Разработка методического подхода и рекомендаций по применению методов и средств модификации слоистообразной облачности для решения народно-хозяйственных и прикладных задач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат физико-математических наук Шереметьев, Роман Викторович

• Шереметьев, Роман Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шереметьев, Роман Викторович

Перечень условных обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ПРОБЛЕМЕ МОДИФИКАЦИИ ОБЛАЧНОСТИ И ТУМАНОВ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Системный анализ проблемы.

1.1.1 Влияние облачности и туманов на народно-хозяйственные объекты и деятельность человека, различные отрасли экономики.

1.2 Состояние вопроса в области разработки методов и средств модификации облаков и туманов.

1.2.1 Методы и средства модификации теплой внутримассовой слоистообразной облачности и туманов.

1.2.2 Методы и средства модификации переохлаждённой слоистообразной облачности и туманов.

1.3 Концептуально-методические основы построения тезауруса (отраслевого словаря) по проблеме модификации облаков и туманов.

1.4 Определение целей и задач исследования.

Выводы по 1 главе.

2. ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СЛОИСТООБРАЗНОЙ ОБЛАЧНОСТИ НАД РАЗЛИЧНЫМИ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИМИ РАЙОНАМИ РОССИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ С НЕЙ ГОСУДАРСТВ.

2.1 Характеристика исходного материала и методика его обработки.

2.2 Расслоённость облачности.

2.3 Фазовая структура облачности.

2.4 Температурные и геометрические характеристики облачности.

2.5 Повторяемость переохлажденной и теплой слоистообразной облачности.

2.6 Оценки пригодности слоистообразной облачности к рассеяни.

Выводы по 2 главе.

3. МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МОДИФИКАЦИИ СЛОИСТООБРАЗНОЙ ОБЛАЧНОСТИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ НАРОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ.

3.1 Обоснование перечня прикладных задач, решение которых целесообразно при модификации слоистообразной облачности.

3.1.1 Обеспечение взлета и посадки летательных аппаратов.

3.1.2 Решение задачи по проведению космической и авиационной аэрофотосъёмки.

3.2 Методика рассеяния переохлаждённой слоистообразной облачности в целях решения прикладных задач.

3.2.1 Процесс рассеяния переохлаждённой слоистообразной облачности как сложная система управления геофизической средой.

3.2.2 Методика расчета параметров операции по рассеянию переохлаждённой слоистообразной облачности.

3.3 Технологическая схема проведения операции по рассеянию слоистообразной облачности.

3.4 Способ расчёта водозапаса слоистообразной облачности по метеорологическим величинам.

3.5 Рекомендации по применению методов и средств модификации переохлаждённой слоистообразной облачности.

3.6 Основные направления дальнейших работ в области модификации переохлаждённых слоистообразных облаков и туманов.

Выводы по 3 главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методического подхода и рекомендаций по применению методов и средств модификации слоистообразной облачности для решения народно-хозяйственных и прикладных задач»

Совершенствование имеющихся и поиск новых путей активного воздействия на облака и туманы, разработка методологии, методических подходов и рекомендаций по применению разрабатываемых методов и средств модификации облачных сред была и остается важной задачей гидрометеорологии.

В России и за рубежом большое внимание уделяется созданию новых методов и средств воздействия на облачные системы, и крайне мало работ, посвященных разработке научно-обоснованных рекомендаций по их применению в интересах различных потребителей, в том числе для решения прикладных задач. В этой связи большое количество разрабатываемых методов и средств воздействия на гидрометеорологические процессы не находят практического применения.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом выполнено большое количество теоретических и экспериментальных работ в области воздействия на гидрометеорологические и другие геофизические процессы и явления. К разрабатываемым и исследуемым методам воздействия следует отнести: рассеяние переохлажденных и теплых облачных сред; регулирование осадков, в том числе из теплых конвективных облаков; создание искусственных облаков и туманов для управления погодой, защита растений от градобитий и заморозков и т.д. Вместе с тем можно отметить, что на современном этапе наиболее существенные результаты, применяемые, в том числе и на практике, получены в области воздействия на облака и туманы, главным образом, переохлажденные.

