CC BY
37
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«наука. инновации. технологии», № 3, 2018
ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ
УДК 551.509.616/551.509.617
Ватиашвили М.Р. «Институт генетики Тбилисского государственного университета им. И. Джавахишвили» г. Тбилиси, Грузия, [email protected]
ОБЗОР МЕТОДОВ ПРОТИВОГРАДОВОЙ ЗАЩИТЫ В РЕГИОНЕ
цЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА
Введение:
Материалы и методы:
Результаты исследования:
Обсуждение и заключения:
проведен краткий обзор методов воздействия на градовые процессы, применяемых в производственных работах по защите сельскохозяйственных культур от градобитий в регионе Центрального Кавказа.
комбинированный метод, методы конкуренции и ускорения процесса осадкообразования в объемах зон роста града и будущего градообразования градоопасных и градовых облаков, метод прерывания града на подступах защищаемой территории со стороны вторжения градовых облаков и метод прерывания града на защищаемых территориях региона Центрального Кавказа. Они отличаются друг от друга по научным концепциям и критериям засева, техническим средствам и технологиям засева, расходу реагента, качеству реализации концепции засева и методам оценки эффективности воздействия.
анализ многолетних материалов наблюдений по воздействию на градовые процессы, показал, что защита сельскохозяйственных культур от градобитий осуществляется успешно. Однако на ЗТ исследуемого региона все еще отмечаются отдельные случаи выпадения града со значительным ущербом сельскохозяйственных культур. Основными причинами выпадения града являются: организационно-технические причины; недостаточная изученность градовых процессов; низкая льдообразующая эффективность применяемых частиц кристаллизующих реагентов йодида серебра; отсутствие новых критериев распознавания и схем их засева градоопасных и градовых облаков.
многие из вышеперечисленных проблем практически решены в работах автора, которые защищены патентом [6] и успешно применяются в противоградовой защите ВС Ставропольского края.
Ключевые слова: противоградовые ракеты, йодистое серебро, микрофизический и динамический засевы, градовое облако, прерывание града на ЗТ.
THE REVIEW OF METHODS OF ANTI-HAIL PROTECTION IN THE CENTRAL CAUCASUS REGION
Vatiashvili M.R.
Introduction:
Materials and Methods:
Results:
Discussion and conclusions:
Keywords:
The Institute of Genetics of Tbilisi State University named after I. Dzha-
vakhishvili, Tbilisi, Georgia
the article gives a brief review of methods of affecting hailing used in production processes on agricultural crops protection from hail damage.
combined method, the methods of competition and acceleration of sludging in the range of hail growth area and future hail formation of hail-hazardous and hail clouds, the method of hail breaking on the approach lane of the protected area from the direction of hail clouds invasion and the method of hail breaking on the protected areas of the Central Caucasus region. They differ from each other in scientific conceptions and criteria of seeding, technical means and seeding techniques, reagent consumption, the quality of seeding conception realization and evaluation methods of the impact efficiency.
the analysis of long-standing observations on affecting hail processes has revealed that the protection of agricultural crops from hail damage is successful. Nevertheless, there are some cases of considerable hail damage to agricultural crops on the protected areas of the region under research. The main causes of hailing are organizing and technical, insufficient research of hail processes, low ice formation efficiency of the utilized crystal reagent particles of argentum iodide, the lack of new criteria for recognizing and schemes of hail-hazardous and hail clouds.
many of the above problems are practically solved in the author's works, which are protected by the patent [6] and are successfully applied in the anti-hail protection of the military services of the Stavropol Territory.
anti-hail rockets, argentum iodide, microphysical and dynamic seedings, hail cloud, hail breaking on the protected areas.
Введение
Одним из самых градоопасных регионов мира является Центральный Кавказ, где с 1967 г. ведутся производственные работы по защите сельскохозяйственных (с/х) культур от градобитий. В южной части исследуемого региона расположены защищаемые территории (ЗТ) военизированных служб (ВС) Республики Грузия, охватывающие районы Южной и Восточной Грузии (соответственно Квемо Картли и Кахети) [3, 9]. В северной его части расположены ЗТ ВС Госкомгидромета Российской Федерации (РФ), охватывающие районы Краснодарского края, Кабардино-Балкарской и Карачаево-Черкесской республик и Республики Северная Осетия -«Алания» (соответственно КрВС и Северо-Кавказская ВС - СКВС) [1, 2, 7, 8].
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Обзор методов противоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
Противоградовая защита (ПГЗ) с/х культур в Квемо Картли осуществлялась комбинированным методом, с применением артиллерийской технологии засева [3]; Кахети - методом конкуренции, с применением ракетной технологии засева [9]; Краснодарском крае, Кабардино-Балкарской и Карачаево-Черкесской республике и Республике Северная Осетия - «Алания» - методами конкуренции и ускорения процесса осадкообразования (УПО), с применением артиллерийской и ракетной технологии засева [1, 2, 14].
Артиллерийская технология засева включает в себя пусковые установки (ПУ) «КС-19» и противоградовые снаряды (ПГС) «Эльбрус-4», снаряженные частицами кристаллизующего реагента (ЧКР) йодистого серебра (Agi); ПУ «КС-19» и ПГС «Эльбрус-2», снаряженные частицами гигроскопического реагента натрия хлора (ЧГР NaCl) [3, 14].
