Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование атмосферных ледяных ядер в районе противоградовой защиты в Молдове

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование атмосферных ледяных ядер в районе противоградовой защиты в Молдове"

¿Г6 о*

^ 3 ИЮН 199'

На правах рукопиои

ПОТАПОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОШЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЛЕДЯНЫХ ЯДЕР В РАЙОНЕ ПРОТИВОГРАДОВОЙ ЗАПИТЫ В МОЛДОВЕ

Специальность - 04.00.22 - Геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соиокание ученой ото: кандидата физико-математических Н!

г. Долгопрудный - 1995

Работа выполнена в Центральной аэрологичеокой обоерватории.

Научные руководители - кандидат фивико-ыагематичеоких наук I А.Д.Соловьев!, кандидат фивико-математичеоких наук, отарший научный сотрудник Н.О.Плауде

Официальные оппоненты- доктор фивико-математичеоких наук,

отарший научный сотрудник А.Г.Лактионов, кандидат фивико-математичеоких наук, ' отарший научный сотрудник Б.Й.Зимин

Ведущая органивация - Выоокогорный гео§изичеокий инотитут

Защита ооотоитоя " 30 " итая 1995 г. р 14 чаоов на ваоедании диооертационного оовета в Центральной аэрологичео-кой обсерватории по адреоу! 141700, г. Долгопрудный, Мооковокой обл., ул. Первомайокая д. 3,

С диооертацией можно ознакомиться в библиотеке Центральной аорологичеокой обоерватории.

Автореферат равоолан п<х Ьп ог 1995 г.

Учений оекретарь

диооертационного оовета —

кандидат географических наук ([//¿¿с! т.В.Трутко

О ШУЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТИЛЫ. Теоретические и экспериментальные исследования фондирования атмосферных осадков показ!П)агот определявшую роль ледяннх ядер (ЛЯ) в процессе образования ледяннх кристаллов (соответственно, частиц осадков) в переохлажденных облаках при температурах выше температур» спонтанного замерзания облачных капель. Б связи с этим во многих странах проводятся интенсивные исследования льдообразутацей компоненты атмосферного аэрозоля. Изучение ледяных ядер оказывается особенно важным при проведении работ по акгивти воздействиям (АВ) на облака о применением искусственных льдообразующих аэрозолей, Знание характе-риотик ЛЯ в районах воздействий необходимо как для учета природного фона льдообраэующих частиц, так п для выявления возможного влияния АБ на льдообразующие характер!стают атмосферного аэрозоля. Реальность такого влияния и условия его проявления оотаютоя неизученными. Ввиду расширяющихся в миро масштабов работ по-засевам облаков о целью предотвращения градобитий и вызывания осадков задача всестороннего исследования ледяннх ядер в районах систематических операций по АВ становится настоятельно необходимой. По экспертным оценкам ВМО проблема ледяных ядер находится в перечне наиболее актуальных задач, требующих изучения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы, результаты которой изложены в диссертации, являлось получение систематических датой о характеристиках ледяннх ядер в районе интенсивных противограцовых работ (Республика Молдова) и исследование влияния многолетних засевов облаков на льдообразутаие характеристики атмосферного аэрозоля. Для достижения этой цели требовалось:

- Создать постоянно действующий пункт аэрозольных измерений в районе систематических активных воздействий в Молдове, оптимизировать методику измерений характеристик ЛЯ применительно к условиям ыеота проведения экспериментальных наблюдений.

- Определить общие закономерности вариаций концентраций ЛЯ в регионе.

- Получить экспериментальные данные о поступлении реагентов АВ на земную поверхность,

- Получить систематические данные о концентрации и характеристиках активиооти ЛЯ в периоды проведения противоградовой защиты и иоследовать влияние на характеристики ЛЯ засовов облаков различной интенсивности.

- Выявить возможное существование последейотвия засевов облаков в зависимости от типа и количеств используемого реагента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в том, что:

- впервые в мировой практике проведены систематические измерения ЛЯ в одном пункте в течение 15 лет с использованием в качестве очетчиков ядер камер смешения;

- впервые получены данные о степени влияния активных воздействий (иротивоградовая защита) на сезонные и годовые изменения характеристик ЛЯ в приземном воздухе в зависимости от интенсивности заоевов облаков и типа используемого реагента;

- впервые получены данные об особенностях накопления реагентов в районах интенсивных активных воздействий при многолетнем использовании йодидов овинца и серебра и дана оценка предельной интенсивности активных воздействий, приводящей к выраженному загрязнению природной среды.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧММХ ВЫВОДОВ. Приведенные в диссертационной работе выводы базируются на 15-летних рядах специально

организованных систематических измерений концентраций ледяных ядер, а также параллельных измерений в приземном воздухе концентраций ядер конденсации и аэрозолей свинца и серебра. Измерения ледяных ядер проводилиоь по единой методике, разработанной и апробированной в Центральной аэрологической обсерватории. Методики наблюдений за содержанием металлов в различных средах осуществлялось в соответствии о ГОСТ. Анализ отобранных проб проводился в Киевском госуниверситете на спектрофотометре "СА-ТУИГ по стандартной методике. Измерения общего содержания ядер конденсации проводились счетчиком Шольца (малая модель) в соответствии с инструкциями.

При проведении исследований накопления продуктов активных воздействий на земной поверхности под постоянным наблюдением находилось 103 водоема, расположенных на защищаемых от града и контрольных территориях.

