Численное исследование формирования микроструктуры градовых облаков при естественном развитии и активном воздействии

• Автор: Шоранов, Руслан Азраталиевич
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ФОРМИРОВАНИИ МИКРОСТРУКТУРЫ ГРАДОВЫХ ОБЛАКОВ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ И ПРИ АКТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ, А ТАКЖЕ ИХ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1. Краткий обзор основных представлений об образовании градовых облаков и формировании их микроструктуры.
1.2. Анализ наиболее распространенных методов активного воздействия на градовые процессы

1.3. Численные модели градовых облаков современное состояние и перспективы развития

1.4. Анализ состояния моделирования активного воздействия на градовые облака.

2. МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ГРАДОВЫХ ОБЛАКОВ

2.1. Модель исследования образования зародышей градин в градовых облаках.

2.2. Численная модель формирования микроструктуры градовых облаков.

2.3. Численный метод расчета
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭВОЛЮЦИИ МИКРОСТРУКТУРЫ ГРАДОВЫХ ОБЛАКОВ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ ИХ
РАЗВИТИИ
3.1. Некоторые результаты расчетов роста ледяных частиц в градовом облаке
3.2. Результаты численного моделирования формирования микроструктуры симметричных облаков
3.3. Результаты численного моделирования формирования микроструктуры несимметричных градовых облаков.
3.4. О взаимодействии динамических и микрофизических процессов в градовых облаках и его роли в образовании града.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГРАДОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
4.1. Результаты расчетов активного воздействия на симметричные одноячейковые облака
4.2. Результаты расчетов активного воздействия на несимметричные облака
4.3. Исследование распространения реагента в облаках при активном воздействии.
4.4. Схема воздействия на градовые облака по результатам моделирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Здесь же изложена модель микрофизических процессов в градовых облаках на фоне заданной гидротермодинамики, на основе которой проводилось моделирование эволюции микроструктуры облаков. В третьей главе приведены некоторые результаты расчетов эволюции микроструктуры градовых облаков при естественном их развитии. Рассмотрено образование градовых осадков в симметричных и мощных градовых облаках. Четвертая глава работы включает результаты моделирования активного воздействия на градовые процессы. Рассмотрено воздействие на одноячейковые и суперячейковые облака. Параметры активного воздействия время и место внесения частиц реагента, а также их концентрация варьировались с целью определения наиболее эффективного способа внесения реагента. На основе анализа результатов численных экспериментов по формированию микроструктуры градовых облаков в естественных условиях развития и при активном воздействии, предложен способ воздействия на различные типы градовых облаков, имеющий высокую расчетную эффективность. Дано физическое обоснование предложенного способа. Разработка научнообоснованных методов активного воздействия на градовые облака требует исследования процессов образования градовых частиц в облаках различных типов в естественных условиях и при активном воздействии. В настоящее время существует ряд представлений о механизме градообразования, предложенных отечественными и зарубежными исследователями. Ниже остановимся на некоторых из них, которые, на наш взгляд, достаточно интересны с физической точки зрения. В году появилась работа X. Вейкмана 4. В этой работе X. Вейкман подробно изложил механизм образования мощных кучевых облаков, согласно которому основной вклад в их образование вносят восходящие потоки. С постоянная величина, равная по Вейкману 2тс1, 3 диаметр поднимающегося воздушного пузыря в метрах, АТ ТсТо разность температур среды Тс и облака Т0. У 2УВ 1. Отдельные конвективные пузыри в мощном кучевом градовом облаке объединяются в цилиндрическую струю восходящего потока, которую Вейкман называет трубой. Скорость восходящего потока в центре трубы Уц определяется аналогично выражению 1. У 2У 1. Ув скорость восходящего потока в вершине трубы. Температура замерзания кристаллизации . Вейкману приходится на уровнь С, а в случае загрязненной атмосферы повышается до С, С. В своей концепции Вейкман учитывает скрытую теплоту фазовых переходов при подъеме облачного воздуха в трубе. У 2. У скорость установившегося падения градин под действием силы тяжести, мс диаметр градины, мм. Однако следует отметить, что формула 1. ДО 8рв 1. Д водность облака, г м3 , рв плотность воздуха. Вейкман получает условия, при которых возможно возникновение градовых облаков. Для объяснения условия образования града Вейкман рассматривает горизонтальное перемещение градового облака, при этом, учитывая скорость и направление движение воздуха в нижних слоях атмосферы, который в основном питает грозо градовое облако. По мнению Вейкмана, облако, являясь препятствием для горизонтальных потоков, вызывает обтекание и динамический подъем воздушных горизонтальных потоков, что при неустойчивом состоянии атмосферы может привести к образованию нового градового очага. Этот очаг образуется в тыловой части по отношению к направлению переноса облака. Вейкман рассматривает четыре стадии развития облака. В первой стадии развития облака в нем наблюдаются лишь восходящие потоки, скорость которых определяется плавучестью на каждом уровне. В данном случае облако не достигает уровня сдвига ветра. Во второй стадии развития за счет того, что облако достигает уровня сдвига ветра, образуется вытянутый в направлении переноса навес, из передней части которого начинают выпадать осадки. На третьей стадии развития облака верхняя его часть достигает уровня кристаллизации и вся наковальня кристаллизуется. При этом во фронтальной части облака и в наковальне наблюдается выпадение частиц, что приводит к образованию небольшого кучевого облака под наковальней. В четвертой стадии кучевое облако, образовавшееся под наковальней, достигает ее нижней границы.