Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта № icon

Отчет о выполнении 3 этапа Государственного контракта №



Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8
^

4.2 Разработка рекомендаций по возможности использования результатов, проведенных НИР в реальном секторе экономики



Ущерб от прохождения паводков в целом по стране весьма значителен. В среднем ежегодный ущерб от паводков на территории России оценивается в 40 млрд. рублей. Этот ущерб может быть значительно снижен, и вредное воздействие паводков сведено к минимуму при правильной научно обоснованной организации борьбы с ними. Предлагаемый метод и система оповещения обеспечивают максимально-возможную заблаговременность и оперативность оповещения

Суммарное время заблаговременности оповещения предлагаемым способом составляет от 3 до 5 – 6 часов, которого достаточно для эвакуации населения и движимого имущества. Преимуществами предлагаемого способа и устройства оповещения о селях и паводках ливневого происхождения являются:

  • значительное повышение заблаговременности оповещения;

  • возможность оповещения одним радиолокатором во многих паводковых и селевых очагах, разбросанных на большой территории;

  • удобство организации и обслуживания автоматизированной сети оповещения;

  • экономичность, долговечность и надежность системы оповещения.

Радиолокационная сеть оповещения о селях и паводках ливневого происхождения может обеспечить значительный экономический эффект. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одной системы оповещения (на примере условий Северного Кавказа) исчисляется десятками миллионов рублей в год при сроке его службы 20 лет.

Стоимость одного радиолокационного устройства оповещения о ливневых паводках и селях оценивается в 18 млн. руб. (в том числе стоимость радиолокатора МРЛ-5 - 17 млн. руб.).

Организацию сети оповещения о ливневых паводках и селях предполагается реализовать в рамках создаваемой Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной системы оповещения об опасных явлениях погоды с использованием имеющихся на местах радиолокаторов МРЛ-5 (рисунок 14), что значительно снизит затраты на организацию сети оповещения.


^

Глава 5 Публикации результатов НИР

5.1 Заключение экспертной комиссии по открытому опубликованию




^

5.2 Копия статьи опубликованной в журнале ВАК



УДК 551.577.61

Сопоставление радиолокационных и наземных измерений осадков по результатам 2010 года в горных районах Кабардино-Балкарии.

Лиев К.Б., Малкаров А.С.


Количество выпадающих осадков измеряют различными дождемерами. В одном из таких приборов используется открытый металлический дождемерный сосуд диаметром 20-25 см. Сосуд градуируется с помощью находящегося в нем стержня. Выпадающие осадки улавливаются сосудом, а высоту выпавшего слоя их легко определить по делениям измерительного стержня. Для различных специальных целей применяют дождемеры слегка измененной конструкции. Весовые дождемеры снабжены взвешивающим устройством, улавливающим выпадающие осадки и позволяющим получить сумму осадков для заданного района. Другой вариант дождемера имеет два поочередно действующих сосуда диаметром по 0,25 м каждый. Когда один сосуд наполняется, он наклоняется и собранные им осадки выливаются. Автоматически начинает действовать второй сосуд. Число сливов каждого сосуда прибор автоматически записывает. Запись количества выпавших осадков производится с помощью плювиографа. В некоторых плювиографах используется лишь один опрокидывающийся сосуд. Количество выпавшего снега измеряется аналогичным способом, с той лишь разницей, что выпавшему снегу сначала дают растаять. В качестве обычного эмпирического правила можно считать, что 250 мм снега соответствует 25 мм дождя.

Мы же предлагаем радиолокационный метод измерения осадков, имеющий преимущество над вышеописанными, это охват большой территории в радиусе 128 км. Разработанный нами радиолокационный метод измерения интенсивности и количества жидких и смешанных (град с дождем) осадков адаптированный к измерениям в горных районах, где высота местности значительно превышает уровень размещения радара, описан в следующих работах [1,2,3,4,5].

Целью настоящих исследований являлось:

  • Возможность измерения осадков в горных и предгорных районах только радиолокационным методом без привлечения дополнительных данных.

  • Оценить погрешности таких измерений.