Расчеты статистических характеристик и параметров распределений рядов наблюдений осуществлялись с использованием извеотннх методов математической статистики, применяемых при решении подобных задач.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в возможности использования полученных результатов и материалов наблюдений при планировании и организации активных воздействий на переохлажденные облака в различных целях с применением льдообразуящих реагентов, а также в теоретических работах по моделированию физических процессов в облаках.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследовшшй, проводившихся но плану Госкомгидромета СССР в период с 1975 по 1991 гг. в целях: изучения характеристик льдообраэующего аэрозоля в атмосфере в районах работ по искусственному воздействию

на облака на территориях Молдавии и Украины (тема 1У.33.09), разработки методик измерений концентрации льдообразующих аэрозолей в атмосфере о испольвованием камер смешения и фильтров (тема У.38ж.01), разработки способов получения еффективных льдообразующих аэрозолей (тема У.38е.05), усовершенствования аппаратуры для наделения частиц льдообразования реагентов в атмосфере (тема 1L.22.04), выяснения возможного влияния АВ на облака льдо-образуицими реагентами на экологическое состояние районов этих работ (тема Ш.4.2).

В процессе исследования получаемые результаты использова-лиоь в практических и научных целях. В чаотности, в Роогидромег и Противоградовую службу Республики Молдова регулярно представлялись данные о загрязненности районов противогр&цовой защиты реагентами, изменении фонового содержания ледяных ядер, давались рекомендации по допустимому исполъзопшшю Йодидов свинца и серебра на конкретных защищаемых территориях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОЛОЖММЯ ШДЮПИШК НА ¡ЗАЩИТУ:

1. Данные систематических измерений концентраций ледяных ядор на противоградовом полигоне в Молдове, позволяющие судить об уровне льдообразущего потенциала атмосферного аэрозоля на территории южной части ETC.

2. Вывод о том, что активные воздействия на кучево-дождевыо облака о целью подавления града в зависимости от типа и количества применяемого реагента могут являться источником льдообразующих чаотиц в атмосферу, способным влиять на природное содержание ледяных ядер в районе засевов облаков.

3. Результаты анализа трансформации характеристик активное-та и концентрации ледяных ядер в периоды проп<вог])адовых операций и периоды последействия засевов облаков.

4. Оценка предельной допустимой интеноивнооти активных воздействий, не приводящей к измеримому загрязнению природной среды.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диооертационной работы неоднократно докладывались на семинарах в ВД.0 и заседаниях Ученого совета ЦАО, на Всесоюзных научных Совещаниях по проблеме изыскания и исследования льдообразующих реагентов и их аэрозолей (Кишинев 1977 л 1979 гг.), на Всесоюзной конференции по исследованию льдообразующих аэрозолей (Киев 1980 г.), на 1У Всесоюзной конференции по аэрозолям (Ереван 1982 г.), на Всесоюзных конференциях и семинарах по физике облаков и активным воздействиям на них (Нальчик 1979, 1907, 1989, 1991 гг., Киев 1987 г.), на Международном симпозиуме по циркуляции атмосферы и влагопереносу над Центральной и Восточной Европой (Москва, 1983 г.), на Европейской аэрозольной конференции (Вена, 1988 г.), на Международной конференции по нуклеации и атмосферным аэрозолям (Солт Лейк Сити, 1992 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты выполненных исследований изложены в семнадцати опубликованных работах.

ОББИЛ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Объем работы 218 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка, 30 таблиц и список .154 попользованных литературных источников, из них 45 работ варубежннх авторов. Приложение включает 2 таблицы на трех страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность диссертационной pa6oiH, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрены научн&ч новизна и практическая ценность работы,, приведены основные ре-

зультаты выносимые на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ обобщены основные положения теорш гомогенной и гетерогенной нуклеации льда в атмосфере, дан обзор исследований ледяных ядер и рассмотрены основные методы измерений концентрации ЛЯ.

Гетерогенный процесо образования льда в атмосфоро подтверждается теоретическими исследованиями и многочисленными данными экспериментальных наблюдений за фазовым строением облшсов и лабораторных анализов частиц льда и капель. Атмосферные аэрозольные частицы опособны инициировать зарождение льда посредством нескольких механизмов (оублимацця, 8амерзшше, контактное взаи-ыодейотрие и т.д.). Попытки моделирования условий реализации отдельных механизмов привели к оозданию счетчиков ЛЯ различного типа. При многообразии конкретных уотройств, они сводятся к одному ив двух принципов: проявления ледяных ядер, осажденных из воздуха на поверхность фильтра, и активации ЛЯ, взвешенных в облачной среде. Анализ особенностей проявления ледяных ядер при использовании этих принципов показывает, что метод облачных камер обеспечивает более полное моделирование природных условия активации ЛЯ. Это обусловило выбор облачной камеры в качестве основного прибора для исследования ЛЯ при организации настоящей работы.

