RU2689839C1 - Method for determining intensity and amount of rainfall - Google Patents

Method for determining intensity and amount of rainfall Download PDF

Info

Publication number
RU2689839C1
RU2689839C1 RU2018132153A RU2018132153A RU2689839C1 RU 2689839 C1 RU2689839 C1 RU 2689839C1 RU 2018132153 A RU2018132153 A RU 2018132153A RU 2018132153 A RU2018132153 A RU 2018132153A RU 2689839 C1 RU2689839 C1 RU 2689839C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rainfall
beta
intensity
flux density
radiation
Prior art date
Application number
RU2018132153A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Алексеевич Яковлев
Валентина Станиславовна Яковлева
Петр Михайлович Нагорский
Ирина Владимировна Беляева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2018132153A priority Critical patent/RU2689839C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2689839C1 publication Critical patent/RU2689839C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • G01W1/14Rainfall or precipitation gauges
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

FIELD: meteorology.SUBSTANCE: invention relates to meteorology and can be used to determine intensity and amount of rainfall in surface layer of atmosphere. In the period of rainfall precipitation, the beta-radiation flux density is continuously measured at a certain height from the earth's surface. Time of increase of beta radiation flux density to its maximum value is determined. Obtained values are used to calculate intensity and quantity of rainfall in the surface layer of the atmosphere.EFFECT: high accuracy and simplification of determining intensity and quantity of rainfall.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для определения интенсивности дождевых осадков в приземном слое атмосферы по измеренной плотности потока бета-излучения.The invention relates to meteorology and can be used to determine the intensity of rainfall in the atmospheric surface layer from the measured beta-radiation flux density.

Известен способ определения интенсивности и количества дождевых осадков [RU 2097798 С1, МПК 6 G01W 1/14, опубл. 27.11.1997], заключающийся в радиолокационном зондировании атмосферы для идентификации типа облачности по известным критериям, и в определении искомых параметров осадков с помощью корреляционных функций и данных радиолокационной отражаемости облаков. На исследуемой территории выделяют, по меньшей мере, одну контрольную зону с повышенной вероятностью выпадения осадков и размещают на ней осадкомерную станцию. С помощью данной станции для различных типов облачностей, перемещающихся над ней, производят измерения осадков, при этом одновременно осуществляют радиолокационное зондирование облачности над станцией и находят соответствующие полученным осадкам уровни радиолокационной отражаемости. Полученные данные используют для калибровки радиолокационной станции, и, после которой осуществляют радиолокационные измерения осадков на контролируемой территории. Интенсивность и количество дождевых осадков определяют соответственно из выражений:There is a method of determining the intensity and amount of rain [RU 2097798 C1, IPC 6 G01W 1/14, publ. 27.11.1997], which consists in radar sounding of the atmosphere to identify the type of clouds according to known criteria, and in determining the desired precipitation parameters using correlation functions and data of the radar reflectivity of clouds. At least one control zone is distinguished in the study area with an increased probability of precipitation and a precipitation station is placed on it. Using this station, various types of clouds moving over it are used to measure precipitation, while simultaneously conducting radar sounding of cloudiness over the station and finding the levels of radar reflectivity corresponding to the obtained precipitation. The obtained data is used to calibrate the radar station, and, after which radar measurements of precipitation are carried out in a controlled area. The intensity and amount of rainfall are determined respectively from the expressions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где Z - отражаемость, дБ;where Z is the reflectivity, dB;

I - интенсивность выпадения осадков, мм/ч (м/с);I - precipitation intensity, mm / h (m / s);

Q - количество выпавших осадков, мм (м);Q - the amount of precipitation, mm (m);

А, В, b, с - коэффициенты, зависящие от типа облачности и типа осадков (слабый, сильный, ливневый и пр.).A, B, b, c are coefficients depending on the type of clouds and the type of precipitation (weak, strong, heavy rain, etc.).

