RU2138945C1

RU2138945C1 - Method of active influencing upon convective clouds

Info

Publication number: RU2138945C1
Application number: RU98116656A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Берюлев; В.П. Корнеев; О.К. Федоров; А.А. Черников
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: agriculture, in particular, changing of weather conditions. SUBSTANCE: method involves acting upon convective cloud by aerosol cloud which is introduced at level 200 m above or below convective cloud apex. Aerosol cloud contains particles of 10^-3-10^-5 cm size, specific weight of 4-4.5 g/cub cm and specific surface of 2,000-4,000 sq sm/g. Such parameters of aerosol cloud particles provide loading sufficient for dissection of convective cloud and allows precipitations to be stopped or controlled. EFFECT: increased efficiency and simplified method. 2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для активного воздействия на атмосферу с целью изменения погодных условий. The invention relates to the field of meteorology and can be used for active impact on the atmosphere with the aim of changing weather conditions.

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. A known method of destroying a cumulus cloud by creating downward air flows that excite a charge explosion with a cumulative recess in the upper part of the cloud (USSR Author's Certificate N 253480, A 01 G 15/00, 1968). Such an explosion creates a downward gas flow, entraining cloudy air, gives this air an impulse to move down. The disadvantage of this method is its low efficiency, since the downward impulse is given by a certain mass of air at the top of the cloud, and the descent of this cloudy air caused by the explosion is slowed by the Archimedean force, so that in a developing powerful cumulus cloud, this lowering will be replaced by a rise before reaching the lower part of the cloud, development the clouds will continue and its top will recover. Explosions can destroy only small clouds, which develops with a small instability of the atmosphere, or accelerate the already begun natural scattering of a sufficiently powerful cloud.

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. There is a method of destroying clouds by means of vertical downward air flows created by jet engines of aircraft (USSR Author's Certificate N 296523, A 01 G 15/00, 1970). The disadvantage of this method is that airplanes in convective clouds are threatened with destruction, therefore, powerful cumulus and cumulonimbus clouds cannot be affected in this way by introducing an airplane into the clouds. Exposure to the engine of an aircraft above the cloud has the same drawback as exposure to an explosion.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности воздействия на кучевые и кучево-дождевые облака. The aim of the present invention is to improve the impact on cumulus and cumulonimbus clouds.

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^-3 ^oC 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.This goal is achieved in that the load on the upward flow is created by an aerosol cloud, which is formed by introducing into the upper part of the cloud in the height range 200 m above and 200 m below its top a certain mass of powder with a particle size of 10 ^-3 ^o C 10 ^-5 cm, specific gravity of 4 ^o C 4.5 g / cm ³ and a specific surface of 2000 ^o C 4000 cm ² / g, while cement is used as a powder.

Предложенное техническое решение отличается от прототипа новыми условиями выполнения известного действия. Следовательно, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "новизна". The proposed technical solution differs from the prototype in the new conditions for performing a known action. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

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". In the study of other technical solutions in this field, the signs that distinguish the proposed method from the prototype were not identified. In addition, there is a direct relationship between the distinguishing features and the achieved goal, which allows us to conclude that this proposal meets the criterion of "inventive step".

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. According to the jet model of cloud convection, the ascending stream branch is directly responsible for the processes of cloud and precipitation. The horizontal dimensions of such a predominantly vertical branch of the jet, depending on the degree of development of convective clouds, range from 200-500 m for cumulus clouds of good weather and up to 3-5 km for cumulonimbus and thunderclouds. Its vertical dimensions approximately coincide with the vertical extent of the clouds in question. The speed of upward movements in the jet ranges from a few meters per second for cumulus clouds of good weather and up to 20 - 30 m / s for cumulonimbus and thunderclouds. Convective clouds develop in an upward flow of air. In this case, the surface air, rising, is cooled, the steam condenses. With the cessation of this rise, the cloud’s supply of moisture and heat ceases, and then the ascending flows in and under the cloud are replaced by descending ones, the cloud dissipates. One of the consequences of an artificial disturbance in the development of convective clouds may be the cessation or prevention of rainfall in a given territory.

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.To suppress the upward flow of air in convective clouds, this proposal creates a load on the upward flow of an aerosol cloud, which, as shown by studies, should settle at a speed of ≥ 1.5 m / s. As studies have shown, a system of aerosol particles formed in a cloud falls in the free atmosphere at a speed exceeding one and a half to two orders of magnitude the rate of fall of an isolated particle of this system. In this case, an aerosol cloud carries with it the surrounding air mass, creating a downward flow. It was found that if the sedimentation velocity of the aerosol cloud is less than 1.5 m / s, then the suppression of the upward flow does not occur properly. For the formation of an aerosol cloud with a radius of 15-50 m, settling at a speed of ≥ 1.5 m / s, it is necessary to take a powder with a particle size of 10 ^-3 ^o C10 ^-5 cm, specific gravity 4 ^o C 4.5 g / cm ³ and specific surface of 2000 ^o C 4000 cm ² / year Cement particles satisfy these parameters. When the concentration of particles in the aerosol cloud is less than 10 ^-3 , incomplete environmental involvement is observed to create a downward flow. Numerous experiments have established that an aerosol cloud must be formed in the altitude range 200 m above and 200 m below the top of the cloud. When an aerosol cloud is formed above or below this range, upflow suppression does not occur properly.

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. To influence convective clouds, meteorological laboratories equipped with devices for dumping compulsory opening packages with portions of reagents and complexes of control and measuring equipment were used. The effects were monitored by weather radars capable of providing both the geometric parameters of the clouds and the dynamic characteristics of the state of the cloud. Search and detection of clouds suitable for exposure according to the selected criteria was carried out using ground-based radar stations. In the presence of such clouds, meteorological laboratories flew into the zone of their location. The reagents were discharged into the clouds both at the time of the flight of the aircraft over the upper boundary of the cloud and inside the cloud below its upper boundary. After sowing the cloud, measurements of the cloud parameters were carried out and visual observation of the target was carried out.

Примеры осуществления способа. Examples of the method.

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.1. The object of influence was a developing convective cloud with an upper boundary of 3200 m. The horizontal dimensions at its base were 3 ^o C 3.5 km, and the lower boundary was located at an altitude of 1600 m. The plane crossed the cloud 150 m below its upper boundary and dropped a portion reagent forming an aerosol cloud. A hole formed over the injection site, and the top of the cloud began to settle quickly. At the same time, the process of cloud breaking started, which began from the lower boundary of the cloud and gradually covered the entire cloud. 14 minutes after sowing, the convective cloud turned into a thin lenticular cloud of a thickness of about 200 m.

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.2. For the impact, a cloud with a swirling top was chosen, the upper boundary of which was located at an altitude of 6500 m. The horizontal size of the cloud at the base was 4 km, the lower boundary was at an altitude of 3300 m. A portion of the reagent was dropped to the top of the cloud with an excess of 100 m above the upper boundary forming an aerosol cloud. Under the place of introduction of the reagent, a failure formed, the top began to "shag" and quickly settle. According to the meteorological radar complex, at the moment of exposure, the cloud had the parameters and structure characteristic of a developing cloud: radar reflectivity Z = 30 dB, the height of the upper boundary H _Br = 6.5 km, the height of the lower boundary H _Ng = 3.3 km, the level of field inhomogeneities wind (LEL) ΔV = 2 m / s and LEL structure typical for a developing cloud. 30 minutes after exposure, the cloud parameters were: Z = 25 dB, H _Br = 4.2 cm, H _Ng = 1.8 km, and the level of LEL ΔV = 1.7 m / s, and the structure of the LEL instead of one zone was divided into several, which is characteristic of a dissipating cloud.

Таким образом, предложенный способ позволяет эффективно подавить развитие конвективных облаков и не допустить выпадение осадков на заданной территории. Thus, the proposed method can effectively suppress the development of convective clouds and prevent rainfall in a given area.

Claims

1. The method of active influence on convective clouds, including creating a load on the upward flow, characterized in that the load is created by an aerosol cloud, which is formed by introducing in a range of 200 m above and 200 m below the top of the powder cloud with a particle size of 10 ^-3 ^o C10 ^{- 5} cm, specific gravity 4.0 ^° C 4.5 g / cm ³ and specific surface 2000 ^° C 4000 cm ² / g.

2. The method of active influence on convective clouds according to claim 1, characterized in that cement is used as a powder.