Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Условия развития облачных образований антропогенного происхождения в пограничном слое атмосферы

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На рис. В2 представлено схематически взаимодействие сотрудников Воронежского ВВАИУ при выполнении хоздоговорных НИР «Привес-2», «Привес-3» и «Чародейка». В Российском ГГМУ диссертация заканчивалась. С остальными организациями сотрудничество было самым различным: от выполнения совместных НИР (НИФХИ им. Л. Я. Карпова, в/ч 33 872, в/ч 27 177, ГАМЦ в/ч 75 354) до предоставления базы для проведения… Читать ещё >

Условия развития облачных образований антропогенного происхождения в пограничном слое атмосферы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • СПИСОК АББРЕВЕАТУР.&bdquo
  • 1. ОБЛАЧНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ АНТРОПОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
    • 1. 1. Виды антропогенных облачных образований
    • 1. 2. Физике — метеорологические условия развития неконвективной облачности и туманов антропогенного происхождения и возможности регулирования их эволюци
    • 1. 3. Возможности регулирования развития антропогенных облачных образований и существующие способы создания искусственных
  • 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ, БЛАГОПРИЯТСТВУЮЩИХ РАЗВИТИЮ АНТРОПОГЕННЫХ ОБЛАЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
    • 2. 1. Общие положения
    • 2. 2. Анализ климатических характеристик задерживающих слоев над Россией и ближнем зарубежье по календарным сезонам
    • 2. 3. Анализ повторяемости задерживающих слоев в различных частях барических образований над ЕТР
    • 2. 4. Анализ климатических характеристик задерживающих слоев в районах проведения натурных экспериментов
    • 2. 5. Анализ климатического распределения относительной влажности в пограничном слое атмосферы по календарным сезонам
    • 2. 6. Классификация аэрометеорологических условий по вероятности возникновения антропогенных облачных образований
  • 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И
  • АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОБЛАЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НАД МОРЯМИ
    • 3. 1. Аэрогидродинамическое моделирование
    • 3. 2. Гидродинамическое моделирование
    • 3. 3. Сравнение условий возникновения антропогенных облачных полос за морскими судами и орографических за островами
  • 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО СОЗДАНИЮ ИСКУССТВЕННЫХ ОБЛАЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ НАД МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ.,
    • 4. 1. Общие положения
    • 4. 2. Анализ условий и результаты натурных экспериментов над Балтийским морем
    • 4. 3. Анализ условий и результаты проведения натурных экспериментов над Черным морем
    • 4. 4. Обобщение результатов натурных экспериментов над Балтийским и
  • Черным морями
    • 4. 5. Анализ условий и результатов проведения натурных экспериментов с использованием углеродисто-волокнистых материалов на берегу Черного моря и в прибрежной зоне
    • 4. 6. Сравнительный анализ результатов натурных и лаббр^ки* г> * экспериментов

С каждым годом возрастает экологическая нагрузка на окружающую природную среду, в том числе и на атмосферу. Это объясняется тем, что все увеличивающееся могущество человека над природой и последствия его активной хозяйственной деятельности вызывают отрицательные побочные эффекты. Суммарное накопление антропогенных выбросов ставит под сомнение возможность выживания человечества как биологического вида /1/.

Известно, что большая часть жизнедеятельности человека протекает в пограничном слое атмосферы, куда выбрасывается громадное количество углекислого газа и водяного пара, выделяемых при сгорании различных видов топлива. В результате ученые опасаются потепления климата со всеми возникающими отрицательными последствиями за счет «парникового» эффекта (например, таяние ледников) /2, 3, 4/. Высказывается и другая точка зрения — о возможности похолодания климата /5/. Многочисленное моделирование будущего климата дает противоречивые результаты (от похолодания до потепления). Все это говорит о том, что необходимо разрабатывать способы активного воздействия на атмосферу с целью управления погодой и климатом, хотя бы в оперативном плане /6/.

Подобного рода способы и методы только начинают создаваться /8, 9/, в то время как вопросы перераспределения осадков, предотвращения градобитий и рассеивания туманов и облаков за последние 30 — 40 лет изучены теоретически и многие их них доведены до практической реализации III.

Известно, что облака и туманы изменяют термогигрометрические /10, 11, 12, 13, 14/, оптические и радиоэлектронные /15, 16, 17, 18/ свойства атмосферы. Поэтому преднамеренное создание искусственных облаков и туманов в атмосферном пограничном слое может позволить «подрегулировать» термический режим, что является актуальным для ряда отраслей народного хозяйства, а ухудшение оптических и радиоэлектронных свойств актуально для обороны страны /19/.

