Введение к работе
Актуальность проблемы. Радиолокационные методы исследования облаков и осадков являются одним из наиболее эффективных методов получения информации о погоде. Создание современных метеорологических радиолокаторов (МРЛ), радиолокационных методов измерения интенсивности и количества осадков, водности и других микроструктурных характеристик облачности, методов распознавание опасных явлений погоды привели к развертыванию государственных радиолокационных метеорологических сетей во многих развитых странах.
Информация МРЛ широко используется для получения информации о фактической погоде, для краткосрочных и сверх краткосрочных прогнозов погоды. Роль метеорадиодо-кации в последние годы повышается в связи с сокращением числа метеостанций и постов и тем, что существующая метеорологическая сеть не фиксирует явления погоды между пунктами наблюдений и не в состоянии обеспечить потребителя требуемым объемом информации с требуемой оперативностью и точностью.
Немыслима без применения метеорологических радиолокаторов реализация современных методов модификации погоды с целью предотвращения града, искусственного увеличения осадков, рассеяния облачности, борьба с тайфунами и т.д. Например, современная технология противоградовой защиты (ПГЗ) предусматривает радиолокационное обнаружение и распознавание градовых, фздюопасных и потенциально градоопасных облаков, радиолокационное выделение в них объемов будущего грааообразования и определение координат внесения в них кристаллизующих реагентов с помощью противоградовых ракет.
В связи с изложенным разработка автоматизированных методов получения макро- и микрофизических характеристик облаков является одним из наиболее важных путей повышения эффективности работ по исследованию облачности, оповещению об опасных явлениях погоды, проведению работ по модификации погоды и созданию банков данных об облачности.
Целью настоящей работы является автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристиках облаков и осадков для целей активного воздействия на градовые процессы и оповещения об опасных явлениях погоды. В рамках достижения этой целей были решены следующие задачи: 1. На основе радиолокационных исследований облаков и осадков разработаны новые методы, алгоритмы и программы:
распознавания конвективных ячеек и определения направления и скорости их переметения;
измерения комплекса новых двумерных и трехмерных параметров микроструктуры облаков и осадко»: приведенной и интегральной водности (лелности) всего слоя облачности и любого заданного слоя (например, слоя зарождения и роста града), а также оптимизации измерения ранее известных параметров: полей размера и потока кинетической энергии града, суммарной и глобальной кинетической энергии града, интенсивности и количества жидких осадков, водности и ледности облаков;
распознавания категорий объектов воздействия на основе новых двумерных и трехмерных параметров с целью сокращения расхода средств воздействия на градовые процессы;
оптимизации операций по воздействию на градовые и градоопасные облака, включая выделение областей засева по трехмерной радиолокационной информации;
радиолокационной оценки степени повреждений и ущерба от градобитий в реальном масштабе времени;
распознавания опасных явлений погоды (град, гроза, шквал, ливневый дождь, морось, снегопад) по градациям их интенсивности;
радиолокационного оповещения о паводках ливневого происхождения.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ]
СПегервург г/ я <
1 оэ тімкрЬУ Г
2. Разработанные методы и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе "АСУ-МРЛ", которая внедрена в оперативн) ю практик)' противофадовых работ и оповещения об опасных явлениях погоды.
Научная новизна полученных результатов:
1. Предложены новые двумерные и трехмерные радиолокационные параметры облаков
и осадков, имеющие высокую информагивносл. для исследования облачности, выбора объ
ектов активною воздействия (АВ) и кон фоля физической зффекіивности ЛВ на облака:
карты приведенной водности (ледности) облаков, прос\ ммированной по всей высоте облачности (Q. кг/м2) и заданного слоя облачности (А&, кг/м );
объемы пест облака (t'z) и его переохлажденной части при ризиыч \ ровнях, отражаемое! и (ДКг);
интегральная водность всего облака и ледности градового очага (Qv, і)
ишеїральная нолпосіь слоя облака и ледиосги іродового очага выше изотермы ОС (ДМ и і .д.
-
На основе измерения этих двумерных и трехмерных радиолокационных параметров предложены новые критерии распознавания категорий объектов воздействия на градовые процессы (сверхмощные градовые, градовые, градоопасныс и потенциально-градоопасные облака) и оценки эффективности АВ.
-
Разработан новый метод выделения области засева градовых облаков, исключающий ряд субъективных ошибок персонала.
-
Реализован новый радиолокационный метол опенки степени повреждений сельхоз-кудыур и ущерба or градобитий.
Научная и практическая значимость результатов:
I. Перечисленные выше радиолокационные методы реализованы и автоматизированной системе "АСУ-МРЛ" и успешно используются:
в работах по активному воздействию на градовые процессы в системе противоградовой защиты в Краснодарской и Ставропольской ВС Росгидромета, Крымской ВС Украины;
в научных исследованиях i-раловых процессов на Кызбурунском ПИ полигоне ВГИ;
в системе оповещения об опасных явлениях погоды в Азербайджане;
и работах по созданию Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети "СК АРМС.
2.1 Ірименение предложенного радиолокационного метола оповещения о напилках и селях ливневого происхождения может повысить заблаговрсменностъ оповещения и безопасность горных населенных пунктов и объектов на обширных паводковых и селеопасных территориях.
-
Новые двумерные и трехмерные параметры облаков позволили усовершенствовать критерии распознавания объектов воздействия с целью сокращения числа засеваемых ОВ.
-
Новая программа воздействия на градовые процессы позволяет исключить ряд субъективных ошибок и повысить эффективность ПГЗ.
-
Новые интеї-ральиме параметры облаков, метод опенки степени повреждений сельхозкультур и ущерба от градобитий позволяют повысить оперативность оценки физической и экономической эффективности ПГЗ.
Основные положения, выносимые ни защиту:
-
Результаты автоматизированных радиолокационных исследований макро- и микроструктуры градовых облаков.
-
Радиолокационные методы измерения комплекса макро- и микрофиэических характеристик облаков и осадков, включая двумерные и трехмерные параметры.
-
Закономерности эволюции во времени одномерных, двумерных и трехмерных радиолокационных параметров облаков, методы, алгоритмы и программы их получения.
-
Усовершенствованные радиолокационные критерии распознавания градовых, гра-доопасных и потенциально-градоопасных облаков, проведения воздействия на них и контроля физической эффективности воздействия.
-
Метод, алгоритмы и программное обеспечение автоматизированной системы оповещения о селях и паводках ливневого происхождения.
Личный вклад автора:
Постановка задачи выполнена научным руководителем. Разработка методов измерения параметров макро- микроструктуры и некоторых интегральных характеристик облаков выполнена совместно. Основные результаты исследований, приведенные в работе (эволюция интегральных характеристик облаков и осадков, алгоритмы, программы и результаты исследований), получены автором.
Апробация работы:
Основные результаты диссертации докладывались на:
Всероссийской конференции по физике облаков и АВ на гидрометеорологические процессы (г. Нальчик, 2001 к);
Международной штучной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторингу загрязнения природной среды в странах СНГ (г. Санкт-Петербург, 2002 г.);
конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского научного центра РАН (г. Начьчик, 2002 г.);
8-й Международной научной конференции Всемирной Метеорологической организации по модификации погоды (г. Касабланка, Марокко, 2003 г.);
конференции молодых j-ченых В1 И, посвященной 90-летию профессора I '.К. Сулаквелидзе.
Кроме того, предложенные радиолокационные методы, алгоритмы и программы испытаны и внедрены в ряде регионов РФ, Азербайджане и Украине в составе автоматизированной системы "АСУ-МРЛ". Создана база данных по эволюции облачных систем в этих регионах.
Публикации. По п«ме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Содержит 129 страницы, 34 рисунка, 6 таблиц.
