СПОСОБ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНВЕКТИВНЫЕ ОБЛАКА Российский патент 1999 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для активного воздействия на атмосферу с целью изменения погодных условий.

Известен способ разрушения кучевого облака посредством создания нисходящих потоков воздуха, которые возбуждают в верхней части облака взрывом заряда с кумулятивной выемкой (Авторское свидетельство СССР N 253480, A 01 G 15/00, 1968г.) Такой взрыв создает нисходящий поток газа, увлекающий облачный воздух, дает этому воздуху импульс движения вниз. Недостатком этого способа является его низкая эффективность, поскольку импульс нисходящего движения задается некоторой массе воздуха в вершине облака, и вызванное взрывом опускание этого облачного воздуха замедляется архимедовой силой, так что в развивающемся мощном кучевом облаке это опускание еще до достижения нижней части облака сменится подъемом, развитие облака будет продолжаться и произойдет восстановление его верхней части. Взрывами можно разрушить только небольшие облака, развивающееся при малой неустойчивости атмосферы, или ускорить уже начавшееся естественное рассеяние достаточно мощного облака.

Известен способ разрушения облаков посредством вертикальных нисходящих потоков воздуха, создаваемых реактивными двигателями самолетов (Авторское свидетельство СССР N 296523, A 01 G 15/00, 1970г.) Недостаток этого способа заключается в том, что самолетам в конвективных облаках угрожает разрушение, поэтому на мощные кучевые и кучево-дождевые облака нельзя воздействовать этим способом, вводя в облака самолет. Воздействие же двигателем самолета, находящегося над облаком, имеет тот же недостаток, что и воздействие взрывом.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности воздействия на кучевые и кучево-дождевые облака.

Поставленная цель достигается тем, что нагрузку на восходящий поток создают аэрозольным облаком, которое формируют введением в верхнюю часть облака в диапазоне высот на 200 м выше и 200 м ниже его вершины определенной массы порошка с размером частиц 10^-3oC 10^-5 см, удельным весом 4 ^oC 4,5 г/см³ и удельной поверхностью 2000 ^oC 4000 см²/г, при этом в качестве порошка используют цемент.

Предложенное техническое решение отличается от прототипа новыми условиями выполнения известного действия. Следовательно, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "новизна".

При изучении других технических решений в данной области признаки, отличающие предложенный способ от прототипа, не были выявлены. Кроме того, проявляется непосредственная связь между отличительными признаками и достигаемой целью, что позволяет сделать вывод о соответствии данного предложения критерию "изобретательский уровень".

Согласно струйной модели облачной конвекции восходящая ветвь струи является непосредственно ответственной за процессы облако- и осадкообразования. Горизонтальные размеры такой преимущественно вертикальной ветви струи в зависимости от степени развития конвективных облаков лежат в пределах от 200 - 500 м для кучевых облаков хорошей погоды и до 3 - 5 км для кучево-дождевых и грозовых облаков. Ее вертикальные размеры приблизительно совпадают с вертикальной протяженностью рассматриваемых облаков. Скорость восходящих движений в струе находится в пределах от нескольких метров в секунду для кучевых облаков хорошей погоды и до 20 - 30 м/с для кучево-дождевых и грозовых облаков. Конвективные облака развиваются на восходящем потоке воздуха. При этом приземный воздух, поднимаясь, охлаждается, пар конденсируется. С прекращением этого подъема прекращается питание облака влагой и теплом и тогда восходящие потоки в облаке и под ним сменяются нисходящими, облако рассеивается. Одним из следствий искусственного нарушения развития конвективных облаков может быть прекращение или недопущение выпадения осадков на заданной территории.

Для подавления восходящего потока воздуха в конвективных облаках в данном предложении создают нагрузку на восходящий поток аэрозольным облаком, которое, как показали исследования, должно оседать со скоростью ≥ 1,5 м/с. Как показали исследования, система аэрозольных частиц, сформированных в облако, падает в свободной атмосфере со скоростью, превышающей на полтора - два порядка скорость падения изолированной частицы этой системы. При этом аэрозольное облако увлекает за собой окружающую воздушную массу, создавая нисходящий поток. Было установлено, что если скорость оседания аэрозольного облака меньше 1,5 м/с, то подавление восходящего потока не происходит должным образом. Для формирования аэрозольного облака радиусом 15 - 50 м, оседающего со скоростью ≥ 1,5 м/с, необходимо взять порошок с размером частиц 10^-3 oC10^-5 см, удельным весом 4 ^oC 4,5 г/см³ и удельной поверхностью 2000 ^oC 4000 см²/г. Таким параметрам удовлетворяют частицы цемента. При концентрации частиц в аэрозольном облаке меньше 10^-3 наблюдается неполное вовлечение окружающей среды для создания нисходящего потока. Многочисленными экспериментами установлено, что аэрозольное облако необходимо формировать в диапазоне высот на 200 м выше и 200 м ниже вершины облака. При формировании аэрозольного облака выше или ниже этого диапазона подавление восходящего потока не происходит должным образом.

Для воздействия на конвективные облака использовались самолеты-метеолаборатории, оборудованные устройствами для сброса принудительно вскрываемых упаковок с порциями реагентов и комплексами контрольно измерительной аппаратуры. Результаты воздействия контролировались метеолокаторами, способными выдавать как геометрические параметры облаков, так и динамические характеристики состояния облака. Поиск и обнаружение облаков, пригодных для воздействия по выбранным критериям, осуществлялся с помощью наземных радиолокационных станций. При наличии таких облаков в зону их нахождения вылетали самолеты-метеолаборатории. Сброс реагентов в облака проводился как в момент пролета самолета над верхней границей облака, так и внутри облака ниже его верхней границы. После засева облака проводились измерения параметров облака и проводилось визуальное наблюдение за объектом воздействия.

Примеры осуществления способа.

1. Объектом воздействия было развивающееся конвективное облако с верхней границей 3200 м. Горизонтальные размеры у его основания составляли 3 ^oC 3,5 км, а нижняя граница располагалась на высоте 1600 м. Самолет пересек облако на 150 м ниже его верхней границы и сбросил порцию реагента, образовав аэрозольное облако. Над местом введения образовался провал, а вершина облака начала быстро оседать. Одновременно с этим происходил процесс разлахмачивания облака, который начинался с нижней границы облака и постепенно охватывал все облако. Через 14 мин после засева конвективное облако превратилось в тонкое облако линзообразной формы толщиной около 200 м.

2. Для воздействия было выбрано облако с клубящейся вершиной, верхняя граница которого располагалась на высоте 6500 м. Горизонтальные размеры облака у основания - 4 км, нижняя граница находилась на высоте 3300 м. В вершину облака с превышением 100 м над верхней границей сброшена порция реагента, образовавшая аэрозольное облако. Под местом введения реагента образовался провал, вершина начала "лохматиться" и быстро оседать. По данным метеорадиолокационного комплекса в момент воздействия облако имело параметры и структуру, характерные для развивающегося облака: радиолокационная отражаемость Z = 30 дБ, высота верхней границы H_Вг = 6,5 км, высота нижней границы H_Нг = 3,3 км, уровень неоднородностей поля ветра (НПВ) ΔV = 2 м/с и структуру НПВ, характерную для развивающегося облака. Через 30 мин после воздействия параметры облака составляли: Z = 25 дБ, H_Вг = 4,2 см, H_Нг = 1,8 км, а уровень НПВ ΔV = 1,7 м/с, причем структура НПВ вместо одной зоны распалась на несколько, что характерно для диссипирующего облака.

Таким образом, предложенный способ позволяет эффективно подавить развитие конвективных облаков и не допустить выпадение осадков на заданной территории.

Способ предназначен для изменения погодных условий и может быть использован, например, в сельском хозяйстве. На конвективное облако воздействуют облаком аэрозоля, которое вводят в диапазоне на 200 м выше и 200 м ниже вершины облака. Размер частиц 10^-3-10^-5 см с удельным весом 4,0-4,5 г/см³ и удельной поверхностью 2000 - 4000 см²/г обеспечивает нагрузку на конвективное облако, достаточное для его рассечения и предотвращения выпадения осадков. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ активного воздействия на конвективные облака, включающий создание нагрузки на восходящий поток, отличающийся тем, что нагрузку создают аэрозольным облаком, которое формируют введением в диапазоне на 200 м выше и 200 м ниже вершины облака порошка с размером частиц 10^-3 oC10^-5 см, удельным весом 4,0 ^oC 4,5 г/см³ и удельной поверхностью 2000 ^oC 4000 см²/г. 2. Способ активного воздействия на конвективные облака по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка используют цемент.