В этом способе для каждого случая осадков необходимо определять свои коэффициенты, которые зависят от спектра капель, вида и микроструктуры осадков, а также орографических особенностей. Способ сложен, требует длительных наблюдений на контрольной территории, а также имеет большую погрешность измерения.In this method, for each case of precipitation, it is necessary to determine its coefficients, which depend on the spectrum of droplets, the type and microstructure of precipitation, as well as orographic features. The method is complicated, requires long-term observations in the control area, and also has a large measurement error.

Известен способ определения интенсивности дождевых осадков [RU 2003142 С1, МПК 5 G01W 1/14, опубл. 15.11.1993], включающий n-циклов измерений, каждый из которых состоит в накоплении осадков за время τi (i=1, 2, 3, …, n), определение приращения mi их массы и значения интенсивности Ri, мм/ч (м/с). Между циклами измерений выдерживают паузы, продолжительность каждой из которых не менее чем время успокоения измерителя массы. Значение приращения mi накопленной массы осадков измеряют во время соответствующей паузы. Значение поправки на переход от режима накопления в режим паузы и обратно находят из выражения:There is a method of determining the intensity of rainfall [RU 2003142 C1, IPC 5 G01W 1/14, publ. 15.11.1993], including n-cycles of measurements, each of which consists in the accumulation of precipitation over time τ i (i = 1, 2, 3, ..., n), determining the increment m i of their mass and intensity value R i , mm / h (m / s). Between the cycles of measurements withstand pauses, the duration of each of which is not less than the calming time of the mass meter. The increment value m i of the accumulated mass of precipitation is measured during the corresponding pause. The value of the correction for the transition from the accumulation mode to the pause mode and back is found from the expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

где So - максимальное значение площади измеряемого потока осадков, м2; where S o - the maximum value of the area of the measured flow of precipitation, m 2 ;

t1, t2 - моменты времени, соответствующие минимальному S(t1)=0 и максимальномуt 1 , t 2 - time points corresponding to the minimum S (t 1 ) = 0 and maximum

S(t2)=So значениям площади входного отверстия в приемнике при переходе от режима накопления в режим паузы и обратно, с;S (t 2 ) = S o values of the area of the inlet opening in the receiver during the transition from accumulation mode to pause mode and vice versa, s;

S(t) - текущее значение площади входного отверстия в приемнике осадков в момент времени t, где t1≤t≤t2, время накопления иS (t) is the current value of the inlet area in the precipitation receiver at time t, where t 1 ≤t≤t 2 t, the accumulation time and

Figure 00000004
Figure 00000004

где δ - относительная ошибка определения интенсивности осадков, % (отн. ед.);where δ is the relative error in determining the intensity of precipitation,% (relative units);

Δm - погрешность измерения приращения массы осадков, г (кг);Δm is the measurement error of the increment of the mass of precipitation, g (kg);

ρ - плотность воды, г/см3 (кг/м3).ρ is the density of water, g / cm 3 (kg / m 3 ).

Этим способом невозможно достоверно определить время начала дождя, а время накопления осадков в первом цикле задается на основании визуальной оценки метеорологической обстановки. Если дождь выпадает в не рабочее время, то проведение визуальной оценки невозможно. При установлении малого времени накопления в случае выпадения высокоинтенсивных осадков излишние осадки могут выливаться из измерительной камеры. И, наоборот, при установлении большого времени накопления в первом цикле при низкоинтенсивных осадках достоверно определить время начала дождя невозможно. Все указанные случаи приводят к снижению достоверности результата измерения.This way it is impossible to reliably determine the time of the beginning of rain, and the time of accumulation of precipitation in the first cycle is set based on a visual assessment of the meteorological situation. If it rains during non-working hours, visual assessment is not possible. If a small accumulation time is established in the event of high-intensity precipitation, excessive precipitation can flow out of the measuring chamber. And, on the contrary, when establishing a large accumulation time in the first cycle with low-intensity precipitation, it is impossible to reliably determine the time of the start of rain. All of these cases lead to a decrease in the reliability of the measurement result.