Выполненные в мире исследования ледяных ядер позволили получить данные о концентрациях ЛЯ (обычно активируемых при -20°С)

в ряде регионов мира и основные зависимости измеряемого числа ЛЯ от температуры и влажнооти среды. Фундаментальная эависимооть концентрации ЛЯ от температуры активации была описана Н.Флетче-ром как

и* &Т)

где К,, и К0 - концентрации ЛЯ на соответствующих температурных уровнях, К0= 10""® л"1, ЛТ = Т0 - Т. По обобщенным данным измерений ЛЯ /3«= 0 ,б(°С)~-'-. Наиболее полные оведения о концентрациях ЛЯ были получены в Европе, Америке и Австралии. Они свидетельствуют о существенных различиях концентраций ЛЯ в различных регионах. Проведенные в ряде стран (Франция, Италия, Австралия) измерения ЛЯ в районах засевов облаков йодистым серебром показали, что внесение в облака льДообразующих реагентов монет приводить к увеличению содержания ЛЯ в приземном воздухе непосредственно в периоды засевов облаков. Бали высказаны предположения, что влияние засевов может иметь отдаленные последствия и отражаться на некоторых климатообразукедих факторах (изменении режима осадков). Однако эти выводы остаются в области гипотез.

В бывшем СССР исследования природных ЛЯ были начаты в 70-х годах и носили эпизодический характер. Систематические измерения характеристик ЛЯ, в том числе на полигонах активных воздействий, к началу выполнения диссертационной работы отоутогвовали. ' '

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ дается' описание методики исследования ЛЯ, комплекса использованных приборов и оборудования.

Для измерения характеристик ЛЯ и других аэрозольных составляющих приземного воздуха был организован постоянно действующий пункт аэрозольных измерений в центре защищаемой от града территории в Молдове (поселок Корнешты). Основу комплекса, измерительных приборов составили счетчики ледяных ядер - две облачные камеры с рабочими объемами 10 л. Оба прибора были сконструированы в ЦАО и представляли собой усовершенствованные варианты камеры смешения Сулшка (Фракция). Внесенные конструктивные изменения были направлены на уменьшение локальных пересыщений в зоне активации ядер, уменьшение температурных градиентов в рабочем объеме и повышение воспроизводимости результатов за счет предваритель-

ного кондиционирования аерозольной пробы. Вводимая проба воздуха после прохождения через специальный увлажнитель имела постоянную температуру 18 + 22°С и зблажнооть 65-907«. Камеры работали циклично о длительностью цикла (очистка, выдержка пробы и проявление ядер, нагрев кюветы с индикаторным раотвором и новое охлаждение объема) 30-40 мин. Регистрация активированных ледяных ядер производилась методом сахарного раствора - по выпавшим в раствор и выросшим до видимых размеров ледяным кристаллам.

Одновременно о ледяными ядрами измерялась общая концентрация аэрозольных чаотиц (ядер конденсации - ЯК) счетчиком Шольца. Бкедневно в дни измерений отбиралиоь пробы атмосферного аэрозоля на фильтры АФА-ХА-20 для последующего определения содержания в воздухе овинца и оеребра. Для методических исследований использовался очетчик АЗ-5, позволявший измерять концентрацию чаотиц о размерами 0,2-10 мкм в 8 интервалах размеров. Воздух с аэрозолем для исследования во воех приборах отбирался с выооты 12 м над землей о помощью специальной сиотемы забора, включавшей трубу, аэрозольную камеру (I м3) о компенсационными фильтрами и отсасывающие наоооы.

Систематические измерения концентрации ЛЯ и ЯК были начаты в 1977 г. До 1979 г. ежедневные измерения проводилиоь с апреля со .октябрь. С 1980 г. по 1991 г. измерения проводились круглогодично. В периоды проведения АВ, с мая по сентябрь, измерения проводили оь через 1,6 чаоа о 900 по 2100 (о б00 до 1800 по Гршви-•ЧУ^- С .октября по март измерения осуществлялись до 18^ меотного времени*

Оошвннми определявшимися характеристиками ЛЯ являлись их •концентрации,, измеренные при температурах -20° и -15 °0. Концентрации ЛЯ расочитывалиоь исходя из количества кристаллов О. ,

выросших в сахарном раотворе, и объема V камеры Н= 0-/У(л'), В качеотве характеристики льдообразуюцей активности ядер из данных о концентрациях ЛЯ при двух температурах рассчитывалась величина

Р 3 - М-13- > где

Н-го и Н-/Г - концентрации ЛЯ при -20° и -15 °С, «аТ= 5 °С. Эта характеристика мсазываетоя показательной при анализе влияния засевов облаков на льдообразующпе овойства атмосферного аэрозоля ввиду существенного различия параметра |3 для природного аэрозоля и искусственных льдообразутацих аэрозолей. Для природного аэрозоля в фоновые периоды (без активных воздействий) параметр' £> для Молдовы составил 0,68 ( с'= 0,10). Для аэрозолей йодидов свинца и оеребра, использовавшихся для засевов облаков, £»0,13.

Анализ ошибок измерений концентрации ЛЯ показал, что нал-больший вклад в систематическую ошибку вносит осаждение аэрозольных частиц в увлажнителе, которое для частиц размером менее I мкм составляет 20-30$ и возрастает до 60л для частиц диаметром Ю мкм. Систематическую погрешность противоположного зншса могут вносить локальные пересыщения, воэникаювие при вводе пробы воздуха в охлажденный рабочий объем камеры. Случайная ошибка определяется, главным образом, неточностью определения температуры. Суммарная случайная опшбка единичного измерения не превг^-шает 40$.