В России и бывшем Советском Союзе наиболее важные и значимые работы в области модификации облаков и туманов были проведены и проводятся в таких организациях, как: Главная геофизическая обсерватория имени А. И. Воейкова, Центральная аэрологическая обсерватория, Институт экспериментальной метеорологии (ныне НПО «Тайфун»), Высокогорный геофизический институт, Украинский научно-исследовательский гидрометеорологический институт, Среднеазиатский научно-исследовательский гидрометеорологический институт, Закавказский научно-исследовательский гидрометеорологический институт, Казахский научно-исследовательский гидрометеорологический институт. Среди учёных, внесших весомый вклад в развитии теоретических основ воздействия на облака и туманы, разработку химических и технических средств модификации атмосферных процессов и явлений, следует назвать Фёдорова Е.К., Залиханова М.Ч., Шишкина Н.С., Качурина Л.Г., Седунова Н.С., Серегина Ю.А., Плауде Н.О., Гайворонского И.И., Прихотько Г.Ф., Леонова М.П., Абшаева М.Т., Половина И.П., Корниенко Е.Е., Левина Л.Н., Вульфсона Н.И. и др. Из зарубежных учёных, достигших больших успехов в этом направлении, следует особо выделить: Венегера (Wegener А.), Бержерона (Bergeron Т.), Финдайзена( Findeisen W.), Воннегата (Vonnegut В.), Шеффера ( Schaefer V.J.), Мейсона (Mason В .J.), Дениса (Dennis V) и др.

Анализ работ по проблеме модификации переохлажденной слоистооб-разной облачности (МОДИФ ПСО ) показывает, что в России и в странах бывшего Советского Союза в течение последних двух-трех десятилетий выполнено значительное число теоретических исследований и натурных экспериментов по засеву ПСО с целью интенсифицирования (вызывания) осадков и рассеяния облачного покрова. В большей мере работы относятся к районам Украины [1-3] и в меньшей - к центральной части России [4-5], а также к районам Казахстана [67], средней Азии [8], Крыма [9] и Арктики [10]. Вместе с тем, развитие работ по МОДИФ облачности требует наличия сведений о пригодности облачности различных форм к воздействию и в других физико-географических районах (ФГР).

В качестве основного объекта МОДИФ в работе выбраны облака, а именно слоистые, слоисто-кучевые, наблюдающиеся над северными и северозападными районами Северо-западного региона и дальневосточными районами России самостоятельно и в сочетании с высоко-кучевой облачностью, так как она является наиболее часто встречающейся формой облачности над рассматриваемыми в диссертации районами и оказывающей серьезное влияние на многие сферы и отрасли деятельности человека. В дальнейшем для удобства изложения материала диссертации эти облака будем обозначать как слоистообразную облачность (СО). Интерес к выбору этой формы облачности обусловлен тем, что [11-20]: во-первых, СО и связанные с ней опасные явления погоды (низкая облачность, ухудшенная видимость, осадки, обледенение и т.д.) оказывают существенное влияние на народно-хозяйственные объекты и деятельность человека, различные отрасли экономики и наносят значительный материальный ущерб. Так, по данным [11], ежегодные потери авиакомпаний, связанные с влиянием туманов и низкой облачности составляют от 75 до 100 млн. долларов. во-вторых, СО характеризуется значительной повторяемостью над рассматриваемыми районами; в-третьих, методы и средства (МиС) МОДИФ СО на современном этапе являются наиболее разработанными и широко используются на практике; в-четвертых, применение МиС МОДИФ СО позволяет решать широкий перечень прикладных задач (военных, хозяйственных, экологических).

