авиационный способ воздействия на облачные процессы

Формула изобретения

Авиационный способ воздействия на облачные процессы, включающий изменение фазового состава облачных частиц путем введения в облако кристаллизующего реагента, отличающийся тем, что в качестве кристаллизующего реагента используют готовые ледяные кристаллы размером больше критического ˜1 мкм с расходом не менее 10 ¹³ на километр полета самолета по линии засева.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано при модификации погоды путем активного воздействия на облачные процессы.

Атмосферные осадки средних широт образуются через ледяную фазу. Поэтому регулирование их количества чаще всего производят изменением фазового состава облачных частиц путем введения в облако кристаллизующего реагента [Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 450 с.]. Реагент вводят в облако с помощью наземных генераторов, артиллерийских снарядов, ракет или самолетных генераторов аэрозоля. Для выполнения требований компактности носителя, доставляющего реагент в облако, и возможности засева большого объема облака добиваются получения высокодисперсных частиц реагента.

Размеры генерируемых аэрозольных частиц 5·10 ^-3-3·10^-1 мкм. Из 1 г реагента получают 10¹¹-10¹⁴ частиц, способных осаждать на своей поверхности молекулы водяного пара и строить из них ледяной кристалл. Насыщающее давление водяного пара надо льдом ниже, чем над водой. Поэтому ледяные частицы растут быстрее водяных капель. Достигнув за счет осаждения водяного пара размера 30-50 мкм, они начинают выпадать из восходящего потока облака и растут далее быстрее уже за счет коагуляции - столкновения с более мелкими облачными каплями, движущимися навстречу вместе с восходящим потоком. Столкновение частиц разного фазового состава приводит к образованию осадков, которые выпадают из облака. Земли осадки достигают в виде снега или крупы, а если успеют растаять во время падения, то в виде дождя.

Таким образом, введение в облако кристаллизующего реагента приводит к интенсификации образования осадков в облаке.

Подавление активности облака достигают с помощью тех же физических принципов. Различие заключается лишь в дозировке вводимого реагента, времени и месте его введения.

Известен авиационный способ воздействия на облачные процессы [Активные воздействия на атмосферные процессы. Сборник рефератов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. Часть I. - 248 с., и Часть II. - 399 с.], заключающийся в модификации фазового и дисперсного состава облачных частиц диспергированием в облачной среде кристаллизующих реагентов, например AgJ, путем сжигания пиротехнического состава пиропатронов (ПВ-26, ПВ-50), или в самолетном аэрозольном генераторе (САГ).

Недостатками известного способа воздействия являются:

- температурный порог льдообразования составляет -6...-10°С, что вынуждает проводить воздействие только на высоко расположенные облака (имеющих температуру ниже пороговой), тогда как наибольшее количество воды находится в более теплой, ниже расположенной части облаков.

- большая концентрация частиц вводимого реагента приводит к их взаимной коагуляции сразу после генерирования аэрозоля.

- многие частицы реагента имеют размеры меньше критического. Поэтому образовавшиеся на них ледяные кристаллы тут же испаряются, снижая эффективность осадкообразования.

- затягивается достижение эффекта воздействия вследствие медленного роста ледяных кристаллов за счет осаждения водяного пара.

Известен авиационный способ воздействия на облачные процессы [Никандров В.Я. Искусственные воздействия на облака и туманы - Л. Гидрометеоиздат, 1959. - 191 с.], заключающийся во введении в облако твердых или жидких частиц хладореагентов: сухого льда (твердой углекислоты), жидкого азота, пропана и др. Они, во время падения в облаке, производят локальное охлаждение прилегающих частиц облачной среды. Там образуется локальное пересыщение водяного пара и происходит как спонтанное образование ледяных кристаллов, так и гетерогенное зарождение кристаллов на частицах атмосферного аэрозоля, оказавшихся в этой локальной области. Необходимое количество генерируемых кристаллов не менее 10¹³ км ^-1. Частицы осадков образуются тем же путем, как описано выше.

Недостатками известного способа воздействия на облачные процессы являются:

- зависимость количества образующихся ледяных кристаллов от размеров вводимых частиц хладореагентов.

- отсутствие зародыша в спонтанно образовавшемся ледяном кристалле. При снятии локального охлаждения и пересыщения мелкие ледяные частицы, не достигшие критического размера (˜0,1 мкм при температуре вблизи 0°С), испаряются.

- количество гетерогенно зародившихся кристаллов зависит от случайной концентрации и размеров (то и другое в облаке незначительны) частиц аэрозоля, оказавшихся в области локального действия частиц хладореагента.

- затягивается достижение эффекта воздействия вследствие медленного роста ледяных кристаллов за счет осаждения водяного пара.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ воздействия на облачные процессы, заключающийся во введении в облако воздуха, охлажденного путем его продувания через пористую среду хладореагента - сухого льда. Охлажденный воздух действует так же, как и сам хладореагент, но струя холодного воздуха однородна на всем протяжении воздействия. Производительность такого генератора может составить 10¹⁴ мин^-1 при температуре облачной среды - 5°С [Баханов В.П., Манжара А.А. Генерация ледяных кристаллов пористым слоем твердой углекислоты. Труды УкрНИИ, 1976. Вып.144. - с.33-44. - Прототип.]

Недостатки известного способа воздействия:

- для генерации ледяных кристаллов при температуре облачной среды -1°С сверхкритические кристаллы генерируются только при толщине слоя хладореагента не менее 30-40 см, что затрудняет использование набегающего потока воздуха вследствие его значительного торможения.

- размеры ледяных кристаллов на выходе из генератора составляют десятые доли микрометра, что приводит к испарению части ледяных кристаллов.

- затягивается достижение эффекта воздействия вследствие длительного роста ледяных кристаллов за счет осаждения водяного пара.

Технический результат воздействия достигается тем, что в известном способе воздействия на облачные процессы, заключающемся в изменении фазового состава облачных частиц путем введения в облако кристаллизующего реагента, в облачную среду вводят готовые ледяные кристаллы размером больше критического (˜0,1 мкм), и расходом не менее 10¹³ на километр полета самолета по линии засева.

Пример реализации заявляемого способа. Набегающий на самолет воздушный поток охлаждают путем пропускания его через охлаждаемый холодильником или хладоагентом змеевик. В змеевике производят смешивание охлажденного воздушного потока с готовыми ледяными кристаллами или аэрозольными частицами (твердыми или жидкими), на которых лед образуется уже в потоке (при необходимости производят дополнительное увлажнение аэрозольных частиц). Далее воздушный поток вместе с ледяными кристаллами выводят в облачную среду.

Набегающий поток имеет температуру и влажность окружающей среды на уровне воздействия. Поэтому энергетические затраты на дополнительное охлаждение и увлажнение незначительны.

В качестве аэрозольных частиц используют порошкообразные частицы цемента, гипса, мела, удобрений, отходов обогатительных фабрик или металлургических производств и др. Возможно также использование капель воды и жидких растворов различных веществ, оказывающих специфическое влияние на облачную среду (электрический заряд, скорость роста и испарения облачных капель и др.). Например, частицы цемента имеют спектр размеров от единиц до 50-80 мкм, что совпадает со спектром размеров частиц развивающегося конвективного облака.

Для быстрого изменения фазового состояния облака необходимо вводить не менее 10¹³ ледяных кристаллов на 1 км полета самолета в облачной среде.

Техническим результатом от использования заявляемого способа является:

- повышение эффективности воздействия за счет обработки большей толщины облаков, существующих при отрицательных температурах, вплоть до 0°С;

- ускорение процесса модификации микроструктуры облака и сокращение времени достижения эффекта воздействия;

- исключение стадии образования зародыша кристалла критического размера в облаке;

- сокращение времени сублимационного роста кристаллов до стадии коагуляционного роста;

- исключение процесса испарения введенных в облако ледяных кристаллов.

Значительная масса введенных кристаллов сразу растет не только за счет сублимационного механизма, но и за счет гравитационной коагуляции, существенно ускоряя достижение эффекта воздействия, что очень важно при работе с конвективными облаками.

Возможность регулирования концентрации вводимых кристаллов позволяет заранее планировать количество реагента, вводимого в ту или другую часть облака для достижения нужного эффекта воздействия.