Введение к работе
Актуальность проблемы
Практика искусственного увеличения осадков в нашей стране и з ряде зарубежных государств'показывает. что в зависимости от используемых для воздействий на облака технических средств, района проведения работ и других факторов стоимость полученной таким образом воды в десятки раз меньше стоимости воды при традиционном искусственном орошении, что указывает на экономическую целе -сообразность работ по искусственному увеличению осадков, особенна если учесть, что они относятся к реально достигнутому к настоящему времени уровню этого увеличения, составляющему 10-15%' сезонной суммы осадков.
В бызшем СССР регулярные исследования возможности искус -отвенного увеличения осадков были начаты практически в 1359 г. Украинским научно-исследовательским гидрометеорологическим институтом (УкрНйГШ) на экспериментальном метеорологическом полигоне. К настоящему времени п решения теоретических и практических задач искусственного увеличения осадков в интересах народного хозяйства привлечена многие научно-исследовательские и производственные организации Росгидромета и других министерств и ведомств. з тем числе АН стрзл СНГ. Среди них ДАО, УкрНИГМИ, ЭакНИГМИ, САНИИ. ГТО, ИПГ, ЗГИ. военизированные слулбы АВ Молдавии, Грузии, Узбекистана. Днепропетровская отдельная военизированная часть.
3 последние годы основное внимание исследователей было направлено на изучение облачных ресурсов в различных регионах о целью определения ншбодее перспективных из них для организации работ по искусственному увеличению осадков, получение новых данных о строении облаков и процессах облако- и осадкообразования с целью разработки рекомендаций по воздействию и уточнению критериев пригодности облаков к воздействию, а также на разработку методов планирования и оценки работ по искусственному увеличению осадков.
Выполненные обширные теоретические и экспериментальные исследования позволили в начале SO-к годов приступить к опытно-произзедствекным работам по искусственному увеличению осад -ков из зимних слоистообразных облаков и' конвективных облаков летнего и переходных сезонов гола на площади более 3.5 млн.га з
- 4 -районах с недостаточным естественным увлажнением, в том числе на Украине на площади 500 тыс. га. в Грузии - 300 тыс. та, Узбекистане - 100 тыс. га. Молдавии - 200 тыс. га. России - 2500 тыс. гз
3 настоящее время з котре насчитывается несколько десятков научно-исслевовательских и оперативных проектов по искусственному регулированию осадков, проводимых в различных странах мира - Австралии, США. Канаде, Израиле. Италии. Индии. Китае. - чтс свидетельствует о значительном интересе к проблеме и ее практической значимости.
Анализ проектов по ИУО показывает, что в работах по активному воздействию имеется ряд нерешенных проблем, относящихся к ііланишваніго экспериментов, статистической оценке их оезудь-тагов, а также к выбору ситуаций, благоприятных для воздействия
Рассмотренные вопросы иллюстрируют то положение, что сущест' зуют многие факторы, действие которых до настоящего времени вс еще не ясно и, тем не менее, они влияют как на сам эффект воздей ствия, так и на оценку его величины. Главная трудность заключает ся в том, что осадки подвержены вначительным естественным про странственно-временным колебаниям и задача оценки эффекта воздей отвия сводится к выделению малых Еоемущений на фоне значительны естественных вариаций. Кроме того, все исследования з области ак тивных воздействий носят региональный характер и дальнейший успе з решении этой проблемы будет зависеть от того, насколько полныь будут наши знания процессов облога- и осадкообразования в раг личных регионах мира.
Решение этих проблем, разработка методов искусственного р« гудирования осадков на значительных территориях (более S шп га), а также результаты научно-производственных работ по ИРО і Северном Кавказе, начатых в 1986 году, являются темой диооертаці
цель работы
Целью работы является получение и обобщение зкспериментал ных данных об облачности, пригодной для искусственного увеличен осадков, изучение эволюции облаков при естественном развитии после воздействия на них кристаллизующими реагентами.
Зля достижения этой цели были поставлены и решены следуют задачи:
- статистический анализ данных о режиме осадков опытны*
контрольных территорий в годы проведения работ по ИУО и за полу-іековой период до них;
создание комплекса оборудования самалетов-метеолаборато-зий, включающего средства измерения термодинамических и микрофи-їичєских параметров облаков, а также средства активного вогдейс-свия;
разработка технологии воздействия на облака различных Титов с целью ИУО на больших территориях;
проведение натурных экспериментов по измерению параметров конвективных облаков при естественном развитии и после воздействия кристаллизующими реагентами:
разработка методов оценки физической и экономической эффективности работ по JIPQ на Северном Кавказе.