Среди всего перечня прикладных задач решаемых при использовании МиС МОДИФ СО, особо следует выделить задачу по рассеянию облачности. Это объясняется, прежде всего, стремлением ряда зарубежных государств (в частности, США) к получению информации с территории России. Наличие у ряда зарубежных стран, в частности США, реальных методов и средств модификации облачности (и, в первую очередь, переохлажденной) еще больше усиливает актуальность проблемы, связанной с рассеянием облаков и туманов различных форм [21-33].

Следует отметить также, что решение этой задачи может осуществляться как в интересах гражданских министерств и ведомств (МЧС, Департаментов речного, морского и воздушного транспорта и др.), так и в интересах Министерства обороны (МО) РФ. При этом важно отметить, что решение этой задачи актуально как в мирное время, так и в различные периоды военно-политической обстановки (угрожаемый период, военное время). Анализ работ в этом направлении показал, что рассеяние СО может осуществляться на больших площадях (тысячи, десятки тысяч квадратных километров). Это обстоятельство указывает на то, что противник, проведя засев облачности над своей территорией (в случае перемещения ее с его стороны), получит возможность обозревать с помощью дистанционных авиа- космических оптико-электронных средств разведки огромные территории сопредельных районов России. В связи с этим актуальной является задача по исследованию модификационного потенциала облачности в определенных физико-географических районах, разработке методик по рассеянию СО с использованием конкретных химических реагентов, а также по разработке предложений по созданию системы контроля над состоянием облачности в естественных и возмущенных условиях.

В силу вышеуказанного актуальность темы диссертационной работы определяется практической необходимостью совершенствования и разработки научно-обоснованных рекомендаций по применению МиС МОДИФ СО для решения народно-хозяйственных, в том числе важнейших прикладных задач.

Цель работы и направления исследований

Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества метеорологического обеспечения отраслей экономики на основе разработки методического подхода и научно-обоснованных рекомендаций по АВ на слои-стообразную облачность для решения народно-хозяйственных и прикладных задач в различных географических районах страны с учетом климатических и метеорологических особенностей в регионах.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Оценить влияние облаков и туманов на народно-хозяйственные объекты и деятельность человека в различных отраслях экономики.

2. Выполнить системный анализ в области разработки методов и средств АВ на облака и туманы в России и за рубежом.

3. Провести физико-статистический анализ слоистообразной облачности применительно к различным физико-географическим условиям России и сопредельных с ней государств, применительно к проблеме их модификации.

4. Оценить повторяемость тёплых и переохлаждённых слоистообразных облаков применительно к различным физико-географическим условиям России и сопредельных с ней государств.

5. Оценить пригодность к рассеянию переохлаждённой слоистообразной облачности над различными географическими районами России и сопредельных с ней государств.

6. Разработать рекомендации по использованию методов и средств АВ на переохлаждённую слоистообразную облачность и туманы в целях их рассеяния или создания зон просветления.

В качестве объекта исследования в работе выбрана слоистообразная облачность (слоистые, слоисто-кучевые облака, наблюдающиеся самостоятельно и в сочетании с высоко-кучевой облачности).

Предметом исследования являются:

- характеристики слоистообразной облачности;

- методы и средства модификации слоистообразной облачности с целью её рассеяния или усиления в интересах различных потребителей.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- разработаны справочные физико-статистические модели слоистообразной облачности применительно к проблеме её рассеяния или усиления для решения важных народно-хозяйственных задач;

- разработаны методические рекомендации к проведению АВ рассеяния переохлажденной слоистообразной облачности для решения прикладных задач в интересах МЧС, применения авиации и др.;

- разработан метод определения водозапаса слоистообразной облачности без непосредственных измерений водности в облаках применительно к проблеме ее модификации с целью рассеяния;

- на основе полученной в результате обработки материалов самолетного зондирования атмосферы ТАЭ-7,7м над выбранными в работе пунктами базы данных о температуре и мощности облачности разработан методический подход к выбору реагентов для АВ на слоистообразную облачность в интересах различных потребителей Теоретическая значимость полученных результатов состоит в дальнейшем развитии основ теории метеорологического обеспечения работ по воздействию на облака в различных физико-географических условиях. Научная и практическая значимость работы

