Введение к работе
Актуальность работы
Совершенствование имеющихся и поиск новых путей активного воздействия на облака и туманы, разработка методологии, методических подходов. и рекомендаций по применению разрабатываемых методов и средств модификации облачных сред была и остается важной задачей гидрометеорологии.
В России и за рубежом большое внимание уделяется созданию новых методов и средств воздействия на облачные системы, и крайне мало работ, посвященных разработке научно-обоснованных рекомендаций по их применению в интересах различных потребителей, в том числе для решения прикладных задач. В этой связи большое количество разрабатываемых методов и средств воздействия на гидрометеорологические процессы не находят практического применения.
Актуальность исследований определяется практической необходимостью совершенствования и разработки научно-обоснованных рекомендаций по применению методов и средств активных воздействий (АВ) на слоистообразную облачность для решения народно-хозяйственных, в том числе важнейших прикладных задач.
К настоящему времени в нашей стране и за рубежом выполнено большое количество теоретических и экспериментальных работ в области воздействия на гидрометеорологические и другие геофизические процессы и явления. К " разрабатываемым и исследуемым методам воздействия следует отнести: рассеяние переохлажденных и теплых облачных сред; регулирование осадков, в том числе из теплых конвективных облаков; создание искусственных облаков и туманов для управления погодой; защита растений от градобитий и заморозков и т.д.- Вместе с тем можно отметить, что на современном этапе наиболее существенные результаты, применяемые в том числе и на практике, получены в области воздействия на облака и туманы, главным образом, переохлажденные.
В России и бывшем Советском Союзе наиболее важные и значимые работы в
области модификации облаков и туманов были проводились и проводятся в таких -
организациях как: Главная геофизическая обсерватория имени А. И. Воейкова,
Центральная аэрологическая обсерватория, Институт экспериментальной
метеорологии (ныне НПО «Тайфун»), Высокогорный геофизический институт,
Украинский научно-исследовательский гидрометеорологический институт,
Среднеазиатский научно-исследовательский гидрометеорологический институт,
Закавказский научно-исследовательский гидрометеорологический институт,
Казахский научно-исследовательский гидрометеорологический институт. Среди
учёных, внесших весомый вклад в развитие теоретических основ воздействия на
облака и туманы, разработку химических и технических средств модификации
атмосферных процессов и явлений, следует назвать Фёдорова Е.К., Залиханова
М.Ч., Шишкина Н.С., Качурина Л.Г., Седунова Н.С., Серегина Ю.А., Плауде Н.О.,
Гайворонского И.И., Прихотько Г.Ф., Леонова М.П., Абшаева М.Т., Половина
И.П., Корниенко Е.Е., Левина Л.Н., Вульфсона Н.И. и др. Из зарубежных учёных,
достигших больших успехов в этом направлении, следует особо выделить:
Венегера (Wegener А.), Бержерона (Bergeron Т.), Финдайзена( Findeisen W.),
Воннегата (Vonnegut В.), Шеффера (Schaefer V.J.), Мейсона (Mason B.J.), Дениса (
Dennis V) и др. .-.-..';
Выполненный в работе анализ исследований отечественных и зарубежных авторов по проблеме модификации облаков и туманов показал, что к настоящему времени в этой области получены следующие основные результаты:
-
Разработаны физические основы и методы АВ на облака и тумак главным образом, переохлаждённых.
-
Получены критерии пригодности переохлаждённых слоистообразных конвективных облаков для АВ с целью вызывания (интенсификаци осадков и рассеяния (разрушения) облаков.
-
Разработаны реагенты для воздействия на переохлажденные и теплі облака и тумана и технические средства для их применения.
-
Выполнены количественные оценки пригодности переохлаждёнш слоистообразных облаков к АВ с целью вызывания (интенсификаци осадков и рассеяния облаков над рядом районов Украины, Средней Ази Арктики, Крыма, Северного Кавказа, Поволжья и др..
В то же время недостаточно освещенными остаются вопросы, связанные разработкой рекомендаций по применению методов и средств АВ на облака туманы, особенно в горной местности, для обеспечения выполнения прикладні задач.
Цель работы и направления исследований.