Ракетная технология засева включает в себя: ПУ «ТКБ-04» и «ТКБ-040» и противоградовые ракеты (ПГР) типа «Алазань» и «Кристалл», снаряженные ЧКР Agi йодистого свинца (PbI2) [2, 3, 9].
При воздействии на градоопасные и градовые облака (соответственно объекты воздействия - ОВ 1-2-й и ОВ 3-4-й категорий): ЧКР Agi и PbI2 диспергировались в объемах зон роста града (РГ) и будущего градообразования (БГ) ОВ 1-4-й категорий на уровнях изотерм минус 6 ± 3°С, а ЧГР NaCl - в объемах теплой части подоблачной и облачной атмосферы ОВ 1-4-й категорий на уровнях изотерм 15-0 °С [2, 3].
В момент распада Советского Союза (1989 г.) площади ЗТ в ВС Республики Грузия достигали 1 млн 150 тыс. га, а площади ЗТ в ВС РФ -2 млн 421 тыс. га [1, 2, 7, 8, 11].
В 1989 г. ВС Республики Грузия прекратили свое дальнейшее существование. В 1990 г. все ВС РФ, работающие с применением артиллерийской технологии засева, были полностью переведены на ракетную технологию засева [1, 2, 7, 8]. Недостатками артиллерийской технологии засева по сравнению с ракетной технологии засева являются дискретность засева, большой расход ПГС и невозможность быстрого засева объемов в крупномасштабных градовых облаках, приводящих к их недозасеву а, следовательно, к отрицательным результатам физической и экономической эффективности в ПГЗ
[1, 2, 7, 8].
В Ставропольском крае РФ в 1995 г. начала работать «Ставропольская Военизированная служба по активному воздействию на метеорологические и другие геофизические процессы», где с участием автора этой статьи были разработаны и внедрены в производственных работах ПГЗ два новых метода:
— «Метод прерывания града на подступах защищаемой территории со стороны вторжения градовых облаков» [7];
— «Метод прерывания града на защищаемых территориях региона Центрального Кавказа» [8].
Разработанные последние 2 метода не имеют аналога. Они стали одной из возможных причин увеличения в Ставропольском крае физической эффективности работ по искусственному регулированию осадков (ИРО) от 10 до 15% и ПГЗ от 60 до 99% [5, 6, 7, 8, 11].
Указанные выше комбинированный метод воздействия [3], методы конкуренции [9, 14] и ускорения процесса осадкообразования (УПО) [1, 2], разработанные в начале проведения ПГЗ (1967 г.), были условно названы методами воздействия первого поколения, а два последних метода воздействия, разработанные автором этой статьи - методами воздействия второго поколения [1, 2].
В представленной работе дается обзор и анализ разработанных методов воздействия первого и второго поколения, применяемых в ПГЗ региона Центрального Кавказа, для выявления наиболее эффективных среди них для успешного предотвращения и прерывания града на ЗТ и на ее подступах, со стороны вторжения градовых облаков.
Материалы и методы исследования
Использовались материалы:
— многолетних наблюдений за развитием ОВ 1-4-й категорий, развивающихся в естественных условиях и при проведений ПГЗ [7, 8];
— опытов по воздействию на градовые процессы и ИРО, проводимых различными методами воздействия [7, 8].
Для оценки физической и экономической эффективности ПГЗ, проводимой различными методами воздействий, привлекался физико-статистический метод исследования, в основу которого положены непараметрические статистические методы оценки.
Результаты исследования и их обсуждение
В основу проведения ПГЗ и ИРО были положены различные физические принципы, проводимыми различными методами ПГЗ ИРО [6-8].
Физические принципы ПГЗ и ИРО с привлечением ЧКР Agi
Они основаны на концепциях засева объемов зон РГ и БГ ОВ 1-4-й категорий, подвергшихся микрофизическому и динамическому засеву ЧКР Agi на уровнях изотерм минус 6 ± 3 °С [1, 2, 11].
Микрофизический засев, за счёт увеличения в объемах зон РГ и БГ ОВ 1-4-й категорий количества ПГС и ПГР (шт.) и/или концентрации ЧКР (N, м-3) Agi и РЬ12 от 5 • 103 до 5 • 104 м-3, способствует освоению нереализованной об-
НАукИ о ЗЕмлЕ
Обзор методов прстивоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
лачной влаги в естественных условиях, дополнительному увеличению радиолокационной отражаемости (Zm, dBZ); абсолютной водности (qm, г/м3); размеров облачных частиц и частиц осадков (d, мкм), количества осадков на поверхности земли (Q, мм) [7, 8, 11].
Динамический засев за счёт увеличения в ЗФО ОВ 1-4-й категорий количества ПГС и ПГР и/или концентрации ЧКР Agi и РЫ2 от 5 • 104 до 5 • 105 м-3 и более, способствует выделению скрытой теплоты кристаллизации при замерзании на них капель; дополнительному увеличению скорости восходящих потоков (W, м/с), среднеквадратических пульсаций скорости ветра (а, м/с), коэффициента турбулентной диффузии (К, м2/с), высоты верхней границы (Нв, км) ОВ 1-4-й категорий, мощности их переохлажденной части (Д НП , км), максимальной абсолютной водности (qm , г/м3); выносу частиц крупы из зоны воздействия в наковальню, но не в зону выпадения осадков [1, 2] так, как скорости их гравитационного падения в зоне будущего градообразования меньше скорости восходящих потоков (УГ = 4 м/с < Wm > 4 м/с) [4, 7, 8, 10];
Микрофизический и динамический засевы сводятся к оценкам критериев и схем засева, норм расхода количества ПГР (шт.) и/или ЧКР Agi и РЬ12 в объемах зон РГ и БГ ОВ 1-4-й категорий [5-8].