Научная значимость исследований заключается в развитии и создании научно-методических основ гидрометеорологического обеспечения различных мероприятий, для которых мешающим фактором является облачность (воздушные, наземные и водные перевозки, спасательные и антитеррористические операции и др.) в части повышения качества и расширения их возможностей за счёт применения средств АВ на облачности с целью ее рассеяния или усиления. Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:

- полученные в работе статистические данные о характеристиках слои-стообразной облачности (расслоённость, фазовая структура, температурные и геометрические характеристики облачности) могут быть использованы для уточнения моделей облачной атмосферы над выбранными районами;

- полученные в работе количественные оценки пригодности к рассеянию или усилению слоистообразной облачности позволяют, без предварительного проведения натурных экспериментов, оценить целесообразность и необходимость проведения работ по воздействию на слоистую облачность в конкретных физико-географических условиях;

- разработанная в диссертации методика рассеяния или создания зон просветления в переохлажденной слоистообразной облачности может быть использована для решения широкого круга прикладных задач (например, проведение поисково-спасательных работ, десантирование аварийных групп и техники, эвакуация населения и др.).

Методы исследования: в работе использованы методы теории вероятности и математической статистики, теории эффективности целенаправленных процессов, физики атмосферы и метеорологии.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов исследований обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, а также корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с большинством результатов других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и накопленным эмпирическим материалом

Результаты исследований реализованы в:

- Главной геофизической обсерватории имени А.И. Воейкова при разработке и обосновании «Перспективного плана работ ГГО им. А.И. Воейкова по модификации облачности на период 2009-2012 годы»;

- НПО «Тайфун» при разработке реагентов и технических средств АВ на облака и туманы;

- учебном процессе Казанского высшего артиллерийского командного училища (военного института) имени маршала артиллерии М.Н. Чистякова при чтении курсантам училища дисциплины «Экология».

- Высокогорном геофизическом институте при разработке и обосновании «Перспективного плана работ ВГИ по модификации облачности на период 2010-2012 гг.».

На защиту выносятся:

1. Физико-статистические модели слоистообразной облачности.

2. Оценки пригодности слоистообразной облачности к АВ с целью рассеяния или усиления.

3. Методика модификации переохлажденной слоистообразной облачности с целью рассеяния или усиления в интересах метеорологического обеспечения специальных, антитеррористических, спасательных и др. операций.

4. Рекомендации по практическому применению методов и средств АВ на переохлажденную слоистообразную облачность для решения народно-хозяйственных и прикладных задач.

Личный вклад автора

Диссертационная работа является логическим продолжением исследований, выполненных сотрудниками ГГО им. А.И. Воейково, ЦАО, НПО « Тайфун», ВГИ, Укр.НИГМИ и др. в области физики облаков и связанных с получением статистических характеристик слоистообразной облачности применительно к проблеме её модификации в конкретных физико-географических районах в интересах решения прикладных задач. Соискатель убедительно показал возможность и целесообразность использования для проведения такого рода исследований материалов сетевого самолетного зондирования атмосферы ТАЭ-7,7м.

Личный вклад автора состоит в разработке физико-статистических моделей слоистообразной облачности (расслоённость, фазовая структура, температурные и геометрические характеристики и др.) над выбранными в диссертации пунктами зондирования, а также в создании методических рекомендаций по рассеянию переохлажденной слоистообразной облачности, основанных на полученной в диссертации базе данных метеоэлементов для выбранных в настоящей работе физико-географических районов. Соискателем разработан методический подход к физико-статистическому математическому обеспечению обработки и анализа данных о слоистообразной облачности, выполнена обработка материалов самолетного зондирования атмосферы и создана база данных измерений. Приведены научно - обоснованные рекомендации по применению методов и средств модификации переохлаждённых слоистообразных облаков для решения прикладных задач.

Под научным руководством к.ф.м.н. Иванова В.Н. соискателем были разработаны инженерные методы оценки и интерпретации данных о слоистообразной облачности. Выполнены расчеты пригодности слоистообразной облачности к АВ с целью рассеяния.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 6— Международной конференции "Естественные и антропогенные аэрозоли", (г. Санкт-Петербург, 7-10 октября 2008 года), Х1Х-ХХП Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях (май 2007 - май 2010 гг., Казань), III Военно-научной конференции Космических войск (23-24 января 2007 г., г. Санкт-Петербург), Межрегиональном научном семинаре "Экология и космос" (февраль 2010 года, г. Санкт-Петербург), 7-ой Международной конференции «Естественные и антропогенные аэрозоли-2010» (г. Санкт- Петербург, 28 сентября - 1 октября 2010 года), семинарах НПО « Тайфун» и ВГИ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 29 печатных работ, из них 3 патента на изобретения.

Исследования, выполненные автором, явились составной частью научно-исследовательских работ по темам: «Разработка комплексного метода регулирования атмосферных осадков с использованием реагентов гигроскопического и кристаллизующего действия» Плана НИОКР Росгидромета», «Разработка и исследование методов активного воздействия порошкообразными гигроскопическими реагентами на конвективные облака с целью увеличения осадков с использованием УСУ «Комплекс модельных установок для исследования геофизических процессов» (сокращенное наименование: «Аэрозольный корпус») в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Объём и структура работы. Структурно диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, содержащего 212 источников, и приложения. Общий объём работы составляет 193 страницы, в том числе 38 рисунков и графиков, а также 24 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Шереметьев, Роман Викторович

Выводы

1. Определён перечень задач (экологических и хозяйственных), решаемых при модификации СО. Показано, что при воздействии на СО как с целью вызывания (интенсифицирования), так с целью рассеяния (стабилизации) облачного покрова перечень таких задач может быть обширен (обеспечение действий авиации, десантирование аварийных групп и техники, маскировка объектов, борьба со смогами, очищение воздушных бассейнов от загрязняющих примесей, проведение поисково-спасательных работ и др.).

2. Показано, что процесс рассеяния СО можно рассматривать как сложную систему управления геофизической средой. Разработана структурно-функциональная схема процесса модификации СО.

3. Разработана технологическая схема МОДИФ СО с помощью хладореа-гентов. Показано, что технология процесса МОДИФ включает в себя ряд этапов основными из которых являются следующие:

• уяснение боевой задачи;

• прогнозирование состояния СО;

• сбор, обработка и анализ фактических данных о СО;

• сравнение фактических данных о СО с прогностическими;

• оценивание возможности МОДИФ СО;

• выбор методов и средств МОДИФ СО;

• принятие решения на МОДИФ СО;

• проведение МОДИФ ГФПЯ;

• оценка результатов МОДИФ СО;

• контроль результатов МОДИФ СО;

4. Разработана методика рассеяния СО. Методика учитывает зависимость расхода реагента от водности и водозапаса, температуры облака. Выполнены расчеты по расходу ресурсов требующихся для проведения поисково-спасательных работ над районами различной площади и при различных характеристиках облачности. Так, например, для рассеяния СО толщиной 700 м и температурой облачного слоя минус 10°С на время, равное трем часам, на площади 1200 км2 требуется привлечение 3х самолетов, расход - 1000 кг твердой углекислоты. Стоимость такой операции составляет порядка 2,2 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведённых исследований в диссертационной работе получены следующие основные выводы:

1. Выполнено оценивание влияния облачности и туманов на хозяйственную и военную деятельность человека. Приведенные в работе качественные и количественные оценки такого влияния указывают на необходимость совершенствования гидрометеорологического и геофизического обеспечения деятельности отраслей экономики и Вооруженных Сил

