RU2490869C2 - Способ направленного изменения циркуляции воздушных масс и связанных с ней погодных условий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к прикладной метеорологии и может быть использовано для коррекции погодных условий и изменения климата в отдельных регионах в интересах сельского хозяйства и экологии. Способ заключается в том, что атмосферные термодинамические процессы инициируют путем однополярной ионизации приземного воздуха. Ее осуществляют ионизаторами, объединенными в блоки. Каждый блок создает единый объемный атмосферный электрический заряд. Концентрацию ионов в объемном заряде регулируют изменением количества ионизаторов и их взаимным расположением. Ионизаторы в блоках располагают по прямой линии, определенным образом ориентированной относительно направления ветра, или по окружности. Восходящий поток воздуха ограничивают по высоте путем поднятия на высоту, по крайней мере, одного ионизатора для создания встречного потока противоположно заряженных ионов. Блоки ионизаторов могут быть расположены по окружности. Включают блоки поочередно. Каждый последующий блок включают через 2/3 Т по направлению вращения или против направления вращения часовой стрелки. Обеспечивается повышение эффективности влияния возникающих возмущений атмосферной циркуляции на изменение погодных условий путем увеличения концентрации ионов и программируемого распределения областей ионизации. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

(i) Область использования

Изобретение относится к области прикладной метеорологии и может быть использовано для коррекции погодных условий и изменения климата в отдельных регионах в интересах сельского хозяйства и экологии.

(ii) Предшествующий уровень техники

Характер и структура воздушных течений у земной поверхности и на различных высотах являются важнейшими вопросами общей метеорологии, т.к. с ними связан перенос тепла и влаги в атмосфере, преобразование огромных количеств энергии и развитие основных погодных ситуаций, а в прикладной метеорологии это является предметом не только изучения, но и практического использования, а именно в части проведения активных воздействий на метеорологические процессы.

Известен способ воздействия на процесс атмосферной циркуляции, при котором через толщу атмосферного воздуха пропускают вертикальный поток ионов, для создания которого используют электрические поля Земли и ионосферы, а также естественный вертикальный турбулентный перенос и формируют при этом в тропосфере над пунктом проведения воздействий восходящий воздушный поток, вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра и струйные течения (RU 2105463, МПК 8 A01G 15/00, опубл. 27.02.1998).

Известен способ однополярной ионизации атмосферного воздуха, при котором инициируют атмосферные термодинамические процессы, изменяющие погодные условия (RU 2144760 С2, МПК 8 A01G/15, опубл. 27.01.2000).

Наиболее близким аналогом к изобретению является способ изменения погодных условий в пределах заданного пространства, при котором с помощью коронирующего электрода в атмосферный воздух генерируют однополярные ионы, нарушая естественную циркуляцию воздушных масс на различных высотах в разных пространственных масштабах над территорией в пределах от единиц до тысяч километров, при этом дозируют время действия восходящего потока от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от естественного метеорологического фона и результатов оценки изменения атмосферной циркуляции (RU 2154371 С2, МПК 8 A01G 15/00, опубл. 20.08.2000).

Недостатком указанных способов является плохая управляемость развитием возмущений атмосферной циркуляции из-за недостаточной концентрации ионов и отсутствия возможности гибкого изменения величин концентрации в ионизируемых объемах воздуха и распределения зон ионизации в пространстве, затрудняющая осуществление контролируемых изменений синоптической ситуации на больших территориях в ожидаемые сроки.

(iii) Раскрытие изобретения

Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности влияния возникающих возмущений атмосферной циркуляции на изменение погодных условий путем увеличения концентрации ионов в воздушном пространстве и программируемого распределения областей ионизации атмосферного воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе направленного изменения циркуляции воздушных масс над заданной территорией и связанных с ней погодных условий, при котором инициируют атмосферные термодинамические процессы путем однополярной ионизации приземного воздуха, однополярную ионизацию приземного воздуха и инжекцию ионов осуществляют ионизаторами, объединенными в блоки, системно разнесенными по заданной территории, причем каждый блок создает единый объемный атмосферный электрический заряд, концентрацию ионов в котором регулируют изменением количества ионизаторов и их взаимным расположением.

Ионизаторы в каждом блоке располагают, например, по прямой линии, определенным образом ориентированной относительно направления ветра, или по окружности.

Восходящий поток воздуха может быть ограничен по высоте, например, ниже уровня образования струйного течения путем поднятия на высоту, по крайней мере, одного ионизатора для создания встречного потока противоположно заряженных ионов.

Блоки ионизаторов могут быть расположены по окружности и включают их поочередно.

После включения одного блока ионизаторов каждый последующий блок включают через 2/3 Т, где Т - длительность работы включенного блока.

Блоки ионизаторов могут включаться по направлению вращения или против направления вращения часовой стрелки.

(iv) Примеры реализации изобретения

На фиг.1 представлена схема ионизаторов, посредством которой осуществляют однополярную ионизацию приземного воздуха и инжекцию ионов.

На фиг.2А представлена схема расположения ионизаторов по прямой линии, ориентированной по направлению ветра.

На фиг.2В - схема расположения ионизаторов по прямой линии, ориентированной перпендикулярно по отношению к направлению ветра.

На фиг.3 представлена схема расположения одного из ионизаторов, входящего в блок на высоте, обеспечивающей ограничение высоты подъема восходящего потока воздуха.

На фиг.4 представлена схема блоков ионизаторов, расположенных по окружности.

Способ направленного изменения циркуляции воздушных масс над заданной территорией осуществляют установкой, представляющей собой ионизаторы, каждый из которых выполнен, например, в виде пирамидального модуля 1, представляющего собой полый сетчатый коронирующий электрод (фиг.1а). Указанные ионизаторы собраны в блоки 2 (фиг.1в), разнесенные по заданной территории, образуя систему блоков (фиг.1с). В ионизаторах в качестве источников ионов может использоваться, например, электромагнитная радиация в виде ультрафиолетовых, рентгеновских или гамма-излучений, стримерных или коронных разрядов и т.п. Ионизаторы оснащены электродами, нейтрализующими одну из заряженных компонент ионизированного воздуха.

Каждый ионизатор 1 осуществляет инжекцию ионов. Каждый блок 2 ионизаторов 1 формирует свой восходящий и ориентированный по ветру шлейф ионизированного воздуха, создавая единый объемный электрический атмосферный заряд. Изменяя количество ионизаторов 1 в блоке 2 и их взаимное расположение, можно регулировать концентрацию ионов в едином объемном заряде и изменять его форму.

В результате работы нескольких блоков 2 создается система объемных электрических зарядов, которые взаимодействуют с атмосферным воздухом, магнитным и электрическим полями Земли, а также между собой. При этом изменяются основные метеорологические параметры и естественная динамика воздушных потоков.

С помощью единичного коронирующего ионизатора рассеивается туман в радиусе до 1 км или разрушается низкая слоистая облачность над ним в радиусе до 5 км. Разрушительным фактором в этом случае является образующийся восходящий воздушный поток. Уровень концентрации ионов Н в его приземной части составляет 10⁵ ед. в куб. см. С помощью одного блока, состоящего из n (при n=3-4) ионизаторов 1, за несколько часов деформируется атмосферный фронт или рассеивается фронтальная облачная масса в радиусе до нескольких сотен км. При увеличении количества ионизаторов, входящих в блок, можно осуществить ионизацию атмосферного воздуха до более высокого значения, равного nH ед. в куб. см, т.е. пропорционального количеству n ионизаторов, входящих в блок, и добиться образования более мощного объемного заряда, и как показывает практика, большего по масштабу атмосферного возмущения, достигающего мезомасштабного значения. В этом случае концентрацию ионов в воздухе можно варьировать в большем диапазоне и достигать значений - 3.10⁶ ед. в кв. см. и более.

Располагая ионизаторы в одну линию, определенным образом ориентированную относительно направления ветра, можно создать ряд восходящих потоков ионизированного воздуха, формирующих единый объемный заряд, геометрические размеры которого и его форма будут зависеть от ориентации линии относительно ветра.

Так, например, располагая ионизаторы вдоль прямой линии, ориентированной в направлении ветра можно добиться большей концентрации ионов, а значит большего значения величины заряда, на малой территории, что важно для увеличения скорости восходящего воздушного потока.

В этом случае, как показано на фиг.2А (вид сверху), шлейфы ионизированного воздуха, ориентированные по ветру, сливаются в единый протяженный, но относительно узкий шлейф, концентрация ионов в котором увеличивается последовательно от одного ионизатора к другому, т.е. каждый из них пополняет шлейф ионами.

Чем больше концентрация ионов в создаваемом объемном заряде, тем большая скорость вертикального потока ионизированного им воздуха. При этом следует отметить, что восходящий воздушный поток порождает конвективное развитие облачности и связанных с ней гроз и ливневых осадков тем больших, чем мощнее конвекция.

Если ионизаторы располагать вдоль прямой линии, ориентированной, например, перпендикулярно направлению ветра, то в этом случае можно добиться меньшей концентрации ионов, а значит, меньшего значения величины заряда, но распространяющегося на большей территории, что важно, например, при рассеивании туманов или низкой слоистой облачности и пресечения осадков.

На фиг.2В (вид сверху) показано, что шлейфы ионизированного воздуха, исходящие от каждого ионизатора, сливаются в единый шлейф, распространяющийся на гораздо большую площадь в сравнении с первым случаем, однако концентрация ионов в нем более низкая и не зависит от числа ионизаторов.

Если над каким-либо районом осуществляется рассеивание тумана или низкой слоистой облачности, то это приводит к локальному радиационному (солнечному) прогреву земной поверхности, а затем к повышению температуры воздуха, а значит, к появлению температурных градиентов и изменению направления местных ветров.

Если же один из ионизаторов, входящий в состав блока, но генерирующий в отличие от остальных положительные ионы, поднять на высоту, то в этом случае появляется возможность создания системы противотоков. От этого зависит пространственный масштаб атмосферных возмущений.

На фиг.3 изображена схема взаимодействия двух встречных потоков - восходящего, образованного отрицательными ионами, перемещающимися вверх, и нисходящего потока, образованного положительными ионами, которые движутся вниз под влиянием отрицательного электрического поля Земли и отрицательного объемного заряда восходящего потока.

При механическом взаимодействии разноименные ионы взаимно уничтожаются и оба потока в месте их контакта прерываются.

Таким образом, восходящий воздушный поток с помощью поднятого вверх ионизатора можно прервать на любой высоте, например ниже уровня образования струйного течения, и этим исключить нежелательное развитие тех или иных термодинамических процессов, возникающих в ходе проведения активных воздействий, таких как струйные течения или высотные внутренние гравитационные волны.

Если ионизаторы, входящие в блок, расположить по кругу и включать их одновременно на время t, достаточное для образования объемного заряда, а затем последовательно отключать каждый из них на время t/10, оставляя включенными все остальные, то создаваемый ими объемный заряд можно закрутить вдоль вертикальной оси, в виде атмосферного вихря, метеорологические свойства которого будут зависеть от направления его вращения.

По аналогии, по окружности можно разместить и сами блоки, однако в этом случае диаметр образующегося вихря увеличиться в несколько раз.

В данном случае блоки ионизаторов 2 можно располагать по окружности на расстоянии L друг от друга. На фиг.4 изображена круговая диаграмма работы блоков ионизаторов. Блоки 2 образуют круговую систему, радиус R которой может достигать размера в несколько десятков километров. Количество блоков в системе подбирают так, чтобы объемы ионизированного воздуха, примыкающие к соседним блокам, смыкались между собой на высоте образования облачности. Для закручивания воздушного потока блоки включают поочередно, но дискретно. Включают первый "блок, который через заданное время Т выключают. При этом через время, равное 2/3 Т, включают соседний блок, так чтобы оба блока часть времени, равную Δt=Т/3, работали бы вместе. В таком же порядке включаются остальные блоки.

В зависимости от того, в каком направлении необходимо закрутить воздушную массу, включение блоков осуществляют по направлению или против направления вращения часовой стрелки, при этом получают либо циклонический, т.е. восходящий воздушный поток, приводящий к понижению атмосферного давления с вытекающими последствиями - облакообразованию и развитию фронтогенеза, либо антициклонический нисходящий воздушный поток, способствующий повышению атмосферного давления со своими метеорологическими последствиями.

Таким образом, способ направленного изменения циркуляции воздушных масс обеспечивает весьма гибкий метод ионизации воздуха, позволяющий варьировать не только ее продолжительностью, но и такие параметры, как концентрация ионов и распределение этой концентрации в больших пределах и на больших расстояниях. Его применение позволяет инициировать те или иные термодинамические процессы, ответственные за энергетические преобразования в атмосфере в районе проведения активных воздействий и за перенос энергии на удаленные от него расстояния.

Как отмечалось выше, способ позволяет направленно изменять естественную циркуляцию воздушных масс в синоптическом масштабе при использовании нескольких системно разнесенных на большой территории блоков ионизаторов, каждый из которых в отдельно взятом регионе может усиливать термодинамические атмосферные процессы, ретранслировать или нейтрализовывать атмосферные возмущения, вызванные работой соседних блоков, входящих в систему, внося свой вклад в формирование циркуляционного процесса в целом.

Claims (7)

1. Способ направленного изменения циркуляции воздушных масс над заданной территорией и связанных с ней погодных условий, в котором инициируют атмосферные термодинамические процессы путем однополярной ионизации приземного воздуха, отличающийся тем, что однополярную ионизацию приземного воздуха и инжекцию ионов осуществляют ионизаторами, объединенными в блоки, системно разнесенными по заданной территории, причем каждый блок создает единый объемный атмосферный электрический заряд, концентрацию ионов в котором регулируют изменением количества ионизаторов в каждом блоке и их взаимным расположением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионизаторы в блоке располагают по прямой линии, определенным образом ориентированной относительно направления ветра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионизаторы в блоке располагают по окружности и включают их поочередно, закручивая ионизированный воздух в атмосферный вихрь.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ограничивают восходящий поток воздуха путем поднятия на высоту, по крайней мере, одного ионизатора, входящего в блок, и создания встречного потока противоположно заряженных ионов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что блоки ионизаторов располагают по окружности и включают их поочередно на заданное время Т работы каждого блока ионизаторов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после включения одного из блоков ионизаторов каждый последующий блок включают через 2/3 Т.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что блоки ионизаторов включают по направлению вращения или против направления вращения часовой стрелки.

Images