RU2105463C1

RU2105463C1 - Method and system for acting upon atmospheric circulation process

Info

Publication number: RU2105463C1
Application number: RU93026495A
Authority: RU
Inventors: Вадим Анатольевич Протопопов; Валерий Иоганнесович Уйбо
Original assignee: Вадим Анатольевич Протопопов; Валерий Иоганнесович Уйбо
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: method and system for controlling weather conditions in predetermined regions, in particular, provision for horizontal and vertical wind shifts and air flows in atmosphere. SUBSTANCE: method involves continuously directing vertical ion flows through atmospheric air body for 3-120 hours practically at any weather conditions. The greater is duration of action, the more efficient and vast are changes in atmosphere. Dynamic parameters of air stream flow formed by main ionic flow are controlled by means of auxiliary units creating additional vertical ion flows. Process is controlled by space observation apparatuses, such as meteorological satellites and control center for communication with satellites and ion flow generating units. EFFECT: increased efficiency, wider operational capabilities and enhanced reliability in operation. 3 cl, 3 dwg

Description

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. The method of influencing the process of atmospheric circulation and the system for its implementation relate to meteorology, namely to active influences on meteorological processes, and can be used in practical work on weather control and climate change in individual regions.

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. From the fundamentals of meteorology it follows that the formation of weather and climatic conditions on the earth occurs under the influence of atmospheric processes caused by the circulation of air masses (1), which is a result of the equalization of baric gradients arising from the uneven heating of the earth's surface and the surface air layer.

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.Along with the chaotic movement of air flows in the atmosphere, relatively stable processes arise that have a certain pattern of appearance and development (ascending and descending vertical flows, fronts, cyclones, anticyclones, jet flows, etc.)
Currently, there is no active impact on atmospheric circulation on a global scale due to the lack of a technical solution to this complex problem, however, there are theoretical justifications for the possibility of affecting atmospheric circulation in local areas, including the intensity of cyclones and anticyclones and the trajectory of their movement from the purpose of changing the temperature regime and the amount of precipitation in specified areas. In particular, it was calculated that a change in the size of the area of cloud fields affects the course of thermodynamic processes in the atmosphere and thereby the evolution of cyclones and anticyclones (2), i.e. exposure to cloudy fields leads to changes in atmospheric pressure in nearby centers and to deformation of the trajectories of their movement.

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. The use of known methods for the artificial destruction of cloud fields and other atmospheric formations (8) is possible only under special conditions for each individual method: in the presence of atmospheric instabilities, natural ascending and descending flows, certain values of temperature and humidity, etc.

Поэтому их применение на практике не дает значительного эффекта, который к тому же имеет относительно небольшое пространственно временные масштабы. Therefore, their practical application does not produce a significant effect, which also has a relatively small spatio-temporal scale.

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. A method is proposed for influencing the atmospheric circulation process, not related to the destruction of cloud fields, but based on the creation of an artificial upward air flow using a vertical ion flow, which does not have the listed application restrictions.

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). As a prototype of the invention, a method of actively influencing the atmosphere by means of downward vertical air flows to destroy convective clouds and ventilate the surface air layers is adopted (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. The method consists in the excitation of downward air flows by a charge explosion with a cumulative recess directed downward, the charge being delivered to the upper part of the developing cloud or to the area above the ventilated zone of the earth's surface.

Взрыв дает струю воздуха с большой начальной скоростью. Направленная вниз струя за счет потенциальной энергии неустойчивости атмосферы превращается в мощный нисходящий поток. The explosion gives a stream of air with a high initial velocity. Due to the potential energy of the instability of the atmosphere, the jet directed downward turns into a powerful descending stream.

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. Downward flows lead to the destruction of convective clouds due to adiabatic heating of the air falling downward and the evaporation of cloudy drops, and also cause short-term squalling winds at the surface of the earth, which can clear off the polluted zones of the atmosphere.

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. The practical implementation of this method is associated with all the disadvantages listed above and the need for a meteorological situation suitable for exposure, and the resulting effect has small spatial and single-pulse time scales.

Кроме того, к недостаткам данного способа следует отнести технологическую сложность доставки заряда в соответствующие участки атмосферы и достаточно высокую стоимость работы. In addition, the disadvantages of this method include the technological complexity of the charge delivery to the corresponding parts of the atmosphere and a rather high cost of work.

Как уже отмечалось выше, предлагаемый способ основан на использовании ионного вертикального потока и заключается в следующем. As noted above, the proposed method is based on the use of ion vertical flow and is as follows.

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). It is known that atmospheric air always contains vaporous moisture, both in a cloudy environment and in cloudless space; therefore, ions rising upward, regardless of the presence of cloudiness, are encircled and generate thermal energy not only due to the condensation effect, but also due to the release of Joule heat with the passage of electric current through the thickness of atmospheric air, which is the flow of ions. It is also known that the flow of electric current through a gas in a closed volume leads to its heating, and in the open to expansion (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). The expansion of air, which occurs due to the release of heat of condensation and electrical effects, leads to a decrease in its density, and therefore to a vertical movement along the ion flow, which leads to the formation of a continuous and stable upward flow (the so-called cyclonic flow) and the accompanying vertical t horizontal wind shears . This, in turn, creates the conditions for the emergence and development of the jet stream in the troposphere at high levels of 6-10 km, which has powerful weather-forming properties (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. Obtaining optimal effects is the essence of the invention. This goal is achieved by creating a long-lasting at least 3-120-hour regime for the flow of electric current through the atmosphere with the help of an installation that generates an ion stream. Moreover, the transmission of electric current to create a continuous upward flow is carried out regardless of the presence of cloudiness in the area of exposure.

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. The practical implementation of the proposed method of exposure is not fraught with great technical problems and material costs. As an example of the design of the device that generates ion flux, we propose a facility that is used to disperse fog and low layered clouds at airports.

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). The installation consists of a radiating system occupying an area of one hectare, which is a corona electrode in the form of a coarse mesh (15 x 25 m) made of a thin wire raised above the ground using metal grids equipped with insulators and a high-voltage voltage supply source on a grid high relative to the ground, potential (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). As noted above, in the process of prolonged electrical exposure in the troposphere, a jet flow occurs. This phenomenon has a great influence on the circulation processes in the atmosphere. According to a certain law, zones of cyclonic and anticyclonic activity arise at a distance of hundreds and thousands of kilometers along the axis of the jet stream (Fig. 1). Therefore, the initiation of a jet stream by its dynamics makes it possible to influence the weather state in large areas (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. With the help of one installation, the ion flow generating is initiated by a single-jet flow (Fig. 2), the axis of which passes above the installation, and its parameters, such as direction, speed and height of the position, depend on the meteorological background.

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. With the connection of additional installations located at a distance of several hundred kilometers from the first, it is possible to influence the dynamic parameters of the emerging jet flow, because the meteorological background in the area of its passage acquires a more definite, stable character.

К сказанному следует добавить, что возможно не только управление струйным течением, но и создание управляемой сети струйных течений. It should be added to the above that it is possible not only to control the jet stream, but also to create a controlled network of jet streams.

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. To control the dynamics of a jet stream or a network of jet streams during a large-scale impact on the atmospheric circulation process, a system is proposed consisting of a complex of installations generating ion flows located on land and at sea and separated from each other at a distance of several hundred kilometers.

В состав систем входят космические средства наблюдения (метеоспутники) и наземный центр управления и связи со спутниками и с установками. The systems include spaceborne surveillance equipment (weather satellites) and a ground control center and communications with satellites and installations.

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. An analogue of the proposed system can be a large-scale missile defense system with space-based elements, which was developed as part of the strategic defense initiative program in the United States and was intended to destroy intercontinental ballistic missiles in all sections of their trajectories.

Наиболее близким аналогом по функциональному назначению является система противоградовой защиты, разработанная в СССР в шестидесятые годы (6). The closest analogue in terms of functionality is the anti-hail protection system developed in the USSR in the sixties (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. Functionally, the anti-hail protection system consists of a network of stationary anti-aircraft missile systems designed to treat thunderclouds with a reagent introduced into them to prevent hail formation, and a network of meteorological radars (MRL) that monitor the appearance, development and movement of thunderclouds in the protected zone.