При обработке временных рядов наблюдений определялись статистические параметры распределений концентраций и характеристики их трендов. При выборе формы тренда было сделано априорное предположение о постоянстве сезонных и годовга приростов кошен-

граций ЛЯ за счет проводимых активных воздейотвий. Это предположение основывалооь на том, что в Молдове в атмосферу из года в год вносились примерно одинаковые'количества реагентов. В этом олучае для линейного тренда: = +

Ь^ц- значение исследуемой величины в момент ¡£г , t¿- 1...... ~Ь , ¿,о , - ко8ф1ициенти

исследований содержания ЛЯ в приземном воздухе.

Рассмотрены физико-географические и климатичеокие особенности района исследования о точки зрения их влияния на формирование природного содержания ЛЯ. Отмечено, что в районе исследования отсутствуют промышленные и добывающие производогвЬ, о деятельностью которых могло быть связано антропогенное проиохожде-ние ЛЯ. Показано, что на содержании ЛЯ не оказывается также близость поселка Корнешты. Однако наблвдаетоя увеличение концентраций ЛЯ при направлениях приземного ветра с близлежащих территорий, где расположены открытые выходы на земную поверхность таких пород как глины, пески, известняки.

Содержание ЛЯ в различные сезоны в зависимости от направлений ведущего потока хорошо согласуется о характеристиками приходящих воздушных маоо (Ш). Зимой повышенные концентрации ЛЯ и ЯК наблвдаютоя при выноое ВМ о юга (К = 6.8 л-1, /7= 4100 см~3 ). В веоенний н летний, периоды контрастов в содержании ЛЯ при раз-

Особенности короткопериодных флуктуации выявлялись при

личных направлениях ветров на наблюдается, ооенью наибольшее содержание всех аерозолей наблюдается при вооточных и юго-воо-точннх переносах (К «= 6.3 л"1, ЛГ = 3580 см~а).

Из метеорологических параметров содержание ЛЯ и ЯК оказалиоь зависящими от скорости ветра и относительной влажнооти. Заметное возрастание концентрации аэрозолей происходит при V в 9 + 13 м/о (на 20 + 30$). С роотом относительной влажнооти содержание ЛЯ и ЯК в воздухе уменьшается наиболее заметно для ЯК. Эти результаты подтверждают данные других исследователей.

Сравнение среднегодовых концентраций ЛЯ (1983 + 1991 гг.) о имеющимися мировыми данными, позволяет заключить, что содержание ЛЯ в Молдове значительно ниже, чем в промышленных регионах Европы и'на других континентах, и составляет около 5.0 л""*. Обнаружена тенденция снижения среднегодовых и оезонных концентраций ЛЯ. Этот результат совпадает о отмеченной Еиггом тенденцией уменьшения глобального фона ЛЯ в последнее десятилетие. Однако в Молдове такой результат, по крайней мерс, чаотично мог быть следствием изменения технологии АВ и уменьшения расхода реагентов, происходивших в период наблюдений. Однако некоторое снижение концентрации ЛЯ наблюдалось и для весенних периодов, когда влияние засевов облаков было минимальным, с1/ = -0.3 л~*/год. Анализ материалов наблюдений ЯК показал, что снижение содержания ЛЯ могло быть связано с уменьшением общего содержания ядер конденсации в этот период, £ (К, N ) = 0.95. Зависимости концентраций ЛЯ от годовых суш осадков не было обнаружено.

Годовой ход аэрозолей в регионе характеризуется низкими концентрациями в холодное полугодие. Для ЛЯ этот результат находится в противоречии о имеющимися данными для Западной Европы. Объяснением может служить влияре антропогенных источ-

ников в промшшенно развитых странах Запада, а также активными воздействиями в летние меояцы в Молдове. Максимальное содержание ЛЯ при -20°С приходится на ишь - июль месяцы (К = 6.1 л""*), при -15°С на октябрь (К = 3.2 л-1). Для ЯК такое годовое распределение концентраций находится в соответствии о литературными сведениями для ETC. Максимальное содержание ЯК в регионе наблюдается в мае ( N = 423Q см"3). В зимние месяцы содержание ЛЯ в приземном воздухе зависит от состояния подстилающей поверхности и температуры воздуха: при уотойчивом снежном покрове концентрация ядер тем больше, чем ниже температура, что может быть овязано с преактивацией ЛЯ.

Анализ оугочного хода 'концентраций ЛЯ показал, что он существенно отличается от хода концентраций ЯК в летние периоды. В этом сезоне концентрация ЛЯ имеет три максимума: дневной (12 чао.), вечерний (20 чао.) и утренний (6-9 час.). В зимний период для ЛЯ и ЯК суточный ход концентраций идентичен. Таким образом, зимой уровень концентрации ЛЯ определяется, в основном, изменением общего аэрозольного ооотава воздуха.

Статистическое распределение концентраций ЛЯ, как это наблюдается и в целом для атмосферного аэрозоля (К.Кондратьев, Д.Поздаяков и др.), оказалось подчиняющимся логарифшчески нормальному закону. Отличительной особенностью логнормальних распределений концентраций ЛЯ в Молдове является их бимодальность. Это указывает на наличие в районе иооледования дополнительного источника ЛЯ. Таким источником ЛЯ могут быть противоградовые работы, при которых в атмосферу вносятоя значительные количества искусственных льдообраэуюиих аэрозолей. Отметим, что такие же особенности статиотичеоких распределений концентраций ЛЯ наблю-далиоь в районах АВ в Болгарии и Италии.