Физические принципы ПГЗ и ИРО с привлечением ЧГР NaCl
Они основаны на концепциях засева областей теплой подоблачной и облачной атмосферы ЧГР NaCl и переохлажденной части объемов зон ОВ 1-4-й категорий ЧКР Agi [3, 10, 11].
С помощью ПУ КС-19 и ПГС «Эльбрус-2» твердые ЧГР NaCl с диаметрами от 1 до 10 мкм диспергируются в теплую часть подоблачного слоя в температурном интервале плюс 20 - плюс 10 °С, где они активно впитывают влагу из окружающей среды; в теплую часть облачного слоя в температурном интервале 10-0 °С, где они оседают на естественные облачные капли и активно впитывают влагу из окружающей среды; в нижнюю переохлажденную часть объемов зон ОВ 1-4-й категорий в температурном интервале минус 1 - минус 10 °С, где они оседают на облачные частицы (капли, снежинки и ледяные кристаллы) и активно впитывают влагу из окружающей среды.
Во всех трех случаях в результате обводнения, растворения твердых ЧГР NaCl образуются жидкие капли, которые при благоприятных условиях доходят до частиц осадков. Достигнув критических размеров капли насыщенных растворов хлоридов разбрызгиваются на несколько крупных и множество мелких капель. Далее эти капли за счет коалесценции начиняют заново расти до частиц осадков, которые опять разбрызгиваются и т.д., то есть просматривается цепная реакция Ленгмюра [10]. Время и скорость роста жидких ЧГР будет зависеть от разности между насыщающей упругости водяного па-
ра и упругостью насыщения над поверхностью частиц хлоридов, находящихся в различных фазовых состояниях.
Зарождение крупных искусственных жидких ЧГР в теплой части подоблачного слоя и увеличение их количества в теплой и нижней переохлажденной частях ОВ 1-4-й категорий способствуют преждевременному подавлению слабых восходящих потоков (< 4 м/с) и ускорению процесса осадкообразования в них [3]; перераспределению водности между теплой и переохлажденной частей ОВ 1-4-й категорий в пользу теплой их части.
Некоторое количество искусственных жидких ЧГР с помощью вертикальных воздушных потоков из теплой части подоблачного слоя, теплой и нижней переохлажденной частей ОВ 1-4-й категорий попадает в среднюю и верхнюю переохлажденных частях облаков и облачных систем (ООС) в интервале высот 6-7 км. В теплый период года на этом уровне температура окружающего воздуха достигает минус 20 - минус 35°С. Процесс каплеобра-зования и рост капель будет продолжаться до тех пор, пока температура замерзания жидких ЧГР, зависящая от значений концентраций и эвтектической температуры не станет ниже температуры замерзания воды. Для насыщенного раствора NaCl они соответственно равны С = 26% и ?Э = -2,2 °C. Увеличение концентрации «потенциальных» искусственных зародышей градин в интервале температур минус 20 - минус 35°С и уменьшение дефицита естественных ледяных частиц в (ЗФО) способствует интенсивному протеканию процесса облако- и осадкообразования.
Методы ПГЗ, применяемые в регионе
Центрального Кавказа
Комбинированный метод [3]
Метод предусматривает не увеличение начальной концентрации зародышей града, а ухудшение условий их роста. Он основан на одновременном применении ЧГР и ЧКР Agi и NaCl и ЧКР Agi, соответственно, диспергируемых в теплые части подоблачного и облачного слоев и в переохлажденной части объема зарождения и роста града градоопасного и градового облаков, которые приводят: к преждевременному подавлению слабых восходящих потоков (< 4 м/с) в зоне формирования осадков (ЗФО) и ускорению в ней процесса осадкообразования [3]; перераспределению вла-гозапаса между теплой и переохлажденной частями облака в пользу его теплой части [3].
Часть искусственных жидких капель ЧГР с помощью вертикальных воздушных потоков из теплой части градоопасного облака, может попасть в его переохлажденную часть и быть заморожена. Далее все происходит в соответствии действующего метода конкуренции, то есть отмечается уменьшение жидкокапельной влаги и размера градин [3, 14].
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Обзор методов противоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
Метод конкуренции [9, 14]
Метод конкуренции основан на увеличение в объемах зон РГ ОВ 1-4-й категорий искусственных ЧКР Agi в 100-1000 раз, что в дальнейшем существенно может повлиять на уменьшение запаса жидкокапельной влаги и размера градин [9, 14]. Он базируется на физических представлениях о механизме образования града, сложившихся в ВГИ согласно, которых скорость восходящих потоков с высотой увеличивается, достигает максимального значения (Wm), а в дальнейшем уменьшается. Если Wm меньше скорости гравитационного падения УГ, то есть Wm >VK < 10 м/с, то зона крупнокапельной фракции - зона аккумуляции не формируется ( VK - критическая скорость гравитационного падения разбрызгивающих капель). Если в области переохлажденной части ОВ Wm >VK, то некоторые капли начинают замерзать. Они становятся зародышами града, которые в дальнейшем быстро растут за счет коагуляции с крупными каплями в зоне аккумуляции.
