СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДОЖДЕВЫХ ОБЛАКОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF RAIN CLOUDS

Изобретение относится к способам, позволяющим вызвать искусственный дождь. В связи с ожидаемым потеплением на Земле этой проблеме во всем мире уделяется большое внимание.
Возможны два подхода к решению проблемы: либо получить дождь из облаков, которые уже плавают в небе, либо вызвать искусственное образование облаков там, где их нет.
Получать искусственный дождь из существующих облаков уже научились, например, рассеиванием крупинок твердой углекислоты, кристаллов йодистого серебра и др. частиц, образующих ядра кристаллизации (конденсации). Технически сложной остается вторая задача: создавать облака там, где их нет.
Известен способ, позволяющий получить дождевые облака, заключающийся в охлаждении воздуха, поступающего по вертикально установленному каналу определенной длины, воздухом верхних слоев атмосферы, при этом стенки канала выполнены из мягкого теплоизолирующего материала (патент GB 2448591 А, опубл. 22.10.2008). Недостатками способа являются: а) большие затраты энергии, идущие на нагрев воздуха; б) привязанность к источнику энергии, которая не позволяет применять способ в тех местах, где это экстренно необходимо.
Известны воздухоплавательные летательные аппараты (БЭС, том 5, третье издание, М.: Советская энциклопедия, 1971, стр.255).
Устранение указанных недостатков достигается тем, что при образовании дождевых облаков путем охлаждения воздуха, поступающего по вертикально установленному над поверхностью Земли каналу, воздухом верхних слоев атмосферы, охлаждают воздух нижнего слоя атмосферы, имеющий относительную влажность более 40 процентов и температуру, при которой температура воздуха в канале на пять и более градусов выше, чем в окружающей атмосфере. При этом длина канала, стенки которого выполнены из мягкого теплоизолирующего материала (влагостойкая ткань или пленка), составляет более 300 метров.
Сущность изобретения заключается в том, что перемещение воздушных масс в вертикально установленном над поверхностью Земли канале осуществляется за счет солнечной энергии, которая является восполняемым видам энергии и распределена по всей земной поверхности (отсутствует привязка к определенному географическому месту).
Эффективность способа возрастает при: а) использовании воздушного шара (зонда) в качестве устройства, создающего подъемную силу; б) заборе воздуха из нижнего слоя атмосферы, расположенного на удалении один-два метра от поверхности Земли; в) смешении кристаллов йодистого серебра, капель воды и других частиц с воздухом, поступающим в канал; г) увеличении площади поперечного сечения канала; д) нагреве воздуха, поступающего в канал; д) темной (черной) окраске наружной поверхности канала; е) использовании водоема в качестве подстилающей поверхности.
Механизм повышения эффективности предлагаемого способа заключаются в следующем. Воздушный шар (зонд) позволяет простым (доступным) способом установить канал в вертикальное (рабочее) положение и обеспечить его устойчивость. У поверхности Земли (на удалении один - два метра) температура воздуха на 1÷5 градусов и более (в зависимости от температуры подстилающей поверхности) выше, чем метрологическая. При заборе воздуха из указанной зоны температура внутри канала также будет выше метрологической, что позволяет создать разность давлений между атмосферным воздухом (вокруг канала) и воздухом, находящимся в канале, и тем самым обеспечить поступательное движение воздуха в канале. Наличие в воздухе кристаллов (частиц) способствует образованию ядер конденсации. Увеличение площади поперечного сечения канала увеличивает расход воздуха (количество воды, переносимой воздухом) и подъемную силу, создаваемую каналом. Дополнительный нагрев воздуха также увеличивает расход воздуха и подъемную силу, создаваемую каналом. Темный цвет позволяет поглощать солнечную энергию и нагревать воздух при его движении по каналу. Использование водоема позволяет повысить влажность воздуха и соответственно увеличить массу воды, переносимую влажным воздухом из нижнего слоя атмосферы в верхние слои атмосферы.
Предлагаемый способ также может быть использован как способ осушения, например, болотистых мест. Для этого канал устанавливается над осушаемой поверхностью.
На фиг.1 изображен воздухоплавательный аппарат;
на фиг.2 изображены зависимости количества осадков в тоннах, выпадающих из искусственных облаков в течение часа;
на фиг.3 изображены зависимости количества осадков в тоннах, выпадающих из искусственных облаков в течение часа;
на фиг.4 изображена зависимость веса гондолы в тоннах от ее длины;
на фиг.5 изображены зависимости потребной подъемной силы воздушного шара в тоннах от погодных условий и размеров гондолы.
Способ может быть реализован с помощью воздухоплавательного аппарата (фиг.1).