Сравнение параметров статиотических распределений концентраций ЛЯ в Моддове и опубликованных в литературе показало, что при значительных различиях среднегеометрических концентраций в различных регионах стандартные геометрические отклонения распределений веоьма близки независимо от меота измерения, объема выборок и метода измерешя.

При анализе годовых рядов наблюдений ЯК выявлено, что для них также справедлив закон логнормального распределения концентраций, однако эти распределения преимущественно одномодаль-ные.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты исследования влияния противоградовой защиты (ПГЗ) на загрязнение природной оре-ды реагентами.

Данные о грозо-градовых процессах в Молдове за период 1977 +" 1991 гг. свидетельствуют об их интенсивности и значительных количествах льдообразующих веществ, вносившихся в облака: средний расход за сезон составил 17,9 г ( = 6,9) на гектар защищаемой территории. Наиболее интенсивными засевами характеризовались 1979, 1980, 1983 + 1986 гг. (до 35 г/га), минимальные количества реагентов использовались в 1990, 1991 гг. (~7 г/га).

До 1979 г. при засевах градоопасных облаков применялись льдообразуотие составы, содержащие 50$ . С 1983 г. одно-

временно, а затем о 1986 г. исключительно применялись составы с 2% Ау 3 .

Для исследования загрязнения района АВ реагентами проводились ежедневные измерения концентраций свинца и серебра в приземном воздухе на аэрозольном пункте и два раза в год (до начала и после окончания АВ) - их концентрации в открытых водоемах на защищаемых (ЗТ) и контрольных (КТ) территориях. Составлякцая

накопления металлов в водоемах ва очет засевов облаков определялась как:

Результаты измерений показали наличие влияния засевов облаков Р^Зд на загрязнение территорий ПГЗ свинцом. Оно выразилось в накоплении металла из года в год в водоемах в период преимущественного использования РШц , а также в высокой положительной корреляции ( И = 0,77) между количеством летних осадков и значениями д [РЮ . На отдельшос ЗТ абсолютное содержание металла в пробах воды приближалось к ПДК (30 мкг/л), а ежегодное л 2.0 мкг/л. Для исследованных терр!торий характерным шз-

указывавшее на присутствие в водоемах ЗТ в большей степени ионов овпнца, чем на KT, что могло быть объяснено растворимостью . Степень загрязненности водоемов свищом различных ЗТ соответствовала продолжительности проведения ПГЗ и количеству израсходованного на отих территориях реагента.

С переходом на льдообразующие ооотавы о 2% 'в районах AB выявилась тенденция к снижению [Pi] , а характер изменчивости л [р-) на всех ЗТ отал идентичным независимо от типа использовавшегося ранее реагента. За период исследования не обнаружено значимых ивменений в содержании в водсемах при использова-

нии в качестве реагента йодистого серебра. 11а это указывают характеристики трендов рядов наблюдений (таблица I), отрицательная корреляция между количеством летних осадков и значениями д[Ад] , отоутстние зависимости между сезонными расходами реагента и содержанием, оеребра в пробах воды различных ЗТ. Это объясняется низкими расходами Ад 1 в течение исследуемого периода. Макси-

а [Ме] = [Ме] _ fMeJ ^

лялось'также соотношеш1е концентраций

мальное сроднесезошюе количество серебра, вносившееся в атмос-

о

феру на исследуемых ЗТ, не превышало 12 мкг/м .

Таблица I

Характеристики трендов концентраций овинца (1977-1990 гг.) и серебра (1983-1990 гг.) в водоемах ЗТ

Начало 11ГЗ .

Ме-

Параметрн трендов

талл;Средняя ;концентрация : (Mitr/л)

£ - кр!терий

р ¡Таблич-

четный:нн^ ^ :Р = 95$

К 19,6

2,13

1ЭО Г 1'. - % 6,2 3,6 2,90 0,66 1,18 2,31

T9RH г - Pê 16.7 5,8 9,80 ' 0,92 4,00 2,13

¿9 3,3 1,2 3,00 0,06 0,33 2,31

1977 Г - Pi 15,6 11,0 -1,10 2,23 4,90 2,13

h 3,5 1,3 2,00 0,32 1,50 2,31

1984 г. Ч 5,6 3,2 0,30 1.06 3,26 2,31

ВТ

Детальное сравнение участков ЗТ в зависимости от интенсивности засевов облаков Ад*} показало, что при расчетных расхо-

р

дах серебра более 40 мкг/м , загрязнешюсть серебром водоемов оказывается в 1,5 + 2,0 раза вше в сравнении со средней [Ад] для данной ЗТ. Эту величину можно рассматривать как пороговый уровень поступления металла на земную поверхность, выше которого начинается его заметное накопление в водных объектах.

Выводи о влиянии ПГЗ на химический состав приземной атмосферы дали измерения содержания в воздухе овинца и ооребра в периоды использования соответственно Pi^z и ЛрЗ . Среднемесячные

концентрации аэрозоля Р8 в летние оезоны 1978 + 1981 гг. в большинстве случаев превооходили 1ЩК, равную 0,7 мкг/м3. Характерной особенностью оезонного хода [РЮ являлооь накопление этого металла в воздухе к концу противоградового сезона. Наблкща-лаоь положительная корреляция между среднемесячными концентрациями РВ и количеством расходовавшегося реагента. Переход на реагент привел к снижению в воздухе в оезоны АВ концентрации свинца до 0,10 мкг/мэ, а также к изменению годового хода аэрозоля. Максимум ¡Р%] стал приходиться на зимние месяцы, что отражает природный годовой ход концентрации этого металла.