Метод ускорения процесса осадкообразования [1, 2]
Метод УПО предусматривает более раннее стимулирование процесса осадкообразования в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий за счет создания в них искусственных ЧКР Agi с начальной концентрацией 1010 -1011 м-3. На этих ЧКР в будущем образуются кристаллы, приводящие к агрегации и последующему обзернению облачными каплями. В течение 6-8 минут после такого засева образуется крупа миллиметровых размеров, которая при падении может стимулировать вымывание облачной воды и торможение слабых восходящих потоков. В результате на ИДВ радиолокатора отмечаются опускание или исчезновение радиоэха ОВ 1-4-й категорий [1, 2].
Анализ многолетних наблюдений за ОВ 1-4-й категорий, подвергшихся активному воздействию, показывает, что в объемах зон БГ невозможно стимулировать преждевременное выпадение осадков, способных подавлять восходящие потоки и вымывать облачную воду в течение 6-8 минут после начала воздействия. Гидрометеоры, развивающиеся в ОВ 1-4-й категорий под действием скорости восходящих потоков, не опускаются на поверхность земли, а наоборот, поднимаются вверх [7, 8].
Причинами являются: скрытая теплота кристаллизации, выделенная в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий, при замерзании переохлажденных капель; увеличение температуры, скорости восходящих потоков и высоты верхней границы ОВ; вынос частиц крупы из зоны воздействия в наковальню так, как скорости их гравитационного падения в объемах зоны БГ меньше скорости восходящих потоков [7].
На вертикальном разрезе метеорадиолокатора опускание навеса радиоэха и его исчезновение в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий имеет место тогда, когда значения радиолокационной отражаемости (Zm < 45 dBZ), водности (qm < 1,24 г/м3), размеров гидрометеоров (d > dp = 1000 мкм) и их концент-
раций (N < Nm = 103 - 104 м-3) соответствуют нормам расхода ПГР и/или ЧКР, при проведении работ по искусственному увеличению осадков (ИУО), характеризующихся микрофизическим засевом ЧКР Agi и Pbi2 [4, 7, 8].
За критический размер падающих гидрометеоров в нашем случае принимался диаметр d^ = 1000 мкм которому, при заданной водности qm , соответствует определенное значение критической концентрации этих частиц (Np) и скорости их гравитационного падения (УГ > 4 м/с) [4, 7, 10].
В работах [1, 2] нормы расхода количества ПГР (Ni) «Кристалл» и «Ала-зань-6» в методе УПО в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий рассчитываются с помощью уравнения:
Ni=Ki
Л.
л
+ 2
(1)
где K (шт.) -S (км2) -
C (км2) -
Y = 0,7 -
2 -
кратность засева в ОВ 1-4-й категорий; площадь проекции зоны засева на горизонтальную поверхность;
площадь, засеваемая одной ракетой для ракет «Алазань» о,- = 5 км2, а «Кристалл» о,- = 8 км2;
коэффициент эффективности использования трасс диспергирования реагента;
количество противоградовых ракет (М-ПГР) запускаемых с левой и правой стороны зоны засева с целью устранения влияния ветра на пусковой позиции на направление полета ракеты.
К недостаткам уравнения (1) можно отнести:
— нормы расхода ПГР (Щ в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий оцениваются без учета интенсивности стрельбы; вместо объемного засева зон будущего градообразования ОВ 1-4-й категорий применяется плоскостной засев; площадь, засеваемая одной ПГР (о,) берется равной площади прямоугольника шириной в 1 км и длиной 5 км независимо от значений коэффициента турбулентной диффузии (51500 м2/с), времени и радиуса распространения искусственных ЧКР с концентрациями от 1010 до 1011 м-3 коэффициент эффективности использования трасс диспергирования реагента (Г) берется 0,7, независимо от типа градового процесса, плотности распределения на ЗТ пунктов воздействия (ПВ) и запретных секторов;
— значения фактической продолжительности воздействия (Д?в), связанные в неявном виде с кратностью засева ОВ 1-й
НАукИ о ЗЕмлЕ
Обзор методов прстивоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
категории при однократном засеве могут достичь 9 мин., ОВ 2-й категории при двукратном засеве - 15 мин., ОВ 3-й категории при трехкратном засеве - 34 мин., ОВ 4-й категории при четырехкратном засеве - 43 мин. [6-8].
Перечисленные значения Д?в существенно превышают продолжительность процесса градообразования (Д?г) в пространственно-фиксированном объеме градового очага, изменяющегося от 4 до 24 мин., в среднем составляя 10-12 мин. [13]; продолжительность времени проявления эффекта воздействия (Д?Э) полученная для различных технологий засева и достигающая в ОВ 1-й категории 3-5 мин., ОВ 2-й категории 6-9 мин., ОВ 3-й категории 13-19 мин., ОВ 4-й категории 20-25 мин. [6-8]:
Дгв > Дгэ > Л^г (2)
Выявленные недостатки, присущие уравнению (1) и неравенству (2) могут привести к недостаточному по количеству и времени норм расхода ПГР в объемах зон БГ ОВ 1-4-й категорий и выпадению из них града со значительным ущербом с/х культур от градобитий [8].
