Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Научно-производственное объединение «Тайфун»
logo_obn_65.jpg

Специализированный комплекс модельных установок для геофизических исследований

Специализированный комплекс модельных установок для геофизических исследований, расположенный в  НПО «Тайфун», на протяжении последних лет является Центром коллективного пользования, функционирующим под эгидой Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) как Российский центр натурных и модельных исследований процессов в атмосфере.

Важнейшие темы научных направлений, для реализации которых предназначен Специализированный комплекс:

  • фазовые переходы воды в атмосфере; конденсационно-коагуляционные процессы в облаках и аэрозолях;
  • физика осадков; активные воздействия на гидрометеорологические и геофизические процессы; оптика атмосферы;
  • исследование малых газовых составляющих атмосферы (в том числе парниковых газов);
  • экспериментальное исследование локальной циркуляции в атмосфере; исследование светорассеивающих (в т.ч. поляризационных) характеристик излучения, рассеянного капельными, кристаллическими и смешанными облаками;
  • атмосферное электричество;
  • исследования в облачных камерах ослабления солнечного излучения модельным стратосферным аэрозолем. Цель исследований - получение данных, необходимых для проведения ограниченных атмосферных экспериментов для изучения ослабления солнечной радиации модельным стратосферным аэрозолем. Основные задачи:
  • выбор и обоснование реагентов, эффективно ослабляющих (рассеивающих) солнечную радиацию;
  • выбор и обоснование средств генерации модельного стратосферного аэрозоля;

В состав комплекса входят:

BKK.jpg1. Большая Климатическая Камера объемом 3200 м3, диаметром 15 м, высотой 18 м (предельное давление в объеме 1,5 ата), предназначенная для моделирования и исследования процессов образования и эволюции облаков и туманов при положительных температурах и разработки методов снижения их неблагоприятного влияния на деятельность человека, испытания гигроскопических, ионогенных, фотоактивных, тепловыделяющих и других реагентов для активного воздействия на гидрометеорологические процессы и опасные атмосферные явления, формирования модельных сред с заданными метеорологическими, микрофизическими и оптическими характеристиками для испытания и калибровки приборов, измерительной аппаратуры и приборов наблюдения, а также для проведения исследований в области оптики атмосферы, грозового электричества и др.;

Большая Климатическая Камера (БКК) была использована также при изучении оптических характеристик (аэрозольная оптическая толща) и микроструктуры (гранулометрический состав) твердофазного модельного стратосферного аэрозоля. Ослабление солнечного излучения модельным стратосферным аэрозолем изучалось с помощью многоходовой оптической кюветы, солнечная радиация моделировалась источником лазерного излучения с длиной волны 0,63 мкм, близкой к длине волны максимума спектра солнечного излучения. Твердофазный субмикронный стратосферный аэрозоль моделировался с помощью пиротехнических соединений, образующих прит горении окислы (Al2O3, MgO, SiO2), металлохлориды (KCl, NaCl, et. Al)., (NH4)2 SO4, сажу, попадающих в стратосферу в результате вулканической и промышленной деятельности.

На рис. показан вид снаружи (а) Большой Климатической Камеры и оптическая схема многоходовой оптической кюветы Уайта (б) внутри БКК. Максимальная длина оптического пути луча в кювете достигает 520 м

а) BKK_snaruzhi.jpgб) BKK_vnutri.jpg

2. Система двух сочлененных термобарокамер объемом 100 м3, диаметром 3 м, высотой 15 м каждая (температура - до минус 50 °С, давление от 0,1 до 1,1 ата) и климотермобарокамера КТБВ-8000 объемом 8 м3, предназначенные для моделирования процессов образования и эволюции переохлажденных жидкокапельных и кристаллических облаков и туманов (в том числе туманов испарения) и исследования методов, реагентов и технических средств для воздействия на них, формирования модельных сред с заданными гигротермобарическими, микрофизическими и оптическими характеристиками для испытания и калибровки приборов, измерительной аппаратуры и приборов наблюдения.