Е. П. Борисенков указывал, что только создание облаков верхнего и среднего ярусов изменяет температуру приземного воздуха на 5 °К/сутки /5, 10, 8/. Так, в сельском хозяйстве это может предотвратить заморозки и вымерзание посевов, а также гибель растений при засухах /20/. В курортологии это может оказаться полезным для уменьшения притока солнечной радиации. Создание облачности над водной поверхностью при длительной безоблачной погоде может уменьшить испарение с нее.

В интересах обороны страны искусственно созданные поля облачности и туманов возможно использовать для проведения различных маскировочных мероприятий с целью создания помех для авиаи космической разведок противника /15, 21, 22/, а также, как мощное средство противодействия системам наблюдения противника при применении высокоточного оружия. Неслучайно, что наиболее активно в этой области военно — прикладные метеорологические исследования выполнялись в период разработки стратегической оборонной инициативы (СОИ) в МО США (Кембриджский НИЦ ВВС) и, как противодействие воздушным системам наблюдения США, в нашей стране.

Таким образом, проблема создания ИОО имеет важное как практическое, так и теоретическое значение. Исследования в этой области позволили углубить наши знания по физике процессов образования облаков и туманов, как естественного происхождения, так и для создания искусственных. Из всего комплекса этих обширных проблем в данной работе рассматривается лишь малая ее часть, относящаяся к пограничному слою атмосферы (АПС) при расположении его над водной поверхностью.

С этой целью всесторонне исследуется влияние аэрогидрометеорологических условий, синоптической обстановки и аэродинамических особенностей обтекания надводных кораблей с симметричными палубными надстройками на успешность создания ИОО над морем.

Ранее большинство исследователей многих стран сосредоточивало свои усилия на решении задач противоположного направления, а именно, перераспределения осадков из облаков в интересах сельского хозяйства 17, 23, 6/, предотвращения градобитий /27, 71, рассеивания туманов и низких облаков /24, 25, 7, 26/ для повышения безопасности и регулярности движения различных видов транспорта. В РФ эти вопросы исследовались такими организациями, как ААНИИ, ГГО им. А. И. Воейкова, ИЭМ, РГГМУ, ЦАО, ГосНИИ ГА, РосГМЦ и др. Из ближнего зарубежья следует в первую очередь отметить ГГИ (Грузия) и УкрНИГМИ.

Разработкой вопросов создания облаков и туманов занимались ГГО им. А. И. Воейкова, ИЭМ, РГГМУ, ЦАО, ВИКИ им. А. Ф. Можайского и некоторые другие. Из ученых следует назвать в первую очередь В. А. Зайцева и А. А. Ледоховича, которые в 1970;х годах получили патент на способ создания облаков верхнего и среднего ярусов с приоритетом от 26.06.66 /8/. Из иностранных учреждений, достигших наибольшего успеха, можно отметить Кембриджский НИЦ ВВС США, Лос-Аламскую лабораторию и др.

Хотя физика процессов рассеивания и создания облаков имеет много общего, однако, на наш взгляд, их целесообразно подразделить и вопросы создания выделить в отдельную проблему. Это можно объяснить, например, тем, что для рассеивания необходимо нарушить коллоидальную устойчивость дисперсных систем /28, 29/, а в случае создания — ее сформировать и поддерживать /30, 6/ или перевести из неустойчивого (метастабильного) /7, 13/ в устойчивое.

В настоящее время много внимания уделяется охране окружающей среды /31, 32, 33, 34, 3/. В этом плане активные воздействия на атмосферу противопоказанны и даже запрещены. Однако, следует различать стратегические (фундаментальные) воздействия планетарного масштаба, которые могут привести к далеко идущим, в том числе и неожиданным побочным эффектам, и оперативное управление погодой тактического характера. Последние, во-первых, имеют локальный характер, а, во-вторых, их цель «подправить» условия погоды в данный момент и в данном районе в необходимом направлении для решения конкретных задач. Эти воздействия могут быть прекращены в любой момент при появлении нежелательных последствий.

Наоборот, фундаментальные воздействия требуют больших затрат как на их проведение, так и на ликвидацию нежелательных побочных эффектов, если они проявились (например, интенсивное экологическое загрязнение Финского залива после строительства дамбы для защиты Санкт-Петербурга от наводнений).

В нашей стране с самого начала проведения работ по созданию ИОО деятельное участие принимало Воронежское ВВАИУ, которое тесно сотрудничало с НИФХИ им. Л. Я. Карпова, выполнявшего работы в соответствии с постановлением СМ СССР по ВПК. Комплексные НИР в ВВВАИУ проводились под руководством доктора географических наук Г. И. Мазурова. Автор данной диссертации принимал личное активное участие в гидрометеорологическом и климатологическом обеспечении натурных экспериментов по созданию ИОО в районе Балтийска и Севастополя, а также в проведении аэрогидродинамических лабораторных экспериментах /35/ и ряде теоретических исследований.

В данной работе рассматриваются в основном два крупных вопроса:

1. непреднамеренное возникновение антропогенных облаков над водной поверхностью под влиянием морских судов;

2. предотвращение возникновения антропогенных облачных образований или стимулирования их развития и возможности создания искусственных полей облачности и туманов.

Это достигается тем, что теоретически выявляются 7 аэрометеорологических условий возникновения, развития и эволюции облаков НФ и туманов. На большинство из них (на 5) в настоящее время технически возможно влиять в обоих направлениях, т. е. как создавать эти условия, так и ликвидировать их. Затем считается, что в атмосфере с помощью радио или акустического /36/ зондирования можно выявить слои воздуха, в которых не выполняются 1−2 таких условия и их необходимо создать искусственно, чтобы возникли ИОО. Наоборот, если наблюдаются все условия для возникновения антропогенных образований, то для исключения их возникновения следует ликвидировать 1−2 благоприятных условия. Кроме того выявляются аэросиноптические условия, также благоприятствующие возникновению и развитию названных образований. Далее исследуется климатическая повторяемость многих из этих условий и производится оценка влияния некоторых из них на эволюцию подобных образований.

Важной особенностью искусственной облачности, образующейся за кораблями над водной поверхностью, является то, что эти облачные образования могут развиваться не только при отрицательных температурах, но и при положительных до +32 °С /37/, в то время, как за самолетами и вертолетами — лишь при температурах ниже -30 /13/ и -15 °С /38−40/ соответственно.

На схеме (рис. В1) представлены возможные направления и основные этапы многостороннего исследования, которые необходимо выполнить для успешного создания ИОО и применения их в интересах народного хозяйства и обороны страны. Общее руководство этими работами осуществлял академик И. В. Петрянов-Соколов /41/, автограф которого с оценкой реферата автора представлен в приложении В1.

Левые две колонки представляют удел физико — химиков и конструкторов. Первым занимались сотрудники НИФХИ им. Л. Я. Карпова во главе с лауреатом Государственной премии проф. А. Г. Сутугиным1, вторым — представители ряда.

1 — премия присуждена в 1982 г. за прикладные работы в области образования аэрозолей. войсковых частей, задействованных в выполнении НИР по постановлению комиссии СМ по ВПК. Правые две — это поле деятельности геофизиков и аэрогидродинамиков. В разработке большинства этапов здесь принимал участие автор диссертации.

На рис. В2 представлено схематически взаимодействие сотрудников Воронежского ВВАИУ при выполнении хоздоговорных НИР «Привес-2», «Привес-3» и «Чародейка». В Российском ГГМУ диссертация заканчивалась. С остальными организациями сотрудничество было самым различным: от выполнения совместных НИР (НИФХИ им. Л. Я. Карпова, в/ч 33 872, в/ч 27 177, ГАМЦ в/ч 75 354) до предоставления базы для проведения лабораторных (ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, Киевского ВВИУ) и натурных (ВВМУ им. П. С. Нахимова, Балтийский и Черноморский флота) экспериментов и получения консультаций или аэрогидрометеорологической информации (от остальных). На рис. В2 организации, в сотрудничестве с которыми принимал участие лично автор диссертации, выделены темным фоном. По данной тематике, кроме научного руководителя доктора географических наук Г. И. Мазурова, активное участие принимал кандидат технических наук Ю. М. Кузнецов.

Позднее, с 1996 г. в РГГМУ (бывшем ЛГМИ), полученные результаты интерпретировали в интересах экономики и для решения задач природопользования. В этом направлении большую помощь оказали профессора.

