CC BY
30
УДК 551.509.616
О РАСХОДЕ ПРОТИВОГРАДОВЫХ РАКЕТ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И ПРЕРЫВАНИЯ ГРАДА
© 2013 г. А.М. Малкарова, И.В. Герасименко
Малкарова Аминат Магометовна - доктор физико-математических наук, доцент, начальник отдела, Управление геофизического мониторинга активных воздействий и государственного надзора Росгидромета, Нововаганьковский пер., 12, г. Москва, 123995, е-шлй: [email protected].
Герасименко Инна Васильевна - соискатель, Высокогорный геофизический институт, пр. Ленина, 2, г. Нальчик, КБР, 360030, е-mail: [email protected].
Malkarova Aminat Magometovna - Doctor of Physical and Mathematical Science, Associate Professor, Head of the Department of Geophysical Monitoring, Active Impacts and State Supervision of Roshydromet, Novovagankovsky Lane, 12, Moscow, 123995, Russia, e-mail: [email protected].
Gerasimenko Inna Vasil'evna - Competitor, High-Mountain Geophysical Institute, Lenin Ave, 2, Nalchik, KBR, 360030, Russia, e-mail: [email protected].
На основе статистического анализа данных Краснодарской, Ставропольской и Северо-Кавказской противоградовых служб показано, что расход противоградовых ракет зависит от масштаба и интенсивности градового процесса и кратно увеличивается с повышением степени градоопасности облаков. Расход средств воздействия на предотвращение и прерывание града, а также продолжительность воздействия согласуются с нормами, установленными действующими руководящими документами. Получены статистические данные о повторяемости значений параметров засеянных градовых и градоопасных облаков, представляющие интерес для развития радиолокационных методов оценки физической эффективности активного воздействия на них.
Ключевые слова: противоградовая защита, объекты воздействия, степень градоопасности, расход противоградовых изделий, интенсивность градового процесса, продолжительность засева.
On the basis of statistical analysis of data Krasnodar, Stavropol and North Caucasian antihail services it is shown, that amount of spent rockets depends from a scale and intensity of hailstorms and is multiply incremented with degree of hail dangers of clouds. Amount of spent rockets for hail prevention and interruption, and also duration of seeding will agree with the norms erected by operating manual. Statistical data about recurrence of values ofparameters' of seeded hail and hail-potential clouds used for development of radar control ofphysical efficiency of hail suppression technology are obtained.
Keywords: hail suppression, seeding objects, hail danger degree, amount of spent rockets, intensity of hailstorms, duration of seeding.
На Северном Кавказе, наиболее градоопасном регионе Российской Федерации, на площади более 5,5 млн га осуществляется противоградовая защита (ПГЗ) с применением автоматизированной ракетной технологии, предусматривающей засев кристаллизующими реагентами областей будущего градообра-зования в кучево-дождевых облаках. Объекты воздействия (ОВ) по степени градоопасности разделены [1, 2] на 4 категории:
- ОВ I категории - потенциально-градоопасные конвективные ячейки (КЯ), первое радиоэхо которых зарождается в области отрицательных температур и имеет тенденцию быстрого развития;
- ОВ II категории - градоопасные КЯ, имеющие тенденцию развития и перерастания в градовую стадию;
- ОВ III категории - градовые КЯ, из которых по радиолокационным данным выпадает град;
- ОВ IV категории - сверхмощные градовые КЯ, приводящие к интенсивным крупномасштабным градобитиям.
Эта технология ПГЗ обеспечивает сокращение потерь от града в среднем за последние 10 лет на 86 %, годовой экономический эффект достигает 2 -
2,5 млрд руб., окупая затраты в 5 - 10 раз [2]. Одной из главных статей затрат являются затраты на закупку противоградовых ракет (ПГР), достигающие 45 -55 % от себестоимости ПГЗ.
Целью данной работы является исследование расхода ПГР в зависимости от степени градоопасно-сти и параметров ОВ.
