РД 52.11.638-2002

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Проведение работ по искусственному рассеянию переохлажденных туманов
в аэропортах наземными средствами с использованием жидкого азота

     

Дата введения 2003-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Центральной аэрологической обсерваторией (ЦАО) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет)

2 РАЗРАБОТЧИКИ Л.И.Красновская, канд. физ.-мат. наук, руководитель темы; А.Н.Хижняк, канд. техн. наук; Б.Н.Сергеев, канд. физ.-мат. наук; Н.Ю.Банкова

3 ВНЕСЕН Отделом активных воздействий и государственного надзора УСНК Росгидромета

4 УТВЕРЖДЕН Руководителем Росгидромета 19 июля 2002 г.

5 ОДОБРЕН Центральной комиссией по приборам и методам наблюдений (ЦКМП) Росгидромета, протокол N 2 от 28 апреля 2001 г.

6 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Центральным конструкторским бюро гидрометеорологического приборостроения (ЦКБ ГМП) за номером РД 52.11.638-2002

7 ВЗАМЕН "Методических указаний. Искусственное рассеяние переохлажденных туманов на аэродромах с помощью автоматизированной наземной пропановой системы" (М.: Гидрометеоиздат, 1985)

     1 Область применения

Настоящие методические указания устанавливают правила проведения производственных работ по искусственному рассеянию переохлажденных туманов в аэропортах наземными средствами с использованием жидкого азота.

В основу настоящих методических указаний положены результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований процессов естественной эволюции переохлажденных туманов и их искусственного рассеяния (приложение А).

Настоящие методические указания предназначены для использования военизированными службами активных воздействий на гидрометеорологические процессы, специальными подразделениями в аэропортах, научно-исследовательскими учреждениями и другими организациями Росгидромета, осуществляющими работы по искусственному рассеянию переохлажденных туманов как на территории России, так и за рубежом.

     2 Определения и сокращения

     2.1 Определения

В настоящих методических указаниях применяются следующие термины с соответствующими определениями.

Азотный генератор - специальная криогенная установка для создания в переохлажденном тумане низкотемпературных струй азота для инициирования в нем процессов гомогенной конденсации водяного пара и мгновенного замораживания образовавшихся капель воды, в результате чего возникают ядра искусственной кристаллизации воды (ледяные кристаллы).

Активные воздействия на туман - преднамеренные изменения естественного хода эволюции тумана в желаемом направлении путем изменения в некоторой части его микрофизических характеристик или физических свойств.

Аэропорт - комплекс сооружений, предназначенный для приема, отправки воздушных судов и обслуживания воздушных перевозок, имеющий для этих целей аэродром, аэровокзал и другие сооружения и необходимое оборудование [1].

Взлетно-посадочная полоса (ВПП) - часть аэродрома, предназначенная для разбега при взлете и пробега после посадки воздушных судов [1].

Дальность видимости - максимальное расстояние, с которого распознаются неосвещенные объекты (ориентиры) днем и световые ориентиры ночью [1].

Зона искусственного рассеяния - объем воздуха, в котором в результате искусственного воздействия видимость улучшилась до посадочного минимума.

Зона приземления - участок ВПП за ее порогом, предназначенный для первого касания ВПП приземляющимся самолетом [1].

Кристаллизующая эффективность - количество ледяных кристаллов, образующихся при введении в туман 1 г реагента.

Мобильный азотный генератор - азотный генератор, установленный на платформе транспортного средства.

Переохлажденная вода - вода, находящаяся в незамерзшем состоянии при отрицательной температуре воздуха.

Производительность азотного генератора - количество ледяных кристаллов, образующихся за 1 с.

Радиационный туман - туман, возникший над поверхностью почвы в результате радиационного выхолаживания (ночного летом и круглосуточного зимой) [1].

Реагент - вещество, использующееся для создания в переохлажденном тумане достаточно большого количества ядер искусственной кристаллизации воды (ледяных кристаллов).

Стационарный азотный генератор - азотный генератор, установленный на постоянное место.

     2.2 Сокращения

ЦАО - Центральная аэрологическая обсерватория.

ВПП - взлетно-посадочная полоса.

АМСГ - авиационная метеорологическая станция (гражданская).

ИКАО - Международная организация гражданской авиации.

ГМЧЛ-Н-40 - генератор мелкодисперсных частиц льда, наземный, объемом 40 л.

НТМ - научно-техническое мероприятие.

     3 Общие положения

3.1 Метод искусственного рассеяния переохлажденных туманов с использованием жидкого азота предназначен для улучшения условий взлета и посадки самолетов в условиях тумана. Он может быть использован также для искусственного рассеяния туманов на автодорогах, вертолетных площадках и горнолыжных трассах.

3.2 В настоящих методических указаниях определены метеорологические условия и другие факторы, при которых возможно получение положительного эффекта воздействия, даны перечень технических средств, необходимых для выполнения работ, и рекомендации по их размещению относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП), по планированию и организации работ по рассеянию туманов.

3.3 В настоящих методических указаниях приведены краткие сведения о конструкции азотных генераторов, их основные технические характеристики, примерный расчет экономической эффективности рассеяния туманов в аэропорту (приложение Б), рекомендации по технике безопасности при работе с жидким азотом.

3.4 Настоящие методические указания предназначены для обучения персонала, выполняющего работы по искусственному рассеянию туманов в аэропортах, грамотному применению метода рассеяния туманов с использованием жидкого азота для повышения эффективности производственных работ.

