическими полями (17 %), антициклоническими условиями (7 %) и барическими гребнями ( 2 %).

Проведено исследование реакции облаков на засев с контролем термодинамических и микрофизических параметров облаков. Сравнение характеристик в вершинах засеянных и контрольных конвективных облаков, полученных с 5-минутными интервалами, показало, что между 10-й и 15-й минутами после воздействия в группе засеянных облаков наблюдается рост максимальных значений скоростей восходящих потоков с 6,5 м/с до 11,8 м/с, максимальных значений пульсаций скорости ветра с 9,8 м/с до 14,4 м/с, средних значений пульсаций температуры с -0,2 до 0,0 0С и заметное увеличение значений водности с 0,1 до 0,9 г/м3, что свидетельствует о проявлении при засеве динамического эффекта и интенсификации внутриоблачных процессов. Что касается распределения аналогичных характеристик в контрольных облаках, то их ход в течение всего срока наблюдений остается более равномерным.

Данные измерений облачных характеристик в нижней части облаков, полученные при пролётах самолета Ил-14, показали, что в первые 20 минут после засева в засеянных облаках резко возрастает концентрация сверхкрупных частиц диаметром более 200 мкм и уменьшается жидкокапельная водность. По всей видимости это связано с ростом облачных частиц, что не может не привести к интенсификации осадкообразования в облаках. Косвенным подтверждением этого факта является и уменьшение скорости восходящих потоков и некоторое увеличение средних значений пульсаций температуры в облаках, измеренных вдоль трассы полёта самолёта.

Приведенные результаты достаточно убедительно свидетельствуют о положительной реакции облаков на их засев льдообразующими реагентами.

Выявление реакции слоистообразных облаков на засев льдообразующими реагентами проводилось в условиях применения «модуляционного» засева, представляющего собой засев облаков со строго заданной временной периодичностью, которая преобразуется в пространственную периодичность возмущений в поле микрофизических и термодинамических параметров облаков и интенсивности выпадающих осадков. В результате этого засеянные зоны облачности чередуются с участками невозмущенной облачности, что позволяет на фоне естественной изменчивости параметров облаков и осадков выделить искусственно возникшие возмущения. Примеры полос искусственных осадков представлены на рис.4.

Рис.4. Примеры проявления полос искусственных осадков Из всего многообразия измеряемых в опытах параметров наибольший интерес представляет исследование спектров сверхкрупных облачных частиц диаметром более 200 мкм. Это обусловлено тем, что облачные частицы с эффективным диаметром более 200 мкм по сути являются частицами осадков или их зародышами и поэтому все изменения, происходящие в результате засева в этой части спектра облачных частиц, в конечном счете ответственны за возможные изменения в спектрах частиц осадков, а в итоге - и в количестве осадков, выпадающих на землю.

Получено, что в результате засева облаков происходит расширение спектра сверхкрупных облачных частиц, причем вид функции распределения частиц по размерам не меняется как для конвективных так и для слоистообразных облаков (рис.5).

