СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A01G15/00 E01H13/00 

Изобретение относится к прикладной метеорологии и может быть использовано в частности для устранения нежелательных атмосферных образований, например туманов над аэропортами и другими объектами, для уменьшения смога над населенными пунктами и т.п.

Известно, что такие атмосферные образования, как радиационные туманы или смоги возникают в условиях застоя воздушных масс и поддерживаются благодаря возникновению в вышерасположенном объеме атмосферы так называемых задерживающих слоев: изотермин и/или температурной инверсии.

Радикальным способом ликвидации атмосферных образований, обусловленных застоем воздушных масс, является возбуждение вертикальной конвекции в приземном слое атмосферы, приводящей к ослаблению задерживающего слоя или к образованию в нем каналов для циркуляции воздуха. Это позволяет "проветрить" приземный слой атмосферы, закрытый туманом или загрязненный смогом и т.п.

Известен способ по патенту Великобритании N 988109. кл. А 01 G 15\00, 1965. В этом способе часть поверхности суши покрывают материалом, отличающимся своими тепловыми и/или радиационными свойствами, например, асфальтоподобным материалом. Покрытие из такого материала будет интенсивно нагреваться солнечными лучами и нагревать окружающий воздух, что создает каминный эффект: постоянно существующий конвекционный ток воздуха подпитывается за счет более холодного воздуха, втягиваемого в восходящую струю на место поднимающегося вверх нагретого воздуха. Этот способ, однако, неприменим, если солнце закрыто облаками или туманом. Кроме того, для получения устойчивой (стабильной) тяги необходимо покрывать территорию в несколько квадратных миль, что потребует большое количество материала.

Весьма близким к заявленному способу является способ уменьшения смога по опубликованной заявке ФРГ N 3503138, А 01 G 15/00, 1986, согласно которому для ослабления или прорыва инверсионного температурного слоя конвекцию возбуждают теплым воздухом из указанного инверсионного слоя, который подводят к земной поверхности в районе, где предполагается "проветрить" атмосферу. Здесь теплый воздух поднимается вверх, и при постоянном подводе его в этот район возникает устойчивая струя восходящего воздуха, достигающая слоя температурной инверсии и прорывающая его. Недостатком известного способа воздействия на атмосферные образования является осуществление сложных инженерных мероприятий по сооружению трубопровода большой длины и значительные затраты энергии на перекачку теплового воздуха на большие расстояния.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа воздействия на атмосферные образования, при котором существенно снижаются затраты энергии на формирование вертикальной конвекции в атмосфере, причем независимо от способа инициирования такой конвекции.

Технический результат, ожидаемый от решения поставленной задачи, заключается в уменьшении затрат энергии на создание и поддержание непрерывного конвекционного тока воздуха, способного существенно ослабить или разрушить задерживающий слой в атмосфере, за счет формирования дополнительной тяги как по периферии конвекционного тока воздуха, так и в восходящей струе этого воздуха.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе воздействия на атмосферные образования, включающем инициирование конвекционного тока воздуха в атмосфере, осуществляют ионизацию воздуха в приземном слое атмосферы по периферии зоны формируемого конвекционного тока.

Сущность заявленного изобретения заключается также в том, что конвекционный ток воздуха инициируют, создавая восходящий ток ионов, а также в том, что конвекционный ток воздуха инициируют электрической эмиссией ионов преимущественно одного знака, а ионизацию атмосферы по периферии осуществляют с использованием эмиссии ионов противоположного знака, при этом суммарный ток ионов по периферии зоны конвекционного тока не превышает тока ионов, инициирующего этот ток воздуха. Сущность изобретения состоит также в том, что используют группу установок, одна из которых предназначена для инициирования конвекционного тока воздуха и расположена в окружении установок, предназначенных для ионизации атмосферы по периферии зоны конвекционного тока.

На фиг. 1 показана схема формирования конвекционного тока воздуха, вид сбоку; на фиг. 2 схема расположения установок для воздействия на атмосферные образования, вид сверху.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. При наличии в нижнем слоем атмосферы, например над аэродромом, городом или иным объектом сплошной облачности, тумана или смога 1, ограниченного сверху слоем 2 температурной инверсии, любым известным способом инициируют восходящий конвекционный ток воздуха. Это можно сделать, например, используя подвод в этот район воздуха, более теплого по сравнению с окружающим воздухом, с помощью установки 3. Через некоторое время после начала функционирования установки 3 возникает зона 4 восходящего конвекционного тока воздуха. После этого начинают ионизировать воздух в приземном слое 5 атмосферы, окружающем зону 4 тока воздуха примерно на уровне его основания.

Ионизация воздуха вокруг зоны 4 может быть осуществлена различными путями, например посредством распыления в нем ионизированных частиц: твердых, жидких и/или газообразных.