Следует обратить внимание на следующие факты.
При отсутствии на прилегающей территории (ПТ) зон предварительного засева (ЗПЗ) метод УПО:
— не в состоянии прервать выпадение града из ОВ 3-4-й категории к подступам ЗТ [7];
— в состоянии частично прервать выпадение града к подступам ЗТ из зрелых ОВ 3-4-й категории, движущихся с ПТ в сторону ЗТ, если объемы зон БГ достигают радиуса действия ПГС и ПГР, выпущенных с ПУ, установленных вдоль границ ЗТ, со стороны их преимущественного вторжения -с запада и юго-запада [7];
— в состоянии при продвижении вглубь ЗТ ОВ 3-4-й категории привести к дальнейшему их ослаблению, но не полному прерыванию града из них за счет многократного засева объемов зон БГ [6].
Например, ОВ 4-й категорий, при 4-кратном засеве с интервалом между ними 3,5 мин. [1, 2] и скорости движения 60 км/ч за Д^ = 25 мин. могут пройти расстояние вглубь ЗТ до 25 км, оставляя за собой градовую дорожку с ущербом сельскохозяйственных культур (Д^ = 25 мин. - среднее время проявления эффекта воздействия в ОВ 4-й категорий) [6-8].
При наличии на ПТ ЗПЗ метод УПО в состоянии прервать выпадение града на подступах ПТ, если ЗПЗ выбираются с учетом направлений и скоро-
сти перемещения ОВ 3-4-й категорий и времени достижения эффектов воздействий, равных соответственно 13-19 и 20-25 мин. [6, 8].
Например, для обработки ОВ 4-й категорий, перемещающихся с ПТ в сторону ЗТ Ставропольского края с максимальной скоростью 60 км/ч, при времени достижения эффекта воздействия, равным 25 мин, необходимо иметь распределение ПВ на ПТ на расстояниях до 25 км от границ ЗТ.
Организация сети на ПТ ЗПЗ в количестве более 10 ПВ со стороны вторжения градовых облаков, как показывает опыт проведения ПГЗ, практически невозможна, так как связана большими затратами.
Отмеченные выше недостатки метода УПО высшей степени присущи также методу конкуренции [14] и комбинированному методу [3].
Метод прерывания града на подступах защищаемой территории со стороны вторжения градовых облаков [6, 7]
В основу предлагаемого нового разработанного метода прерывания града воздействием на ООС, развивающихся на ЗТ со стороны вторжения ОВ 3-4-й категорий, положены следующие физические представления [7]. В неустойчивой атмосфере отдельные импульсы нисходящего потока, создаваемые в ООС искусственно вызванными осадками, могут значительно усилиться, приводя к ослаблению скорости восходящих потоков, питающих ОВ 3-4-й категории по пути предполагаемой траектории их перемещения в сторону ЗТ [7]. В результате, к подступам ЗТ Ставропольского края, отмечается прерывание града из ОВ 3-4-й категорий ни за счет непосредственного (прямого) воздействия на ОВ 3-4-й категорий, а за счет воздействия на ООС, развивающихся на ЗТ со стороны вторжения градовых облаков [7].
Разработанный метод прерывания града на подступах ПТ из ОВ 3-4-й категорий, движущихся с ПТ в сторону ЗТ, не имеет аналога.
Метод прерывания града на подступах ЗТ включает в себя [7]:
— совершенствованную классификацию ООС, разработанную для районов региона Центрального Кавказа, с привлечением данных наземных метеорологических станций, самолетных и радиолокационных наблюдений и снимков ИСЗ [7, 8, 12];
— физические принципы активных воздействий на ООС ЧКР Agi при динамическом и микрофизическом засевах [7, 8];
— совершенствованные критерии пригодности засева ОВ 2-й категорий в работах по ПГЗ [7, 8];
— совершенствованные схемы засева ЗФО ООС различных классов ЧКР с помощью ПГР «Алазань-6» при проведении работ по ИРО [7].
НАукИ о ЗЕмлЕ
. Обзор методов противоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
Реализация метода прерывания града на подступах ЗТ, предусматривает:
— распознавание ОВ 3-4-й категорий, движущихся с ПТ в сторону границ ЗТ со скоростью (V, км/ч);
— оценку расстояния (R, км) между максимальной радиолокационной отражаемостью (Zm, dBZ) ОВ 3-4-й категорий и границей ЗТ по линии предполагаемой траектории их перемещения;
— оценку времени достижения ОВ 3-4-й категорий (t, мин.) границ ЗТ по формуле: t = R/V (мин.);
— распознавание пригодных для АВ и ИРО различных классов ООС, развивающихся на ЗТ со стороны вторжения ОВ 3-4-й категорий;
— оценку значений концентрации частиц (N, м-3) в ООС различных классов по данным значений ZM и/или абсолютной водности (qm, г/м3), при заданных критических размерах частиц (di кр = 500 мкм), с целью выбора концепции микрофизического и/или динамического засевов [7, 8];
— оценку с помощью значений qm, d > diкр = 500 мкм и N < Niкр условий искусственного увеличения осадков из ООС различных классов, развивающихся на ЗТ со стороны вторжения ОВ 3-4-й категории [7, 8];
— расчет с помощью уравнения турбулентной диффузии радиуса (LD, км) и времени (t, с) распространения ЧКР в ЗФО ООС различных классов по данным: значений параметров коэффициента турбулентной диффузии (K, м2/с), числа ЧКР на единицу пути по линии засева в момент начала диспергирования (Qi, = 1011, м-1) и заранее заданной конечной концентраций ЧКР в единице объема ЗФО ООС (CR, м-3) [7];
— оценку норм расхода количества ракет в ЗФО ООС различных классов, развивающихся на ЗТ со стороны вторжения ОВ 3-4-й категорий, в зависимости от: длины ЗФО (L1, км), в соответствии которой, выбирается длина ее засева; длины распространения ЧКР (L2, км), создаваемой отдельными ПГР, в зависимости от эффективного радиуса их действия
[7];
— принятие решения о засеве ЗФО ООС, развивающихся на ЗТ, с целью преждевременного стимулирования из них осадков и ослабления скоростей восходящих потоков, питающих ОВ 3-4-й категорий со стороны их вторжения.