Исследования выполнены путем анализа данных годовых отчетов Краснодарской, Ставропольской и Северо-Кавказской военизированных служб (ВС) Росгидромета за 2010 - 2011 гг. и включают в себя анализ:
- зависимости расхода ПГР от категории ОВ;
- времени достижения желаемого эффекта: предотвращения перерастания ОВ I и II категорий в градовую стадию и прерывания выпадения града из ОВ III и IV категорий;
- повторяемости засеянных ОВ различных категорий при разной высоте уровня изотермы 0 °С, от которой зависит высота уровня засева;
- повторяемости значений основных параметров ОВ различных категорий, от которых зависит расход ПГР.
Таблица 1
Количество засеянных ОВ и расход ПГР в 2010-2011 гг.
Наименование ВС Росгидромета Количество засеянных ОВ различной категории, шт. Расход ракет, шт.
I II III IV Всего Всего На 1 ОВ на 100 тыс. га
Краснодарская 11 19 285 142 457 11683 26 664
Ставропольская 147 564 309 14 1034 8787 8,5 556,5
Северо-Кавказская 4 160 114 2 280 2963 11 185,5
Всего по всем ВС 162 743 708 158 1771 23433 - -
Среднее по ВС 54 247,7 236 52,7 590,3 7811 13,2 468,5
Количество засеянных ОВ различных категорий
Суммарное количество засеянных ОВ различных категорий и расход ПГР в 2010 - 2011 гг. представлены в табл. 1. Количество засеянных ВС ОВ I - IV категории за два сезона ПГЗ составляет 1771 шт., в том числе 162 ОВ I категории, 743 ОВ II категории, 708 ОВ III категории и 158 ОВ IV категории.
В Ставропольской ВС количество засеянных ОВ I и II категорий выше, чем в других ВС, а расход ПГР на засев одного ОВ самый низкий. Количество засеянных ОВ в Северо-Кавказской ВС значительно меньше, чем в других ВС, а Краснодарская ВС выделяется большим количеством засеянных ОВ IV категории. Это обусловлено следующими причинами:
- в последние годы отмечается снижение градо-опасности в горных и повышение градоопасности в равнинных районах Северного Кавказа [2], связанное с изменениями направления вторжения атмосферных фронтов;
- систематическое завышение радиолокационной отражаемости облаков в Краснодарской ВС приводит к завышению категорий ОВ;
- в Ставропольской ВС засев ОВ I и II категории с учетом тенденции их развития приводит к снижению количества ОВ IV категории и повышению эффективности ПГЗ в сезоне;
- сверхмощный градовый процесс, дающий квазинепрерывную полосу града, в Северо-Кавказской и Краснодарской ВС принято интерпретировать как один ОВ IV категории, а в Ставропольской ВС - как несколько ОВ IV категории, по эволюции структуры радиоэха и структуре полей кинетической энергии града (рис. 1).
Е, ДжЛул2 Карта кинетической энергии града 30.08.2008 г
1 >1 HIHhHBf >20 >|
>200 >400 >600 >1000 [Т
60 75 90 105 120 135
Рис. 1. Схема нумерации ОВ, применяемая в Ставропольской ВС
Анализ расхода ПГР в зависимости от категории ОВ
Расход ПГР кратно увеличивается (рис. 2а) с повышением категории ОВ: на засев ОВ I категории расходуется в среднем около 3 шт., ОВ II категории - 6 шт., ОВ III категории - 14 шт., ОВ IV категории - около 55 шт. при пределах вариации от 25 до 340 шт.
Расход ПГР на засев ОВ I и II категорий, т.е. на проведение активного воздействия (АВ) по предотвращению града, составляет 21,3 % от общего расхода ПГР. Основной расход ПГР (78,7 %) приходится на засев ОВ III и IV категорий с целью прерывания выпадения града.