2. Выполнен анализ проблем, связанных с геофизическим обеспечением деятельности различных отраслей экономики, и обоснована целесообразность использования для их решения методов и средств модификации геофизической среды) что обусловлено:

- экономической доступностью и технической реализуемостью МиС МОДИФ ГФСР;

- возможностью МОДИФ широкого спектра геофизических процессов и явлений в различных геосферах (лито-, гидро-, атмо-, космо-сферах);

- возможностью получения значительного экономического эффекта в результате применения МиС МОДИФ ГФПЯ (отношение затрат к доходу составляет 1:10 и более);

- возможностью расширения арсенала МиС решения экологических проблем за счёт включения в них МиС МОДИФ ГФПЯ;

- широкой апробацией на практике ряда МиС МОДИФ ГФПЯ (и прежде всего МиС МОДИФ облачности и туманов) и пр.

3. Выполнен анализ состояния и перспектив исследований в области разработки МиС МОДИФ ГФСР. Установлено, что исследования по данной проблеме охватывают все геосферы (лито-, гидро-, атмо-, космосфера). Современный уровень разработок МиС МОДИФ ГФПЯ чрезвычайно широк: от теоретических исследований как, например, в случае МОДИФ вулканической обстановки до оперативного применения как в случае, например, рассеяния облаков и вызывания осадков.

4. Показана необходимость создания тезауруса по проблеме исследований.

5. Выполнен анализ методов и средств модификации переохлаждённых слоистообразных облаков и туманов. Выявлено, что на современном этапе наиболее перспективным является использование неустойчивости переохлаждённых атмосферных образований, в которых при отрицательных (до минус 20°С, а иногда и при более низких температурах) вода находится в жидкой фазе. Стимуляция процессов конденсации водяного пара с последующей его кристаллизацией в переохлаждённых облаках достигается путём введения в них определённых химических веществ, приводящих либо к гомогенному, либо к гетерогенному образованию кристаллов льда. Применение таких веществ (прежде всего твёрдой углекислоты, йодистого серебра, фрологлюцина, пропана, жидкого азота, ацетилацетината меди) составляет сегодня основную группу МОДИФ ПСОБЛ и ПТУМ. Все другие группы способов МОДИФ переохлаждённых облаков и туманов (тепловой, механический, лазерный, электрический и прочие способы) широкого применения на практике не нашли. Для реализации химического способа МОДИФ ПСОТ к настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработаны соответствующие технические средства, наземные и авиационные. В частности, в США ряд МиС МОДИФ ПСОТ (наземные пропановые установки, самолётные генераторы аэрозоли Agi, самолётные уг-лекислотные и пропановые установки, самолётная кассетная установка Suu-53/А, пиропатроны-генераторы типа WMU и т.д.) принят на вооружение армии США. Для их применения в ВВС сформированы метеоэскадрильи, общее число которых планируется до 20. Показана необходимость разработки МиС МОДИФ ПСОТ в диапазоне температур от минус 1 до минус 3°С, получения количественных оценок пригодности к МОДИФ ПСОБЛ в различных ФГР.

6. По материалам самолётного зондирования атмосферы ТАЭ-7,7м над пунктами Архангельск, Санкт-Петербург, Рига, Минск, Хабаровск исследована расслоённость, фазовая структура внутримассовой слоистообразной облачности и повторяемость переохлаждённых и тёплых СО. Установлено, что повсеместно над рассматриваемыми районами преобладает однослойная СО в течение всего года (от 65-70% до 80-90% в зависимости от района).

7. Показано, что в течение года над северными, северо-западными и центральными районами России преобладают СО с жидкокапельной фазой. Так, в холодное полугодие на повторяемость СО с такой фазовой структурой приходится над районами Архангельска - 64,5%, Санкт-Петербурга - 86,4%, Рига - 84,4%, Минск -72,4%, в тёплое - 92,4%, 94,6 96,5% и 98,5% соответственно.