Влияние засевов облаков йодистш серебром на содержание серебра в приземной атмосфере оказалось менее выражено. Оно проявилось в некотором увеличении повторяемости выооких концентраций Ад в летние месяцы. В период май - август [Ад] в диапазоне 0,02 + 0,05 мкг/м8 вотречались в три раза чаще, чем зимой. Для [Ад)<0,005 мкг/м3 сезонные различия были незначительны.

Особенностью влияния засевов облаков явилось повышение содержания компонент реагентов в воздухе в последующие за засевами облаков несколько дней. Изменения концентрации при этом не зави-ойли от типа используемого реагента. Максимальные значения концентраций Р8 или Ад , нормированные относительно среднемесячных величин,наблюдались на 5-6 день после проведения активных воздействий, что подтвердило выводы ряда исследователей о длительном влиянии засевов облаков на аэрозольный состав приземного воздуха.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ выполнен анализ влияния активных воздействий (противоградовой защиты) на характеристики ЛЯ в прлземном воздухе.

Наиболее высокие концентрации ЛЯ в годовом ходе отмечались в летние периоды, когда саоев г'радоопасных облаков производился

о использованием ооставов на основе Р8Зл (К* = 20.0 л-*). По мере снижения интенсивности использования этого реагента и увеличения доли льдообразующих смесей с 2% АдЧ , выраженный летний максимум концентрации ЛЯ начал оглаживаться, а переход при АВ только на составы о АдЧ привел к снижению ореднесезонных концентраций ЛЯ до 1?= 4.0 л"-1.

Корреляционный анализ показал, что уровень содержания ЛЯ в сезоны АВ 1977-1982 гг. овязан о содержанием в воздухе аэрозоля свинца - £Г (К, ) = 0.55 о / ¿"о.05 • Взаимосвязь выра-

жена в тем большей степени, чем больше РвЗц вводилось в атмосферу. В сезоны ПГЗ с применением АуЧ такой взаимосвязи не установлено.

На длительное влияние засевов облаков Р1 , как лоточника ледяных ядер, указывает выобкий уровень содержания ЛЯ и аэрозоля

после окончания сезонов противоградовых работ. Их концентрации в этот период близки к максимальным значениям. С внедрением в практику градозащиты АдЗ , когда доля льдообразующих составов о этим веществом при аасевах облаков стала преобладающей, накопление ЛЯ к концу сезонов ПГЗ не отмечалось, как не отмечалось и накопления аэрозоля серебра.

Установленные закономерности годовых изменений концентраций ЛЯ, измеренных при -20°С, относятся и к ЛЯ, измеренным при -15°С. В сравнении с периодом 1979 + 1985 гг. л 1990 г. их концентрации в сезоны АВ снизились в два - три раза и составили К = 0.3 В периоды использования АрЗ не отмечалооь накопления этих ядер к концу противоградовых сезонов. В то же время порчены данные, свидетельствующие об особом характере пооледейотвия засевов облаков АдУ . При использовании этого реагента повышенные концентрации высокотемпературных ЛЯ, превооходящие летний максимум, наблкк

дались в октябре - ноябре.

Об относительной значимости иоточников ЛЯ, обусловленных засевами облаков разными реагентами, свидетельствует анализ параметров распределений выборок концентраций ледяных ядер в различные периоды АВ: двумодальнне распределения в период использования Р8ие и преимущественно одномодальные при засевах облаков АдУ. Отметим, что одномодальнооть является "еотеотвенным" овойотвом' распределений ЛЯ, по данным, полученным в других отранах, и измерениям ЛЯ в зимние и весенние месяцы в Молдове. Доотовернооть изменений параметров распределений концентраций ЛЯ под влиянием АВ о использованием Рв Зд была подтверждена о помощью критерия Фишера.

Длительное влишие заоевов облаков на распределение концентрации ЛЯ было выявлено в период использования ЛрЗ и выразилось в трансформации летних одномодальных распределений концентраций Ж в двумодальные в осенние месяцы после окончания АВ. Следует отметить бимодальнооть распределений в этот период и концентрации аэрозоля серебра.

Во втором разделе главы приводятся результаты исследования влияния индивидуальных заоевов облаков на содержание ЛЯ в зависимости от интенсивности воздействий. Показано, что внесение в атмосферу в течение дня (или нескольких дней подряд) лвдообравую-щих ооотавов на основе Р£3ц в количестве более 1000 кг приводит к устойчивому накоплению в приземном воздухе как ЛЯ, так и аэрозоля свинца в течение 15 + 17 дней (длина ряда 18 дней). Максимумы содержания ЛЯ отмечаются на 6 + 9 и 15 + 17 дни, свинца - на 3 и 15 + 17 дни, когда 1,5, 2,5 + 3,0.

н М

При засеЕах облаков с К <1000 кг накопление ЛЯ в воздухе не отмечается.

