ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДИН В ОБЛАКАХ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ РАЗВИТИИ И АКТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИМ РЕАГЕНТОМ

Введение: Все еще остаются малоизученными многие важные аспекты микрофизических процессов в градовых облаках из-за сложности теоретического анализа и экспериментального исследования. Недостаточно изучено взаимодействие термодинамических и микрофизических процессов в мощных конвективных облаках, электрические процессы, взаимодействие реагента с облачной средой. Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки научно обоснованных методов активного воздействия на градовые облака. Материалы и методы исследований: В работе применялась трехмерная модель мощных конвективных облаков с детальным описанием термодинамических, микрофизических и электрических процессов. Решение уравнений модели выполнялось конечно-разностным методом по неявной схеме второго порядка точности по пространственным координатам и времени. При задании полей термодинамических параметров атмосферы в начальный момент времени использовались данные аэрологического зондирования или трехмерные данные из глобальной прогностической модели GFS. Результаты исследований и их обсуждение: Результаты численных экспериментов по исследованию взаимодействия физических процессов в мощных конвективных облаках показывают, что важным следствием деформации полей термодинамических характеристик облака под влиянием восходящих потоков, является увеличение времени нахождения градин (или их пути) в области, в которой термодинамические и микрофизические условия благоприятны для их роста. Проведено исследование изменения микроструктурных характеристик облака от концентрации искусственных кристаллов и от места их внесения при засеве градового облака кристаллизующим реагентом. Получено, что в области воздействия отмечается уменьшение радиолокационной отражаемости за счет появления множества кристаллов, из-за вызванной активным воздействием искусственной кристаллизации переохлажденных капель. Выводы: Численные эксперименты показали важную роль взаимодействия процессов различных типов в формировании микроструктуры облаков, в частности, в образовании и росте градовых частиц. Наиболее эффективным с точки зрения применения кристаллизующего реагента для уменьшения опасности облака является внесение его в ограниченную область, найденную в результате численных экспериментов. Определено влияние кристаллизующего реагента на микроструктурные параметры облака в результате засева.

трехмерная модель, конвективное облако, численные эксперименты, рост градин, кристаллизующий реагент, радиолокационная отражаемость, three-dimensional model, convective cloud, numerical experiments, growth of Hailstones, crystallizing reagent, radar reflectivity

1. Сулаквелидзе, Г. К. Ливневые осадки и град. Л.: Гидрометеоиздат. 1967. 412 с.

2. Хоргуани В.Г. Микрофизика зарождения и роста града. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 184 с.

3. Browning, K.A., Foote G.B. Airflow and hail growth in super cell storms and some implications for hail suppression. Quart. J. Roy. Met. Soc. № 102. 1975. P. 499-534.

4. Pruppacher H.R., Klett J.D. Microphysics of clouds and precipitation// D.Reidel Pub. Co., 1978. 714 p.

5. Simpson, J. The National Hail Research Experiment Report on the Alberta Hail Project. NCAR Technical Note. 1976. doi:10.5065/ D64Q7RX8.

6. Zakinyan R. G. On the theory of hailstone growth. Izv. Atmos. Ocean. Phys. V. 44 I. 2. 2008. P 207-212. https://doi.org/10.1134/ S0001433808020084.

7. Ашабоков Б.А., Федченко Л.М., Шаповалов А.В., Шаповалов В. А. Физика облаков и активных воздействий на них. - Нальчик: «Печатный двор», 2017. 240 с.

8. Ashabokov, B.A., Shapovalov A.V. A numerical model for controlling the formation of the microstructure of a hail cloud. Izvestiya -Atmospheric and Ocean Physics V. 32, I. 3, 1996, P. 333-338.

9. Ashabokov, B.A., Shapovalov, A.V., Kuliev, D.D., Prodan, K.A., Shapovalov, V.A. Numerical simulation of thermodynamic, microstructural, and electric characteristics of convective clouds at the growth and mature stages. Radiophysics and Quantum Electronics. Volume 56, Issue 11. 2014. P. 811-817

10. Ашабоков Б.А., и др. Физика градовых облаков и активных воздействий на них: состояние и направления развития. Нальчик: Печатный двор, 2013. 216 с.

11. Веремей, Н. Е., Довгалюк Ю. А., Затевахин М. А., Игнатьев А. А., Морозов В. Н., Пастушков Р С. Описание базовой численной нестационарной трехмерной модели конвективного облака // Труды ГГО, Вып. 582. 2016. С. 45-91.

12. Владимиров, С. А., Пастушков Р. С. Комплексный метод активных воздействий на конвективные облака с целью регулирования осадков. Трёхмерное численное моделирование // Труды ГГО. Вып. 582. 2016. С. 116-127.

13. Довгалюк, Ю. А., Веремей Н. Е., и др. Концепция разработки численной нестационарной трехмерной модели эволюции осадкообразующего конвективного облака в естественных условиях и при активных воздействиях// Труды ГГО, Вып. 282. 2016. С. 7-44.

14. Danielsen, E.F., Bleck R. and Morris B.A. Hail growth by stochastic collection in a Cumulus model//J. Atmos. Sci. Vol.29. № 1. 1972. P. 135-155.

15. Farley, R.D., Orville H.D. Numerical modeling of hailstorms and hailstone growth. Part I: Preliminary model verification and sensitivity tests. J. Climate Appl. Meteor., 25, 1986. P. 2014-2035.

16. Khain, A.P., Lynn B.H. Simulation of a supercell storm in clean and dirty atmosphere using weather research and forecast model with spectral bin microphysics, J. Geophys. Res., 114. 2009. P. 29632982.

17. Meyers, M. P., Walko R. L., Harrington J. Y., Cotton W. R. New RAMS cloud microphysics parameterization. Part II: The two-moment scheme // Atmos. Research. V. 45. № 1. 1997. P. 3-29.

18. Miller, K.; Gadian A.; Saunders C.; Latham J.; Christian H. Modelling and observations of thundercloud electriication and lightning, ATMOS RES, 58, 2001. P. 89-115.

19. Orville, H.D., Kopp F.J. Numerical simulation of the life history of a hailstorm. J. Atm. Sci. Vol.34. № 10. 1977. P. 1596-1618.