A. С. Гаврилов, Л. Т. Матвеев, В. Г. Морачевский, Б. Д. Панин, доценты.

B. И. Акселевич, Б. М. Воробьев и другие, а также студенты и аспиранты РГГМУ.

В 1981 г. натурные эксперименты по созданию ИОО выполнялись над Балтийским морем в районе г. Балтийска, а в 1982;83 гг. — над Черным морем и его береговой зоне в районе г. Севастополя. Фото-, видеои кинорегистрацию результатов натурных экспериментов производили сотрудники Воронежского ВВАИУ с берегового измерительного комплекса (БИК), кораблей — измерителей типа КРХ и с самолетов. Этой группой руководил автор диссертации.

Гидрометеорологическое обеспечение проведения натурных экспериментов полностью осуществлялось сотрудниками экспедиционной группы Воронежского ВВАИУ. Непосредственное активное участие в этом принимал автор. Для сбора и обработки использовались все виды гидрометеорологической информации, получаемой с помощью привязного радиозонда до высоты 15 м, а над Черным морем до 90 м, включая данные соседних гидрометеорологических станций и пунктов радиозондирования атмосферы.

Натурные эксперименты сопровождались теоретическими исследованиями, как более экономичными и наукоемкими. Они проводились как до натурных экспериментов, так и параллельно с ними, а также после их окончания и целью более глубокого понятия физического смысла результатов и их научного обоснования.

Обработка климатических данных по характеристикам задерживающих слоев и некоторым другим метеорологическим параметрам над районами проведения натурных экспериментов и над всей РФ и ближнего зарубежья позволила получить информацию о применимости разработанных способов создания ИОО в климатическом плане.

Аэродинамические эксперименты выполнялись в аэродинамической трубе малых дозвуковых скоростей кафедры № 15 ВВИА им. проф. Н Е Жуковского и гидродинамические — в гидролотке Киевского ВВАИУ.

Теоретические исследования включали гидродинамическое моделирование аэродинамики модели аппарата — постановщиков (МС), изменение темогигрометрических характеристик подинверсионного слоя воздуха в формировании ПВХ создаваемых образований.

Кроме перечисленных организаций при проведении исследования сотрудничество осуществлялось с ААНИИ, отделом Авиационной метеорологии РосГМЦ, Высотным метеорологическим комплексом в Останкино, 453 ГМЦ г. Севастополя, ИЭМ, ГГО им. А. И. Воейкова, в/ч 27 177, ВВМУ им. П. С. Нахимова, ВВМИУ им. М. И. Фрунзе, ВИКУ им. А. Ф. Можайского, в/ч 52 676, в/ч75 354, Вольским НИЦ, Навигационно — гидрографическим НИИ МО РФ и др. (см. рис. В2.).

Значительное увлечение в работе исследованием вопросов аэродинамики МС объясняется ее тесной связью с метеорологией. На это указывал академик Б. Н. Юрьев еще в начале 1950;х гг. При этом он имел ввиду не только обтекание воздушным потоком мостов и высотных сооружений, но и другие проблемы. Как показано в данной работе, использование положений аэродинамики необходимо при изучении формирования облачных образований антропогенных, искусственных и орографических. Так, облачные полосы возникающие за самолетами и МС, образуются в аэродинамическом спутном следе /42/ и визуализируют за счет конденсации водяного пара траекторию их движения, а орографические — в горах /43, 44/ или за островами /45/ - воздушные потоки вблизи них.

Цель работы.

•исследование климатического распределения характеристик задерживающих слоев и относительной влажности по территории РФ и ближнего зарубежья применительно к развитию антропогенных облачных образований;

•исследование в лабораторных условиях аэродинамических особенностей морских судов, способствующих развитию антропогенных облачных образований;

•проверка полученных результатов в натурных экспериментах.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики, теории вероятности, климатологиипроведение нетрадиционных для гидрометеорологии экспериментов в лабораторных условиях с применением аэродинамической трубы и гидролоткаобработка, анализ, и сравнение результатов натурных экспериментови теоретических исследований.

Научная новизна. Выполненные исследования позволили получить существенно новые результаты по возникновению и эволюции антропогенных облачных образований в АПС над морем:

1. Выявлены благоприятные гидрометеорологические и аэросиноптические условия для существования АОО и выработаны рекомендации по воздействию на них с целью регулирования процессов искусственного облакои туманообразования.