Над дальневосточными районами жидкокапельная фаза в СО также преобладает во все сезоны года, за исключением зимы, когда чаще всего наблюдаются СО с кристаллической фазой (78,6%). Над районами Хабаровска помимо СО с капельной и смешанной фазами встречаются также и облака с гораздо более сложной фазовой структурой (впервые выявлено 5 типов фазовой структуры СО).

8. Установлено, что над северными, северо-западными и центральными районами России переохлаждённые однослойные СО чаще всего наблюдаются в холодное полугодие с максимумом повторяемости, приходящимся на зиму (от 61,5% до 100% в зависимости от района).

Над районами Хабаровска переохлаждённые однослойные СО наблюдаются не во все месяцы. Так, на повторяемость таких СО над этими районами приходится в марте - 44,4%, апреле - 60,6%, мае - 19,2%, сентябре - 11,8%, октябре - 30,8%, ноябре - 50,0% и декабре - 22,2%.

9. Определён перечень задач (экологических и хозяйственных), решаемых при модификации СО. Показано, что при воздействии на СО как с целью вызывания (интенсифицирования), так и с целью рассеяния (стабилизации) облачного покрова перечень таких задач может быть обширен (обеспечение действий авиации, десантирование войск и техники, маскировка военных объектов и войск, борьба со смогами, очищение воздушных бассейнов от загрязняющих примесей, проведение поисково-спасательных работ и др.).

10. Разработан косвенный метод определения водозапасов СО над северными районами России без данных об их водности. Для выбора наиболее тесно связанных с водозапасом СО метеорологических величин проведён корреляционный анализ и рассчитаны коэффициенты корреляции между водозапасом СО и: мощностью, высотой верхней и нижней границ, температурами на этих границах, температурой у поверхности земли. Установлено, что наиболее тесно водозапас СО связан с толщиной облачного слоя (значения коэффициентов корреляции в этом случае составляют 0,80-0,86 в зависимости от сезона). Построен график и получено уравнение регрессии, позволяющее оперативно, по данным о толщине облаков, получать значения водозапасов СО, которые необходимы для решения конкретных задач (определения норм расхода реагента, оценивание эволюции облаков после воздействия, расчёт возможного количества осадков при МОДИФ и др.).

11. Обоснован подход к выбору химических реагентов для модификации переохлаждённой СО с учётом данных о температурных и геометрических характеристиках облаков. Показано, в частности, что с учётом полученных в работе данных о толщине облачного слоя при засеве СО как с целью рассеяния (стабилизации) облачного покрова, так и с целью вызывания (интенсифицирования) осадков целесообразно применять твёрдую углекислоту в виде гранул диаметром 0,2-0,3 см.

Приведённые в работе данные о температурных характеристиках СО (в частности, о средней для облачного слоя температуре t ) позволяют сделать ряд выводов относительно выбора химических реагентов, предлагаемых для МОДИФ СО с целью их рассеяния. В силу довольно частого преобладания низких значений t СО (на повторяемость СО с tcp ниже минус 9°С в зависимости от района (Архангельск, Санкт-Петербург, Рига, Минск) России приходится от 53,7% до 61,9%, весной - от 36,0% до 47,7% и осенью - от 26,55 до 46,7%) зимой, весной и осенью наряду с используемыми в настоящее время С02, Agi, возможно и целесообразно также применение химических реагентов и с более

160 низким (минус 9°С и ниже) порогом кристаллизации и твёрдой углекислоты (минус 4°С — минус 5°С), йодистого серебра (минус 5°С - минус 6°С), например, минералов природного происхождения (глина, монтмориллонит, каолинит и др.), которые являются дешёвыми, экологически чистыми и широко распространёнными в природе.

Над дальневосточными районами применение минералов природного происхождения для МОДИФ СО целесообразно только зимой. В переходные периоды (весной и осенью) над этими районами встречаются (и довольно часто, примерно в 20% случаев) слабопереохлаждённые СО, т.е. облака с 1ср в диапазоне от нуля до минус 5°С, что указывает на необходимость применения химических реагентов с температурным порогом действия выше, чем у используемых в настоящее время твёрдой углекислоты и, особенно, йодистого серебра.