а) б) 100000 N,м-3 N,м-(З) (К) d,мм d,мм 0 1000 2000 3000 4000 0 1000 2000 3000 4000 в) г) N,л-N,л- N15. N15. N15. N15. N15. N15. N16. N16. N16.0.0.0.0.d,мм 400 800 1200 d,мм 0 400 800 1200 1600 Рис. 5 Эволюция спектра сверхкрупных частиц облаков с диаметром больше 200 мкм (а, б) - в конвективных облаках (З–засеянное облако, К–контрольное, 1–5 № проходов), (в,г) – в слоистообразных облаках (первый график- невозмущённая засевом область облачности, второй график- область линии засева) Четвертая глава посвящена физико-статистической оценке проведенных воздействий на облака с целью увеличения осадков. Подробно рассмотрены три этапа проведенного на Кубе комплексного эксперимента: поисковый этап (1984 г.), исследовательский этап (1985 г) и подтверждающий этап эксперимента (1986 – гг.). В период полевых сезонов 1984-1985 гг. было проведено 92 опыта, из них 42 - в 1984 г. и 50 – в 1985 г. В ходе этих опытов был проведен поиск наиболее пригодных облаков для засева, отрабатывались методика и технология воздействия, была проведена предварительная оценка эффекта воздействия. В период полевых сезонов 1986 – 1989 гг. был проведен подтверждающий эксперимент, в ходе которого была проведена основная оценка результатов воздействия. Всего за этот период было исследовано 46 изолированных облаков (24 засеянных и 22 контрольных) и облачных кластера (42 засеянных и 40 контрольных). В ходе поискового и исследовательского этапов был выявлен класс облаков с верхними границами от 6 до км, находящихся в стадии развития, засев которых привел к увеличению осадков. Засев же облаков с высотами до 6 км и более 8 км, наоборот, приводил к преждевременному разрушению облаков и уменьшению количества осадков. Учитывая это, анализ характеристик облаков на подтверждающем этапе был проведен для трёх диапазонов их высот: 1) Н0<6 км; 2) H0= 6-8 км; 3) Н0>8 км. Анализ стратифицированных таким образом данных показал, что наибольший положительный эффект наблюдался при засеве облаков с верхней границей радиоэхо между 6 и 8 км. Засев таких облаков привёл к увеличению осадков в среднем на 81 % (32,0 кт.). Засев же облаков с Н0 <6 км и Н0> 8 км привёл к увеличению осадков на 10 % (3,1 кт.) и 8 % (6,2 кт.), соответственно. Оценка засеянной и контрольной выборок по критерию Манна-Уитни показала, что при критическом уровне значимости 0,05 ни для одной из трёх групп высот положительный эффект не оказался значимым.

Сравнение погодных условий, в которых развивались экспериментальные облака, 0 показало, что в отличие от 1985 г. в 1986-1988 гг. изотермы -10 С и –20 С для экспериментальных дней находились в среднем не на высотах 6 и 8 км, а на высотах 6,км и 8 км. Это означает, что для уточнения высотного критерия пригодности облаков для засева необходимо было изменить диапазон «благоприятных» высот 6-8 км на 6,5-км. В результате такой стратификации и дальнейшего анализа было получено, что засеянные облака с высотой Н0 от 6,5 до 8 км имели время жизни на 10 мин больше, дали осадков на 115 % (41,7 кт.) больше и имели большую высоту радиоэха, значения отражаемости и площади осадков по сравнению с незасеянными облаками, Оценка для засеянной и контрольной выборок показала, что различия для них между выборками времени существования облаков, количества выпавших из них осадков и суммарной площади осадков за время существования облака получены на уровнях значимости 0,034, 0,031 и 0,047, соответственно. Таким образом, для группы облаков с высотой верхней границы радиоэха на момент пролёта самолёта в диапазоне 6,5-8 км (между изотермами –10 0С и –20 0С) увеличение количества осадков, времени жизни облака и площади осадков при засеве изолированных облаков не является случайным и обусловлено изменениями в эволюции облаков, подвергнутых воздействию.

Подобный результат был получен и для облачных скоплений - «кластеров». В группе облаков с верхними границами ячеек от 6,5 до 8 км засеянные ячейки в среднем имели время жизни на 10,1 мин больше, дали осадков на 66 % больше, были на 1,6 км выше и имели площадь выпадения осадков на 28 – 32 % большую, чем контрольные ячейки облачных кластеров.

Проведена оценка эффекта воздействий на слоистообразные облака по 93 опытам, проведенным в период с 1981 г. по 1989 г. Засев проводился на облака различного типа, характеризуемые широким спектром метеопараметров, значения которых находились преимущественно в рамках предварительно принятых критериев пригодности для засева. Воздействия проводились без применения рандомизации. Количественная оценка эффекта воздействия проводилась с применением «метода перемещающейся мишени», описанного выше (см гл.2). Примеры такой оценки при воздействиях на слоистообразные облака, отличающиеся интенсивностью выпадающих из них естественных осадков, приведены на рис 6 (а, б, в).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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