2. Рассчитана повторяемость благоприятных аэрометеорологических условий в районах проведения натурных экспериментов и распределения характеристик задерживающих слоев и относительной влажности над РФ и ближнего зарубежья по сезонам года применительно к развитию антропогенных облачных образований по климатической информации.

3. Впервые исследованы возможности увеличения геометрических размеров и времени жизни ИОО за счет дальних аэродинамических полей МС. Для этого произведено аэродинамическое и гидрологическое моделирование аэродинамического обтекания моделей этих судов.

4. Впервые проведен сравнительный анализ результатов натурных экспериментов по созданию ИОО над морем и фактических данных по их непреднамеренному возникновению с результатами лабораторного моделирования.

5. Выполнен сравнительный анализ гидрометеорологических, аэродинамических условий и аэросиноптических положений возникновения облачных полос за морскими судами и орографических облаков за небольшими островами.

Достоверность и обоснованность результатов. Результаты теоретических и лабораторных исследований подтверждаются результатами натурных экспериментов по созданию ИОО. Аэродинамические особенности надводных кораблей, полученные при лабораторном моделировании, подтверждены в процессе постановки ИОО в реальных условиях. Теоретическое обоснование возникновения облачных полос за МС при температурах до +30 °С, подтверждена на практике температурой в +28 °С. Увеличения пространственных размеров и временной устойчивости ИОО за счет дальних аэродинамических полей подтверждена натурными экспериментами.

Обоснованность научных результатов подтверждается хорошим совпадением с естественным образованием антропогенной облачности, а также результатами экспериментов ряда авторов (Г. И. Мазуров, Ю. М. Кузнецов).

Личный вклад автора. Автор является основным исполнителем теоретических и лабораторных исследований условий образования, развития и создания антропогенных облачных образований. Был участником всех экспедиционных групп при проведении натурных экспериментов.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных и региональных научных конференциях и семинарах, а также Международных симпозиумах. В их числе: в Научно-исследовательском Физико-химическом институте им. Л. Я. Карпова в 1981;83 г. г., в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского в 1981 г., в ВВАИУ (г. Воронеж) в 1982 и 1983 г. г., на итоговых научных сессиях ученого Совета и РГГМУ в 1997 и 1998 г. г. (СПб), на международной конференции по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы в г. Нальчике в 1997 г.

По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Кроме того, результаты исследований вошли в 5 научных отчетов по темам хоздоговорных и заказных НИР, выполнявшихся в Воронежском ВВАИУ в период с 1981 по 1984 гг. Практически все НИР выполнены по заказным специальным темам.

Предметом защиты является решение задачи по определению условий образования и эволюции АОО в пограничном слое атмосферы над морем в различных физико-географических районах и внедрению способов создания ИОО с использованием морских судов в качестве аппаратов — постановщиков в диапазоне температур 0.+30 °С.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследования климатического распределения относительной влажности и характеристик инверсий в АПС над территорией РФ и ближнего зарубежья.

2. Возможность создания ИОО в погранслое атмосферы над морем в диапазоне температур 0.+30 °С с учетом реальных аэрогидрометеорологических условий и синоптической обстановки.

3. Результаты лабораторного моделирования аэродинамики модели надводного корабля и результаты аэродинамических особенностей МС, полученные в натурных экспериментах.

4. Результаты сравнительного анализа аэрогидрометеорологических условий развития антропогенных облачных полос за МС и орографических — за островами.

5. Увеличение ПВХ создаваемых искусственных образований за счет использования дальних аэродинамических полей морских судов.

Научно — практическая значимость работы. Основная практическая ценность работы заключается в исследовании климатических условий возникновения и эволюции АОО в АПС в различных физико-географических районах РФ и ближнего зарубежья. Полученные результаты позволяют расширить теоретические представления и взгляды на физико — метеорологические процессы искусственного облакои туманообразования на основе специального воздействия на атмосферу.

Результаты исследования различных гидрометеорологических условий позволяют определить и использовать непосредственно на практике наиболее благоприятные из этих условий для постановки облачных полей и создания туманов.

Структурная схема исследования процессов развития АОО.

Факторы, оказывающие влияние на процесс развития АОО.

Маскирующая способность.

М атематическое моделирование.

Расход и запас.

Начальные размеры облака.

Начальная температура облака.

Геофизические условия.

Тип климата.

Аэросиноптическая обстановка.

Гидрометеорологические условия.

Подстилающая поверхность.

Вода.

Суша.

Методы исследования.

