Способ вызывания атмосферных осадков

 

Использование: сельскохозяйственная метеорология, а именно вызывание атмосферных осадков. Сущность изобретения: у поверхности земли формируют зачерненный со стороны падения солнечного излучения экран из теплоизоляционного материала, а солнечное излучение концентрируют на зачерненной поверхности экрана с помощью зеркал. Для еще большей эффективности экран устанавливают на удалении от земной поверхности без соприкосновений его поверхности с земной поверхностью. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к активным воздействиям на атмосферные процессы и может быть использовано для стимулирования механизма осадкообразования.

Известны различные способы вызывания атмосферных осадков, использующие воздействия, активизирующие восходящее движение воздуха в атмосфере.

В частности известен способ, согласно которому можно создать искусственный горный хребет из пластмассовых конструкций вблизи района, где необходимо выпадение атмосферных осадков. Воздух, обтекая преграду, будет подниматься и адиабатически охлаждаться при этом. В результате произойдет конденсация водяных паров содержащихся в этом воздухе и выпадение осадков ("Наука и жизнь". N 6. 1990, с. 67). Недостатком этого способа является высокая стоимость его реализации при малой эффективности.

Наиболее близким по максимальному числу существенных признаков с изобретением является способ вызывания атмосферных осадков, включающий нагрев воздуха над большой площадью земной поверхности с использованием экрана с зачерненной поверхностью для приема солнечных лучей, устанавливаемого в зоне, над которой вызывают выпадение осадков. В известном способе зачерненный экран предлагается изготовить на поверхности земли путем покрытия выбранного участка асфальтом или черными пластическими материалами. Такие покрытия способны больше в единицу времени поглощать (по сравнению с окружающими более светлыми участками) коротковолновой солнечной радиации и больше в единицу времени (в соответствии с законом Кирхгофа) излучать в инфракрасном (тепловом) диапазоне в атмосферу, имитируя таким образом природный цветовой контраст между различными участками земной поверхности, создающими аналогичный эффект. Такой местный перепад теплового излучения может вызвать больший нагрев и восходящее движение воздуха над участком более интенсивного излучения. Предполагается, что в результате этого воздействия, восходящий воздушный поток (под действием адиабатического охлаждения) сможет образовать кучево-дождевое облако с последующим выпадением осадков.

Недостатком этого способа является то, что эффективная область его применения ограничена полосами бризовой циркуляции т. к. данный способ не обеспечивает достаточно интенсивного инфракрасного излучения и соответственно нагрева воздуха по причине ограниченной (с единицы площади экрана) реализации энергии и по причине энергетических потерь за счет теплопроводности в глубь земли из-за соприкосновения экрана с земной поверхностью. При устойчивой атмосферной стратификации и наличии инверсионного (задерживающего) слоя, что типично для аридных зон, полученной таким образом интенсивности инфракрасного излучения может оказаться недостаточно для образования тепловой конвекции, способной сформировать дождевое облако.

Задачей изобретения является повышение эффективности вызывания атмосферных осадков (дождей).

Техническим результатом изобретения является более интенсивный нагрев приземного воздуха за счет увеличения удельного количества солнечной энергии, реализуемой для этой цели и повышения КПД реализации этой энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что нагрев экрана осуществляется не только непосредственно от солнца, но еще и дополнительно от зеркал, находящихся около этого экрана и направляющих на него солнечные лучи. Поскольку суммарной площадью зеркал можно варьировать в широких пределах, этот факт принципиально отличает предлагаемый способ от прототипа, энерговооруженность которого ограничена количеством солнечной радиации, принимаемой экраном непосредственно от солнца, тем, что привносит возможность управлять мощностью воздушной тепловой конвекции и соответственно эффективностью вызывания атмосферных осадков в любых необходимых пределах.

Повышение коэффициента полезного действия в предлагаемом способе достигается путем уменьшения теплопотерь зачерненного экрана в сторону земли за счет того, что этот экран изготавливается из теплоизоляционного материала и устанавливается на расстоянии от земной поверхности без соприкосновения с последней.

Согласно расчету тепловая конвекция нагретого таким образом (восходящего и адиабатически остывающего) воздуха может достичь не только уровня конденсации содержащихся в этом воздухе водяных паров (образование кучевого облака), но и уровня искусственной кристаллизации облачного конденсата (с помощью засева этого облака льдообразующими реагентами, например порошкообразным йодистым серебром). Благодаря этому, даже в условиях тропического антициклона, образующего выше уровня 850 гПа мощный задерживающий слой инверсии сжатия и характеризующегося выше этого слоя очень большой сухостью воздуха, кучевое облако сможет приобрести (за счет реагентной аккумуляции в этом облаке приносимой восходящим потоком влаги) вертикальное развитие, необходимое для эволюции этого облака в дождевое с последующим выпадением осадков. Другими словами, таким образом можно вызвать летний дождь даже в центральной Сахаре, где его не бывает по нескольку лет.