Особенности изменения содержания ЛЯ под влиянием ааоевов облаков также указывают на пооледейотвиа этого реагента:

на 5 + 6 день после засевов облаков приходятся максимальные значения концентраций ЛЯ и Ад , которые завиоят от количества внесенного в атмосферу йодистого серебра. Наиболее выраженным последействие становится при раоходах льдообразующих составов с 2% Аболее 400 кг (3,0 г/га). Появление вторичного роста концентраций ЛЯ на 5 + 6 день после окончания АВ, положительно

I ■ -

коррелирующего о содержанием серебра, подтверждает гипотезу Еиг-га о вторичном действии АдЧ пооле внесения его в атмосферу. При анализе хода концентраций ЛЯ и аэрозоля Ад за более длительный период после индивидуального заоева (длина ряда 30 дней, 9 случаев) была выявлена достаточно высокая корреляция (2 = 0.77) между содержаниями ЛЯ и аэрозоля серебра, однако статистическая надежность этой связи оказалась малой.

В последнем разделе главы даны результаты исследовшгая влияния засевов облаков реагентами на температурную зависимость активности ЛЯ. В таблице 2 представлены среднемесячные значения параметра в различные периоды ПГЗ. Наблвдается снижение

Таблица 2

Изменение параметра р> в период 1979-1990 гг.

Годы

Месяцы

1У

:Иопользуе--1мый реа-

; п ; уп ; уш ; п 'гент

1979 + 1982 0.69 0.62 0.56 0.54 0.50 0.54 '

1983 + 1985 0.66 0.56 0.56 0.52 0.57 0.49 + АдЗ

1987 + 1988 0.68 0.67 0.64 0.63 0.59 0.63 Ад 3

1989 + 1990 0.69 0.69 0.70 0.70 0.70 0.70 АцЗ

температурной активности ЛЯ (рост р ) о внедрением в практику льдообразующих соотавов о . В том же направлении изменяют-

ся другие параметры статистических распределений р : при использовании реагента модальное значение р> = 0.55, в последующие годы - 0.65, что является характерной величиной для фоновых периодов (например, весенние меояцы). Снижение температурной активности ЛЯ в 1989 ♦ 1990 гг. может обьяонятьоя малыми расходами АдУ в эти периоды (менее 10 г/га за сезон АВ).

Отсутствие заметного влияния засевов облаков йодиотым оереб-ром на температурную зависимость активности ЛЯ в сравнении о периодами использования в качестве реагента РВ$ц , подтверждается и при рассмотрении величины р непосредственно после дней с засевами градоопасных облаков. Как показывает анализ, при воздействиях в приземном воздухе в течение 3 + 4 дней фиксируются ЛЯ с высоким значением р-^0.45 (для льдообразувдих соотавов с РСЗг и А§3 р> - о.13). При воздействиях составами с 2% содержанием АдУ возрастание величины ' выше фоновых значений отмечалооь лишь на следующий после воздействий день ( р= 0.55).

ВЫВОДЫ. Основные результаты настоящей диссертационной работы можно сформулировать оледующим образом.

1. В результате 15-летних систематических измерений получены отсутствовавшие данные о характеристиках ЛЯ в приземной атмосфере на территории СШ. Уровень концентраций ЛЯ, активных при -2.0°С соответствует значениям, характерным для не промышленных регионов, среднегодовая концентрация составляет 5.0

2. Установлены закономерности годовых и сезонных вариаций ЛЯ, отражающие рзико-географические и климатические особенности Молдовы, а также влияние проводимых здесь в летние месяцы воз-

дейотвий на градоопасные облака о применением искусственных льдообразующих аэрозолей. Наиболее типичным годовым распределением ЛЯ, активных при -20°С, является наличие максимума концентрации в летние месяцы и минимума - в холодное полугодие. Наибольшее содержание высокотемпературных ЛЯ (-15°С) отмечается ооенью (К 4= 0.7 л-*), что отражает особенности последействия засевов облаков. Минимальная концентрация ЛЯ, активных при -15°С, зимой (К = 0.2 л-1).

Наблюдается снижение содержания ЛЯ из года в год, обусловленное как снижением уровня концентраций ЛЯ в летние сезоны вследствие изменения технологии воздействий, так и уменьшением среднегодового содержания ядер Айткена.

Наблюдается зависимость содержания ЛЯ от направления ведущих потоков, которая наиболее заметно выражена в зимний и осенний периоды. Местные источники ЛЯ выражены олабо и практически не влияют на характеристики распределений ЛЯ.

Подтверждено влияние на содержание ЛЯ таких метеорологических факторов как относительная влажность, скорость приземного ветра. С увеличением первой содержание ЛЯ уменьшается, при скоростях ветра 9+13 м/с концентрации ядер увеличиваются на 20 + 30$ в сравнении со слабили и умеренными ветрами.

3. Статистические распределения концентраций ЛЯ независимо от объемов выборок и сезонов исследования подчиняются логарифмически нормальному закону. Этот вывод совпадает с результатами исследований ЛЯ в других странах, что свидетельствует об общности процессов, формирующих содержание ЛЯ в приземном воздухе.

Особенности статистических распределений концентрации ЛЯ в летний и осенний сезоны дают основание утверждать, что в эти периоды в районе исследования существует источник ЛЯ, существенно

меняющий их природные характеристики. Совокупность данных об особенностях содержания в приземном воздухе компонент реагентов • и ЛЯ показывает, что таким источником являются засевы градоопао-ных облаков льдообразующими аэрозолями йодидов свинца и серебра.

4. Получены количественные данные о влиянии систематических массированных засевов облаков на концентрацию и характеристики активности атмосферных ледяных ядер. Показано, что характер воздействия засевов зависит от количества и типа вносимого в атмосферу реагента.