Известен способ определения интенсивности дождевых осадков в приземном слое атмосферы [RU 2656118 С1, МПК 51 G01W 1/14, опубл. 31.05.2018], выбранный в качестве прототипа, основанный на том, что в период выпадения дождевых осадков производят непрерывные измерения мощности дозы гамма-излучения на высоте не менее 1 м от земной поверхности с тактом не менее 1 измерения за 60 с, затем определяют время нарастания tend мощности дозы гамма-излучения до ее максимального значения

Figure 00000005
а интенсивность дождевых осадков в приземном слое атмосферы определяют из выражения:There is a method of determining the intensity of rainfall in the atmospheric surface layer [RU 2656118 C1, IPC 51 G01W 1/14, publ. 31.05.2018], selected as a prototype, based on the fact that during the period of rainfall, continuous measurements of the gamma-radiation dose rate are made at a height of at least 1 m from the earth's surface with a beat of at least 1 measurement in 60 s, then the time is determined increase t end dose rate of gamma radiation to its maximum value
Figure 00000005
and the intensity of rainfall in the surface layer of the atmosphere is determined from the expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

где I - интенсивность дождевых осадков, м/с;where I is the intensity of rainfall, m / s;

Figure 00000007
- измеренное значение мощности дозы гамма-излучения в момент времени tend, Зв/с;
Figure 00000007
- the measured value of the dose rate of gamma radiation at time t end , Sv / s;

tend - время нарастания мощности дозы гамма-излучения до ее максимального значения

Figure 00000008
с;t end is the rise time of the gamma radiation dose rate to its maximum value
Figure 00000008
with;

Figure 00000009
- измеренное фоновое значение мощности дозы гамма-излучения до начала дождевых осадков, Зв/с;
Figure 00000009
- the measured background value of the gamma radiation dose rate before the onset of rainfall, Sv / s;

k - коэффициент абсолютной вымывающей способности дождя;k is the coefficient of absolute washing capacity of rain;

Figure 00000010
и
Figure 00000011
- мощности дозы гамма-излучения, создаваемые короткоживущими продуктами распада радона 214Pb и 214Bi, (Зв/с)/(Бк/м3);
Figure 00000010
and
Figure 00000011
- dose rates of gamma radiation generated by short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi, (Sv / s) / (Bq / m 3 );

Figure 00000012
и
Figure 00000013
- средние значения объемных активностей короткоживущих продуктов распада радона 214Pb и 214Bi в приземной атмосфере, Бк/м3.
Figure 00000012
and
Figure 00000013
- average values of the volume activities of short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi in the surface atmosphere, Bq / m 3 .

Количество дождевых осадков определяют умножением интенсивности на время их выпадения.The amount of rainfall is determined by multiplying the intensity at the time of their precipitation.

Этот способ имеет ограничение по высоте измерения мощности дозы гамма-излучения - не менее 1 м от земной поверхности.This method has a limit on the height of measuring the gamma radiation dose rate - not less than 1 m from the earth's surface.

Предложенный способ определения интенсивности и количества дождевых осадков по измеренной плотности потока бета-излучения в приземном слое атмосферы расширяет арсенал средств аналогичного назначения.The proposed method for determining the intensity and amount of rainfall from the measured beta-radiation flux density in the surface layer of the atmosphere expands the arsenal of tools of similar purpose.

Согласно изобретению, способ определения интенсивности и количества дождевых осадков заключается в том, что в период выпадения дождевых осадков производят непрерывные измерения плотности потока бета-излучения на высоте z от земной поверхности, затем определяют время нарастания tend плотности потока бета-излучения до ее максимального значения

Figure 00000014
, а интенсивность и количество дождевых осадков в приземном слое атмосферы определяют из выражений:According to the invention, a method for determining the intensity and amount of rainfall is that, during the period of rainfall, beta-radiation flux density is measured at a height z from the earth's surface, then the rise time t end beta-flux density is determined to its maximum value
Figure 00000014
, and the intensity and amount of rainfall in the atmospheric surface layer is determined from the expressions:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

где: I - интенсивность дождевых осадков, м/с;where: I - the intensity of rainfall, m / s;

Q - количество дождевых осадков, м;Q - the amount of rainfall, m;

Figure 00000017
- измеренное на высоте z от земной поверхности значение плотности потока бета-излучения в момент времени tend, 1/(м2⋅с);
Figure 00000017
- measured at height z from the earth's surface, the value of the flux density of beta radiation at time t end , 1 / (m 2 ⋅s);

tend - время нарастания плотности потока бета-излучения до ее максимального значения

Figure 00000018
с;t end - the rise time of the beta-flux density to its maximum value
Figure 00000018
with;

Figure 00000019
- измеренное на высоте z от земной поверхности фоновое значение плотности потока бета-излучения до начала дождевых осадков, 1/(м2⋅с);
Figure 00000019
- measured at a height z from the earth's surface background value of the flux density of beta radiation before the start of rainfall, 1 / (m 2 ⋅s);

k - коэффициент абсолютной вымывающей способности дождя, 1/м;k is the coefficient of the absolute washing capacity of rain, 1 / m;

Figure 00000020
и
Figure 00000021
- плотности потоков бета-излучения на высоте z, создаваемые осажденными на земную поверхность короткоживущими продуктами распада радона 214Pb и 214Bi, рассчитанные на единичную объемную активность радионуклидов, (1/(м2⋅с))/(Бк/м3);
Figure 00000020
and
Figure 00000021
- beta-radiation flux densities at height z created by short-lived radon decay products 214 Pb and 214 Bi deposited on the earth’s surface, calculated for a single volumetric activity of radionuclides, (1 / (m 2 s)) / (Bq / m 3 );

Figure 00000022
и
Figure 00000023
- средние значения объемных активностей короткоживущих продуктов распада радона 214Pb и 214Bi в приземной атмосфере, Бк/м3.
Figure 00000022
and
Figure 00000023
- average values of the volume activities of short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi in the surface atmosphere, Bq / m 3 .

Реакция плотности потока бета-излучения на осадки, проявляющаяся в виде аномальных всплесков (фиг. 1), теоретически и экспериментально изучена [Yakovleva V.S., Nagorsky P.M., Cherepnev M.S., Kondratyeva A.G., Ryabkina K.S., 2016. Effect of precipitation on the background levels of the atmospheric β- and γ-radiation. Applied Radiation and Isotopes. 118, 190-195]. Объяснением роста плотности потока бета-излучения в периоды выпадения осадков является вымывание бета-, гамма-излучающих короткоживущих продуктов распада радона 214Pb и 214Bi дождевыми осадками на земную поверхность [Burnett, J.L., Croudace, I.W., Warwick, Р.Е., 2010. Short-lived variations in the background gamma-radiation dose. J. Radiol. Prot. 30, 525-532. Mercier, J.-F., Tracy, B.L.,

Figure 00000024
R., Chagnon, F., Hoffman, I., Korpach, E.P., Johnson, S., Ungar, R.K., 2009. Increased environmental gamma-ray dose rate during precipitation: a strong correlation with contributing air mass. J. Environ. Radioact. 100, 527-533. EURADOS Report, 1999. Radiation Protection 106, URL: 〈http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radiation_protection/doc/publication/rp106.pdf〉]. Другие природные радионуклиды, например, бета-, гамма-излучающие продукты распада торона, практически не влияют на величину мощности дозы гамма-излучения, поскольку их активность намного меньше активности 214Pb и 214Bi.The beta-flux flux density reaction to precipitation, which manifests itself as anomalous bursts (Fig. 1), was studied theoretically and experimentally [Yakovleva VS, Nagorsky PM, Cherepnev MS, Kondratyeva AG, Ryabkina KS, 2016. the atmospheric β- and γ-radiation. Applied Radiation and Isotopes. 118, 190-195]. The explanation for the increase in beta-radiation flux density during periods of precipitation is leaching of beta, gamma-emitting short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi by rainfall on the earth's surface [Burnett, JL, Croudace, IW, Warwick, R.Е., 2010 Gamma-radiation dose. J. Radiol. Prot. 30, 525-532. Mercier, J.-F., Tracy, BL,
Figure 00000024
R., Chagnon, F., Hoffman, I., Korpach, EP, Johnson, S., Ungar, RK, 2009. Increased environmental dose during precipitation: a. J. Environ. Radioact. 100, 527-533. EURADOS Report, 1999. Radiation Protection 106, URL: 〈http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radiation_protection/doc/publication/rp106.pdf]. Other natural radionuclides, for example, beta, gamma-emitting decay products of toron, practically do not affect the magnitude of the dose rate of gamma radiation, since their activity is much less than the activity of 214 Pb and 214 Bi.

