НАВЕРХ           НАВЕРХ     

Тематика Исследований

Научно-исследовательская деятельность отдела на период 2014-2016 годы проводится в рамках направления 1.6. ЦНТП Росгидромета «Геофизические исследования. Технологии активных воздействий на гидрометеорологические и геофизические процессы и явления»

Выполняемые темы сформулированы в подразделе 1.6.6. «Разработка и испытание новых методов и технических средств искусственного регулирования осадков и рассеяния облаков и туманов»

В рамках подраздела 1.6.6. выполняются следующие темы:

2014г.

В ходе выполнения этого направления исследований выделено семь основных районов сельскохозяйственного производства (Центральный, Волго-Вятский, Поволжский, Центрально-черноземный, Северо-Кавказский, Уральский, Западно-Сибирский. Выбрано 16 пунктов для анализа частоты повторяемости засух (Москва, Рязань, Лукоянов, Казань, Безенчук, Пенза, Октябрьский городок, Волгоград, Тамбов, Курск, Воронеж, Ставрополь, Армавир, Краснодар, Оренбург, Омск).

Произведена первичная обработка массивов данных по температуре и осадкам с 1966 года по 2013 год в выбранных пунктах. Определены основные параметры выделения засушливых периодов (гидротермические индексы Селянинова, Педя).

Для 16 пунктов (Москва, Рязань, Лукоянов, Казань, Безенчук, Пенза, Октябрьский городок, Волгоград, Тамбов, Курск, Воронеж, Ставрополь, Армавир, Краснодар, Оренбург, Омск) рассчитаны основные характеристики гидротермического режима (средние за месяц, максимальные среднемесячные и минимальные среднемесячные температуры, среднее месячное количество осадков, минимальное и максимальное количество осадков за месяц) в период с мая по август. Определены тренды изменения температуры и осадков для различных регионов за 1966-2013 гг (48 лет). Определено, что практически для всех пунктов имеет место повышение среднемесячных температур на 0.5- 3 0С. Максимальное повышение температур отмечено в июле-августе. Для большинства пунктов Европейской территории России суммарно за период май-август отмечено некоторое уменьшение (до 10 %) количества осадков.

На основе анализа работ по изучению явлений засушливости на Европейской территории России, выявлена пространственно-временная локализация и изменчивость явления в XX и XXI веках. Выделены и изучены периоды экстремальных и сильных засух. На данной территории особо интенсивные и обширные засухи наблюдались за последние 70-80 лет в период с 1936 по 1939 годы, а также в 1972 и 2010 годах. Засуха 2010 года наиболее хорошо изучена, ей посвящен ряд работ отечественных авторов.

В настоящее время делаются попытки глубокого анализа причин возникновения катастрофических засух, а также проводятся работы по изучению синоптических условий формирования явления с целью выработки методологии его прогнозирования. Выявляются региональные особенности засушливых периодов.

2014г.

Сформулирована система уравнений, описывающая процесс рассеяния тумана с использованием гироскопических веществ и предложен алгоритм её решения.

С целью выбора направления разработки наземных средств воздействия на туман гигроскопическими реагентами подготовлен обзор использовавшихся средств воздействия.

Разработаны основные блоки 3D численной модели распространения в теплом тумане и взаимодействия с ним облака оседающих гигроскопических частиц.

Проведена серия отладочных тестовых численных экспериментов по моделированию распространения в теплом тумане облака оседающих гигроскопических частиц при наличии и отсутствии горизонтального ветра.

Параллельно с исследованиями по рассеянию теплого тумана, проведена серия лабораторных экспериментов по исследованию влияния гигроскопических частиц на микроструктуру кристаллического тумана. Для проведения исследований использовался измерительный стенд на базе климатической камеры КТК-3000.

В камере КТК-3000 (объём 3 м3) проведены лабораторные эксперименты по тестированию численной модели процесса рассеяния тумана при положительной и отрицательной температуре с использованием гигроскопических веществ. В качестве реагента использовался порошок CaCl2 с радиусом частиц 15 и 25 мкм и различной объёмной концентрацией. Диапазон дозировок реагента изменялся в пределах от 0,3 г до 0,9 г/ на камеру.

2014г.

Выполнен анализ влияния Москвы на концентрацию облачных ядер конденсации (ОЯК) на расширенном материале наблюдений (январь-сентябрь, декабрь 2013г.). Показано, что относительное увеличение ОЯК при ветрах со стороны Москвы составляет 1,9 для ядер, активирующихся при минимальном пересыщении 0,1%, и уменьшается до 1,4 для ядер, активных при 1,1%. Относительное увеличение статистически значимо для ядер активирующихся в интервале пересыщений 0,1-0,7%. В период января-марта в Московском регионе отсутствовал устойчивый снежный покров. Наблюдавшиеся одновременные пики в концентрациях частиц 0,1-1мкм и ОЯК в основном были связаны с ночными температурными инверсиями. В единичных случаях переноса аэрозоля со стороны Москвы относительный рост концентрации ОЯК превышал увеличение общей концентрации аэрозоля, что подтверждает ранее делавшийся вывод о генерации городом конденсационно активных аэрозольных частиц.