Реальный расход ПГР «Алазань-6» в 1,5 - 2 раза меньше рекомендуемых [1], рассчитанных на надежное предотвращение и прерывание градобитий (табл. 2).
Расход ПГР на Северном Кавказе согласуется с данными расхода ПГР в провинции Мендоса (Аргентина) (рис. 2б), где применялась российская технология ПГЗ [2].
Продолжительность засева в зависимости от категории ОВ
Продолжительность засева увеличивается с повышением категории ОВ (рис. 3):
- при воздействии на ОВ I категории она составляет менее 5 мин, кроме нескольких случаев, когда пришлось осуществлять повторный засев ОВ, так как однократного засева, рекомендуемого руководящим документом по АВ [1], оказалось недостаточно;
- при воздействии на ОВ II категории в 74 % она составляет 5 мин (достаточно однократного засева), в 15 % случаев - 10 мин (при двукратном засеве), в 6 % случаев - 15 мин (потребовался трехкратный засев), а в 5 % случаев - более 20 мин;
- при воздействии на ОВ III категории в 67 % случаев продолжительность засева не превышает 10 мин (достаточно двукратного засева), в 22 % случаев составляет от 15 - 20 мин (требовался четырехкратный засев), в 8 % случаев - более 20 мин (требовался многократный засев). Наибольшая продолжительность засева (от 30 до 60 мин) отмечается при АВ на ОВ со значениями параметров, близкими к параметрам ОВ IV категории (3 % случаев);
о j * t « ю ii о j ю 1? гп /л >с .и «I 41 V, n«
ю 40 «I ни юс о so loo i«i гоа зм .чю s»
р«( ход раки "Алоннь-в" Раскол »пиит 'Ал«аш4'
а
30 90 100 140 180 > 200 Рккоа ПГИ "Ал»>»м» г и "К&ИСТ1ЛЛ
б
Рис. 2. Расход ПГИ на засев ОВ различных категорий: а - «Алазань-6» на территории Северного Кавказа; б - «Алазань-2» и «Кристалл» в провинции Мендоса Аргентины в сезонах ПГЗ 1995 - 1996 и 1996 - 1997 гг., где N , ^^ -средний, минимальный и максимальный расходы
Ю 30 В 40 П И | 10 30Х 40 3См™«в1*
l\p«lMimiMMik ж«м «I шт t|pi4«nwma«n шп* 41 мни
Рис. 3. Продолжительность засева ОВ различных категорий
Таблица 2
Расход IIIР «Алазань-6» в сезонах 2010 - 2011 гг. и доля расхода, приходящаяся на засев каждой категории ОВ
Категория ОВ Количество засеянных ОВ, шт. Средний расход ПГР на 1 ОВ, шт. Суммарный расход ПГР на засев всех ОВ, шт. Доля от общего расхода ПГР, %
I 162 3 468 2,0
II 743 6 4 532 19,3
III 708 14 9 743 41,6
IV 158 55 8 690 37,1
Всего 1 771 13,2 23 433 -
- при воздействии на ОВ IV категории длительность засева в 59 % случаев укладывается в период трех-четырехкратного засева, а в остальных случаях отмечается продолжительность засева более 20 мин, что свидетельствует о многократном засеве.
Повышение продолжительности засева ОВ является следствием недостижения желаемого эффекта из-за недозасева ОВ по следующим причинам:
- наличие запретных секторов и непрострели-ваемых участков на ЗТ;
- нахождение области засева (навеса радиоэха) за пределами доставания ПВ (особенно в случаях ОВ с левосторонним развитием);
- запреты органов авиации;
- перерывы в засеве из-за перезаряжания ракетных пусковых установок (ПУ) и их недостаточной скорострельности (особенно в случаях мощных крупномасштабных градовых облаков);
- нехватка имеющегося количества ПГР на засев ОВ;
- ошибки персонала в определении категории ОВ, выборе места засева или интенсивности засева.