Время нарастания плотности потока бета-излучения tend продолжается от начала и до окончания выпадения осадков. После окончания выпадения осадков плотность потока бета-излучения экспоненциально снижается до фонового значения за счет радиоактивного распада 214Pb и 214Bi.The rise time of beta-flux density t end continues from the beginning to the end of precipitation. After the precipitation ends, the beta flux density decreases exponentially to the background value due to radioactive decay of 214 Pb and 214 Bi.

Таким образом, предложенный способ определения интенсивности и количества дождевых осадков является: 1) простым и надежным, поскольку достаточно лишь измерять только плотность потока бета-излучения, т.е. использовать только один измерительный блок; 2) достоверным, поскольку способ основан на хорошо апробированных моделях переноса ионизирующих излучений, радионуклидов и физических законах, и поскольку погрешность определения интенсивности осадков снижается за счет того, что известно время начала дождя, которое соответствует началу роста плотности потока бета-излучения.Thus, the proposed method for determining the intensity and amount of rainfall is: 1) simple and reliable, since it suffices to measure only the beta-radiation flux density, i.e. use only one measuring unit; 2) reliable, because the method is based on well-tested models of ionizing radiation transfer, radionuclides and physical laws, and since the error in determining the intensity of precipitation decreases due to the fact that the time of the beginning of rain is known, which corresponds to the beginning of the increase in beta-radiation flux density.

Способ определения интенсивности и количества дождевых осадков в приземном слое атмосферы по измеренной плотности потока бета-излучения пригоден как для разовых измерений, так и для длительного автоматизированного мониторинга интенсивности и количества дождевых осадков, если используются блоки детектирования бета-излучения, работающие в режиме мониторинга.The method for determining the intensity and amount of rainfall in the atmospheric surface layer from the measured beta-radiation flux density is suitable for both one-time measurements and for long-term automated monitoring of the intensity and amount of rainfall if beta-radiation detection units are used that operate in monitoring mode.

На фиг. 1 представлены а) - динамика измеренной плотности потока бета-излучения на высотах 1 м (кривая 1), 10 м (кривая 2) и 35 м (кривая 3) с использованием блока детектирования бета-излучения БДПБ-01, б) - динамика интенсивности осадков по данным института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН г. Томска, полученным с использованием челночного осадкомера.FIG. 1 shows a) - the dynamics of the measured beta-radiation flux density at altitudes of 1 m (curve 1), 10 m (curve 2) and 35 m (curve 3) using the beta-radiation detection unit BDPB-01, b) - intensity dynamics precipitation according to the Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk, obtained using a shuttle precipitation gauge.

Для определения интенсивности и количества дождевых осадков выбрали площадку, расположенную около института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН г. Томска.To determine the intensity and amount of rainfall, we chose a site located near the Institute for Monitoring Climate and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences in Tomsk.

С использованием блока детектирования бета-излучения БДПБ-01 (Атомтех, Беларусь) на высотах 1 м (кривая 1), 10 м (кривая 2) и 35 м (кривая 3) от земной поверхности производили непрерывные измерения плотности потока бета-излучения в течение 32 часов (а на фиг. 1). В этот период был случай выпадения дождевых осадков. По данным института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН г. Томска, полученным с использованием челночного осадкомера, интенсивность дождевых осадков в этот временной период составила 52,1 мм/ч (8,68⋅10-4 м/с).Using the beta-radiation detection unit BDPB-01 (Atomtech, Belarus) at altitudes of 1 m (curve 1), 10 m (curve 2) and 35 m (curve 3) from the earth's surface, we continuously measured beta radiation flux density during 32 hours (and in Fig. 1). During this period there was a case of rainfall. According to the Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences in Tomsk, obtained using a shuttle precipitation gauge, the rainfall intensity during this time period was 52.1 mm / h (8.68⋅10 -4 m / s).

Измеренное на высоте 1 м от земной поверхности фоновое значение плотности потока бета-излучения до начала дождевых осадков составило

Figure 00000025
Measured at a height of 1 m from the earth's surface, the background value of the beta-radiation flux density before the start of rainfall was
Figure 00000025

(

Figure 00000026
максимальное значение плотности потока бета-излучения составило
Figure 00000027
(
Figure 00000028
Время нарастания tend плотности потока бета-излучения от фонового до максимального значения составило 21 мин. (1260 с).(
Figure 00000026
The maximum value of the beta flux density is
Figure 00000027
(
Figure 00000028
The rise time t end of the beta-radiation flux density from the background to the maximum value was 21 minutes. (1260 s).

С помощью метода Монте-Карло были определены значения плотности потоков бета-излучения

Figure 00000029
и
Figure 00000030
на высоте z=1 м, создаваемые осажденными на земную поверхность короткоживущими продуктами распада радона 214Pb и 214Bi единичной объемной активности, с использованием программы PCLab [Компьютерная лаборатория (КЛ/PCLab). Свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ №2007615275 от 28.12.2007]. Геометрия и входные данные для моделирования описаны в [Яковлева B.C., Каратаев В.Д., Зукау В.В. Моделирование атмосферных полей γ- и β-излучений, формирующихся почвенными радионуклидами // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. - 2011. - №1 (2). - С. 64-73]. Рассчитанные значения плотности потоков бета-излучения 214Pb и 214Bi на высоте 1 м составили, соответственно:With the help of the Monte Carlo method, the values of beta-flux density were determined.
Figure 00000029
and
Figure 00000030
at a height of z = 1 m, generated by short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi of unit volumetric activity deposited on the earth surface using the PCLab program [Computer Lab (CL / PCLab). Certificate of state registration of computer program number 20067615275 of December 28, 2007]. Geometry and input data for modeling are described in [Yakovleva VS, Karataev V.D., Zukau V.V. Modeling of atmospheric fields of γ- and β-radiation, formed by soil radionuclides // Vestnik KRAUNC. Phys.-mat. science. - 2011. - №1 (2). - p. 64-73]. The calculated flux densities of beta radiation of 214 Pb and 214 Bi at a height of 1 m were, respectively:

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
Figure 00000032

Средние значения объемных активностей короткоживущих продуктов распада радона

Figure 00000033
и
Figure 00000034
в приземной атмосфере были определены с использованием известной модели переноса радона и короткоживущих продуктов его распада в приземной атмосфере, включающей систему стационарных уравнений, в которых учтены процессы молекулярной диффузии, турбулентного переноса и радиоактивного распада [Яковлева B.C., Вуколов А.В., Нагорский П.М., Гвай И.А., Нейман Д.А. Исследование сдвига радиоактивного равновесия между изотопами радона и продуктами их распада // АНРИ. 2011. №3 (66). С. 43-51]. Для расчетов использовали измеренное с помощью радиометра «Альфарад плюс - РП» (Россия) по прилагаемой к радиометру методике значение плотности потока радона на участке, где производятся измерения плотности потока бета-излучения, равное 10,6 мБк/(м2с). Рассчитанные в программном пакете «Wolfram Mathematica 10.0» средние значения объемных активностей короткоживущих продуктов распада радона 214Pb и 214Bi в приземной атмосфере составили:Average values of the volumetric activities of short-lived radon decay products
Figure 00000033
and
Figure 00000034
in the surface atmosphere were determined using the well-known model of radon transfer and short-lived decay products in the surface atmosphere, including a system of stationary equations that take into account the processes of molecular diffusion, turbulent transfer and radioactive decay [Yakovlev BC, Vukolov AV, Nagorsky P. M., Guay I.A., Neyman D.A. Study of the shift of radioactive equilibrium between radon isotopes and their decay products // ANRI. 2011. № 3 (66). S. 43-51]. For calculations, the measured radon flux density measured at the site where beta-radiation flux densities of 10.6 mBq / (m 2 s) are measured using the radiometer “Alfarad plus - RP” (Russia) was used according to the method applied to the radiometer. The average volumetric activities of short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi calculated in the Wolfram Mathematica 10.0 software package in the surface atmosphere were:

Figure 00000035
Figure 00000035

Figure 00000036
Figure 00000036

Коэффициент абсолютной вымывающей способности дождя k равен 36,0, 1/м (10-5 ч/(мм⋅с)) [Бютнер Э.К., Гисина Ф.А. Эффективный коэффициент захвата частиц аэрозоля дождевыми и облачными каплями. Труды ЛГМИ, вып. 15. - С. 103-117].The coefficient of the absolute rain-washing capacity k is equal to 36.0, 1 / m (10 -5 h / (mm⋅s)) [E.B. Kutner, F. Gisina. Effective capture coefficient of aerosol particles by rain and cloud drops. Proceedings LGMI, vol. 15. - p. 103-117].

Определили интенсивность и количество дождевых осадков в приземном слое атмосферы из выражений (1) и (2), которые составили, соответственно:We determined the intensity and amount of rainfall in the atmospheric surface layer from expressions (1) and (2), which were, respectively:

Figure 00000037
Figure 00000037

Figure 00000038
Figure 00000038

Полученное значение интенсивности дождевых осадков хорошо согласуется с данными института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН г. Томска, полученными с использованием челночного осадкомера (б на фиг. 1), что свидетельствует о достоверности предлагаемого способа определения интенсивности и количества дождевых осадков в приземном слое атмосферы.The obtained value of the rainfall intensity is in good agreement with the data of the Institute for Monitoring Climate and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, obtained using a shuttle precipitometer (b in Fig. 1), which indicates the reliability of the proposed method for determining the intensity and amount of rainfall in the atmospheric surface layer .

Claims (11)

Способ определения интенсивности и количества дождевых осадков, включающий измерение ионизирующего излучения, отличающийся тем, что в период выпадения дождевых осадков производят непрерывные измерения плотности потока бета-излучения на высоте z от земной поверхности, затем определяют время нарастания tend плотности потока бета-излучения до ее максимального значения
Figure 00000039
а интенсивность и количество дождевых осадков в приземном слое атмосферы определяют из выражений:
The method of determining the intensity and amount of rainfall, including measurement of ionizing radiation, characterized in that during the period of rainfall, continuous measurements of beta-radiation flux density at height z from the earth's surface are made, then the rise time t end of beta-radiation flux density is determined maximum value
Figure 00000039
and the intensity and amount of rainfall in the atmospheric surface layer is determined from the expressions:
Figure 00000040
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000041
где I - интенсивность дождевых осадков, м/с;where I is the intensity of rainfall, m / s; Q - количество дождевых осадков, м;Q - the amount of rainfall, m;
Figure 00000042
- измеренное на высоте z от земной поверхности значение плотности потока бета-излучения в момент времени tend, 1/(м2⋅с);
Figure 00000042
- measured at height z from the earth's surface, the value of the flux density of beta radiation at time t end , 1 / (m 2 ⋅s);
tend - время нарастания плотности потока бета-излучения до ее максимального значения
Figure 00000043
с;
t end - the rise time of the beta-flux density to its maximum value
Figure 00000043
with;
Figure 00000044
- измеренное на высоте z от земной поверхности фоновое значение плотности потока бета-излучения до начала дождевых осадков, 1/(м2⋅с);
Figure 00000044
- measured at a height z from the earth's surface background value of the flux density of beta radiation before the start of rainfall, 1 / (m 2 ⋅s);
k - коэффициент абсолютной вымывающей способности дождя, 1/м;k is the coefficient of the absolute washing capacity of rain, 1 / m;
Figure 00000045
и
Figure 00000046
- плотности потоков бета-излучения на высоте z, создаваемые осажденными на земную поверхность короткоживущими продуктами распада радона 214Pb и 214Bi, рассчитанные на единичную объемную активность радионуклидов, (1/(м2⋅с))/(Бк/м3);
Figure 00000045
and
Figure 00000046
- beta-radiation flux densities at height z created by short-lived radon decay products 214 Pb and 214 Bi deposited on the earth’s surface, calculated for a single volumetric activity of radionuclides, (1 / (m 2 s)) / (Bq / m 3 );
Figure 00000047
и
Figure 00000048
- средние значения объемных активностей короткоживущих продуктов распада радона 214Pb и 214Bi в приземной атмосфере, Бк/м3.
Figure 00000047
and
Figure 00000048
- average values of the volume activities of short-lived decay products of radon 214 Pb and 214 Bi in the surface atmosphere, Bq / m 3 .
RU2018132153A 2018-09-07 2018-09-07 Method for determining intensity and amount of rainfall RU2689839C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132153A RU2689839C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method for determining intensity and amount of rainfall