Целью настоящей диссертационной работы является повышение качест метеорологического обеспечения отраслей экономики на основе разработі методического подхода и научно-обоснованных рекомендаций по АВ і слоистообразную облачность для решения народно-хозяйственных и прикладнь задач в различных географических районах страны с учетом климатических метеорологических особенностей в регионах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующі основные задачи:
-
Оценить влияние облаков и туманов на народно-хозяйственные объект и деятельность человека в различных отраслях экономики.
-
Выполнить системный анализ в области разработки методов и среде АВ на облака и туманы в России и за рубежом.
-
Провести физико-статистический анализ слоистообразной облачное применительно к различным физико-географическим условиям России сопредельных с ней государств, применительно к проблеме 1 модификации.
-
Оценить повторяемость тёплых и переохлаждённых слоистообразнь облаков применительно к различным физико-географическим условш России и сопредельных с ней государств.
-
Оценить пригодность к рассеянию переохлаждённой слоистообразш облачности над различными географическими районами России сопредельных с ней государств.
-
Разработать рекомендации по использованию методов и средств АВ і переохлаждённую слоистообразную облачность и туманы в целях і рассеяния или создания зон просветления.
В качестве объекта исследования в работе выбрана слоистообразн; облачность (слоистые, слоисто-кучевые облака, наблюдающиеся над северными северо-западными районами Северо-западного региона и дальневосточны\ районами России самостоятельно и в сочетании с высоко-кучевой облачностьк так как она является наиболее часто встречающейся формой облачности ні рассматриваемыми в диссертации районами и оказывающей серьезное влияние і многие сферы и отрасли деятельности человека.
Предметом исследования являются:
характеристики слоистообразной облачности;
методы и средства модификации слоистообразной облачности с целью её рассеяния или усиления в интересах различных потребителей.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
разработаны справочные физико-статистические модели слоистообразной облачности применительно к проблеме её рассеяния или усиления для решения важных народно-хозяйственных задач;
разработаны методические рекомендации к проведению АВ рассеяния переохлажденной слоистообразной облачности для решения прикладных задач в интересах МЧС, применения авиации и др.;
разработан метод определения водозапаса слоистообразной облачности без непосредственных измерений водности в облаках применительно к проблеме ее модификации с целью рассеяния;
на основе полученной в результате обработки материалов самолетного зондирования атмосферы ТАЭ-7,7м над выбранными в работе пунктами базы данных о температуре и мощности облачности разработан методический подход к выбору реагентов для АВ на слоистообразную облачность в интересах различных потребителей
Теоретическая значимость полученных результатов состоит в дальнейшем развитии основ теории метеорологического обеспечения работ по воздействию на облака в различных физико-географических условиях.
Научная и практическая значимость работы.
Научная значимость исследований заключается в развитии и создании научно-методических основ гидрометеорологического обеспечения различных мероприятий, для которых мешающим фактором является облачность (воздушные, наземные и водные перевозки, спасательные и антитеррористические операции и др.) в части повышения качества и расширения их возможностей за счёт применения средств АВ на облачности с целью ее рассеяния или усиления.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:
полученные в работе статистические данные о характеристиках слоистообразной облачности (расслоённость, фазовая структура, температурные и геометрические характеристики облачности) могут быть использованы для уточнения моделей облачной атмосферы над выбранными районами;
полученные в работе количественные оценки пригодности к рассеянию или усилению слоистообразной облачности позволяют без предварительного проведения натурных экспериментов оценить целесообразность и необходимость проведения работ по воздействию на слоистую облачность в конкретных физико-географических условиях;
разработанная в диссертации методика рассеяния или создания зон просветления в переохлажденной слоистообразной облачности может быть использована для решения широкого круга прикладных задач (например, проведение поисково-спасательных работ, десантирование аварийных групп и техники, эвакуация населения и др.).
Методы исследования: в работе использованы методы теории вероятности математической статистики, теории эффективности целенаправленных процессе физики атмосферы и метеорологии.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной рабо результатов исследований обусловлены аргументированностью исходне положений, логической непротиворечивостью рассуждений, а также корректнь использованием современного математического аппарата и подтверждают согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с большинстве результатов других авторов, фундаментальными теоретическими положениями накопленным эмпирическим материалом
Результаты исследований реализованы в:
Главной геофизической обсерватории имени А.И. Воейкова п| разработке и обосновании «Перспективного плана работ ГГО им. А.] Воейкова по модификации облачности на период 2009-2012 годы»;
НПО «Тайфун» при разработке реагентов и технических средств АВ і облака и туманы;
учебном процессе Казанского высшего артиллерийского командно училища (военного института) имени маршала артиллерии М.1 Чистякова при чтении курсантам училища дисциплины «Экология».
Высокогорном геофизическом институте при разработке и обоснован! «Перспективного плана работ ВГИ по модификации облачности на перш 2010-2012 гг.».
На защиту выносятся:
-
Физико-статистические модели слоистообразной облачности.
-
Оценки пригодности слоистообразной облачности к АВ с цель рассеяния или усиления.
-
Методика модификации переохлажденной слоистообразной облачности целью рассеяния или усиления в интересах метеорологическо обеспечения специальных, антитеррористических, спасательных и д операций.
-
Рекомендации по практическому применению методов и средств АВ і переохлажденную слоистообразную облачность для решения народи хозяйственных и прикладных задач.
Личный вклад автора
Диссертационная работа является логическим продолжением исследовани выполненных сотрудниками ГГО им. А.И. Воейково, ЦАО, НПО « Тайфун», ВП Укр.НИГМИ и др. в области физики облаков и связанных с получение статистических характеристик слоистообразной облачности применительно проблеме её модификации в конкретных физико-географических районах интересах решения прикладных задач.. Соискатель убедительно показ; возможность и целесообразность использования для проведения такого ро, исследований материалов сетевого самолетного зондирования атмосферы ТА' 7,7м.
Личный вклад автора состоит в разработке физико-статистических моделі слоистообразной облачности (расслоённость, фазовая структура, температурные геометрические характеристики и др.) над выбранными в диссертации пунктаи зондирования, а также в создании методических рекомендаций по рассеяни
переохлажденной слоистообразной облачности, основанных на полученной в диссертации базе данных метеоэлементов для выбранных в настоящей работе физико-географических районов. Соискателем разработан методический подход к физико-статистическому математическому обеспечению обработки и анализа данных о слоистообразной облачности, выполнена обработка материалов самолетного зондирования атмосферы и создана база данных измерений. Приведены научно - обоснованные рекомендации по применению методов и средств модификации переохлаждённых слоистообразных облаков для решения прикладных задач.
Под научным руководством к.ф.-м.н. Иванова В.Н. соискателем были разработаны инженерные методы оценки и интерпретации данных о слоистообразной облачности, выполнены расчеты пригодности слоистообразной облачности к АВ с целью рассеяния.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 6— Международной конференции "Естественные и антропогенные аэрозоли", (г. Санкт-Петербург, 7-10 октября 2008 года); XIX-XXII Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях (Казань, май 2007 - май 2010 гг.); III Военно-научной конференции Космических войск (г. Санкт-Петербург, 23-24 января 2007 г.); Межрегиональном научном семинаре "Экология и космос" (г. Санкт-Петербург, февраль 2010 года); 7-ой Международной конференции «Естественные и антропогенные аэрозоли-2010» (г. Санкт- Петербург, 28 сентября-1 октября 2010 года);семинарах НПО « Тайфун» и ВГИ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 29 печатных работ, из них 3 патента на изобретения.
Исследования, выполненные автором, явились составной частью научно-
исследовательских работ по темам: «Разработка комплексного метода
регулирования атмосферных осадков с использованием реагентов
гигроскопического и кристаллизующего действия» Плана НИОКР Росгидромета»,
«Разработка и исследование методов активного воздействия порошкообразными
гигроскопическими реагентами на конвективные облака с целью увеличения
осадков с использованием УСУ «Комплекс модельных установок для
исследования геофизических процессов» (сокращенное наименование: «Аэрозольный корпус») в рамках Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».
Объём и структура работы. Структурно диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, содержащего 212 источников, и приложения. Общий объём работы составляет 193 страницы, в том числе 38 рисунков и графиков, а также 24 таблицы.