По данным о концентрации облачных ядер конденсации (ОЯК), полученным с помощью прибора CCN-200, и данным о тонкой структуре микронного и субмикронного аэрозоля за 2013 год проведен анализ связи концентрации ОЯК с различными фракциями аэрозоля.

Получены средние концентрации ОЯК при пересыщениях от 0.1% до 1.1 % в различные сезоны. Средняя концентрация ОЯК в зависимости от пересыщения апроксимируются соотношением N=CDSk, где С=2800, k=0.6. Рассчитаны коэффициенты корреляции концентрации аэрозоля в различных диапазонах размеров с концентрацией ОЯК при различном пересыщении. Определено, что в наибольшей степени концентрация ОЯК связана с концентрацией крупного субмикронного аэрозоля (диаметры частиц 0,1-1мкм), в наименьшей - с частицами размером менее 0,1 мкм.

С целью определения влияния крупного мегаполиса на концентрацию ядер конденсации проведен анализ зависимости концентрации ОЯК в 1-2 квартале 2014 г от направления ветра на уровне 925 гПа. По всему диапазону пересыщений (0.1-1.1 %) получено, что концентрация ОЯК при направлении ветра от города (225-3150) в 2-2.5 раза выше, чем при противоположных(45-1350) направлениях ветра. Контрольная разница для западных и восточных румбов отличается незначительно (10-30 %).

Максимум концентрации ОЯК наблюдается при юго-восточных и южных ветрах, минимум при северных, северо-западных и северо-восточных ветрах. Подобное распределение характерно и для концентрации субмикронного аэрозоля полученного по данным приборов TSI-3030 и Solair.

Исследован годовой ход ОЯК. Получено, что годовой ход ОЯК в целом повторяет годовой ход крупных субмикронных частиц с размерами 0.1-1 мкм. Коэффициент вариации концентрации АЯК (для наблюдений за конкретные месяцы) практически не зависит от величины пересыщения и составляет 0.75-0.90. Наибольшие концентрации АЯК в интервале пересыщений > 0.1 % наблюдаются в феврале-марте, характерен всплеск концентрации в середине апреля(обратите внимание, на максимальные концентрации при минимальном пересыщении 0.1 %). Резкое увеличение концентрации ЯК при малых пересыщениях в апреле связано по всей видимости с сходом снежного покрова и увеличением концентрации крупных аэрозольных частиц.

Зависимость количества облачных ядер конденсации от концентрации субмикронных частиц наиболее велика в интервале размеров частиц от 0.1 до 1 мкм.Наиболее тесная связь между концентрацией крупного субмикронного аэрозоля и концентрацией АЯК (r=0.8-0.9) приходится на пересыщения 0.3-0.5 % .

Получены распределения атмосферного аэрозоля по высоте в Московском регионе и в северных районах РФ с помощью самолетного аэрозольного комплекса самолета лаборатории Як-42 «Росгидромет. Показано, что на вертикальное распределение атмосферного аэрозоля по высоте сильное влияние оказывает стратификация температуры. Значительные накопления атмосферного аэрозоля происходит под инверсионными и изотермическими слоями.

2014г.

В ходе выполнения данной НИР подготовлены аналитические обзоры методов измерения температуры воздуха с борта самолета-лаборатории, в том числе и в облаках с жидко-капельной фракцией, методов расчета и анализа данных о пульсациях скорости ветра и температуры, турбулентных потоков тепла и импульса, полученных с помощью самолета-лаборатории.

Выполнена доработка созданной ранее специальной аэродинамической установки для проведения исследований датчиков температуры типа Rosemount 102. Доработана система впрыска капель, позволяющая создавать поток с жидко-капельной фракцией с различной водностью и различными размерами капель, имитирующими теплые облака средней полосы.

Выполнены исследования влияния жидко-капельной фракции облака на показания самолетных датчиков температуры, разработан и апробирован метод введения поправки в температуру и в ее пульсации на влияния жидко-капельной водности в облаке и определены поправочные коэффициенты в показания датчика температуры для облаков с различными спектрами размеров капель.

Проведен анализ имеющихся в ЦАО данных о турбулентности в кучевых облаках с учетом жидко-капельной фракции водности. Получены спектральные характеристики (спектры пульсаций скорости ветра и температуры, коспектры потоков тепла и импульса) в конвективных облаках, находящихся на различных стадиях развития.

Разработаны алгоритмы и созданы программы для расчета непосредственно на борту самолета-лаборатории Як-42Д «Росгидромет» величин истинной температуры воздуха, скорости и направления ветра, проведены летные испытания соответствующего самолетного оборудования и программ. Подготовлены программы послеполетной обработки данных о температуре воздуха, скорости и направлении ветра, полученных с помощью бортовой самолетной аппаратуры нового поколения.