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132153A RU2689839C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method for determining intensity and amount of rainfall

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2689839C1 true RU2689839C1 (en) 2019-05-29

Family

ID=67037511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132153A RU2689839C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method for determining intensity and amount of rainfall

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2689839C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724298C1 (en) * 2018-11-13 2020-06-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Precipitation intensity meter based on video image

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2656118C1 (en) * 2016-12-07 2018-05-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining of the rainfall intensity in the surface layer of the atmosphere

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2656118C1 (en) * 2016-12-07 2018-05-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining of the rainfall intensity in the surface layer of the atmosphere

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.А.Степаненко, К.С.Рябкина. Влияние дождевых осадков на радиационный фон окружающей среды / Иностранный язык в контексте проблем профессиональной коммуникации: материалы II Международной научной конференции, 27-29 апреля 2015 г., Томск. - Томск, 2015, стр. 69, 70. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724298C1 (en) * 2018-11-13 2020-06-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" Precipitation intensity meter based on video image

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hayward et al. The albedo of various materials for 1-Mev photons
Laakso et al. Ion production rate in a boreal forest based on ion, particle and radiation measurements
US20080087837A1 (en) Non-invasive method for measuring soil water content or snow water equivalent depth using cosmic-ray neutrons
Smith et al. A comparison of models for characterizing the distribution of radionuclides with depth in soils
WO2008127442A9 (en) High z material detection system and method
Vecchi et al. Radon-based estimates of equivalent mixing layer heights: A long-term assessment
RU2689839C1 (en) Method for determining intensity and amount of rainfall
Anisimov et al. Radon volumetric activity and ion production in the undisturbed lower atmosphere: Ground-based observations and numerical modeling
Jha et al. Estimating short-term soil erosion rates after single and multiple rainfall events by modelling the vertical distribution of cosmogenic 7Be in soils
JP6873794B2 (en) Neutron intensity monitoring system and method
US8407030B2 (en) Method for determining a time course of an accident occurring in a risk-prone installation
Kirchner Modeling the migration of fallout radionuclides in soil using a transfer function model
RU2656118C1 (en) Method for determining of the rainfall intensity in the surface layer of the atmosphere
Vervecken et al. Dynamic dose assessment by Large Eddy Simulation of the near-range atmospheric dispersion
Zelinskiy et al. Relation of gamma dose rate with the intensity of rain showers
Alhajji et al. Sedimentation rates in the Lake Qattinah using 210 Pb and 137 Cs as geochronometer
CN107390257A (en) The efficiency calibration system and method for Marine Radioactivity gamma spectrum on-line measurement system
Lavrukhin et al. Monitoring of 214 Pb AND 214 Bi Activity with the Askro Spectrometric Channel
Kang et al. Wind tunnel investigation of horizontal and vertical sand fluxes of ascending and descending sand particles in aeolian sand transport
Seraj et al. Review of wet gas flow measurement using Venturi tubes and radio active materials
Patryl et al. Sensitivity analysis of rain characteristics on HTO concentration in drops
Shoupp et al. Threshold and Resonances in C 14 (p, n) N 14 Reaction and Energy Levels of N 15
Woda et al. Evaluation of external exposures of the population of Ozyorsk, Russia, with luminescence measurements of bricks
Bakin et al. A new approach for modeling pulse height spectra of gamma-ray detectors from passing radioactive cloud in a case of NPP accident
Dzama et al. The code ROM for assessment of radiation situation on a regional scale during atmosphere radioactivity releases

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200908