Управление пусками ракет осуществляется из региональных центров противоградовой защиты на основании анализа метеоданных МРЛ. Missile launch control is carried out from regional anti-hail protection centers based on the analysis of meteorological data of MRL.

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. However, both analogues are not considered in this application as a prototype of the invention due to significant functional differences because the proposed system can be used to prevent dangerous weather events, such as a hurricane, floods, droughts, forest fires, etc. as well as for the formation in specified areas of the necessary climatic conditions.

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. In FIG. Figure 3 shows a view from space of a fragment of a system for influencing meteorological processes that controls the Far East coast of Russia, the Korean Peninsula, and the Japanese Islands, which are most susceptible to the destructive action of typhoons and hurricanes.

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. The occurrence of vertical wind shear and jet currents at high altitudes (6 9 km) as a result of the passage of electric current through the atmosphere was observed in the course of experimental work carried out in 1991 in the Moscow region and repeated confirmation in further experimental and practical work on regulation amount of precipitation.

На фиг. 2 изображено искусственно вызванное струйное течение (по данным, представленным Росгидрометцентром, осуществляющим метеорологическое сопровождение эксперимента 9 апреля 1993 года). In FIG. Figure 2 shows an artificially induced jet stream (according to the data provided by the Roshydrometcentre carrying out meteorological support of the experiment on April 9, 1993).

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. The table shows the results of nine experiments to induce artificial wind shears and jet currents, performed with meteorological support of the Roshydromettsentr in 1993. Of the nine cases in nine, the appearance of a jet stream in the area of the city of Moscow was recorded.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Лоренц Э.Н. Природа и теория общей (энергетики) циркуляции в атмосфере. Гидрометиздат, 1970.Sources of information taken into account:
1. Lorenz E.N. The nature and theory of general (energy) circulation in the atmosphere. Gidrometizdat, 1970.

2. Борисенко Е.П. Состояние и проблемы энергетики атмосферных процессов. Проблемы современной метеорологии. Л: Гидрометиздат, 1997. 2. Borisenko E.P. State and problems of energy of atmospheric processes. Problems of modern meteorology. L: Gidrometizdat, 1997.

3. Вульфсон Н.И. Левин Л.М. Способ активного воздействия на атмосферу. Авторское свидетельство N 296523. 3. Wolfson N.I. Levin L.M. The method of active exposure to the atmosphere. Copyright certificate N 296523.

4. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Л. 1952. 4. Granovsky V.L. Electric current in the gas. L. 1952.

5. Рил Г. Алака М.А. Джордан К.Л. Ренар РДЖ. Струйное течение. М. Иностранная литература, 1959. 5. Ril G. Alaka M.A. Jordan C.L. Renard RJ. Jet stream. M. Foreign Literature, 1959.

6. Бибилашвили Н.Ш. и др. Руководство по организации и проведению работ. Л. Гидрометиздат, 1981. 6. Bibilashvili N.Sh. and other Guidelines for the organization and conduct of work. L. Gidrometizdat, 1981.

7. Мизун Ю.Г. Космос и погода. Наука, 1989. 7. Mizun Yu.G. Space and weather. Science, 1989.

8. Пахмельних Л.А. Устройство для создания объемного заряда заявка Р.Ф. N 4806214. 8. Pakhmelnykh L.A. Device for creating a space charge N 4806214.

Claims

1. A method of influencing the process of atmospheric circulation, including passing an electric current through a layer of atmospheric air, characterized in that in any meteorological conditions a vertical ion stream is passed through a layer of atmospheric air for 3 120 hours to form a vertical air stream in the troposphere above the point of exposure, vertical and horizontal wind shears and the initiation of a jet stream.

2. A system for influencing the process of atmospheric circulation, characterized in that it contains a complex of installations located on land and at sea at a distance of several hundred kilometers from one another, at least one of which is designed to form a jet stream in the atmosphere over a given region by generating a vertical ion flow, and the rest to control the dynamic parameters of the specified jet stream by generating additional vertical ion flows, and there are also space observation equipment in the form of weather satellites and a control center for communication with weather satellites and with installations generating ion flows.