Научная новизна работы
В диссертации впервые получены следующие научные результаты:
-
Временное распределение типов облачности, определяющих выпадение конвективных осадков на Северном Кавказе.
-
На основе статистического анализа данных о вековом ходе конвективных осадков на Северном Кавказе установлены пространственно-временные (сезонные) колебания конвективных осадков., определена их цикличность.
-
Разработаны технология, технические средства воздействия и контроля результатов работ по искусственному увеличению осадков. Определены критерии пригодности облаков для воздействия с целью ИУО. Дана классификация облачности как объекта воздействия.
-
Проведен комплексный анализ характеристик облаков и осадков при естественном развитии и после воздействия на них кристаллизующими реагентами.
-
Получены аналитические решения моделей развития конвекции, позволяющие оценить изменение высоты верхней границы облака, вызванное воздействием, и установить соответствующее уеєли -чение интенсивности осадков. На основании расчетов впервые введено понятие критической водности, являющейся критерием устойчивости облака к активным воздействиям.
8. Предложены статистические методы оценки количества дополнительных осадков, полученных за счет активного воздействия на облачность.
7. Разработана физика-статистическая модель "урожай-осадки"
- 5 -для засушливых районов Северного Кавказа, позволившая рассчитать экономическую эффективность работ по ИУО.
Практическая ценность работы
Исследования, результаты которых вошли в диссертаціяо, были выполнены е соответствии с общегосударственными научно-техническими программами ГКНТ, планами НИР и ЦНТП Росгидромета (темы:III. 19.3., III.1.1., 111,1.3., III.5.1., " ЦНТП-5: 1.5.1.1., 1.5.1.3., 1.5.1.5., 1.5.1.7., 1.5.2.1.), предусматривающими разработку и внедрение б народное хозяйство методов активных воздействий- на гидрометеорологические процессы.
Под руководством автора и при его непосредственном участии соадан комплекс авиационных средств воздействия и измерения параметров облаков, а также радиолокационный автоматизированный комплекс для выбора объектов воздействия и контроля, результатов АВ.
Результаты исследований облачных' процессов и комплекс средств воздействия и контроля АВ используются о 198Q года для выполнения производственных работ по искусственному- увеличению осадков на Северном Кавказе (Ставропольский край, Ростовская область, Республика Калмыкия).
Оперативно-производственные работы по МУО проводятся с цельк интенсификации сельскохозяйственного производства., на посевной плошади 2,5 млн.. га зерновых. Средний ежегодный экономический эффект этих работ составляет приблизительно 200 тыс. тонн допол -нительного урожая зерновых культур.
На зашиту выносятся:
способы и технические средства активного воздействия длг ИУО на значительных территориях;
метод статистической оценки облачного потенциала и цикличности осадков опытных и контрольных территории;
результаты научно-производственных работ по искусственном! регулированию осадков на Северном Кавказе; .
математические модели конвекции для выбора объектов воздействия и контроля результатов воздействия; .
физико-статистические методы оценки физической эффективности работ по ИУО;
статистические модели "урожай - осадки" для засушливы;
айонов Северного Кавказа;
- методы оценки экономической эффективности работ по ИУО.
Личный вклад автора
Автор является организатором и непосредственным участником іаучно-производственных работ по искусственному увеличению осадив на Северном Кавказе.
3 диссертацию вошли результаты исследований, полученные автором лично или под его научным руководством за весь период с 1986 года. Автором лично проведен анализ и интерпретация всех результатов, вошедших в диссертационную работу, получены физические 5ыводы и дано их обоснование для практического применения.
Апробация работы
Основное содержание работы докладывалось ка семинарах и итоговых сессиях Ученого совета ВГЙ. нз проблемных советах Росгидромета, всесоюзных семинарах по физике облаков и активным воздействиям нз них (Нальчик* 1987, 1989, 1991 гг.), на III Всесоюзном симпозиуме по математическому- моделированию атмосферной конвекции и искусственных воздействий нз конвективные облака (Нальчик, 1990 г.), на Ме.ждународном совещании экспертов ВМО (Нальчик, 1934 г.), на Международном симпозиуме по взаимосвязи региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере (Тбилиси, 1988 г.), на всесоюзных семинарах по планированию и оценке работ по активным воздействиям (Тбилиси, 1986 г., Ставрополь, 19SQ г.), на VI Международной конференции BMD по модификации погоды (Пеотум, Италия, 1994 г.), на XII Международной конференции по облакам и осадкам (Цюрих, Швейцария, 1996 г.).
Структура и объем диссертации
