СПОСОБ АКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ГРАДОВЫЕ ПРОЦЕССЫ Российский патент 2008 года по МПК G01W1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области активных воздействий на градовые процессы, в частности к способам активных воздействий на градовые процессы, и может быть использовано для защиты сельскохозяйственных культур от градобитий.

Уровень техники

Известен способ активного воздействия на градовые облака, сущность которого заключается в следующем: в зону формирования градовых осадков, определенных радиолокационным зондированием облака с земли, вносят кристаллизирующий реагент. Одновременно с помощью самолета по курсу перемещения градового облака и с его наветренного фланга выявляют фидерные облака, попадающие в восходящие потоки градового облака. Затем, воздействуя на эти фидерные облака кристаллизующим реагентом с самолета, переводят их жидкокапельную структуру в кристаллическое состояние (см. пат. РФ №2066527, кл А01G 15/00, опубл. 20.09.1996 г.).

Недостатками данного способа являются большая продолжительность воздействия на градовые облака и относительно невысокий эффект.

Известен способ активных воздействий на градовые облака путем внесения кристаллизующего реагента в активный слой облачной среды, ограниченный снизу пороговым уровнем температуры кристаллизации реагента, а по бокам - изоконтурами пороговых уровней радиолокационной отражаемости, полученными путем циклического измерения радиолокационных сигналов по дискретным пространственным точкам, при этом в каждом предыдущем и последующем циклах измерений определяют положение изоконтуров радиолокационной отражаемости 10^-10 см^-1 и 10^-12 см^-1, а затем в активном слое облачной среды выделяют область будущего градообразования, ограниченную изоконтурами радиолокационной отражаемости 10^-12 см^-1, полученными в каждом предыдущем и последующем циклах измерения, после чего из данной области исключают зоны, отсекаемые изоконтуром радиолокационной отражаемости 10^-10 см^-1, полученным в последующем цикле измерения, затем фронтальную часть оставшейся области будущего градообразования расширяют на 2,5 км в направлении навеса радиоэха и вносят в него реагент.

В способе обзор атмосферы осуществляют с цикличностью 3-5 мин и дискретностью по всем пространственным координатам не хуже 0,5 км (см. пат РФ №2090056, кл. А01G 15/00, опубл. 20.09.1997 г.)

Недостатками данного способа являются большие расходы реагента и высокие трудозатраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ активных воздействий на градовые процессы, согласно которому типы градовых процессов в зависимости от радиолокационных параметров облачных систем были подразделены на объекты воздействия (OB) 1 - 4-й категории:

ОВ 1-й категории характеризуются значениями параметров:

15<Z_м<35 dBZ и 1<ΔН_m<4 км;

ОВ 2-й категории характеризуются значениями параметров:

35<Z_м<55 dBZ и ΔН₃₅>2.5 км;

ОВ 3-й категории характеризуются значениями параметров:

Z_м>55 dBZ и ΔН₄₅>3 км;

ОВ 4-й категории характеризуются значениями параметров:

Z_м>65 dBZ и ΔН₄₅>4 км.

Здесь Z_м - максимальная радиолокационная отражаемость градовых облаков; ΔН_m - мощность радиоэха облака, нижняя граница которого расположена на 1-4 км выше изотермы 0°С; ΔН₃₅ и ΔH₄₅ - мощности зон крупнокапельной фракции, расположенных в переохлажденной части облака и ограниченных соответственно изолиниями радиолокационной отражаемости 35 и 45 dBz (см. Абшаев М.Т. Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5, МРЛ-6 в системе градозащиты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980, 230 с.).

Недостатком существующего способа индикации града является то, что при выявлении развивающихся градоопасных облаков, в частности ОВ 2-й категории, не привлекается такой информативный параметр как высота расположения максимальной радиолокационной отражаемости (). Неучет этого параметра приводит к дополнительной трате противоградовых изделий при воздействии на дождевые облака, индицируя их как градоопасные, то есть ОВ 2-й категории.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению эффективности воздействий на градовые процессы и снижению трудозатрат.

