Стимулирование осадков

Георгий Галечян
«Природа» №6, 2015

Об авторе Георгий Ашотович Галечян — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института прикладных проблем физики Национальной Академии наук Армении. Область научных интересов — физика плазмы, акустика, управление процессами конденсации в атмосфере.

Число регионов в мире, в той или иной степени испытывающих недостаток пресной воды, постоянно увеличивается, что связано с естественным ростом населения земного шара. Осваиваются новые земли, требующие искусственного орошения, получают распространение отрасли промышленного производства, потребляющие большое количество воды. Нехватка пресной воды ограничивает хозяйственную деятельность человека, препятствует развитию промышленности, росту городов и интенсификации сельского хозяйства. Многие страны, засушливые регионы оказываются в катастрофически тяжелом положении из-за недостатка осадков. Отсутствие урожая, питьевой воды, электроэнергии — удел этих областей.

Следует отметить, что вопрос водоснабжения в цивилизованном мире обсуждается достаточно часто. Менее развитые страны всегда испытывали недостаток чистой питьевой воды, особенно бедная часть населения. На конференции ООН 2006 г. был представлен доклад, в котором сообщалось, что 20% мирового населения не имеет доступа к питьевой воде.

Чтобы вызвать дождь, когда-то люди обращались к жрецам и шаманам (впрочем, иногда такая практика встречается и сейчас). Но в наше время естественно обратиться к научным подходам в решении проблемы. Искусственным путем спровоцировать осадки можно с помощью различных «агентов». Стимулирование возможно разными путями.

...Засевом облаков реагентами

Первые экспериментальные исследования в данном направлении были выполнены еще в начале 1931 г. в Нидерландах (как можно прочесть в книге [1]): размельченная твердая углекислота распылялась с самолета в переохлажденные облака, где она становилась катализатором, ускоряющим конденсационные процессы паров воды.

Интерес к этому способу возник после Второй мировой войны и особенно после экспериментов Винсента Дж. Шеффера (1946) с переохлажденными облаками в замкнутой камере. Желая быстрее снизить ее температуру до необходимой, он бросил туда кусочки сухого льда (твердой углекислоты, СО₂) и увидел, что вдоль траектории падения мелких гранул образовалась цепочка крошечных ледяных кристалликов. После этого Шефферу стало ясно, что чрезвычайно низкая температура возле поверхности кристалликов сухого льда (−78°С) привела к замерзанию капелек воды вдоль траектории их падения. В итоге он решил проверить этот метод в свободной атмосфере, о чем подробно рассказано в книге [2].

Летом 13 ноября 1946 г. Шеффер сбросил около 1,5 кг гранулированного сухого льда с легкого самолета в переохлажденное чечевицеобразное слоисто-кучевое облако вблизи Беркширских гор на западе Массачусетса. Примерно через 5 мин оно превратилось в облако снежинок, которые опустились приблизительно на 600 м в слой сухого воздуха, после чего полностью испарились.

В дальнейшем этот метод стал интенсивно развиваться, начались поиски альтернативы сухому льду, который не так уж просто производить, хранить и транспортировать. Исследования привели к выводу: в атмосфере важные процессы возникают вследствие избытка или недостатка льдообразующих ядер, которые для управления этими явлениями следует доставить туда искусственным путем. Надо отметить, что данным вопросом занимались еще до Великой Отечественной войны. Так, в СССР в 1932 г. для выяснения возможности активного влияния на погоду был создан Институт искусственных осадков. Подобные работы широко проводились во многих странах, искались претенденты на роль искусственных льдообразующих ядер. Сотрудник научно-исследовательского института лаборатории «Дженерал электрик» Бернард Воннегут в химических таблицах выискивал твердые вещества с кристаллической структурой, похожей на структуру льда. Анализируя постоянные кристаллической решетки, он убедился, что неэффективность большинства естественных ядер льдообразования обусловлена большой разницей в расстояниях между атомами в поверхностном слое ядра и первом слое молекул воды, составляющих структуру льда. Изучив имеющуюся литературу, Воннегут предложил в качестве самого перспективного соединения йодистое серебро (AgI). В гексагональной кристаллической решетке этого соединения атомы располагаются таким же образом, как и атомы кислорода в кристаллах льда, и разница в расстояниях между атомами невелика.

Детальные опыты с йодистым серебром в камере Вильсона показали, что кристаллы AgI действительно работали как льдообразующие ядра. После лабораторных исследований были выполнены натурные эксперименты на переохлажденных облаках в свободном пространстве с использованием установленных прямо на самолетах генераторов, производящих кристаллики AgI. Результаты полностью повторили данные Шеффера по сухому льду, при этом в слоях переохлажденных облаков образовывались разрывы, сквозь которые наблюдалось падение снежинок. Так была доказана возможность воздействовать на погоду. В настоящее время такие воздействия преимущественно основаны на изменении фазового состояния облака при «засеве» его некоторыми реагентами, в частности теми же твердой углекислотой и дымом йодистого серебра или йодистого свинца. При испарении измельченной углекислоты в переохлажденных водяных облаках создается сильное охлаждение (ниже −40°) и пересыщение, что приводит к кристаллизации. Облака превращаются в смешанные, приобретают вследствие этого коллоидальную неустойчивость и дают осадки, как это бывает естественным образом в смешанных облаках.

Аэрозоль дыма йодистого серебра также приводит к замерзанию переохлажденных капель, действуя в качестве ядер замерзания или ядер сублимации. В мощных кучевых облаках появление твердой фазы, а также укрупнение капель могут быть вызваны впрыскиванием в облака распыленной воды, капли которой растут благодаря коагуляции. Гигроскопические частички или капли (растворов солей), вводимые в облака, могут вызвать выпадение из облака осадков без твердой фазы.

Микроскопические частицы йодистого серебра захватываются переохлажденными каплями, превращаясь в кристаллы, которые становятся искусственными зародышами града. Последние вступают в конкуренцию с естественными зародышами града за содержащуюся в облаке влагу и не дают возможности градинам вырасти до крупных размеров. В результате этого в облаке лавинообразно образуется громадное число мелких градин, которые при выпадении из облака успевают растаять в теплой части атмосферы и достигают земли уже в виде дождя.

Реагенты вводятся в облака путем засева облака гранулированной твердой углекислотой с самолета, путем создания дымов йодистого серебра в специальных генераторах (они называются аэрозольными), путем запуска ракет, содержащих взрывчатое вещество с примесью йодистого серебра, и т. д.

Есть информация, что в США и в СССР исследовали возможность воздействия на гидрометеорологические процессы в военных целях. В частности, войска США искусственно вызывали ливневые дожди во время войны во Вьетнаме.

После Второй мировой войны работы по стимулированию осадков сбросом реагентов в облака возобновились; они выполнялись во многих странах и сопровождались расчетами и анализом полученных результатов [1]. В дальнейшем для искусственного получения осадков стали использовать и другие методы: акустические волны [3–6], ударные волны [7, 8], отрицательные ионы [9].

...Акустическими волнами

Рассмотрим стимулирование осадков акустическими волнами. Метод заключается в том, что при распространении звука в упругой среде, в частности в воздухе, происходит механическое возвратно-поступательное движение молекул, сопровождаемое процессом сжатия и разрежения. При этом повышается частота столкновений частиц в уплотненном слое, в результате чего растет частота слипания молекул воды, увеличивается масса капель, и под действием гравитационных сил они начинают осаждаться.

Под влиянием звуковых волн в атмосфере периодическое сжатие и расширение воздуха приведет к термодинамическим пульсациям, которые отразятся на процессах испарения капель. Капли до определенного критического размера могут испаряться при повышении температуры, а более крупные сохраняют свою температуру и под действием мощного акустического поля, как выяснилось, могут дальше укрупняться. На основе стохастического подхода и численного моделирования был выполнен расчет изменения распределения капель по размерам в однородном тумане под влиянием акустических волн. Показано, что при действии звуковых волн частотой 300 Гц и интенсивностью 140 дБ в течение 5 с на облако с содержанием паров 2 г/м³ наблюдается тенденция к сдвигу максимума размеров капель облака в сторону больших диаметров, а через 15 мин возникает второй максимум размеров частиц, соответствующих осадкам (~500 мкм). Анализ процессов взаимодействия акустических волн со взвешенными частицами свидетельствует: в системе развивается неустойчивое равновесие, которое приводит к коагуляции капель. Механизм коагуляции в данном случае определяется не парным притяжением двух частиц, а общим полем, создаваемым гидродинамическим взаимодействием частиц [10].

Натурные эксперименты продемонстрировали, что на расстоянии 30–40 м от источника звуковых волн наступало значительное изменение свойств облачных капель. Звуковые волны с интенсивностью 150 дБ и частотой 100–300 Гц вызывали изменение микроструктуры тумана, с увеличением силы звука влияние волны на туман усиливалось, эффективность воздействия оказывалась тем больше, чем выше водность тумана.

Проанализируем процессы, происходящие в атмосфере при распространении акустических волн. Модельный расчет позволяет определить зависимость амплитуды смещения частиц из положения равновесия под влиянием звуковой волны от частоты последней [4].

Звуковая волна в воздухе создает периодические изменения среднего статистического давления, которое можно представить в виде:

где p′ — атмосферное давление при наличии звуковой волны, Па; p_о — атмосферное давление в отсутствии звуковой волны; p_зв — звуковое давление. Верхний знак (+) в формуле (1) соответствует давлению при наличии акустической волны в уплотненных слоях, нижний (−) — в разреженных.

Зависимость звукового давления от интенсивности звука имеет вид:

где J — интенсивность звуковой волны, Вт/м²; ρ  — плотность газа, кг/м³; v_зв — скорость звуковой волны, м/c.

Под влиянием звуковой волны частицы воздуха (как микроскопические — атомы, молекулы газа и воды, электроны, ионы, так и макроскопические — капли воды, градинки) совершают колебания около положения равновесия с акустической скоростью, определяемой формулой:

Акустическую скорость можно представить также в виде:

Из (3) и (4) получим выражение для амплитуды смещения частиц из положения равновесия:

Если в (5) подставить выражение (2), можно найти зависимость амплитуды смещения частиц в газе от интенсивности звуковой волны:

На рис. 1 представлены эти зависимости для частот 100 и 300 Гц, из которых видно, что при интенсивности 150 дБ звука частотой 100 Гц амплитуда смещения частиц в воздухе z = 3,4 мм. Снижение интенсивности приводит к резкому уменьшению смещения частиц из положения равновесия: при J = 100 дБ величина z = 0,011 мм.

Рис. 1. Зависимость амплитуды смещения частиц в воздухе из положения равновесия от интенсивности звука при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и 0°С; 1 — частота 100 Гц: 2 — частота 300 Гц

Смещение из положения равновесия — величина, усредненная по всем частицам в атмосфере. Частицы вовлекаются звуковыми волнами в колебательный процесс по-разному в зависимости от своей массы. При фиксированной частоте звука в колебательное движение эффективно включаются частицы с массой, близкой к средней массе воздуха (массе азота). Чем частица тяжелее, тем труднее заставить ее колебаться и сдвинуться из положения равновесия. Под влиянием звуковой волны в полидисперсной среде происходит смещение частиц относительно друг друга, что повышает вероятность их столкновений с последующей коагуляцией. Когда частицы тумана с различной массой капель движутся под влиянием периодического смещения воздушного потока от зоны уплотнения в зону разрежения и наоборот, создаются условия воздушного обтекания частиц и развития различного рода гидродинамических эффектов [10]. В результате попадания частиц в область повышенного давления происходит изменение условий конденсационного равновесия системы «капля — водяной пар», главным образом из-за изменения температуры тумана.

Основной принципиальной трудностью успешного развития акустического метода стимулирования осадков остается ослабление интенсивности звука по мере удаления от источника. При изотропном распространении акустической волны от источника, даже если звук не рассеивается и не поглощается, интенсивность убывает пропорционально квадрату расстояния от точки возбуждения. Однако в природе наблюдаются и рассеяние и поглощение, особенно в тумане, где эти процессы проявляются сильнее, чем в воздухе, и ослабление звука происходит быстрее.

Для устранения затухания звуковой волны при ее распространении в тумане следует воспользоваться явлением усиления звука в слабоионизированном молекулярном газе. Этот эффект заключается в том, что при распространении акустической волны в среде из молекул, находящихся на колебательно-возбужденных уровнях, происходит их безызлучательная релаксация. Энергия возбужденных состояний молекул переходит в волну, и интенсивность звука увеличивается (доказано экспериментально для разряда в смеси азота с кислородом [11]).

Чтобы получить среду с колебательно-возбужденными молекулами на пути распространения звуковой волны, надо обеспечить слабую ионизацию воздуха, тогда молекулы и атомы будут возбуждаться при столкновении с электронами. Такую ионизацию в тумане можно создать СВЧ-волнами или лазерными лучами, и тогда звуковая волна при распространении будет не ослабевать, а усиливаться.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований в лабораторных и приземных натурных условиях показывают: хотя воздействие интенсивных акустических волн и приводит к сдвигу максимума распределения капель в сторону больших размеров, для стимулирования осадков необходимо длительное воздействие акустических волн значительной интенсивности, что весьма проблематично. Поэтому в последнее время стали развиваться импульсные методы получения акустических волн, основанные на взрыве [7, 8]. В результате созданы установки, генерирующие ударные волны для предотвращения града и стимулирования осадков.

...Ударной волной

Недавно в вопросе стимулирования осадков появились новые основания для оптимизма [8]: оказалось, что ударная волна, образованная на поверхности Земли и направленная вертикально вверх, при своем распространении достигает высоты 100 км и по пути генерирует акустические волны, которые взаимодействуют со всеми слоями атмосферы, где могут располагаться облака. Это взаимодействие будет приводить к акустической коагуляции водяных паров и вызывать выпадение осадков. Так решается вопрос доставки акустических волн к облакам — их приносит ударная волна.

Противоградовая установка для генерации ударной волны

Принцип действия подобной антиградовой установки заключается в создании мощной вертикальной ударной волны после поджига ацетилено-воздушной горючей смеси в камере сгорания, расположенной в основании пушки. При подаче искры зажигания в камеру сгорания в последней образуется взрывная смесь с высоким давлением, которая вытекает через конический рупор пушки (длиной 4 м, диаметром на выходе 0,8 м) со сверхзвуковой скоростью, формируя мощную ударную волну с избыточным давлением на выходе p = 3,8 кПа (J = 166 дБ). Ее параметры таковы: длительность импульса — около 20 мс (установка работает в импульсно-периодическом режиме с частотой следования 6 с), средняя энергия в импульсе — 600 кДж. Основное назначение описанного устройства — рассеивать градовые облака и вызывать искусственные осадки.

На приведенной фотографии можно видеть такую систему для генерации ударной волны. В результате экспериментальных исследований получено, что через 70 с после выстрела противоградовой пушки и образования ударной волны на вход радиометра, установленного на земной поверхности (возле пушки), поступил отклик в виде электромагнитной волны (осциллограмма показана на рис. 2). Радиометр настроен на частоту 15 ГГц. С учетом скорости распространения ударной и акустической волн в атмосфере можно оценить, что электромагнитная волна возникла на высоте ~100 км. Известно: в ионосфере на такой высоте есть сильный градиент концентрации ионов и электронов [13]. При достижении акустической волной указанной области (плазмы с соответствующими градиентами) в ионосфере образуется вихревое движение заряженных частиц, в ходе которого генерируются электромагнитные волны, поступающие на вход наземного радиометра [12, 14].

Рис. 2. Осциллограмма электромагнитной волны, детектированной радиометром на частоте 15 ГГц. Электромагнитная волна поступила на вход радиометра через 70 с после выстрела противоградовой пушкой ударной волны

Итак, установлено, что вертикально направленная ударная волна, образованная противоградовой пушкой на поверхности земли, достигает высоты ~100 км — следовательно, на всем этом пути образованные ею акустические волны могут оказывать соответствующее воздействие на облака (вызывать осадки). Генерируемые в процессе распространения ударной волны акустические волны были зарегистрированы микрофоном. Изменение интенсивности и частоты этих звуковых волн во времени представлено на рис. 3 в трехмерном изображении. Видно, что самые высокие частоты акустической волны, детектируемые микрофоном, составляют около 4200 Гц. Однако измеряемая интенсивность к концу четвертой секунды уменьшается до очень малой величины. За 4 с звуковая волна проходит вертикально вверх расстояние примерно в 1300 м. По-видимому, звук с больших высот поступает столь малой амплитуды, что не отражается на графике вследствие затухания акустической волны в атмосфере. При низких частотах, до 200–300 Гц, генерируются акустические волны достаточно высокой амплитуды, которые и используются при стимулировании осадков звуком. Анализ данных по частотным характеристикам, приведенным на рис. 3, позволяет условно подразделить их на четыре диапазона: до 600; от 900 до 1500; от 2000 до 3000; от 3500 до 4200 Гц. Следует отметить, что на больших высотах (выше 1300 м) также будут образовываться акустические волны, которые при взаимодействии с соответствующими переохлажденными, градосодержащими туманами будут вызывать выпадение осадков.

Рассмотренный метод образования звука ударной волной позволяет получать акустические волны на всех высотах, на которых образуются облака (до 5000 м), с оптимальной для эффективной конденсации паров воды частотой.

Рис. 3. Трехмерное изображение зависимости изменения интенсивности и частоты звука от времени при распространении ударной волны

Основной механизм акустического стимулирования осадков — возвратно-поступательное движение атмосферы при наличии звука, приводящее к коагуляции паров воды, увеличению массы капли, и последующее ее движение вниз под действием гравитации. Еще в работе [15], которая выполнялась под руководством П. Л. Капицы, была обнаружена коагуляция и осаждение аэрозолей в объеме трубки под действием акустических волн, причем при появлении ударной волны скорость коагуляции резко возрастала. При распространении ударной волны за ее фронтом образуется разрежение с изменением температуры и условий конденсации. В процессе эксперимента с ударными волнами в атмосфере в периодическом режиме с интервалом 6 с действительно удалось добиться выпадения осадков.

Практическое использование описанной антиградовой установки показало, что ее применение приводит к рассеиванию градовых облаков и вызывает выпадение осадков.

Рис. 4. Осциллограммы с двух микрофонов, детектирующих акустические волны: 1 — сигнал с микрофона, расположенного внизу около установки на расстоянии 8 м от наружного конца рупора; 2 — сигнал с микрофона на высоте 30 м

Приведем результаты измерения скорости распространения ударной волны двумя микрофонами, один из которых располагался возле установки, а второй на высоте 30 м (расстояние между ними составляло 24 м) [7]. На рис. 4 изображены осциллограммы, на которых представлены оба сигнала. Видно, что первые положительные импульсы обоих сигналов имеют малую длительность (порядка 1 мс). В сигнале с верхнего микрофона после короткого положительного импульса следует глубокая продолжительная (порядка 200 мс) область пониженного давления (за тонким передним фронтом ударной волны). Временной промежуток между передними фронтами нижнего и верхнего сигналов составляет около 35 мс. Учитывая расположение микрофонов, по осциллограмме можно определить скорость распространения ударной волны, которая оказывается равной 650 м/с. Следует отметить, что при работе антиградовой установки в периодическом режиме имеется разброс параметров ударной волны в силу разности наполнения камеры сгорания газовой топливной смесью, поэтому и скорости различаются от импульса к импульсу. Соответственно была рассчитана средняя скорость по пяти осциллограммам, которая составила 1100 м/с.

Эффект Прандтля — Глоерта

В процессе распространения ударной волны вверх действует еще один механизм конденсации паров воды в атмосфере. Он аналогичен известному эффекту Прандтля — Глоерта, благодаря которому на хвосте самолета, летящего с околозвуковой скоростью в условиях повышенной влажности, образуется облако. Физический механизм эффекта заключается в следующем: летящий на высокой скорости самолет создает область повышенного давления воздуха впереди себя и область пониженного давления позади. После пролета машины область пониженного давления начинает заполняться окружающим воздухом. При этом в силу высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления. Если влажность воздуха велика, температура может понизиться до такого значения, что окажется ниже точки росы. Тогда содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется в виде мельчайших капелек, которые образуют небольшое облако.

...Отрицательными ионами

В последние годы особенно активно развивается метод стимулирования осадков отрицательными ионами. Летом 2010 г. в пустыне, недалеко от города Абу-Даби, швейцарскими специалистами из компании International Meteo System были построены пять комплексов, каждый из которых состоит из 20 гигантских ионизаторов, укрепленных на опорах высотой 10 м. При подаче на ионизатор высокого напряжения (порядка 100 кВ) происходит эмиссия электронов, которые легко захватываются кислородом воздуха, образуя отрицательные ионы. При наличии влажной атмосферы последние гидратируются (т. е. покрываются оболочкой из нескольких молекул воды) тем эффективнее, чем меньше температура воздуха. Кроме того, ионы могут объединиться с крупными аэрозолями (пылью). В таком виде, под действием атмосферного электрического поля (оно дает перепад потенциалов 300 кВ между землей и ионосферой и направлено вниз, т. е. положительные заряды двигаются к земле) и сильной конвекции, вызванной горячими потоками воздуха с поверхности земли, отрицательные ионы будут подниматься вверх от эмиттера на высоту в несколько километров (времена рекомбинации ионов могут достигать десятков минут). Там их присутствие может способствовать конденсации влаги и выпадению осадков. Огромное устройство из 100 ионизаторов вызывало искусственные осадки, даже когда метеослужба не прогнозировала ни дождя, ни облачности.

Комплексная установка RAINSTIM, состоящая из восьми противоградовых установок и четырех инжекторов заряженных частиц

На фотографии комбинированного комплекса RAINSTIM, предназначенного для предотвращения градопадения и стимулирования дождей, видны восемь рупоров противоградовых установок, генерирующих ударную волну, и ионизатор, укрепленный на 120-сантиметровых изоляторах на высоте 3 м от Земли [9]. Ионизатор состоит из четырех куполов-эмиттеров конической формы, на которые намотан тонкий провод диаметром 0,18 мм; вдоль заземленной части изолятора укреплена сетка (анод). На ионизатор от высоковольтного источника тока подается электрическое напряжение 100 кВ, под действием которого пробивается коронный разряд. Измеренная величина тока коронного разряда для ионизатора такой конструкции составила около 3 мкА при напряжении 100 кВ.

На расстоянии 5 м от ионизатора и 11 м от земной поверхности на кронштейне был установлен ионометр МАС-01, который позволял измерять концентрацию отрицательных ионов (до 10⁶ см⁻³), двигающихся от инжектора к облакам. Ионометр соединялся с компьютером, поэтому вся поступающая информация записывалась. Наибольшее значение концентрации, измеренное ионометром, было получено при токе коронного разряда 3 мкА и соответствовала 7·10⁴ см⁻³.

Рис. 5. Зависимости концентрации отрицательных ионов от высоты при их образовании на земной поверхности и дрейфе вверх до 3 км

Понять, что происходит с этими ионами дальше, позволяет модельный расчет распределения их концентрации по высоте над земной поверхностью. Было принято, что концентрация отрицательных ионов около ионизатора составляет 10⁵ см⁻³ и что под действием атмосферного электрического поля они дрейфуют (при отсутствии ветра) вертикально вверх. Средняя вертикальная составляющая напряженности электрического поля у земной поверхности, согласно справочным данным, составляет 130 В/м, а с высотой уменьшается до 40 В/м на уровне 1 км. Для оценки считалось, что от земной поверхности до высоты 1 км она постоянна и равна 100 В/м.

Кроме того, учитывалось, что под влиянием ионизатора в атмосфере воздуха образуются и молекулярные отрицательные ионы кислорода (${\mathrm{O}}_2^{\mathrm{-}}$), и атомарные (${\mathrm{O}}^{\mathrm{-}}$). В газовом разряде кислорода при низких и средних давлениях 90% составляют первые, 10% — вторые. Точных данных о процентных соотношениях между молекулярными и атомарными отрицательными ионами в воздухе нет, поэтому расчет выполнялся для ионов обоих типов. Вследствие объемной рекомбинации концентрация отрицательных ионов уменьшается от величины 10⁵ до 2·10³ см⁻³ на высоте около 30 м и до 2·10² см⁻³ на высоте 150 м. На уровень 2 км доберутся отрицательные ионы с концентрацией 3,5·10 см⁻³ (расчет выполнен для случая, когда инжектор установлен на высоте уровня моря, при атмосферном давлении 760 мм рт. ст.) Следовательно, основное уменьшение концентрации отрицательных ионов происходит на высоте примерно до 200 м. На больших высотах гибель отрицательных ионов происходит значительно реже.

На рис. 5 представлены зависимости концентрации отрицательных ионов в атмосфере воздуха, образующихся на земной поверхности и дрейфующих до 3 км, от высоты. Приведен также график для случая, когда инжектор установлен на высоте 2000 м над ур. м. (на высоте оз. Севан) при атмосферном давлении 600 мм рт. ст. Эти результаты показывают, что концентрация отрицательных ионов на отметке в 1000 м выше Севана будет значительно больше и конденсация паров воды значительней, чем в точке на 1000 м выше инжектора, расположенного на уровне моря. Поэтому в горах подобные системы должны работать эффективнее.

Дождик, дождик, пуще...

Различные методы воздействия на атмосферные процессы, о которых шла речь в данной статье, широко используются по всему миру. Так, давно и с большой эффективностью осадки стимулируют путем введения реагентов в верхние слои атмосферы в Китае, Индии, Австралии, США и других странах и регионах. Основная цель — вызвать искусственные дожди и создать соответствующую погоду на сельскохозяйственных угодьях. При этом могут возникать неординарные ситуации. Например, в 1952 г. садоводы из штата Вашингтон, чтобы избежать ущерба, наносимого дождями в период созревания вишни, наняли эксперта по активному воздействия на погоду (тот утверждал, что у него есть способ прекращения дождей с использованием секретного химического вещества). Одновременно ряд фермеров, выращивающих пшеницу в том же районе, заключили договор с фирмой об увеличении осадков с помощью генератора AgI [2].

Известно, что в ряде городов в праздничное дни или при различных крупных спортивных мероприятиях специально разгоняют облака, вызывая дожди на подступах к городу. Так поступали в Москве в праздничные дни и в Пекине в период Олимпийских игр 2008 г.

В Москве для воздействия на погоду используется установка, созданная на основе патента С. А. Протопопова и А. П. Тихонова «Способ управления атмосферными процессами» (1997). Основной узел в этом устройстве — конвективная ячейка-ионизатор, где генерируются отрицательные ионы, вызывающие осадки на соответствующих высотах. Данная система была изготовлена и в стационарном, и в мобильном варианте.

Экспериментальная модель разработанной установки в 1996–1997 гг. успешно обеспечивала метеозащиту аэродрома «Домодедово» от влияния туманов, облаков, осадков и других неблагоприятных погодных ситуаций. В январе 1998 г. был проведен удачный опыт по длительному удержанию летной погоды на аэродроме «Тушино» (по сравнению с другими аэропортами Москвы наблюдался явный контраст). Работа была организована по заказу Федеральной авиационной службы России и наглядно продемонстрировала возможности системы. В 2000 г. установка помогла отрядам МЧС Российской Федерации потушить пожары в Павлово-Посадском р-не Московской обл. А в начале 2003 г. по просьбе фермеров коллектив специалистов под руководством Тихонова провел эксперимент по вызыванию дождей в одном из засушливых регионов Австралии.

Во Франции, Аргентине, Армении, Иране, Нагорном Карабахе для зашиты сельскохозяйственных угодий от града широко используют антиградовые установки, генерирующие ударные волны. В Ереване в инновационном центре BARVA изготовляют противоградовые установки ZENITH, выполняющие свои функции с высокой эффективностью (об этих установках и рассказывалось в статье; более подробно познакомиться с ними можно в статьях [7, 8] и на сайте центра). За последние восемь лет на предприятии BARVA изготовлены 400 таких установок, из которых 30 экземпляров поставлены в Иран, 80 — в Карабах, а остальные установлены на фермерских участках в Армении. У нас каждую весну в апреле-мае бывают сильные грозы и, как правило, град, который может легко погубить урожай. Неоднократно случалось, что народ Армении оставался без абрикосов, персиков, винограда и других плодов. Прежде действовали антиградовые установки, состоящие из пушек, которые во время Карабахской войны были отправлены для выполнения своих прямых функций, и сельскохозяйственные поля оказались «обескровлены». Теперь задачу борьбы с градом решают ударные волны, причем, по мнению фермеров, очень эффективно, хотя количество действующих установок пока недостаточно (одна установка защищает площадь примерно в 100 га сельскохозяйственных полей).

Описанные результаты стимулирования осадков отрицательными ионами в Абу-Даби свидетельствуют, что такой способ получения искусственных дождей может быть использован повсюду.

Итак, сегодня мы вооружены достаточно надежными современными способами управления погодой; для повсеместного их использования нужны лишь соответствующие материальные ресурсы.

Литература
1. Качурин Л. Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л., 1990.
2. Деннис А. Изменение погоды засевом облаков. М., 1983.
3. Галечян Г. А. К вопросу стимулирования осадков акустическими волнами // Журнал технической физики. 2005. Т. 75. Вып. 9. С. 85–90.
4. Галечян Г. А. Влияние акустических волн на стимулирование дождей // Альтернативная энергетика и экология. 2005. Т. 28. № 8. С. 56–61.
5. Nalbandyan O. The cloud microstructure and the rain stimulation by acoustic waves // Atmospheric and Climate Sciences. 2011. V. 1. P. 86–90.
6. Тулайкова Т. В., Мищенко А. В., Амирова С. Р. Акустические дожди. М., 2012.
7. Варданян А. А., Галечян Г. А., Перепелкин В. Г., Чунчузов И. П. О генерации ударной волны в установке градовой защиты // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. С. 144–146.
8. Арамян А. Р., Арамян Г. Р., Ароян К. П. и др. Исследование звуковых волн, генерируемых ударной волной антиградовой пушки // Акустический журнал. 2011. Т. 57. № 3. С. 426–430.
9. Варданян А. А., Галечян Г. А. Потоки отрицательных ионов для стимулирования осадков // Альтернативная энергетика и экология. 2012. Т. 35. № 8. С. 86–90.
10. Немцов Б. Е., Эйдман В. Я. Коллективный эффект конденсации капель под действием звука // Акустический журнал. 1989. Т. 35. Вып. 5. С. 882–886.
11. Галечян Г. А. Усиление звука в ионизованном газе // Природа. 1996. № 7. С. 74–79.
12. Галечян Г. А. Звук управляет плазмой // Природа. 1994. № 3. С. 65–75.
13. Лазарев А. Л., Коваленок В. В., Авакян С. В. Исследование Земли с пилотируемых космических кораблей. Л., 1987.
14. Галечян Г. А. Акустические волны в плазме // Успехи физических наук. 1995. Т. 165. С. 1309–1332.
15. Гуляев А. И., Кузнецов В. М. Коагуляция аэрозолей под действием периодических ударных волн // Акустический журнал. 1962. Т. 8. С. 473–475.