На рисунке 1 представлены фрагменты ОВ 3-4-й категорий и ООС различных классов, развивающихся соответственно на ПТ и ЗТ со сто-
Рис. 1. Кинетическая энергия падающего града ОВ 1-4 категорий,
(измерена 5 сентября 2007 г. на высоте Н = 3,5 км над уровнем моря, порог чувствительности 35 dBZ) [7].
Fig. 1. The kinetic energy of the falling hailstones of OB 1-4 categories (measured on September 5,
2007 at a height of H = 3.5 km above sea level, the sensitivity threshold is 35 dBZ) [7].
роны вторжения на ЗТ ОВ 3-4-й категорий [7]. Из анализа результатов засева конвективных ячеек (КЯ) №15 и №19, переходящих из ОВ 3-й в ОВ 4-й категории и приводящих к прерыванию града на подступах ЗТ следует, что продолжительности времени их засева соответственно достигают 46 и 14 мин, а расход в них количества изделий «Алазань-6» - 54 и 12 шт. [7, 8]; последние значения значительно ниже средних значений продолжительности воздействия и расхода изделий в ОВ 4-й категории, приведенных в [6-8].
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Обзор методов противоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
Метод прерывания града на ЗТ оптимальным
количеством и скорострельностью ПГР
в объемах зон БГ [6, 8]
В основу разработанного метода предотвращения и прерывания града на ЗТ, из соответствующих развивающихся ОВ 1-2-й и 3— 4-й категорий, были положены следующие физические представления [6, 8]: при 1—4-х кратных засевах соответствующих ОВ 1—4-й категорий оптимальным количеством и скорострельностью ПГР в объемах зон БГ, определяемыми экспериментальным путем и приводящими к положительным результатам в ПГЗ, продолжительности воздействий (Д?в, мин.) должны быть не такими, как это следует из уравнения (1) и неравенства (2), а меньше продолжительности процесса градообразования в пространственно-фиксированном объеме градового облака (Д?Г) изменяющегося от 4 до 25 мин, в среднем — от 10 до 12 мин [13]; времени проявления эффектов воздействий (Д?Э), полученных для различных технологий засева и достигающих в ОВ 1-й категории — 5 мин, ОВ 2-й категории 6—9 мин, ОВ 3-й категории 13—19 мин, ОВ 4-й категории 2—25 мин. [6, 8]:
AtB<AtT<At3. (3)
Например, при четырехкратном засеве объемов зон БГ ОВ 4-й категорий в течение Д?В = 43 мин. количеством ПГР N = 100 шт. «А-6», но еще недостаточным для создания в зоне будущего градообразования оптимальных концентраций ЧКР Agi (1010 — 1011 м3 и более), может привести к его недозасеву и выпадению из него града с ущербом с/х культур [6, 8]. Значение Д?В = 43 мин. рассчитано с помощью уравнения (1), а значение N = 100 шт. «А—6» взято из таблицы 1 работы [1] и равно среднему расходу ПГР в ОВ 4-й категорий [1, 2].
В рассмотренном конкретном случае интенсивность стрельбы в ОВ 4-й категории, характеризующая расход количества ПГР в единицу времени, рассчитывается следующим выражением:
N / Д?В = 100 шт./ 43 мин. = 2,3 шт./мин.
При таком же количестве израсходованных ПГР «А—6», уменьшение Д?В до 20 мин, соответствующее минимальному времени проявления эффекта воздействия (Д?Э) в ОВ 4-й категорий [6, 8], может привести к увеличению интенсивности стрельбы до 5 шт. «А—6» / мин. (100 шт. «А—6» / 20 мин. = 5 шт. «А—6» / мин.), а, следовательно, уменьшению радиолокационных критериев засева до их критических значений и прерыванию гра-
да на ЗТ. Это подтверждается неравенством (3), данными МРЛ и результатами объезда территорий, подвергшихся градобитию.
Предложенный метод прерывания града на ЗТ не имеет аналога. Он предусматривает распознавание ОВ 1-4-й категорий и оценку их скорости и направлению перемещения; критериев и схем засева площадей РГ и БГ, расположенных на фронтальном и наветренном флангах нависающего радиоэха; оптимальных норм расхода количества и скорострельности ПГР в объемах зон РГ и БГ:
щ « 0,4ДК45, (4)
It =п,/Д*ф «0,04ДК45, (5)
где п1 - количество ПГР «А-6» шт., израсходованных на один ОВ;
ДУ45 - объем зоны повышенного радиоэха, ограниченный изопо-
верхностью 2 = 45 dBZ; ^ - скорострельность ПГР (шт./мин.);
Дtф - фактическая продолжительность воздействия на один ОВ (мин.).