     4 Информация, необходимая для определения целесообразности и эффективности применения искусственного рассеяния тумана в конкретном аэропорту

4.1 Положительный эффект искусственного рассеяния тумана может быть получен только в случае воздействия на переохлажденные жидкокапельные или смешанные туманы, содержащие небольшое количество кристаллов льда.

4.2 Для решения вопроса о целесообразности и эффективности применения искусственного рассеяния тумана в конкретном аэропорту следует ознакомиться:

- с оснащением аэропорта средствами посадки самолетов по приборам;

- с климатическими характеристиками в дни с туманами;

- с расписанием рейсов самолетов.

4.2.1 От используемой в аэропорту системы посадки самолетов зависит категория погодного минимума, а следовательно, объем и конфигурация пространства, которое должно быть освобождено от тумана, и требования к условиям видимости в нем.

Согласно классификации Международной организации гражданской авиации (ИКАО), погодные минимумы подразделяются на три существенно отличающиеся друг от друга категории.

На рисунке 1 представлены объемы и конфигурации пространства, соответствующие I, II и III категориям погодных минимумов по классификации ИКАО.

а - I категория (объем пространства составляет 14672700 м); б - II категория (объем пространства
 составляет 4116200 м); в - III категория (объем пространства составляет 2802600 м);
АВ - порог ВПП; С - точка касания

Рисунок 1 - Конфигурации и соответствующие им объемы пространства, которые должны быть
освобождены от тумана при различных категориях погодных минимумов (по классификации ИКАО)

4.2.2 Климатические характеристики в дни с туманами позволяют получить информацию о повторяемости туманов при различных температуре, скорости и направлении ветра и условиях видимости, а также о повторяемости туманов по времени суток. Сопоставление этой информации с расписанием рейсов самолетов важно при решении вопроса о целесообразности проведения работ по рассеянию тумана.

4.3 Большую роль при рассеянии туманов играет производительность используемых азотных генераторов мелкодисперсных частиц льда. Как следует из результатов численного моделирования и практического применения метода рассеяния тумана с использованием жидкого азота, производительность азотных генераторов должна быть не менее 4·10 крист./с.

4.4 Наиболее важными метеорологическими величинами, определяющими возможность получения положительного эффекта воздействия, являются:

- вид и мощность тумана;

- температура воздуха и вертикальный температурный градиент;

- скорость и направление ветра;

- метеорологическая дальность видимости.

4.4.1 При использовании достаточно производительных азотных генераторов положительный эффект воздействия может быть получен при температуре ниже минус 0,5 °С. Нижним критерием применимости способа рассеяния туманов с использованием жидкого азота является температурная граница существования жидкокапельных туманов.

4.4.2 Значимость вертикального температурного градиента как фактора, определяющего возможность получения положительного эффекта искусственного рассеяния тумана, особенно возрастает, когда осуществляют воздействие на туман при температуре, близкой к пороговой. Вертикальный профиль температуры может быть определен с помощью профилемера или радиозондирования.

Обобщенные данные о вертикальном профиле температуры в различных видах туманов показывают, что в адвективных и находящихся в стадии стабилизации радиационных туманах в нижних слоях атмосферы (100-200 м) наблюдается падение температуры с высотой с градиентами 0,3-0,4 °С на 100 м, выше располагается инверсия. Нижняя граница инверсии практически совпадает с верхней границей тумана. В туманах, связанных с прохождением фронта, обычно наблюдается более быстрое падение температуры с высотой (с вертикальным градиентом примерно 0,9 °С на 100 м) [2]. В таких случаях существуют благоприятные условия для развития процесса искусственного рассеяния тумана.

В некоторых случаях складываются такие метеорологические условия, которые обычно наблюдаются в формирующемся радиационном тумане, когда инверсия температуры начинается непосредственно от поверхности земли. Тогда при температуре, близкой к пороговой, уже на небольшой высоте температура становится положительной и развитие процесса рассеяния по вертикали прекращается.

Примеры вертикальных сечений зон искусственного рассеяния, их местоположения относительно стационарных азотных генераторов с производительностью 4·10 крист./с при различных метеорологических условиях приведены на рисунке 2.

Генератор находится в точке 1 км, время воздействия 60 мин

Рисунок 2 - Вертикальные сечения зон искусственного рассеяния (светлый фон)
при различных метеорологических условиях

4.4.3 Численные эксперименты показывают, что искусственное рассеяние переохлажденных туманов возможно при температуре ниже пороговой и практически при любой скорости ветра, однако конфигурация зоны рассеяния и ее удаление от азотных генераторов меняются с увеличением скорости ветра. В связи с этим при наличии особых условий на конкретном объекте (ограниченная территория аэропорта, невозможность размещения оборудования за ее пределами, определенное количество установок) могут возникнуть ограничения в применении метода по скорости ветра. Для каждого объекта они будут различны. В этом случае скорость ветра становится существенным фактором, ограничивающим возможность получения положительного эффекта воздействия.

Особо благоприятными для применения метода искусственного рассеяния тумана с использованием жидкого азота (азотной технологии) являются температура ниже минус 0,5 °С и скорость ветра не более 1 м/с.

     5 Технические средства, используемые при искусственном рассеянии переохлажденных туманов с земли

     5.1 Средства измерения метеорологических величин и контроля эффекта рассеяния

5.1.1 Для измерения метеорологических величин при искусственном рассеянии переохлажденных туманов с земли используют следующие технические средства.

1. Автоматическую метеорологическую станцию типа КРАМС-М - 1 шт. Ее характеристиками являются: