РД 52.04.674-2006 Руководство по искусственному вызыванию осадков для охраны лесов от пожаров

     8.1.2 Основы АВ на облака льдообразующими реагентами

8.1.2.1 Характерным и широко распространенным льдообразующим реагентом является йодистое серебро (AgJ). Аэрозольные частицы льдообразующих реагентов служат гетерогенными центрами кристаллизации при попадании их в переохлажденную зону облака [13, 14]. Наиболее широко применяемым способом диспергирования льдообразующих частиц (микрометр и менее) является термоконденсационный. Этот метод основан на первоначальной возгонке реагента в парообразное состояние и последующем резком охлаждении этих паров за счет перемешивания с внешним значительно более холодным воздухом. Активность и температурный порог активности полученного аэрозоля зависят от физико-химических свойств исходного состава вещества, способа диспергирования, температуры и влажности облака, способа введения в облако. Размер формируемых частиц зависит преимущественно от начальной концентрации паров реагента, загрязнений и от скорости разбавления паров атмосферным воздухом.

8.1.2.2 Термоконденсационный способ диспергирования частиц лежит в основе всех современных автономных генераторов льдообразующих аэрозолей. Практической реализацией метода термоконденсационного формирования льдообразующих аэрозолей явилась разработка пиротехнических генераторов. Основным достоинством пиротехнического способа является независимость (автономность) формирования льдообразующего аэрозоля в заданной зоне облака на значительном удалении от оператора. Штатным пиротехническим составом являлся состав 50-04-02, содержащий 2% AgJ, с температурным порогом активности минус 6 °С и льдообразующей активностью от 10 при - минус 6 °С до 10 при - минус 18 °С.

8.1.2.3 Засев облаков производится с самолетов с помощью специально разработанных пиротехнических патронов ПВ-26, ПВ-50 и САГ-П (САГ-ПМ) с содержанием йодистого серебра. При льдообразующей активности пиросоставов 5х10 ядер на 1 г при температуре минус 10 °С один пиропатрон ПВ-26, содержащий 40 г пиросостава, обеспечивает введение в облако 2х10 ядер и, следовательно, создает необходимую концентрацию ядер в 2 кубических километрах облачной массы. Оптимальные нормы расхода на одно облако составляют от 1 до 3 пиропатронов ПВ-50 и среднем 20 - ПВ-26 [15]. В настоящее время разработан и внедрен в практику пиротехнический льдообразующий состав АД-1, содержащий 8% состав AgJ, который по своим льдообразующим характеристикам не уступает зарубежным, в частности составу AU с 10,8% AgJ, разработанному в Македонии и выпускаемому в Австрии [8].

8.1.2.4 Для ИВО необходимо перевести облако из коллоидно-устойчивой системы в коллоидно-неустойчивую. Для предотвращения выпадения осадков облако стабилизируют в коллоидно-устойчивом состоянии или переводят из коллоидно-неустойчивого в коллоидно-устойчивое.

8.1.2.5 Основы АВ на облака льдообразующими реагентами с целью искусственного регулирования осадков формулируются в следующем виде:

- облака в метастабильном состоянии наблюдаются в реальной атмосфере в подавляющем большинстве случаев;

- большая часть осадков выпадает из смешанных облаков, расположенных в атмосфере ниже и выше нулевой изотермы;

- количество ледяных кристаллов в облаке не всегда является достаточным для эффективного осадкообразования;

- основной метод АВ на смешанные облака, содержащие переохлажденные капли, состоит в искусственном создании или введении в переохлажденную часть облака ледяных кристаллов в определенной дозировке [8, 12, 13, 16, 17, 18].

8.1.2.6 Проведение АВ с целью увеличения количества осадков и выбор метода воздействия зависят от состояния и форм облачности, географического расположения места проведения работ по АВ и времени года. Мощность и водность облаков обусловлены скоростью восходящих потоков и влагосодержанием слоев воздуха. Поэтому принятие решения на АВ и выбор метода воздействия тесно связаны с анализом метеорологических (синоптических) условий (циклон, антициклон, ложбина, гребень и т.д.) стратификации атмосферы, расположением облачности по высотам и степенью увлажнения атмосферы над интересующим пунктом или районом. Облако (система облаков), как результат фазовых переходов воды в атмосфере, служит генератором осадков. Сумма осадков, выпавших из облака (системы облаков), может превышать количество воды в облаке в определенный момент времени в 4-42 раза [19, 20, 21].

8.1.2.7 При искусственном воздействии кристаллизирующими реагентами с целью ИВО или получения дополнительных осадков реагент вводится в переохлажденную часть облака для интенсификации процессов фазовых переходов воды в атмосфере. Образующиеся искусственные ледяные кристаллы изменяют микроструктуру облака в результате испарения мелких капель и перегонки водяного пара на искусственные кристаллы. Укрупнение образовавшихся кристаллов идет до размеров, когда гравитационные силы уже не уравновешиваются аэродинамическими силами восходящих потоков, и они начинают падать, продолжая укрупняться за счет коагуляции, разности температур между падающей частицей и окружающей средой и других факторов.

При кристаллизации переохлажденных капель воды происходит выделение тепла, за счет которого усиливаются вертикальные потоки воздуха, приводящие к вовлечению влаги из более насыщенных нижних слоев атмосферы в зону формирования осадков (ЗФО), а другая часть тепла в виде излучения рассеивается облаком в окружающую среду. Так, выделение скрытой теплоты фазовых переходов воды при засеве льдообразующими реагентами приводит в зоне засева в слоистообразных облаках к локальному повышению температуры воздуха порядка на 0,1-0,5 °С, при засеве конвективных облаков - на несколько градусов. Это вызывает локальное падение давления под облаком на 1-1,5 гПа, благодаря которому усиливается конвергенция влажного околооблачного воздуха по направлению к облаку и поддержка этим его существования. Потеря тепловой энергии облаком замедляет процесс осадкообразования, так как вертикальные движения в менее нагретом облаке слабее, чем в более теплом облаке.

Существуют определенные различия в воздействиях на слоистообразную и конвективную облачность. Формирование частиц осадков в результате АВ на слоистообразные облака длится от десятков минут до 1-2 ч, в конвективных облаках - от 5-10 мин до 35-50 мин.