Технический результат достигается с помощью способа активных воздействий на градовые процессы, включающего разделение градовых процессов на объекты воздействия 1-й, 2-й, 3-й и 4-й категории с последующим внесением кристаллизующего реагента в зоны формирования и роста зародышей града, ограниченные снизу пороговым уровнем температуры кристаллизации реагента при -6°С, а по бокам изоконтурами значений радиолокационной отражаемости от 0-35 dBZ, полученными путем циклического измерения радиолокационных сигналов по дискретным пространственным точкам, при этом во 2-ю категорию дополнительно вводят величину высоты расположения максимальной радиолокационной отражаемости (), которую определяют по данным радиолокационной станции и производят непрерывный засев кристаллизующего реагента двукратно при каждом новом обзоре для объектов 2-й категории, трехкратно - для объектов 3-й категории и четырехкратно - для объектов 4-й категории, при этом на каждый обзор 3-й и 4-й категории на ту же площадь повторно вносят кристаллизующий реагент, причем для объектов 3-й и 4-й категории производят предварительный засев предоблачной атмосферы со стороны вторжения вышеупомянутых объектов, расположенной между этими объектами и радиусами действия ракетных установок на защищаемой территории.

Сущность изобретения заключается в том, что градовые процессы разделяют на объекты воздействия 1-й, 2-й, 3-й и 4-й категории и путем радиолокационного зондирования градового облака в нем выделяют активный слой облачной среды, ограниченный снизу пороговым уровнем температуры кристаллизации реагента при -6°С, а по бокам изоконтурами значений радиолокационной отражаемости от 0-35 dBZ, полученными путем циклического измерения радиолокационных сигналов по дискретным пространственным точкам, при этом во 2-ю категорию дополнительно вводят величину высоты расположения максимальной радиолокационной отражаемости (), которую определяют по данным радиолокационной станции, и производят непрерывный засев кристаллизующего реагента двукратно при каждом новом обзоре для объектов 2-й категории, трехкратно - для объектов 3-й категории и четырехкратно - для объектов 4-й категории, при этом на каждый обзор 3-й и 4-й категории на ту же площадь повторно вносят кристаллизующий реагент, причем для объектов 3-й и 4-й категории производят предварительный засев предоблачной атмосферы со стороны вторжения вышеупомянутых объектов, расположенной между этими объектами и радиусами действия ракетных установок на защищаемой территории.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 - дан способ активных воздействий на градовые процессы, пример засева объектов воздействия (ОВ) 1-й категории по прототипу.

На фиг.2 - то же, пример засева ОВ 2-й категории по прототипу.

На фиг.3 - то же, пример засева ОВ 3-й категории по прототипу.

На фиг.4 - то же, пример засева ОВ 4-й категории по прототипу.

На фиг.5 - то же, пример засева предоблачной атмосферы ОВ 3-й категории по предлагаемому способу.

На фиг.6 - то же, пример засева предоблачной атмосферы ОВ 4-й категории по предлагаемому способу.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного выполнения способа активных воздействий на градовые процессы.

Пример 1. Выполнение способа активных воздействий на градовые процессы по прототипу

Засев ОВ 1-4 категорий на защищаемой территории (ЗТ)

Согласно существующей инструкции по активным воздействиям на градовые процессы (см. Абшаев М.Т. Активное воздействие на градовые процессы. Инструкция. РД 52.37.596-98-32 с.) при любом типе градового процесса, наблюдаемого на защищаемой территории (ЗТ), засев зон формирования и роста зародышей града в ОВ 1-4-й категорий осуществляют на высоте изотермы минус 6±3°С, соответствующей порогу льдообразующего действия йодистого серебра. Зоны засева в ОВ 1-4-й категорий располагаются над восходящими потоками и ограничены изоконтурами радиолокационной отражаемости: 15 и 35 dBZ. Траектории ракет в зоне засева располагаются друг от друга на расстояниях 0.5-0.7 км.

OB 1-й категории засевают по всей площади их повышенного радиоэха однократно. Засев продолжается 3 мин. Воздействие прекращают через 6 мин после однократного засева (3+6=9 мин), если отмечается:

- исчезновение радиоэха высокозарождающихся ячеек;

- уменьшение высоты, площади зоны повышенного радиоэха;

- прекращение развития ячейки.

Схема засева ОВ 1-й категории на ЗТ по прототипу дается на фиг.1 (фиг.1, пример засева ОВ 1-й категории по прототипу, 12.05.2005; 19 ч 16 мин 38 с).

ОВ 2-й категории засевают по всей площади навеса радиоэха двукратно с интервалом 6 мин, то есть, через один цикл обзора. В этом случае засев ОВ 2-й категории продолжается 9 мин. Воздействие прекращается через 6 мин после двухкратного засева (9+6=15 мин), если отмечается:

- понижение ΔН₃₅ до 1 км и менее;

- тенденция диссипации ячейки.

Схема засева ОВ 2-й категории на ЗТ по прототипу дается на фиг.2 (фиг.2, пример засева ОВ 2-й категории по прототипу, 17.07.2005; 16 ч 24 мин 12 с).

ОВ 3-й категории засевают во фронтальной части навеса радиоэха трехкратно с интервалом 6 мин, то есть через один цикл обзора. В этом случае засев ОВ 3-й категории продолжается 15 мин. Воздействие прекращается через 10 мин после трехкратного засева (15+10=25 мин), если отмечается:

- исчезновение навеса радиоэха;

- исчезновение зоны локализации града;

- уменьшение значений ΔH₄₅ до 1 км, Z_м, до 45 dBz.

В случае усиления ОВ 3-й категории допускаются повторные засевы в каждом цикле обзора (через 3 мин) до получения положительного эффекта. Общая продолжительность воздействия в этом случае может достичь 25+9=34 мин и более. Здесь 9 мин - продолжительность получения трех обзоров.

Схема засева ОВ 3-й категории на ЗТ по прототипу дается на фиг.3 (фиг.3, пример засева ОВ 3-й категории по прототипу, 14.07.2005; 22 ч 13 мин 47 с).

ОВ 4-й категории засевают во фронтальной части навеса радиоэха четырехкратно с интервалом 6 мин, то есть через один цикл обзора. В этом случае засев ОВ 4-й категории продолжается 21 мин. Воздействие прекращается через 10 минут после четырехкратного засева (21+10=31 мин.), если отмечается:

- исчезновение навеса радиоэха;

- исчезновение зоны локализации града;

- уменьшение значений ΔH₄₅ до 1 км, Z_м до 45 dBz.

В случае выпадения града на ЗТ из ОВ 4-й категории допускаются повторные засевы в каждом цикле обзора (через 3 мин) до получения положительного эффекта. Общая продолжительность воздействия в этом случае может достичь 31+12=43 мин и более. Здесь 12 мин - продолжительность получения четырех обзоров.

Схема засева ОВ 4-й категории на ЗТ по прототипу дается на фиг.4 (фиг.4, пример засева ОВ 4-й категории по прототипу, 01.09.2004; 16 ч 46 мин 00 с).