Сказывается также вышеуказанная особенность в определении количества ОВ, при которой засевается несколько последовательно развивающихся конвективных ячеек, как показано на рис. 1, дающих почти непрерывную градовую дорожку на земле и интерпретируемых как один ОВ. В результате суммируется продолжительность их засева и расход ПГР.
Анализ зависимости расхода ПГР от параметров ОВ
Расход ПГР зависит от масштаба и интенсивности градового процесса и характеризуется критериями гра-доопасности ОВ (максимальной радиолокационной отражаемостью 2„юх (авг), вертикальной толщей переохлажденного слоя повышенного радиоэха АИ35, АИ45, АИ55 (км), высотой уровня засева).
Высота уровня засева ОВ определяется высотой изотермы - 6 °С и варьиру-
ется от 3,6 до 5,6 км при наиболее частом значении 4,4 ^ 5,0 км (рис. 4а). Засев на этих высотах вполне обеспечивается траекторными характеристиками ПГР «Алазань-6» и новых ПГР «Алазань-9» и «Ас».
Максимум повторяемости значений максимальной радиолокационной отражаемости 2тах засеянных ОВ (рис. 4б) приходится на значение: в ОВ I категории -43 авг; II -52; III - 58; IV - 69 авг.
-L
0
X
1 Z
Ж |
£Ш
! .:
4 3,0 3.8 4.0 42 4.4 4j6 4.8 5.0 Ь2 5.4 5
Высота засева ОВ IV категории, Hs, км
Максимальная отражаемость ОВ Z,
б
Максимальная отражаемость ОВ Zm
Рис. 4. Распределение значений: а - высоты уровня засева ОВ IV категории; б - максимальной радиолокационной отражаемости Zmax (<!В7) засеянных ОВ различных категорий
и
Максимум повторяемости значений вертикальной протяженности переохлажденного слоя области повышенного радиоэха засеянных ОВ I категории отмечается при АИ35 = 3 км, ОВ II категории - при АИ35 = 4 км, а ОВ III категории - в интервале 5 < АИ35 < <6,5 км (рис. 5а).
Наиболее часто вертикальная протяженность переохлажденного слоя повышенной отражаемости засеянных ОВ III категории отмечается при значениях АИ43 = 6,75 км (рис. 5б) и АИ55 = 1,5 км (рис. 5в).
б в
Рис. 5. Распределение значений уровней высот: а - ДИ35, км, в засеянных ОВ I - III категорий; б - ДИ45, км, в засеянных ОВ III категории; в - ДИ55, км, в засеянных ОВ III категории
Выводы
Полученные статистические данные о расходе ПГР на засев ОВ различных категорий и продолжительности засева согласуются с требованиями действующих руководящих документов по организации и проведению противоградовой защиты. Однако, по данным теоретического моделирования турбулентной диффузии и взаимодействия кристаллизующих реагентов с облачной средой [3], эффективность засева определяется характеристиками объемов засева (куда непосредственно вводится кристаллизующий реагент) и начальной концентрацией вводимых кристаллизующих частиц. В целях дальнейшей оптимизации расхода ПГР необходимо изложенные в данной
статье результаты дополнить данными о расходе ПГР в зависимости от водосодержания и турбулентности в объемах засева в ОВ различных категорий.
Литература
1. РД 52.37.731-2010. Организация и проведение проти-воградовой защиты / М.Т. Абшаев, А.М. Абшаев, А.М. Малкарова. Нальчик, 2010. 84 с.
2. Абшаев М.Т., Малкарова А.М. Оценка эффективности предотвращения града. СПб., 2006. 279 с.
3. Абшаев А.М., Абшаев М.Т., Жекамухов М.К. Моделирование ракетного засева градовых облаков // Тр. науч.-практ. конф., посвященной 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий. Нальчик, 2011. С. 147 - 171.
Поступила в редакцию
30 сентября 2013 г.
а