На основании полученных оценок принимается решение о проведении воздействия, которое осуществляется не с интервалом 6 мин., а в каждом цикле обзора не однократно, а двукратно в ОВ 2-й категорий, трехкратно в ОВ 3-й категорий и четырехкратно в ОВ 4-й категорий [6, 8].
Выводы
1. Проведен обзор методов воздействия первого и второго поколения ПГЗ, применяемых в Военизированных службах региона Центрального Кавказа, где защита с/х культур от градобитий осуществляется успешно.
2. Исследования показывают, что, несмотря на достигнутые успехи на ЗТ региона Центрального Кавказа все еще отмечаются отдельные случаи выпадения града со значительным ущербом с/х культур. Они обусловлены недостаточной обработкой объемов зон РГ и БГ ОВ 1-4-категорий ПГР и/ или ЧКР Agi; наличием запретных секторов и непростре-
ливаемых участков на ЗТ; отсутствием новых критериев
распознавания ОВ 1-4-й категорий и совершенствованных схем их засева.
НАукИ о ЗЕмлЕ
Обзор методов противоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
3. Многие из вышеперечисленных недостатков в настоящее время практически устранены, а полученные результаты успешно применяются в ПГЗ ВС Ставропольского края.
4. Средняя физическая эффективность ПГЗ на ЗТ Ставропольского края составляет 96,7%, максимальная - 99,9%; экономическая эффективность ПГЗ - 360,1 млн руб.; рентабельность - 7,4 руб. на каждый потраченный руб.
5. Полученные результаты являются лучшими среди ВС региона Центрального Кавказа, которые получены не с помощью действующих методов конкуренции, комбинированного метода и действующего метода УПО, а с помощью двух новых разработанных методов воздействия: «Метод прерывания града на подступах защищаемой территории со стороны вторжения градовых облаков» и «Метод прерывания града на защищаемых территориях региона Центрального Кавказа». Эти методы не имеют аналога, защищены патентом [6] и внедрены в производственных работах ПГЗ, проводимой Ставропольской ВС по настоящее время.
Библиографический список
1. Абшаев М.Т. Активное воздействие на градовые процессы. Руководящий документ РД.52.37.596-98. М., 1998. 32 с.
2. Абшаев М.Т., Абшаев А.М., Малкарова А.М., Барекова М.В. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Нальчик: Печатный двор, 2014. 500 с.
3. Бартишвили Я.Т., Надибаидзе Г.А. Бегалишвили Н.А., Гудуша-ури Ш.Л. К физическим основам метода ЗакНИГМИ борьбы с градом // Труды ЗакНИГМИ. 1978. Вып. 67(73). С. 73- 82.
4. Ватиашвили М.Р., Калов Х.М. Размеры трансформации спектра размера гидрометеоров при естественном развитии и активном воздействии на конвективные процессы» // Труды Всесоюзного семинара «Активные воздействия на градовые процессы и перспективы усовершенствования льдообразующих реагентов для практики активных воздействий». М.: Гидрометеоиздат, 1991. С. 131-136.
5. Ватиашвили М.Р. Уточненный критерий засева объектов воздействия 2-й категории // Циклы природы и общества. Материалы XIV Международной научной конференции. Ставрополь, 2008. С. 300-307.
6. Ватиашвили М.Р., Джангуразов Х.Х., Кассиров В.П. Способ активных воздействий на градовые процессы. Патент РФ на изобретение №2321871, заявка № 2006 121792, а 01 G 15/10/ 2007.
7. Ватиашвили М.Р. Метод прерывания града на подступах защищаемой территории со стороны вторжения градовых облаков // Наука. Инновации. Технологии. 2016. №4. С. 7-24.
8. Ватиашвили М.Р. Метод прерывания града на защищаемых территориях региона Центрального Кавказа // Наука. Инновации. Технологии. 2018. №1. С. 7-22.
9. Карцивадзе А.И., Салуквадзе Т.Г., Лапинскас В.А. Некоторые вопросы методики воздействия на градовые процессы с использованием противоградовой системы «Алазани» // Труды института геофизики АН Грузии. 1975. Т. 26. С. 13-27.
10. Мейсон Б.ДЖ. Физика облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1961.
11. Сванидзе Г.Г, Бегалишвили Н.А., Ватьян М.Р., Карцивадзе А.И., Гудушаури Ш.Л. Методические указания по организации и проведению работ по искусственному увеличению осадков из конвективных облаков с помощью противоградовой техники. М.: Гидрометеоиздат, 1986. 25 с.
12. Облака и облачная атмосфера. Справочник / Под ред. И.П. Ма-зина и А.Х. Хргиана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 647 с.
13. Абшаев М.Т., Макитов В.С. и др. Радиолокационные исследо-
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Обзор методов прстивоградовой защиты в регионе Центрального Кавказа Ватиашвили М.Р.
вания процесса градообразования в кучево-дождевых облаках // Труды ВГИ. 1978. Вып. 39. С. 3-31.
14. Сулаквелидзе ГК. Ливневые осадки и град. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1967. 421 с.
