способ воздействия на процесс атмосферной циркуляции и система для воздействия на процесс атмосферной циркуляции

Формула изобретения

1. Способ воздействия на процесс атмосферной циркуляции, включающий пропускание электрического тока через толщу атмосферного воздуха, отличающийся тем, что в любых метеорологических условиях через толщу атмосферного воздуха в течение 3 120 ч пропускают вертикальный поток ионов для формирования в тропосфере над пунктом воздействия вертикального воздушного потока, вертикальных и горизонтальных сдвигов ветра и инициирования струйного течения.

2. Система для воздействия на процесс атмосферной циркуляции, отличающаяся тем, что она содержит комплекс размещенных на суше и на море на расстоянии нескольких сотен километров одна от другой установок, по крайней мере одна из которых предназначена для формирования струйного течения в атмосфере над заданным регионом посредством генерации вертикального потока ионов, а остальные для управления динамическими параметрами указанного струйного течения путем генерации дополнительных вертикальных потоков ионов, а также имеются космические средства наблюдения в виде метеоспутников и центр управления для связи с метеоспутниками и с установками, генерирующими потоки ионов.

Описание изобретения к патенту

Способ воздействия на процесс атмосферной циркуляции и система для его осуществления относятся к метеорологии, а именно к активным воздействиям на метеорологические процессы, и может быть использовано в практических работах по управлению погодой и изменению климата в отдельных регионах.

Из основ метеорологии следует, что формирование погодных и климатических условий на земле происходят под влиянием атмосферных процессов, обусловленных циркуляцией воздушных масс (1), которая является следствием выравнивания барических градиентов, возникающих из-за неравномерного прогрева земной поверхности и приземного воздушного слоя.

Наряду с хаотичным перемещением воздушных потоков в атмосфере возникают относительно устойчивые процессы, имеющие определенную закономерность появления и развития (восходящие и нисходящие вертикальные потоки, фронты, циклоны, антициклоны, струйные течения и т.д.)

Активные воздействия на атмосферную циркуляцию в глобальном масштабе в настоящее время не осуществляются из-за отсутствия технического решения этой сложной проблемы, однако существуют теоретические обоснования возможности воздействия на атмосферную циркуляцию в локальных районах, в том числе на интенсивность циклонов и антициклонов и на траектории их перемещения с целью изменения температурного режима и количества выпадающих осадков в заданных районах. В частности рассчитано, что изменение размеров площади облачных полей влияет на протекание термодинамических процессов в атмосфере и тем самым на эволюцию циклонов и антициклонов (2), т.е. воздействие на облачные поля приводит к изменениям атмосферного давления в близлежащих центрах и к деформации траекторий их перемещения.

Применение известных способов искусственного разрушения облачных полей и других атмосферных образований (8) возможны лишь при особых для каждого отдельно взятого способа условиях: при наличии атмосферных неустойчивостей, естественных восходящих и нисходящих потоков, определенных значениях температуры и влажности воздуха и т.д.

Поэтому их применение на практике не дает значительного эффекта, который к тому же имеет относительно небольшое пространственно временные масштабы.

Предлагается способ воздействия на процесс атмосферной циркуляции, не связанный с разрушением облачных полей, а основанный на создании искусственного восходящего потока воздуха с использованием вертикального ионного потока, который не имеет перечисленных ограничений применения.

В качестве прототипа изобретения принят способ активных воздействия на атмосферу посредством нисходящих вертикальных потоков воздуха для разрушения конвективных облаков и проветривания приземных слоев воздуха (3).

Способ заключается в возбуждении нисходящих потоков воздуха взрывом заряда с кумулятивной выемкой, направленной вниз, причем заряд доставляют в верхнюю часть развивающегося облака или в область над проветриваемой зоной земной поверхности.

Взрыв дает струю воздуха с большой начальной скоростью. Направленная вниз струя за счет потенциальной энергии неустойчивости атмосферы превращается в мощный нисходящий поток.

Нисходящие потоки приводят к разрушению конвективных облаков вследствие адиабатического нагрева опускающегося вниз воздуха и испарения облачных капель, а также вызывают кратковременные шквальные ветры у поверхности земли, которые могут счищать загрязненные зоны атмосферы.

Реализация на практике данного способа сопряжена со всеми перечисленными ранее недостатками и с необходимостью наличия пригодной для проведения воздействия метеоситуации, а полученный при этом эффект воздействия имеет небольшие пространственные и разовоимпульсные временные масштабы.

Кроме того, к недостаткам данного способа следует отнести технологическую сложность доставки заряда в соответствующие участки атмосферы и достаточно высокую стоимость работы.

Как уже отмечалось выше, предлагаемый способ основан на использовании ионного вертикального потока и заключается в следующем.

Известно, что атмосферный воздух всегда содержит парообразную влагу, причем, как в облачной среде, так и в безоблачном пространстве, поэтому поднимающиеся вверх ионы независимо от наличия облачности обводятся и генерируют тепловую энергию не только за счет эффекта конденсации, но и за счет выделения Джоулева тепла при прохождении электрического тока через толщу атмосферного воздуха, коим является поток ионов. Известно также, что протекание электрического тока через газ в закрытом объеме приводит к его нагреванию, а в открытом к расширению (4).

Расширение воздуха, происходящее за счет выделения теплоты конденсации и электрического воздействия, приводит к снижению его плотности, а значит к вертикальному перемещению вдоль потока ионов, что обуславливает формирование непрерывного и устойчивого восходящего потока (так называемого циклонического потока) и сопутствующих ему вертикальных т горизонтальных сдвигов ветра. Это в свою очередь создает условия для возникновения и развития струйного течения в тропосфере на высоких уровнях 6-10 км, имеющего мощные погодоформирующие свойства (5).