Недостатком существующего способа воздействия на градовые процессы является то, что общая продолжительность воздействия на ОВ 3-й и 4-й категорий (соответственно 34 и 43 мин) в несколько раз превышает среднее и максимальное время градообразования (соответственно 10 и 25 мин) в фиксированном объеме зоны формирования града, а следовательно, и время проявления эффекта, достигающих в ОВ 1-4-й категорий, соответственно: 3-5; 6-9; 13-19; 20-25 мин. Внесение в ОВ 4-й категории за большой промежуток времени (46 мин) большого количества противоградовых изделий (средний расход противоградовых изделий «Алазань» составляет 100 шт.), но еще недостаточных для создания в зоне формирования града оптимальных концентрации искусственных ядер кристаллизации, может привести к отрицательным результатам, то есть выпадению града на ЗТ. В рассмотренном конкретном случае интенсивность стрельбы (скорострельность) в ОВ 4-й категории согласно существующей методики не превышает 2.3 шт./мин (100:43≈2.3 шт./мин). Сокращение времени воздействия до 20 мин, соответствующего минимальному времени проявления эффекта воздействия в ОВ 4-й категории, при том же расходе противоградовых изделий (100 шт.) увеличило бы скорострельность в зону формирования града до 5 шт./мин. (100:20=5 шт./мин) и уменьшило бы на ЗТ выпадение града с ущербом сельскохозяйственных культур.

Другим недостатком существующего способа является неучет факта вторжения на ЗТ из сопредельных территорий зрелых ОВ 3-й и 4-й категорий. Например, для обработки ОВ 4-й категории, перемещающихся в сторону ЗТ со скоростью 60 км/ч, при времени достижения эффекта воздействия, равным 20 мин, необходимо иметь распределение пунктов воздействия (ПВ) на сопредельной территории на расстоянии не менее 20 км от границ ЗТ. Организация такой сети ПВ на сопредельной территории (со стороны вторжения градовых облаков), как показывает опыт проведения противоградовой защиты, практически невозможна, так как связана с большими затратами, поэтому вторжение ОВ 3-й и 4-й категорий на ЗТ, на расстоянии 10 км и более, как правило, сопровождается ущербом сельскохозяйственных культур от градобитий.

Пример 2. Выполнение способа активных воздействий на градовые процессы по предлагаемому изобретению

Способ активных воздействий на градовые процессы проводится аналогично примеру 1, но в предлагаемом способе, при индикации объектов воздействия 2-й категории, кроме параметров Z_m и ΔН₃₅, дополнительно вводят высоту расположения Z_м (). По данным радиолокационных наблюдений, может быть расположена как в теплой, так и в переохлажденной части облака.

Если в ОВ 2-й категории :

- находится в переохлажденной части, то этот объект при естественном развитии может перейти в ОВ 3-й и 4-й категорий;

- находится в теплой части, то этот объект не является градоопасным и воздействие на них с целью предотвращения выпадения града не проводится.

Разделение ОВ 2-й категории на градоопасные и дождевые в зависимости от значений позволило в Ставропольском крае в сезоне 1-го полугодия 2006 г.:

- сократить число обрабатываемых ОВ 2-й категории на 30 шт., а количество израсходованных изделий на 270 шт.;

- повысить экономическую эффективность противоградовых работ.

В предлагаемом способе для предотвращения выпадения града на ЗТ запуск противоградовых изделий в зоне формирования града облаков производят не через обзор (фиг.1 - 4), а в каждом цикле обзора, не однократно, а двухкратно в ОВ 2-й, трехкратно и более в ОВ 3-й и 4-й. Воздействие на ОВ 2-й - 4-й категорий будет продолжаться непрерывно до получения положительного результата, характеризующегося радиолокационными параметрами.

В предлагаемом способе для предотвращения выпадения града на ЗТ производится дополнительная операция, то есть предварительный засев кристаллизующим реагентом на площади навеса радиоэха, как это показано на фиг.1 - фиг.4, а площади предоблачной и облачной атмосферы на ЗТ, со стороны вторжения ОВ 3-й и 4-й категорий, как это показано на фиг.5 (фиг.5, пример засева предоблачной атмосферы ОВ 3-й категории по предложенному способу 17.05.2006; 19 ч 49 мин 17 с) и фиг.6 (фиг.6, пример засева предоблачной атмосферы ОВ 4-й категории по предложенному способу, 20.05.2006; 19 ч 18 мин 24 с).

Расстояние (L) между площадью засева предоблачной атмосферы на ЗТ и объектами воздействия 3-й и 4-й категорий, скорость их перемещения (V) в направлении ЗТ рассчитываются с помощью автоматизированных метеорологических радиолокационных станции АСУ. Время появления (t) ОВ 3-й и 4-й категорий на ЗТ рассчитывается по следующей формуле:

t=(L/V)

В зависимости от времени оценивается кратность засева площади предоблачной и облачной атмосферы до появления на ЗТ ОВ 3-й и 4-й категорий. При достижении ОВ 3-й и 4-й категорий ЗТ воздействие на них осуществляется в соответствии схемами засева, предложенными в существующей инструкции, но с учетом кратности засева (интенсивности стрельбы), описанной в предложенном способе воздействия на градовые процессы.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- повышение эффективности активных воздействий на градовые процессы за счет рационального использования реагента и снижения трудозатрат.

- возможность подавления очага градообразования на ранней стадии его развития с наименьшими трудозатратами и с наибольшей эффективностью за счет интенсивной доставки кристаллизующего реагента в те области активного слоя облачной среды, где процесс зарождения града только начинается.

Изобретение относится к области активных воздействий на градовые процессы, в частности к способам активных воздействий на градовые процессы, и может быть использовано для защиты сельскохозяйственных культур от градобитий. Сущность изобретения заключается в том, что градовые процессы разделяют на объекты воздействия 1-й, 2-й, 3-й и 4-й категории и путем радиолокационного зондирования градового облака в нем выделяют активный слой облачной среды, ограниченный снизу пороговым уровнем температуры кристаллизации реагента при -6°С, а по бокам - изоконтурами значений радиолокационной отражаемости от 0-35 dBZ, полученными путем циклического измерения радиолокационных сигналов по дискретным пространственным точкам, при этом во 2-ю категорию дополнительно вводят величину высоты расположения максимальной радиолокационной отражаемости (), которую определяют по данным радиолокационной станции, и производят непрерывный засев кристаллизующего реагента двукратно при каждом новом обзоре для объектов 2-й категории, трехкратно - для объектов 3-й категории и четырехкратно - для объектов 4-й категории, при этом на каждый обзор 3-й и 4-й категории на ту же площадь повторно вносят кристаллизующий реагент, причем для объектов 3-й и 4-й категории производят предварительный засев предоблачной атмосферы со стороны вторжения вышеупомянутых объектов, расположенной между этими объектами и радиусами действия ракетных установок на защищаемой территории. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению эффективности воздействий на градовые процессы и снижению трудозатрат. 6 ил.

Способ активных воздействий на градовые процессы, включающий разделение градовых процессов на объекты воздействия 1-й, 2-й, 3-й и 4-й категории с последующим внесением кристаллизующего реагента в зоны формирования и роста зародышей града, ограниченные снизу пороговым уровнем температуры кристаллизации реагента при -6°С, а по бокам изоконтурами значений радиолокационной отражаемости от 0-35 dBZ, полученными путем циклического измерения радиолокационных сигналов по дискретным пространственным точкам, отличающийся тем, что во 2-ю категорию дополнительно вводят величину высоты расположения максимальной радиолокационной отражаемости (), которую определяют по данным радиолокационной станции и производят непрерывный засев кристаллизующего реагента двукратно при каждом новом обзоре для объектов 2-й категории, трехкратно - для объектов 3-й категории и четырехкратно - для объектов 4-й категории, при этом на каждый обзор 3-й и 4-й категории на ту же площадь повторно вносят кристаллизующий реагент, причем для объектов 3-й и 4-й категории производят предварительный засев предоблачной атмосферы, со стороны вторжения вышеупомянутых объектов, расположенной между этими объектами и радиусами действия ракетных установок на защищаемой территории.