References
1. Abshayev M.T. Aktivnoye vozdeystviye na gradovye protsessy (Active influence on hail processes) // Rukovodyashchiy dokument RD.52.37.596-98.M (Guidance document РД.52.37.596-98.М). 1998. 32 p.
2. Abshaev M.T., Abshaev A.M., Malkarova A.M., Barekova M.V. Ru-kovodstvo po organizatsii i provedeniyu protivogradovykh rabot (The Manual on organizing and executing of anti-hail works). Nalchik: OOO «Pechatnyi dvor», 2014. 500 p.
3. Bartishvili Ya.T., Nadibaidze G.A., Begalishvili N.A., Gudushauri Sh.L. K fizicheskim osnovam metoda ZakNIGMI bor'by s gradom. (To the physical foundations of the ZakNIGMI method of hail control) // Trudy ZakNIGMI, Vyp.67 (73), 1978. P. 73-82.
4. Vatiashvili M.R., Kalov Kh.M. Razmery transformatsii spectra razmera gidrometeorov pri estestvennom razvitii i aktivnom vozde-istvii na konvektivnye protsessy (Transformation range of hydrome-teor size spectrum when natural developing and active influencing on convection processes) // Trudy Vsesoyuznogo seminara «Ak-tivnye vozdeistviya na gradovye protsessy i perspektivy usover-shenstvovaniya l'doobrazuyushchikh reagentov dlya praktiki ak-tivnykh vozdeistvyi». M.: Gidrometeoizdat, 1991. P. 131-136.
5. Vatiashvili M.R. Utochnennyi kriterii zaseva OV 2-oi kategorii (The verified seeding criterion for the 2-nd category objects of influence) // Tsikly prirody I obshchestva. Materialy XVI Mezhdunarod-noi nauchnoi konferentsii. Stavropol, 2008. P. 300-307.
6. Vatiashvili M.R., Dzhangurazov Kh.Kh., Kassirov V.P. Sposob ak-tivnykh vozdeystviy na gradovye protsessy (The way of active influences on hail processes) // Patent RF na izobreteniye №2321871, zayavka № 2006 121792, а 01 G 15/10/ 2007 (Patent of the Russian Federation for invention №2321871, application № 2006 121792, а 01 G 15/10/ 2007).
7. Vatiashvili M.R. Metod preryvaniya grada na podstupakh zashch-ishchayemoy territorii so storony vtorzheniya gradovykhoblakov (Method of interrupting hail of the approach lanes of the protected area from the direction of hail clouds invasion) // Nauka. Innovat-sii. Tekhnologii (Science. Innovation. Technologies). 2016. №4. P. 7-24.
8. Vatiashvili M.R. Metod preryvaniya grada na zashchishchaemykh territoriyakh regiona Tsentralnogo Kavkaza (The method of hail breaking on the protected areas of the Central Caucasus region) // Nauka. Innovatsii. Tekhnologii. 2018. №1. P. 7-22.
9. Kartsivadze A.I., Salukvadze T.G., Lapinskas V.A. Nekotorye vo-prosy metodiki vozdeistviya na gradovye protsessy s ispolzovaniem protivogradovoi sistemy «Alazani» (Some issues of method of affecting hail processes with anti-hail system «Alazani») // Trudy institute geofiziki AN Gruzii. 1975. Is. 26. P. 13-27.
10. Maison B.G. Fizika oblakov (Cloud Physics). L.: Gidrometeoizdat, 1961.
11. Metodicheskie ukazaniya po organizatsii i provedeniyu rabot po iskusstvennomu uvelichiniyu osadkov iz konvektivnykh oblakov s pomosh'yu protigradovoi tekhniki. (Study guide on arranging and carrying out activities on artificial increasing of weather precipitation from convective clouds by means of anti-hail equipment) // G.G. Svanidze, N.A. Begalishvili, M.R. Vatian, A.I. Kartsivadze, Sh.L. Gu-dushauri. M.: Gidrometeoizdat, 1986. 25 p.
12. Oblaka i oblachnaya atmosfera. Spravochnik (Clouds and cloud atmosphere. Reference book) / Pod red. I.P. Mazina and A.Kh. Kh-giana. L.: Gidrometeoizdat, 1989. 647 p.
13. Radiolokatsionnye issledovaniya protsessa gradoobrazovaniya v kuchevo-dozhdevykh oblakakh (Radar studies of the process of city formation in cumulonimbus clouds) / Abshayev M.T., Makitov V.S. et al. // Trudy VGI (Proceedings of the VGI). 1978. Vol. 39. P. 3-31.
14. Sulakvelidze G.K. Livnevye osadki i grad (Cloud bursts and hailing). L.: Gidrometeoizdat, 1967, 421 p.
Поступила в редакцию 1Э.05.2018 г. Принята к публикации 26.08.2018 г.
Сведения об авторе
Ватиашвили Михаил Рубенович. Кандидат географических наук, Доцент, Грузинский государственный научно-технический центр «Дельта» министерства обороны Грузии, Грузия, г Тбилиси, ул. Габриеля Салоса, 191 Научный консультант по проектам.
About the author
Vatiashvili Mikhail Rubenovich. Candidate of geographical sciences The senior lecturer Georgian state scientific and technological center "Delta" Ministries of Defence of Georgia Scientific consultant for projects +995 598-341-451 [email protected] 191 Monk Gabriel Salos Ave. 0144.
