Искусственное вызывание осадков

Общеизвестно влияние атмосферных осадков на пожарную обстановку в лесах. Выпадение на лес более 2,5 мм осадков снижает пожарную опасность до минимума. Последнее объясняет возникновение и реализацию идеи использования влаги облаков для активной борьбы с лесными пожарами. Первые лабораторные опыты активного воздействия на облака были проведены в нашей стране в 1921 г. В.И.Виткевичем (1923), а затем теоретически обоснованы Б.П.Вейнбергом (1925) и В.Н.Оболенским (1931). Актуальность активного воздействия на атмосферные процессы для народного хозяйства обусловила организацию в 1931 г. при Наркомземе СССР Института искусственного дождевания с филиалами в Ленинграде, Одессе и Ашхабаде. Особенно широко развернулись исследования по вызыванию искусственных осадков в Ленинградском филиале, который был позднее реорганизован в самостоятельный институт, получивший название Ленинградского института экспериментальной метеорологии (ЛИЭМ). Здесь, помимо заряженного электрическим потенциалом песка, который использовался в качестве осадкообразующего реагента, В.ИВиткевичем (1923) были проведены опыты по воздействию в естественных условиях на облака и туманы высокочастотными электрическими разрядами, ионными потоками, незаряженными кварцевым песком, пылью, радиоактивными рудами, хлористым кальцием и размельченным льдом (Шишкин, 1954).

Широкие исследования по проблеме искусственного вызывания осадков проводились и за рубежом, в частности в США. Именно американские ученые В.Шефер и Б.Воннегат в 1946 г. установили, что твердая углекислота и йодистое серебро являются наиболее эффективными реагентами для переохлажденных облаков (Арцыбашев, 1973). Опыты с использованием этих реагентов были проведены в Австралии, Африке и Южной Америке, а с 1948 г. - на территории РФ. Объектами обработки служили слоисто-кучевые облака, а основным направлением исследований являлся поиск дешевого реагента с целью замены дорогостоящего йодистого серебра.

Первые опыты по активному воздействию на облака с целью искусственного вызывания осадков и изучения перспективности их использования для тушения лесных пожаров были проведены в июле-августе 1966 г. На территории Волховского района Ленинградской области. В качестве осадкообразующих реагентов использовались йодистый свинец PbJ₂ и йодистое серебро AgJ, которые последовательно вводились в облака с помощью ракетницы. Выпадение осадков из конвективных облаков мощностью 2000-2500 м наблюдалось через 8-12 мин после обработки, причем из 15 опытов в 12 случаях был получен положительный результат. В дальнейшем исследования охватили практически всю территорию страны.

Вершины мощных кучевых облаков достигают высоты 6-7 км, причем до высоты 1000-1500 м, пока воздух имеет относительную влажность ниже 100%, идет адиабатический процесс с температурным градиентом в 1°С на 100 м подъема. После того, как влажность воздуха достигнет 100%, термодинамический процесс переходит с адиабатического в политропический с температурным градиентом от 0,2 до 0,9°С на 100 м подъема. По этой причине температура воздуха на высоте 5000 м равняется 8-9°С ниже нуля при температуре у поверхности почвы +25°С (Белов,1976). Такие облака, как правило, имеют капельное строение с радиусом капель в верхней и средней частях 10-11 мк и 6-7 мк у основания. Помимо капель, вода в облаке находится в виде снега, ледяных кристаллов и пара. Несмотря на неустойчивость системы, осадки естественным путем не выпадают. Введение в облако мелкодисперсных химических реагентов резко и многократно ускоряет коагуляцию капелек и кристалликов. При той же температуре упругость насыщения водяного пара относительно льда меньше, чем переохлажденной воды. В результате этого возникает перенос водяного пара к ледяным частичкам, которые вскоре превращаются в ледяные кристаллы, достаточно тяжелые, чтобы опускаться через облако. Падая, они сталкиваются с переохлажденными каплями воды, которые к ним примерзают. Ниже уровня нулевой изотермы они тают и превращаются в крупные капли дождя (рис.17).

Рис. 17. Схема строения кучевого облака и выпадения осадков после воздействия реагента (Арцыбашев, 1973)

 

В качестве реагентов-кристаллообразователей могут быть использованы сухая углекислота, йодистое серебро, йодистый свинец и сернистая медь.

Сухая углекислота используется в виде частиц диаметром около 1 см, которые сбрасываются из иллюминаторов или люка самолета в количестве 1-2 кг на 1 км полета.

Йодистое серебро и йодистый свинец распыляются в облаках генераторами наземного и авиационного типов, а также пиропатронами с использованием ракет. В генераторах йодистое серебро сгорает в пламени ацетона и распыляется в виде аэрозоля - дыма. Генераторный способ воздействия на кучевые облака в отечественной практике развития не получил. Значительно проще и технически надежнее вводить реагент в облако выстрелом пиропатрона (горящей шашки с пиросоставом) из обычной ракетницы, Масса пиросостава активного дыма в пиропатроне калибра 26 мм составляет 30 г, в том числе масса активного вещества (AgJ или PbJ₂) - около 15 г.

Сернистая медь - химически чистый высокодисперсный порошок, обладающий высокими абсорбционными свойствами. При высокой температуре она легко спекается и разлагается, поэтому в пиросоставах сернистую медь применять нельзя. Искусственное вызывание осадков достигается распылением реагента из самолета, когда он проходит сквозь верхнюю переохлажденную часть облака, или из специальных контейнеров со взрывными механизмами дистанционного действия, сбрасываемых в облако сверху.

При оценке эффективности реагента наибольшее значение имеют его пороговая температура (минимальная температура, при которой реагент вызывает кристаллизацию переохлажденных капель в облаке) и выход ядер кристаллизации из 1 г вещества, В этом отношении наиболее эффективным реагентом является твердая углекислота (табл.21).

Опытное воздействие на облака показало, что нормы расхода реагента на уровне пороговой температуры составляют 10-14 г йодистого серебра (йодистого свинца) или 100-120 г сернистой меди на 8-10 км облачной массы. Время от момента воздействия реагента до начала выпадения осадков составляет в среднем 12 мин. Для большей вероятности выпадения осадков на пожар воздействие производят не на одно, а на несколько облаков, двигающихся в направлении пожара и охватывающих его. При этом вызванные осадки не только тушат пожар, но и в целях профилактики смачивают горючие материалы на значительной площади вокруг пожара.

Введение реагента в кучевые облака может осуществляться двумя путями: с самолетов и ракетами с земли. При использовании самолета последний должен войти в верхнюю часть облака на высоте 5000-5500 м, где производится рассеивание раздробленной сухой углекислоты либо мелкодисперсного порошка сернистой меди или обстрел облака 2-3 выстрелами из ракетницы пиропатронами, заряженными йодистым серебром либо йодистым свинцом. В практику лесоохраны внедряется устанавливаемая на самолете Ан-2 кассетная установка для самолетных аэрозольных генераторов (КУСАГ-II). Применение КУСАГ-II при конвективной облачности позволит во время патрулирования территории производить искусственное вызывание осадков.

При обстреле облака с земли используются ракеты типа «Алазань-1, «Алазань-2» и др. с пусковой установкой. Для обеспечения обстрела необходимо иметь также средства для определения азимута и дистанции стрельбы: две теодолитные станции с базисом засечки 1,0-1,5 км и радиосвязь между ними или радиолокационную станцию.