В конкретном примере реализация способа для ионизации воздуха вокруг зоны 4 предлагается использовать электрическую эмиссию ионов с помощью находящегося под высоким электрическим потенциалом проводника, который посредством опор установлен вдоль земной поверхности, или подобного устройства. В частности можно использовать коронирующий провод, расположенный кольцеобразно по периферии от зоны 4, или группу аналогичных более компактных устройств 6, расположенных снаружи от этой зоны на некотором расстоянии.

При ионизации окружающих зону 4 масс воздуха в них происходит процесс конденсации, вследствие чего увеличивается температура воздуха, а поэтому уменьшается его вязкость. При наличии барического субгоризонтального градиента, обусловленного существованием примерно в центре ионизируемой области восходящего тока воздуха, частицы атмосферного аэрозоля и молекулы газов, составляющих воздух, втягиваются в эту область быстрее, чем в случае отсутствия ионизации. В этих массах воздуха, которые попадают в зону 4 восходящего тока, продолжается процесс конденсации и тепловыделения, концентрируя в ней образование тепла и поддерживая конвекционный ток. Такой эффект от ионизации воздуха вокруг зоны восходящего тока придаст последнему высокую устойчивость.

Хотя само по себе введение ионизированных частиц в теплую струю воздуха известно например из способа, обеспечивающего рассеивание тумана, по патенту США N 3438576, кл. А 01 G 15/00, 1969, в заявленном способе оно является не самостоятельным приемом, а лишь дополнительным эффектом, полезным следствием новой самостоятельной операции по воздействию на атмосферные образования - ионизации масс воздуха вне зоны формируемого восходящего тока.

Более удобным вариантом возможной реализации способа является такой, когда в инициирование восходящего тока воздуха осуществляют, создавая восходящий ток ионов в атмосфере, особенно за счет электрической эмиссии ионов с коронирующего проводника. Причем в оптимальном с точки зрения простоты, экономии ресурсов и удобства в эксплуатации варианте предпочтительно инициировать конвекционный ток воздуха посредством эмиссии ионов одного знака, а ионизацию воздуха по периферии осуществлять эмиссией ионов противоположного знака. Это может быть реализовано с помощью установки, предназначенной для инициирования восходящего тока воздуха, которая эмитирует например отрицательные ионы, которая окружена группой установок 8 для ионизации воздуха по периферии излучающих положительные ионы. В этом случае конвективная тяга будет усилена за счет поля, создаваемого электрическими объемными зарядами в приземном слое атмосферы. Целесообразно, чтобы суммарный ток ионов от периферийных установок 8 не превышал тока ионов от центральной установки 7.

Устройство для воздействия на атмосферные образования может представлять собой одну мощную установку для ионизации воздуха, инициирующую его восходящий ток и две или более установки меньшей мощности, расположенные на удалении 0,5-2 км от нее. Мощная установка может быть размещена на площади например 200х200 м. Она имеет проводники, размещенные на опорах высотой 5-30 и изолированные от утечки электрического тока на землю. Проводники расположены в виде параллельных линий с шагом между ними 5-30 м. Проводники соединены с источником высокого напряжения порядка 50-200 киловольт, позволяющим получать большие токи коронирования.

Периферийные установки могут быть размещены на меньшей площади, например, 50х50 м каждая и иметь такую же конструкцию, как и центральная установка.

Количество и знаки эмитируемых установками ионов регулируется изменением параметров высоковольтных источников питания.

Изобретение предназначено для изменения состояния атмосферы и может быть использовано в мероприятиях по ликвидации туманов, смогов и других нежелательных в данном регионе атмосферных образований. Способ воздействия на атмосферные образования включает создание вертикальной конвективной тяги посредством ионизации воздуха и зоны, подпитывающей эту тягу. Такая зона создается по периферии формируемой зоны вертикальной конвекции также посредством ионизации воздуха. Оптимальным вариантом выполнения способа является использование установки, эмитирующей ионы одного знака, и группы установок, расположенных вокруг первой, которые эмитируют ионы противоположного знака. Суммарный ток ионов от группы установок не превышает тока ионов, создаваемого установкой, расположенной в центре. 4 з.п. формулы, 2 ил.

1. Способ воздействия на атмосферные образования, включающий инициирование конвекционного тока воздуха в атмосфере, отличающийся тем, что осуществляют ионизацию воздуха в приземном слое атмосферы по периферии зоны формируемого конвекционного тока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конвекционный ток воздуха инициируют, создавая восходящий ток ионов. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что конвекционный ток воздуха инициируют электрической эмиссией ионов преимущественно одного знака, а ионизацию атмосферы по периферии осуществляют с использованием эмиссии ионов противоположного знака. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что суммарный ток ионов по периферии зоны конвекционного тока не превышает тока ионов, инициирующего этот ток воздуха. 5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что используют группу установок, одна из которых, предназначенная для инициирования конвекционного тока воздуха, расположена в окружении установок, предназначенных для ионизации атмосферы по периферии зоны конвекционного тока.