Способы создания С неподвижно го аппарата С движущего аппарата.

С попутным ветром.

Со встречным ветром.

Физический эксперимент.

Сравнитель результатов г эный анализ экспериментов.

Методика создания ИОО.

Рис.В1.

Организации с которыми взаимодействовали сотрудники Воронежского ВВАИУ при выполнении НИР «Привес» и «Чародейка» Организации, с которыми автор сотрудничал, выделены темным фоном.).

2. Выводы, полученные при гидрои аэродинамическом моделировании, позволили выработать некоторые рекомендации по месту установки форсунок на корабле и режиму их работы с целью повышения эффективности создания ИОО. В том числе отключение форсунки на подветренном борту с целью экономии реагента.

3. Устойчивость ИОО в приводном слое зависит как от его стратификации, так и от скорости движения корабля — постановщика. Она меньше при создании ИОО кораблем в дрейфе и больше при скоростях в 25 и тем более 50 км/ч, особенно при движении строго против ветра. Это можно объяснить тем, что при создании ИОО в дрейфе более ярко проявляются термические свойства реагента и выхлопных газов. Если температура реагента в момент выпуска больше температуры окружающего воздуха, то под влиянием подъемной силы развивается конвекция и облако отрывается от ПП, тем более при неустойчивой стратификации АПС (приложение 4, рис. П4.22). Развитию облака вверх препятствуют задерживающие слои в виде инверсий или изотермий, а также слои атмосферы с менее выраженной устойчивостью (приложение 4, рис. П4.17). Наоборот, в случае неустойчивости приводного слоя, тем более при сильном ветре и повышенной турбулентности в них, создание ИОО неконвективных форм следует проводить на повышенных скоростях движения корабля-постановщика и строго против ветра. В этом случае аэродинамические эффекты могут на некоторое время перекрыть влияние неблагоприятных аэрометеорологических и гидрологических условий.

4. Возникающие при движении корабля вихри (подобные вихрям, выявленным в трубном эксперименте) создают циркуляцию по замкнутому контуру. Она противостоит естественной турбулентности атмосферы. Наведенная турбулентность способствует интенсивному перемешиванию воздуха. Это приводит к быстрому выравниванию температур дымовой смеси и окружающего воздуха, что способствует уменьшению архимедовых сил. Во всех случаях пуска дымов с движущегося корабля дымовое облако развивалось в приводном слое воздуха (нижняя его граница совпадала с водной поверхностью). Облако сохранялось до 25−30 мин.

5. Угол развития облака, а с учетом влияния факела выхлопных газов энергетической установки и скорости обтекания корабля составляет от 3 до 30 ° против 11 ° в трубном эксперименте и 7 ° при численном моделировании без палубных надстроек. Максимальная высота зоны возмущения в зависимости от стратификации атмосферы (наличие или отсутствие задерживающих слоев) находится в пределах 150 — 200 м, а ее протяженность до 2−3 км.

6. Сохранение вихревой зоны (зоны повышенной турбулентности) на значительном удалении от движущегося (особенно строго против ветра) авианесущего корабля следует учитывать как неблагоприятный фактор (искусственная ТЯН) при заходе на посадку летательных аппаратов на глиссаде снижения. Однако эта вихревая зона благоприятна для увеличения временной устойчивости ИОО НФ.

7. Натурные эксперименты в Севастополе показали целесообразность проведения лабораторных моделирований. Преимуществом их является простота, экономичность и возможность использования различных вариантов, выполнение которых в натурных экспериментах затруднительно, так как требует привлечения многих организаций и длительного ожидания необходимых погодных условий у моря.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результаты многолетнего исследования получены на основе проведения лабораторных и натурных экспериментов и обобщения теоретических положений, связанных с развитием облачности антропогенного происхождения в пограничном слое атмосферы. Основные положения, полученные при таоретических и лабораторных исследованиях были проверенны в натурных экспериментах по созданию искусственной облачности над морем с использованием надводных кораблей. Это позволило сделать ряд выводов и выработать некоторые практические рекомендации:

1. В настоящее время известно не менее 8 видов облачных образований антропогенного происхождения, которые оказывают влияние на погоду и климат.

2. Подобного вида образования возникают под влиянием побочного эффекта хозяйственной деятельности. В пограничном слое атмосферы их возникновению способствуют 7 аэрометеорологических условий. На 5 из них технически возможно воздействовать в двух диаметрально противоположных направлениях, а именно, ликвидировать эти условия с целью рассеивания или предотвращения возникновения этих образований, или наоборот, создания недостающих условий для стимулирования развития искусственных облачных образований в интересах сельского хозяйства или обороны страны. На два условия в настоящее время можно воздействовать только в одном направлении, а именно, в сторону рассеивания таких образований. Это касается возможности повышения температуры среды и усиления воздушных потоков.

3. В пограничном слое атмосферы необходимым аэрометеорологическим условием для возникновения антропогенных или создания искусственных облаков является наличие задерживающих слоев. Проведенный аэроклиматический анализ по территории РФ и ближнего зарубежья характеристик инверсий показал их высокую повторяемость в утренние часы (70−90% зимой и 60−80% летом). Из этого следует, что при увеличении из года в год промышленных выбросов в атмосферу вероятность возникновения антропогенных образований будет возрастать.

4. Одним из видов АОО являются аномальные облачные линии за надводными кораблями. В пассатных областях северного полушария над водной поверхностью они занимают до 4% (по оценке ученных США). Анализ фотоснимков с МИСЗ подстилающей поверхности позволил выявить, что облачные линии образуются не только при отрицательных, но и при температурах до +30 °С от пассатных до полярных широт.

5. С целью более глубокого анализа физико-метеорологических условий образования аномальных облачных линий нами было выполнено аэрогидродинамическое исследование аэродинамических особенностей обтекания воздушным потоком морских судов. Результаты лабораторного моделирования показали, что за движущимся МС с симметрично расположенными палубными надстройками возникает мощный аэродинамический спутный след, в котором наблюдается циркуляция по замкнутому контуру. Такая искусственно наведенная циркуляция и является одной из причин образования облачных полос антропогенного происхождения в случае метастабильного состояния пограничного слоя атмосферы.

6. Результаты лабораторных исследований аэродинамики модели корабля подтверждены в натурных экспериментах по созданию искусственной облачности над водной поверхностью.

7. Анализ аэрометеорологических условий возникновения и развития случаев образования орографических облачных полос за небольшими островами (диаметром < 50 км) и антропогенных за МС ипоказал их идентичность.

8. Результаты натурных экспериментов по созданию искусственной облачности над водной поверхностью подтвердили выводы, полученные при проведении теоретических исследований. Доказано на практике влияние стратификации атмосферы и аэродинамического спутного следа корабляпостановщика на пространственно — временные характеристики создаваемых образований.

9. Влияние таких характеристик атмосферы, как атмосферное давление, температуры воздуха и воды не установлено. Однако, тип атмосферной циркуляции (циклонический или антициклонический) наряду с термодинамической устойчивостью атмосферы оказывает существенное влияние на эволюцию ИОО. Устойчивая стратификация в АПС способствует увеличению, а неустойчиваяуменьшению пространственно — временных характеристик создаваемых образований. Влияние влажности воздуха на ПВХ подтвердить на практике не удалось из-за трудностей учета вовлекаемой влаги с поверхности моря в спутный аэродинамический след корабля.

Ю.Одним из важных факторов, способствующих возникновению АОО, является аэродинамический спутный след движущегося транспортного средства, в том числе МС. Он способствует увеличению значений ПВХ создаваемых образований и может перекрывать эффект термодинамической неустойчивости атмосферы.

11.С увеличением габаритных размеров, скорости движения транспортных средств и мощности их энергетических установок вероятность возникновения облачных образований антропогенного происхождения в атмосфере будет возрастать.

12.С планируемым переходом на топливо с повышенным содержанием водорода (так называемое «экологически чистое топливо», при сгорании 1 кг которого образуется 8 — 10 кг водяного пара) вероятность возникновения АОО также будет увеличиваться.

13.Термодинамическая неустойчивость атмосферы оказывает отрицательное влияние на возникновение и существование облачных образований НФ и положиельное — на развитие конвекивных образований. Аэродинамический спутный след при любой стратификации атмосферы способствует увеличению времени существования того и другого вида образований. Это подтвердили результаты натурных экспериментов как над водной поверхностью, так и над сушей, в том числе и при использовании вертолетов.

14.Аэродинамический спутный след транспортного средства при движении последнего по подстилающей поверхности или вблизи нее приводит к вовлечению примесей в этот след и удержанию их во взвешенном состоянии, что в просторечии соответствует выражению «пыль стоит столбом» .

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой