CC BY
8
••• Известия ДГПУ. Т. 12. № 1. 2018
••• DSPU JOURNAL. Vol. 12. No. 1. 2018
Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 551. 5
DOI: 10.31161/1995-0675-2018-12-1-99-103
Зависимость льдообразующей активности естественного аэрозоля от влажности и температуры
© 2°i8 Шогенова М. М., Барагунова Л. А., Бориев А. А., Лампежев А. Х.
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова, Нальчик, Россия, e-mail: [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
РЕЗЮМЕ. Цель. В данной статье рассматривается зависимость льдообразующей активности естественного аэрозоля от влажности и температуры. Описываются льдообразующая активность естественного аэрозоля при различных температурах и льдообразующая активность естественного аэрозоля в зависимости от пересыщения (относительно льда). Методы. Проводились эксперименты по определению льдообразующей активности естественного аэрозоля при малых пересыщениях (которые встречаются в свободной атмосфере и в облаках) для различных температур. Результаты. Эксперименты показали, что основной вклад в концентрацию естественных льдообразующих ядер осуществляется местными источниками аэрозолей.
Ключевые слова: аэрозоль, льдообразующая активность, реагент, температура, влажность.
Формат цитирования: Шогенова М. М., Барагунова Л. А, Бориев А. А., Лампежев А. Х. Зависимость льдообразующей активности естественного аэрозоля от влажности и температуры // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2018. Т. 12. № 1. С. 99-103. DOI: 10.31161/1995-0675-2018-12-1-99-103.
Dependence of Ice-Forming Activity of Natural Aerosol
on Humidity and Temperature
©2018 Maryana M. Shogenova, Lusya A. Baragunova, Amir A. Boriev, Aslan Kh. Lampezhev
Kh. M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, Russia, e-mail: [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
ABSTRACT. Aim. Dependence of ice-forming activity of natural aerosol on humidity and temperature is considered in this article. Ice-forming activity of natural aerosol at different temperatures and of ice-forming activity of natural aerosol depending on supersaturation (in proportion to ice) are described in the article. Methods. Experiments were conducted to determine the ice-forming activity of a natural aerosol at low supersaturations (which occur in free atmosphere and in clouds) for different temperatures. Results. Experiments have shown that the main contribution to the concentration of natural ice-forming nuclei is carried out by local sources of aerosols.
Keywords: aerosol, ice-forming activity, reagent, temperature, humidity.
For citation: Shogenova M. M., Baragunova L. A., Boriev A. A., Lampezhev A. Kh. Dependence of Ice-Forming Activity of Natural Aerosol on Humidity and Temperature. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2018. Vol. 12. No. 1. Pp. 99-103. DOI: 10.31161/1995-0675-201812-1-99-103. (In Russian)
••• Известия ДГПУ. Т. 12. № 1. 2018
••• йБРи JOURNAL. Уо!. 12. N0. 1. 2018
Введение
Одним из основных вопросов при исследовании естественных и искусственных аэрозолей является вопрос о влиянии температуры и влажности на льдообразую-щую активность частиц. Исследование данного вопроса имеет большое практическое значение, поскольку в настоящее время в нашей стране и за рубежом проводится противоградовая защита, в которой используются различные льдообразующие реагенты. В качестве льдообразующих реагентов применяются йодистое серебро, йодистый свинец и некоторые другие вещества. Однако их активность и выход льдообразующих ядер сильно зависят от влажности окружающей среды и температуры.
Методы и результаты исследования
Эдвардс [4], Моссоп [9] экспериментально определяли льдообразующую активность частиц йодистого серебра в зависимости от пересыщения. Их результаты имели большой разброс, так как в их камерах влажность (пересыщение) создавалась различными способами. Известно, что в этих камерах (камеры смешения) образуются большие пересыщения, которые не встречаются в облаках. Кроме того, в них не реализуются все механизмы нуклеации.
Аналогичные исследования, только для естественного аэрозоля, были проведены Гагиным [5] и Хаффманом [6]. Их результаты были противоречивы.
Для выяснения данного вопроса в Высокогорном геофизическом институте (ВГИ) в отделе физики облаков проводились эксперименты по определению льдообразующей активности естественного аэрозоля при малых пересыщениях (которые встречаются в свободной атмосфере и в облаках) для различных температур [1].
В экспериментах, проводимых с этой целью, пробы аэрозоля брались на миллипоро-вые фильтры на различных высотах в устойчивую антициклоническую погоду с самолета-лаборатории ИЛ-14, а также на земле на высоте 2 м от ее поверхности. При этом предполагалось, что за время взятия проб естественные флюктуации атмосферного аэрозоля незначительные как для наземных, так и для самолетных измерений. При наземных измерениях в течение 30-46 мин в фиксированной точке бралась серия проб, состоящая из 30 фильтров. Эта серия прояв-
лялась при определенной (отрицательной) температуре и различных влажностях (пересыщениях). Следующая серия фильтров проявлялась при тех же влажностях, на другой температуре. В этом эксперименте мил-липоровые фильтры обрабатывались при температурах -100 С, -150 С и -200 С, и при влажностях 96 %, 98 %, 100 %, 102 %, и 104 % относительно воды. Осреднение проводилось по данным одной серии (30 филь-
ч АП
тров), и, если отклонение — составляло
п
более 30 %, то эти измерения в расчет не принимались.
Полученные данные анализировались и сравнивались с данными Гагина [ 5], Хаф-фмана [6]. В частности, Гагиным было замечено резкое уменьшение относительной концентрации естественного аэрозоля при относительной влажности 102 %, а затем ее увеличение при более высоких влажно-стях. Резкое уменьшение концентрации естественных льдообразующих ядер Гагин объясняет наличием на фильтре ядер конденсации, которые являются хорошим стоком водяного пара. Несмотря на то, что полученные результаты заслуживают определенного внимания, к ним следует относиться критически, поскольку измеренные величины концентрации льдообра-зующих ядер оказались меньше ошибки измерения присущего данному методу.
На рисунке 1 показана льдообразующая активность естественного аэрозоля в зависимости от влажности для различных температур. По оси ординат в логарифмическом масштабе отложена относительная концентрация естественных льдообразующих ядер, а по оси абсцисс - относительная влажность. Кривые 1, 2, 3, соответствуют температуры -150 С, —10° С, -200 С. Для сравнения на этом же рисунке приводятся кривая 4, полученная экспериментально Хаффманом [6] для температуры —160 С.
Как видно из рисунка 1 качественный ход всех кривых совпадает. Также из этого рисунка видно, что как в наших экспериментах, так и в экспериментах Хаффмана минимума концентраций естественных льдообра-зующих ядер при влажности 102 % для температур —100 С, —150 С, —160 С и —200 С не наблюдалось.
В работе Хаффмана [6] зависимость концентрации естественных льдообразующих
ядер от пересыщения определяется выражением:
Ы = с8а (1),
где - пересыщения надо льдом, а и с -постоянные, которые изменяются в широких пределах и зависят от района измерения. Нашими экспериментами такая зависимость не подтвердилась.
На основании полученных данных и, применяя метод наименьших квадратов, нами получено выражение зависимости
концентрации естественных льдообразую-щих ядер от пересыщения:
_ 1 П-0,00252 +0,165-2,3
N = 10
(2),
где - пересыщения надо льдом. Вид этой кривой приводится на рисунке 2. Из рисунка видно, что относительная концентрация льдообразующих ядер зависит от влажности (пересыщения) и не зависит от температуры.