12. Разработана структурная схема технологии модификации СО.

Показано, что технология модификации облачности включает в себя следующие основные этапы:

- уяснение боевой задачи;

- прогнозирование состояния СО;

- сбор, обработка и анализ фактических данных о СО;

- сравнение фактических данных о СО с прогностическими;

- оценивание возможности МОДИФ СО;

- выбор методов и средств МОДИФ СО;

- принятие решения по МОДИФ СО;

- проведение МОДИФ СО;

- оценка результатов МОДИФ СО;

- контроль результатов МОДИФ СО.

При этом каждый этап, в свою очередь, включает в себя проведение ещё ряда определённых мероприятий.

13. Разработана методика рассеяния СО. Приведены результаты расчетов по расходу ресурсов (число самолетов, количество реагента, стоимость работ), потребных для проведения операций по рассеянию СО с различными характеристиками в целях проведения поисково-спасательных работ на различных площадях. Установлено, например, что для рассеяния СО толщиной 700 м и температурой облачного слоя минус 10°С на время, равное трем часам, на площади 1200 км2 требуется привлечение 3х самолетов, расход - 1000 кг твердой углекислоты. Стоимость такой операции составляет порядка 2,2 млн. рублей.

14. Определены перспективы и основные направления дальнейших исследований в области модификации переохлаждённых слоистообразных облаков и туманов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шереметьев, Роман Викторович, 2010 год

1. Половина И.П. Рассеяние переохлаждённых слоистообразных облаков и туманов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 214 с.

2. Половина И.П. Воздействия на внутримассовые облака слоистых форм. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 215 с.

3. Леонов М.П., Перелёт Г.И. Активные воздействия на облака в холодное полугодие. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. — 152 с.

4. Литвинов И.В. Возможности искусственного преобразования облаков и осадков центрального района Европейской территории Советского Союза // Труды ИЭМ. 1970. - Вып. 19. - С. 27-49

5. Литвинов И .В., Р ужейникова Ю.В. Повторяемость в Подмосковье облаков, пригодных для искусственного преобразования // Труды ИЭМ. 1968. - Вып. 3. - С. 35-43

6. Беляев В.И., Павлова Н.С. О возможности влияния на погоду искусственным рассеянием облачности// Изв. АН СССР, серия геофизическая.-М.: 1962. № 1.-С. 129-132

7. Александров Э.Л. Опыты по рассеянию переохлаждённой облачности на больших площадях // Труды ИПГ. 1965. Вып. 1. - С. 12-18

8. Джураев А.Д., Курбаткин Е.П., Ушинцева В.Ф. Облачные ресурсы и возможности увеличения осадков в Средней Азии // Труды САР. -1977. Вып. 46 (127). 55с.

9. Вяльцев В.В. Искусственное рассеяние облаков // Природа. — 1961. -№ 11.-С. 79-83

10. Воскресенский А.И. Применение твёрдой углекислоты для рассеивания облаков в Арктике // Проблемы Арктики. 1957. - Вып.2. - С. 133-139

11. Доронин А.П. Вводная лекция по дисциплине "Специальные методы исследования геофизических процессов". С-Пб.: ВИКА им. А.Ф. Можайского, 1998. - 65 с.

12. Астапенко П.Д., Баранов A.M. Авиационная метеорология. М.: Транспорт, 1979.— 263 с.

13. Астапенко П.Д., Баранов A.M., Шварев И.П. Погода и полёты самолётов и вертолётов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. —279 с.

14. Баранов A.M. Облака и безопасность полётов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983.-231 с.

15. Доронин А.П., Ефременко А.Н., Шереметьев Р.В. и др. Перечень хозяйственных и экологических задач, решение которых возможно при модифицировании переохлаждённых слоистообразных облаков и16