Место выпадения дождя относительно экрана будет зависеть от направления и скорости ветра в этом районе во время вызывания этого дождя. Под действие ветра восходящий поток нагретого экраном воздуха будет отклоняться от вертикали в соответствии с направлением и скоростью этого ветра. Вместе с восходящим потоком будет отклоняться и образованное им облако, а вместе с этим облаком и выпадающий из него дождь. В итоге место выпадения дождя будет с подветренной стороны относительно экрана.

На чертеже приведен пример возможной реализации способа.

У поверхности земли без соприкосновения с последней на опорах размещается плоскость экрана (предпочтительно круглой формы), состоящая из деятельных элементов, которые плотно, но не герметично (подвижно) соединены между собой. Такое соединение этих элементов позволит выравниваться воздушному давлению выше и ниже экрана в активный период, что исключит разрушение экрана избыточным давлением снизу во время воздушной конвекции, образующей над экраном понижение давления. Как выше сказано, при таком расположении плоскости экрана относительно поверхности земли у него не будет теплопотерь в землю за счет теплопроводности.

С учетом значительных габаритов такой установки, включающей указанные экран и зеркала (при общей занимаемой ими площади, колеблющейся от нескольких гектар до нескольких квадратных километров), интересы рентабельности потребуют минимальной материалоемкости такого сооружения. Поэтому данная установка должна представлять собой относительно легкую, ажурную конструкцию. Деятельный слой экрана, представляющий собой указанные пластины с зачерненной для приема солнечных лучей поверхностью, изготовленные из материала с очень низкой теплопроводностью, например на основе волокон кварца, может быть укреплен на поднятой на опорах и уложенной по спирали в плоскости, параллельной поверхности земли, сетчатой ленте. Закрепление указанных элементов на сетчатой основе должно позволять им во время перепада давлений (выше и ниже экрана) отгибаться вверх, выполняя роль клапанов, сбрасывающих избыточное давление ниже экрана. Витки сетчатой спирали основы плоскости экрана должны отстоять один от другого на некотором минимальном расстоянии, образующем спиральный проход от периферии экрана к его центру, по которому могло бы перемещаться техническое средство очистки зачерненной поверхности экрана от пыли и других загрязнений. Зеркала, предназначенные для увеличения инсоляции экрана, могут быть сконструированы и установлены около этого экрана различными способами, суть каждого из которых достижение максимальной эффективности работы этих зеркал в тех или иных конкретных условиях. Эти условия могут определяться рельефом, средним альбедо земной поверхности, величиной максимальных ветровых нагрузок, географической широтой района вызывания атмосферных осадков.

Относительно экрана зеркала могут быть расположены различными способами. Они могут быть установлены на поверхности земли на опорах на некотором расстоянии от экрана, в виде барьера, наклоненного во внешнюю сторону, вокруг этого экрана или с какой-то одной стороны от него. Целесообразность каждого конкретного варианта конструкции и размещения зеркал может быть обусловлена рядом тех или иных обстоятельств. Например, в равнинных районах, где бывают сильные ветры, предпочтительна меньшая высота барьера зеркал, но для сохранения суммарной площади этих зеркал, последние должны быть расположены вокруг зеркала по окружности большего радиуса. При наличии вблизи экрана естественной возвышенности, последняя может быть использована для удобного расположения всех зеркал с одной стороны от него, т. е. на склоне этой возвышенности, если она достаточной величины и находится с противоположной солнцу стороны относительно экрана. При размещении такой установки на равнине в тропических широтах, где полуденное солнце проходит вблизи зенита, зеркала могут быть расположены в виде замкнутого барьера на поверхности земли вокруг экрана на некотором удалении от последнего. При значительном отклонении полуденного солнца в ту или иную сторону от зенита (на более высоких географических широтах) предпочтительнее устанавливать зеркала с одной какой-то стороны от экрана. В северном полушарии зеркала должны быть размещены севернее экрана, а в южном полушарии соответственно южнее экрана.

Зеркала могут быть как жестко зафиксированными, так и способными поворачивать свои плоскости, компенсируя при этом соответствующее движение солнца, увеличивая таким образом коэффициент полезного действия установки, Изобретение может быть эффективно применено для вызывания атмосферных осадков независимо от атмосферной стратификации практически во всех природных зонах от умеренных до тропических, включая и аридные.

Применение предлагаемого способа вызывания атмосферных осадков представляется наиболее рациональным в регионах с утраченной в прошлом гидрографической сетью (с целью восстановления последней), состоящей сегодня из высохших рек и озер. Или в пределах истощающихся систем естественного водоснабжения сельскохозяйственных районов и мегаполисов.

Формула изобретения

1. Способ вызывания атмосферных осадков, включающий нагрев воздуха с использованием экрана с зачерненной поверхностью для приема солнечных лучей, устанавливаемого в зоне, над которой вызывают выпадение осадков, отличающийся тем, что количество солнечной энергии, попадающей на зачерненную поверхность экрана, увеличивают с помощью зеркал, при этом экран изготавливают из теплоизоляционного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что экран устанавливают на расстоянии от земной поверхности без соприкосновения его поверхности с последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1