Рис. 1. Льдообразующая активность естественного аэрозоля в зависимости от влажности при различных температурах
1) -150° С; 2) -100" С; 3) -150" С; 4) - экспериментальная кривая, полученная Хаффманом [6] для температуры -200° С
Рис. 2. Льдообразующая активность естественного аэрозоля в зависимости
от пересыщения (относительно льда)
1) -100" С; 2) -150 С; 3) -200 С
В ВГИ в отделе физики облаков были проведены эксперименты по определению льдо-образующей активности естественного аэрозоля от температуры [2]. Измерения проводились в приземном слое и различных географических районах. Два пункта — Лабинск (Краснодарский край) и Урвань находились в районах проведения противоградовых работ. Третий пункт — Приэльбрусье (обсерватория Тер-скол) характеризовался отсутствием промышленных источников аэрозоля. На этот район не оказывают влияния противоградовые работы.
Фильтры обрабатывались при температурах —8С, —150 С и —200 С и при 100 % влажности воздуха [3]. На основании полученных данных нами построен график зависимости льдообразующей активности естественного аэрозоля от температуры для исследуемых районов (рис. 3).
Из рисунка 3 видно, что ход кривых для всех пунктов измерения совпадает. При этом в пробах аэрозоля, взятых в обсерватории Терскол, льдообразующих ядер, активных при температуре —80 С, не обнаружено. В пробах, взятых вЛабинском крае и Урвани, при этой же температуре всегда наблюдались ледяные кристаллы. Можно полагать, что появление ледяных кристаллов в этих пунктах обусловлено воздействием на градовые процессы, во время которых в облака вносится активный льдообразующий реагент (йодистое серебро), температурный порог кристаллизации которого лежит в интервале от —40 С до —60 С.
Заключение
Измерения, проведенные в различных географических районах, показали, что основной вклад в концентрацию естественных льдообразующих ядер обусловлен местными источниками аэрозолей.
Рис. 3. Зависимость льдообразующей активности естественного аэрозоля от температуры при 100 % насыщении относительно воды
1) Терскол; 2) Лабинск (Краснодарский край); 3) Тульская область; прерывистая линия по Флетчеру [4]; 4) по данным Исоно [7]; 5) по данным Клайна [8]; 6) по данным Моссопа [9]
Литература
••• Известия ДГПУ. Т. 12. № 1. 2018
••• DSPU JOURNAL. Vol. 12. No. 1. 2018
1. Жихарев А. С., Мяконький Г. Б., Хоргуани В. Г. Льдообразующая активность аэрозолей Agi и Pbl2, полученных взрывом // Известия АН СССР / Физика атмосферы и океана. 1974. Т. 10. № 1. С. 100.
2. Хоргуани В. Г., Мяконький Г. Б., Федченко Л. М. Получение экспериментальных данных о характеристиках льдообразующих аэрозолей в атмосфере в районе, защищаемом от градобитий на Северном Кавказе. Нальчик, 1980.
3. Шогенова М. М., Бориев А. А., Лампежев А. Х. Влияние противоградовых работ на концентрацию естественных льдообразующих ядер в свободной атмосфере // Успехи современной науки. 2017. Т. 2. № 4. C. 121.
4. Fletcher N. H. The Physics of Rainclouds. Cambridge University Press, 1962. 390 p.
1. Zhikharev A. S., Myakonky G. B., Khorguani V. G. Ice-forming activity of aerosols Agl and Pbl2, obtained by explosion. Izvestiya AN SSSR / Fizika atmosfery i okeana [Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR. Physics of the Atmosphere and the Ocean]. 1974. Vol. 10. No. 1. Pp. 100. (In Russian)
2. Khorguani V. G., Myakonky G. B., Fedchenko L. M. Polucheniye eksperimental'nykh dannykh o kharakteristikakh I'doobrazuyushchikh aerozoley v atmosfere v rayone, zashchishchayemom ot gradobitiy na Severnom Kavkaze [Obtaining experimental data on the characteristics of ice-forming aerosols in the atmosphere in an area protected from hailstones in the North Caucasus]. Nalchik, 1980. (In Russian)
3. Shogenova M. M., Boriev A. A., Lampezhev A. Kh. Effect of anti-hail work on the concentration of natural ice-forming nuclei in a free atmosphere. Uspekhi sovremennoy nauki [Progress in Contem-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Шогенова Марьяна Мухарбиевна, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра строительных конструкций и механики, заместитель директора по научной работе, Кабардино-Балкарский государственный Университет им. Х. М. Бербекова (КБГУ), Нальчик, Россия; e-mail: sho-genova_mar@mail. ru
Барагунова Люся Адальбиевна, старший преподаватель, кафедра строительных конструкций и механики, заместитель директора института по профориентационной и воспитательной работе, КБГУ, Нальчик, Россия; e-mail: [email protected]
Бориев Амир Аликович, аспирант, кафедра строительных конструкций и механики, КБГУ, Нальчик, Россия; e-mail:
5. Gagin A., Aroyo M. A Thermal Diffusion Chamber for the Measuring of Ise Nuclei Concentration. J. Atmosph. Rech., 1969. Vol. 4. No. 3. Pp. 115-122.
6. Huffman P. I. Super saturation Spectra of Agl and Natural Ice Nuclei. J. Appl. Meteorol., 1973. Vol. 12. No. 6. Pp. 1080-1082.
7. Isono K. On Ice Nuclei in the Atmosphere. Monogr. Union geadetgeoph. internat., 1962. No. 16. Pp. 40-41.
8. Kline D. B., Brief G. W. Some Experiments on the Measurements of Nature Ice Nuclei. Mon. Weather Rev., 1961. Vol. 89. Pp. 147-169.
9. Mossop S. C. Silver Iodide As Nucleous Water Condensation and Crystallization. J. Rech. At-mos., 1968. No. 1-2. Pp. 185-190.
porary Science]. 2017. Vol. 2. No. 4. Pp. 121. (In Russian)
4. Fletcher N. H. The Physics of Rainclouds. Cambridge University Press, 1962. 390 p. (In English)
5. Gagin A., Aroyo M. A Thermal Diffusion Chamber for the Measuring of Ise Nuclei Concentration. J. Atmosph. Rech., 1969. Vol. 4. No. 3. Pp. 115-122. (In English)
6. Huffman P. I. Super saturation Spectra of AgI and Natural Ice Nuclei. J. Appl. Meteorol., 1973. Vol. 12. No. 6. Pp. 1080-1082. (In English)
7. Isono K. On Ice Nuclei in the Atmosphere. Monogr. Union geadetgeoph. internat., 1962. No. 16. Pp. 40-41. (In English)
8. Kline D. B., Brief G. W. Some Experiments on the Measurements of Nature Ice Nuclei. Mon. Weather Rev., 1961. Vol. 89. Pp. 147-169. (In English)
9. Mossop S. C. Silver Iodide As Nucleous Water Condensation and Crystallization. J. Rech. At-mos., 1968. No. 1-2. Pp. 185-190. (In English)
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Affiliations
Maryana M. Shogenova, Ph. D. (Physics and Mathematics), assistant professor, the chair of Construction and Mechanics, deputy director for science, Kh. M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University (KBSU), Nalchik, Russia; e-mail: [email protected]
Lusya A. Baragunova, senior lecturer, the chair of Construction and Mechanics, deputy director of the Institute for Vocational Guidance and Educational Work, KBSU, Nalchik, Russia; e-mail: [email protected]
Amir A. Boriev, postgraduate, the chair of Construction and Mechanics, KBSU, Nalchik, Russia; e-mail: [email protected]
Asian Kh. Lampezhev, postgraduate, the chair of Construction and Mechanics, KBSU, Nalchik, Russia; e-mail: as-s-s-s-s-
References
Лампежев Аслан Хасанович, аспирант, кафедра строительных конструкций и механики, КБГУ, Нальчик, Россия; e-mail: [email protected]
Принята в печать 11.02.2018 г.
Received 11.02.2018.