Воздухоплавательный аппарат состоит из воздушного шара 1 и гондолы 2. Гондола 2 выполнена из влагостойкой ткани, обладающей теплоизоляционными свойствами, и представляет собой цилиндрический канал длиной более 300 метров. Силовой основой гондолы являются троса, проходящие по всей ее длине. В рабочем положении нижний край гондолы находится на удалении одного-двух метров от поверхности Земли.
Способ осуществляется следующим образом. Воздух в нижней части гондолы нагревается, например, газовым нагревателем. Нагретый воздух поднимается вверх и заполняет гондолу (эта операция осуществляется в процессе установки гондолы в рабочее положение). Вес столба воздуха, находящегося в гондоле, по мере повышения температуры становится меньше веса аналогичного столба воздуха в атмосфере. В результате на входе в гондолу устанавливается перепад давлений ΔР, который определяется как
где Ро - давление воздуха у поверхности Земли;
L - длина гондолы;
Rг - газовая постоянная воздуха;
g - ускорение свободного падения;
Тг - средняя температура воздуха внутри гондолы;
Тх - средняя температура воздуха вокруг гондолы.
После заполнения гондолы теплым воздухом нагреватель выключают. Под действием перепада давлений ΔР воздух нижнего слоя атмосферы, имеющий температуру То, поступает в гондолу. По мере заполнения гондолы температура воздуха внутри нее понижается до температуры, определяемой температурой То, а перепад давлений - до величины, соответствующей средней температуре внутри гондолы. После заполнения гондолы воздухом нижнего слоя атмосферы в ней устанавливается равновесное течение - воздух поступательно движется снизу вверх (разница температур внутри и вокруг гондолы сохраняется за счет теплоизолирующих свойств материала гондолы).
Таким образом, воздухоплавательный аппарат (фиг.1) превращается в воздушный насос, поднимающий воздух нижнего слоя атмосферы, на высоту L. Насос работает за счет солнечной энергии.
На высоте L теплый воздух нижнего слоя атмосферы под действием выталкивающих сил (сил Архимеда) устремляется дальше - вверх. Последующие тепловые превращения воздуха определяются закономерностями, происходящими в природе при образовании дождевых облаков (БЭС, том 5, третье издание, М.: Советская энциклопедия, 1971, стр.138). При этом чем больше высота L, тем интенсивней идут эти процессы. При L менее 300 метров существует большая вероятность, что при попадании теплого воздуха в атмосферу произойдет рассеивание его энергии и влагосодержания в окружающем пространстве, и процессы, связанные с образованием дождевых облаков, не будут реализованы.
Методом расчета выполнена оценка технических возможностей способа: определено ожидаемое количество осадков в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха, размеров гондолы.
При расчете характеристик приняты допущения:
1. Температура воздуха при увеличении высоты на 100 м понижается на один градус.
2. Температура воздуха у подстилающей поверхности на 5 градусов выше, чем на высоте 3÷5 метров (средняя температура внутри гондолы на 5 градусов выше средней температуры вокруг гондолы).
3. Высота, на которую поднимается теплый воздух, составляет ~2500 м.
2
Исходные данные: давление у поверхности Ро = 1 атм; диаметр гондолы D=50 м; удельный вес ткани ρ=0,3 кг/м (сюда же включены силовые элементы).
Расчет выполнен для четырех значений температуры воздуха То (20, 30, 40 и 50°С) и двух значений относительной влажности воздуха φо (40 и 70%).
Результаты расчета представлены на фиг.2÷5.
Количество осадков в тоннах, выпадающих из искусственного облака в течение часа, показано на фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 показаны результаты, полученные при относительной влажности исходного воздуха 40 процентов, на фиг.3 - 70 процентов. Количество осадков определялось как разница между количеством воды, которое поднято с влажным воздухом на высоту 2500 м, и количеством воды, которое может находиться во влажном воздухе на указанной высоте. Видно, что, даже с учетом возможных поправок на сделанные допущения, результаты, представленные на фиг.1 и фиг.2, указывают на возможность промышленного использования способа, например, в сельском хозяйстве.
Вес гондолы в тоннах в зависимости от ее длины показан на фиг.4. Гондола создает собственную подъемную силу, но этой силы не всегда достаточно, чтобы компенсировать собственный вес. На фиг.5 показана недостающая подъемная сила в тоннах, которая компенсируется подъемной силой воздушного шара.
2
Расчеты показывают, что для обеспечения технической возможности удержания гондолы в вертикальном положении (при подогревах, которые могут быть реализованы за счет использования солнечной энергии) площадь поперечного сечения гондолы должна быть более 1000 квадратных метров (в расчете - 1963 м).
Предложенный способ может быть использован: в сельском хозяйстве как средство повышения урожайности сельскохозяйственных культур; в службе по чрезвычайным ситуациям как средство предотвращения стихийных бедствий (засуха, пожар); в коммунальном хозяйстве как средство улучшения экологии, например, в Москве.
Применение способа ограничено наличием (скоростью) ветра.