Получение оптимальных эффектов является сутью изобретения. Поставленная цель достигается созданием длительного не менее 3-120-часового режима протекания электрического тока через толщу атмосферного воздуха с помощью установки, генерирующей ионный поток. При этом пропускание электрического тока для создания непрерывного восходящего потока осуществляется независимо от наличия облачности в районе проведения воздействия.

Практическая реализация предлагаемого способа воздействия не сопряжена с большими техническими проблемами и материальными затратами. В качестве примера конструктивного исполнения устройства, генерирующего ионный поток, предлагается установка, которая применяется для рассеивания тумана и низкой слоистой облачности в аэропортах.

Установка состоит из излучающей системы, занимающей площадь одного гектара, которая представляет собой коронирующий электрод в виде крупноячеистой сетки (15 х 25 м), изготовленной из тонкого провода, приподнятой над землей с помощью металлических сеток, снабженных изоляторами, и источника высоковольтного напряжения, обеспечивающего подачу на сетку высокого относительно земли, потенциала (8).

Как уже отмечалось выше, в процессе длительного электрического воздействия в тропосфере возникает струйное течение. Это явление оказывает большое влияние на циркуляционные процессы в атмосфере. На расстоянии сотен и тысяч километров вдоль оси струйного течения по определенному закону возникают зоны циклонической и антициклонической деятельности (фиг. 1). Поэтому инициирование струйного течения его динамикой дают возможность влиять на состояние погоды на больших территориях (2).

С помощью одной установки, генерирующий ионный поток, инициируется одноструйное течение (фиг. 2), ось которого проходит над установкой, а его параметры при этом, такие, как направление, скорость и высота положения зависят от метеорологического фона.

С подключением дополнительных установок, размещенных на удалении до нескольких сотен километров от первой, можно осуществлять влияние на динамические параметры возникающего струйного течения, т.к. метеорологический фон в районе его прохождения приобретает более определенный, стабильный характер.

К сказанному следует добавить, что возможно не только управление струйным течением, но и создание управляемой сети струйных течений.

Для управления динамикой струйного течения или сетью струйных течений в ходе крупномасштабного воздействия на процесс атмосферной циркуляции предлагается система, состоящая из комплекса установок, генерирующих потоки ионов, расположенных на суше и на море и отстоящих друг от друга на расстоянии нескольких сотен километров.

В состав систем входят космические средства наблюдения (метеоспутники) и наземный центр управления и связи со спутниками и с установками.

Аналогом предлагаемой системы может служить широкомасштабная противоракетная система с элементами космического базирования, которая разрабатывалась в рамках программы стратегической оборонной инициативы в США и предназначалась для поражения межконтинентальных баллистических ракет на всех участках их траекторий.

Наиболее близким аналогом по функциональному назначению является система противоградовой защиты, разработанная в СССР в шестидесятые годы (6).

Функционально система противоградовой защиты состоит из сети стационарно расположенных зенитных ракетных комплексов, предназначенных для обработки грозовых облаков реагентом, вводимым в них для предотвращения градообразования, и сети метеорологических радиолокаторов (МРЛ), осуществляющих слежение за появлением, развитием и перемещением грозовых облаков в защищаемой зоне.

Управление пусками ракет осуществляется из региональных центров противоградовой защиты на основании анализа метеоданных МРЛ.

Однако оба аналога не рассматриваются в данной заявке в качестве прототипа изобретения в силу значительных функциональных отличий ибо предлагаемая система может быть использована для предотвращения опасных явлений погоды, таких как ураган, наводнения, засухи, лесные пожары и т.д. а также для формирования в заданных районах необходимых климатических условий.

На фиг. 3 представлен вид из космоса фрагмента системы для воздействия на метеорологические процессы, контролирующей Дальневосточное побережье России, Корейский полуостров и Японские острова, наиболее подверженные разрушительному действию тайфунов и ураганов.

Возникновение вертикальных сдвигов ветра и струйных течений на больших высотах (6 9 км) в результате пропускания электрического тока через толщу атмосферного воздуха наблюдалось в ходе экспериментальных работ, проведенных в 1991 году в районе г.Москвы и многократное подтверждение в дальнейших экспериментальных и практических работах по регулированию количества выпадающих осадков.

На фиг. 2 изображено искусственно вызванное струйное течение (по данным, представленным Росгидрометцентром, осуществляющим метеорологическое сопровождение эксперимента 9 апреля 1993 года).

В таблице представлены результаты девяти экспериментов по вызыванию искусственных сдвигов ветра и струйных течений, выполненных при метеорологическом сопровождении Росгидрометцентра в 1993 г. Из девяти случаев в девяти зафиксировано появление струйного течения в районе города Москвы.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Лоренц Э.Н. Природа и теория общей (энергетики) циркуляции в атмосфере. Гидрометиздат, 1970.

2. Борисенко Е.П. Состояние и проблемы энергетики атмосферных процессов. Проблемы современной метеорологии. Л: Гидрометиздат, 1997.

3. Вульфсон Н.И. Левин Л.М. Способ активного воздействия на атмосферу. Авторское свидетельство N 296523.

4. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Л. 1952.

5. Рил Г. Алака М.А. Джордан К.Л. Ренар РДЖ. Струйное течение. М. Иностранная литература, 1959.

6. Бибилашвили Н.Ш. и др. Руководство по организации и проведению работ. Л. Гидрометиздат, 1981.

7. Мизун Ю.Г. Космос и погода. Наука, 1989.

8. Пахмельних Л.А. Устройство для создания объемного заряда заявка Р.Ф. N 4806214.