При засевах облаков с интенсивностью ~10 г/га за се-

гшия™'--'. загчиэав

зон выражается: в повышении среднемесячного содержания ЛЯ в сезоны /В, в накоплении ЛЯ в приземном воздухе к концу противоградо-вого сезона, в увеличении характеристик активности льдообразования атмосферного аэрозоля в сезоны противоградовых работ и особенно в его последние месяцы, в повышении активности ЛЯ в течение 4 + 5 дней после проведения заоевов облалсов, в бимодальнос-ти статистических распределений концентраций ЛЯ в сезоны ПГЗ.

При засевах облаков льдообразующими составами с 2% АдЪ (интенсивность засева ~0,3 г Ад^ /га) влияние засевов выражается менее отчетливо: не отмечается накопления ЛЯ к концу сезонов ГГГЗ, среднемесячные концентрации ЛЯ в периоды интенсивных АВ в 3 + 4 раза ниже, чем при аналогичных расходах составов с ; при расходах льдообразумдих составов в районе исследования менее 400 кг (3.0 г/га) изменения природного содержания ЛЯ незначительны и находятся на уровне естественной изменчивости; увеличите активности ЛЯ проявляется в течение одного дня после АВ, что свидетельствует о быстрой дезактивации частиц АрЗ ; статистические распределения концентрации ЛЯ в сезоны ПГЗ преимущественно одномодальные.

5. Установлено, что независимо от типа используемого реагента,

характерной особенностью последейотвия засевов является повышение содержания ЛЯ, а также компонент реагентов (аэрозоля свинца пли серебра) на 5 + 7 день после АВ. Наблюдается прямая зависимость между содержанием этих металлов в воздухе и расходами реагента. При воздействии йодистым серебром проявляется зависимость содержания ЛЯ от содержания компонент реагента через более длительное время после проведения оасевов облаков (15 + 17, 20 + 22 день).,

6. Получены данные о влиянии многолетних АВ на загрязнение окружающей среды реагентами. Показано, что при использовании

о интенсивностью 10 г/га в сезон: происходило накоплешю свинца в водоемах со скоростью около 2 мкг/л в год, существовала положительная корреляция между приростом [РИ] в пробах воды и количеством осадков, выпавших в сезоны АВ; среднемесячные концентрации аэрозоля свинца в приземном воздухе нередко превышали 1.0 мкг/м3 и положительно коррелировали о количеством израсходованного реагента.

При использовании в противоградовнх работах льдообразувдих составов с 2% ; па ЗТ не обнаружено статистически значимых явлений накопления Ад в пробах воды из водоемов, за период наблюдений средняя концентрация Ад в водоемах ЗТ не превышала 6.2 мкг/л; в приземном воздуху не обнаружено накопления серебра из года в год, а также зависимости между содержанием серебра в сезоны АВ и количеством израсходованного реагента.

7. Установлено, что на участках защищаемых территорий, на ко-

* ■ О

торих поступление серебра за счет АВ превышало 40 мкг/м в год, срдержание этого металла в водоемах увеличивалось в 1,5+2,0 раза по оравнешш со средним значением для данной территории. Эту величину "нагрузки" серебра на земную поверхность можно рассмат-

ривать как оценку предельной допустимой интенсивности активных воздействий, не приводящей к выраженному загрязнению природной среды.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Диневич Л.А., Диневич С.Е., Потапов Е.И. и др. Опыты воздействия на градовые процессы большой интенсивности в Молдавии. -Тр. ЦАО, М.: Гидромегеоиздат, 1978, вып. 132, с. 81-90.

2. Аксенов М.Я., Зонтов Л.Б., Потапов Е.И. и др. Стационарная камера для измерения концентрации атмосферных ледяных ядер. -Тр. ЦАО, М.: Гидромегеоиздат, 1980, вып. 137, с. II8-I22.

3. Жарикова E.C.-, Потапов Е.И. Результаты измерений концентраций ионов свинца в искусственных водоемах на территории Молдавии в зоне проведения противограцовых работ. - Тр. ЦАО, М.: Гидрометеоиздат, J.980, вып. 142, о. 105-108.

4. Потапов Е.И. Наземные измерения концентраций ледяных ядер и .ядер конденсации в районе проведения противограцовых работ в Молдавии. - Тр. ЦА0, М.: Гидрометеоиздат, 1980, вып. 137,

0. 128-132.

5. Никорич Т.Д., НикоричВ.А., Потапов Е.И. Влияние противогра-довой защиты на содержание свинца в малых водоемах на 'территории Молдавской ССР. - Тр. ЦАО, М.: Гидрометеоиздат, 1984, вып. 156, с. 76-83.

6. Вычужанина М.В., Зотов Е.И., Потапов Е.И. и др. Опыт применения в анализе атмосферных ледяных ядер метода частотных распределений. - Хирология и метеорология, София: Из-во болгарской Академии наук, 1984, XXXIII, о. 29-36.

7. Потапов Е.И., Зотов Е.И., Уткина Г.В. Влияние противоградовых работ на характеристики атмосферных ледяных ядер. - Сб. "Проблемные вопросы активного воздействия на атмосферные процессы

в Молдавии", Кишинев, 1986, с. I2C-I37.

8. Никорич В.А., Никорич Т.Д., Потапов Е.И., Шалавенпз С.С. Исследование особенностей вымывания свинца, йода и Ра

из конвективных облаков. - Сб. "Физика атмосферы", Вильнюс: "Мокскас", 198У, Jr 13, п. 15-23.