TBK.jpg

На рисунках представлены результаты исследования зависимости формы ледяных кристаллов и эффективности льдообразующих составов от температуры в термобарокамере.

TBK_forma.jpgTBK_temp.jpg

Комплекс из двух сочлененных термобарокамер также был использован для изучения оптических и микрофизических характеристик жидкофазного модельного стратосферного аэрозоля при пониженных температурах и давлениях.

3. Горизонтальная аэродинамическая труба с двухфазным потоком, длиной рабочей части 1,5 м и диаметром 0,8 м (скорость потока - до 100 м/c, водность - до 5 г/м3), позволяющая исследовать взаимодействие двухфазного потока с различными объектами, проводить испытание измерителей скорости и направления ветра и определять эффективность технических средств, применяемых для воздействия на переохлажденные облачные среды с целью получения дополнительных осадков, предотвращения выпадения града, рассеяния туманов.

Gor_tr_1.jpgGor_tr_2.jpg

4. Вертикальная двухфазная аэродинамическая труба с высотой рабочей части 20 м и диаметром 2 м (скорость восходящего потока - до 1 м/с, водность до 5 г/м3), предназначенная для моделирования и исследования конденсационно-коагуляционных процессов в облаках, в том числе грозовых, и методов активного воздействия на них.

Vert_tr.jpg

5. Гидрофизический стенд с измерительным оборудованием, предназначенный для моделирования локальной атмосферной циркуляции и других гравитационных течений и лабораторного исследования способов активного воздействия на них.

Исследования, которые проводятся на установках в настоящее время.

В настоящее время специализированный комплекс модельных установок используется для выполнения ряда российских и зарубежных научно-технических программ и отдельных проектов. Российские проекты выполняются под эгидой правительственных ведомств: Росгидромета, Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Росатома РФ, Министерства образования и науки РФ и др. Проводятся работы по следующим направлениям:

  • исследование процессов, моделирующих образование конвективной облачности и различные стадии эволюции радиационных туманов и переохлажденных туманов испарения, а также стационарные условия существования туманов и слоистых облаков;
  • исследование фазовых переходов воды в атмосфере в условиях техногенного загрязнения атмосферы;
  • исследование методов получения воды из атмосферной влаги;
  • исследование методов модификации микроструктуры конвективных облаков гигроскопическими реагентами с оптимальными параметрами вводимого в облако аэрозоля (размеры и концентрация частиц);
  • моделирование процессов активного воздействия на переохлажденные облака и туманы, в том числе туманы испарения;
  • исследование эффективности способов защиты растений от радиационных и радиационно-адвективных заморозков;
  • исследование эффективности штатных и новых перспективных пиротехнических средств воздействия на переохлажденные облачные системы (ракет типа "Алазань", пиропатронов и др.), используемых в работах по предотвращению выпадения града, перераспределению осадков, созданию хорошей погоды над мегаполисами и т.д.;
  • оценка влияния атмосферной турбулентности и инверсионных слоев температуры и влажности на перенос оптического и радио излучения в атмосфере;
  • поиск и исследованию новых перспективных способов и реагентов для воздействия на конвективные облака и радиационные туманы;
  • составление атласа линий поглощения оптического излучения, который используется при создании и настройке аппаратуры для определения малых газовых составляющих атмосферы (в том числе парниковых газов) и загрязнений атмосферы.

По отдельным направлениям выполняются работы в рамках совместных проектов с зарубежными партнерами (Лаборатория космической динамики США, штат Юта; коммерческие компании Японии и США; университет г. Оснабрюк, Германия; коммерческие компании Южной Кореи и др.)

Главные преимущества и уникальность комплекса установок.

По совокупности технических параметров и возможностям исследования в области физики атмосферы и активных воздействий на гидрометеорологические и геофизические процессы специализированный комплекс модельных установок не имеет аналогов в мире.

Специализированный комплекс модельных установок поддерживался целевым финансированием Министерства промышленности, науки и технологий РФ как уникальная установка Российской Федерации (Регистрационный номер – 0203). Специализированный комплекс модельных установок получает также финансовую поддержку Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды как уникальный научно-технический комплекс Росгидромета.