Радиолокационные наблюдения за осадками проводились на автоматизированном радиолокаторе МРЛ-5, расположенном на научно-исследовательском полигоне (НИП) Высокогорного геофизического института (ВГИ). Для проведения измерений на земле, были расставлены плювиографы, на территории г. Нальчика.

Радиолокационные измерения проводились с помощью технических средств: метеорологического радиолокатора МРЛ-5, автоматизированной радиолокационной системы измерения осадков АСУ «Антиград». Радиус действия системы составляет 128 км.

В работе приводятся данные по дождям за три летних месяца 2010 года (86 дней), для которых имелись совместные наземные и радиолокационные данные. При этом данные по дождям сопоставляются с радиолокационными параметрами облаков и синоптическими характеристиками дня наблюдений. На рис. 1 представлены зоны зарождения (закрашенный кружок), перемещения (стрелка), а так же диссипация (кружок) мощных конвективных облаков на территории Кабардино-Балкарской республики. Штрихпунктирная стрелка показывает направление ведущего потока.

Рассмотрим пример измерения осадков.

21.06.2010 г. Погода определялась циклоном на северо-востоке Турции и влиянием теплого фронта с волнами вдоль гор и холодного фронта с запада. По высотам передняя часть термобарического высотного циклона с центром на с/з Турции, и термический гребень с юга. Влажность 49%, ведущий поток южный 28 км/ч, высота нулевой изотермы Hо = 4100 м., скорость восходящего потока 11 м/с. Ожидалось развитие кучевой, кучево-дождевой облачности, во второй половине дня дождь, местами сильный, гроза, град.

Радиолокационные наблюдения за облаками велись с 13 часов дня до 23 часов вечера. В районах расположения дождемеров наблюдались дожди. В таблице 1 приводится количество выпавших осадков, полученные наземными и радиолокационными измерениями.

Таблица 1

Количество выпавших осадков за 21.06.2010 г.

Номер плювиографа

Количество осадков пл.

Количество осадков рл.

№3

8,3

7

№1

31

31,5

№6

19,2

20

№2

35

30

№7

17,6

20

№5

11,3

12,5

№4

16,1

13


Для иллюстрации радиолокационного измерения интенсивности осадков на рис. 2 приведена карта количества осадков, на фоне которой показано местоположение плювиографов. С помощью палитры цветов можно оценить количество осадков в каждой точке поля.

Показания наземных измерений (количество осадков, температура, давление) изображены на рис. 3, на примере автоматического осадкомера (Davis) под номером №1, отмеченный кружком на рис.2.

Результаты наземных и радиолокационных наблюдений за все дни сведены в таблице 2. При сопоставлении результатов необходимо иметь в виду используемую методику совместных наблюдений [1,3].

Таблица 2

Сводная таблица количества осадков по наземным и радиолокационным данным

День

Номер осадкомера

Осадки

День

Номер

осадкомера

Осадки

пл

рл

пл

рл

05.06.2010

№1

1,4

1,5

29.06.2010

№6

6,5

8

№7

7,4

10

№2

2,2

1,7

№5

0,8

1,5

№7

30

30

№4

3,6

1,5

№5

12,5

7

06.06.2010

№3

5,3

3,5

№4

1

5,5

№1

0,8

0,5

30.06.2010

№3

1

0,8

№6

2

1,5

№2

2

1

№7

3,2

3

№5

0,9

0,9

№5

3

2,5

№4

1

0,9

№4

6

4

04.07.2010

№3

0,4

0,6

№8

1,8

1

№2

0,4

0,6

07.06.2010

№1

15,2

2

№4

0,6

0,6

№6

1,6

2,5

№8

0,6

0,6

№7

9,4

7

08.07.2010

№7

1

0,6

№4

1,6

1,5

12.07.2010

№3

1,4

1

№8

4,2

3

№1

4

3

16.06.2010

№3

1,4

1,5

№6

1,6

1,5

№6

0,6

1

№2

8,8

4

№4

1,45

1,5

№7

1

1,2

17.06.2010

№3

0,8

0,5

21.07.2010

№3

3,8

1

№1

4,4

5,5

№1

4,3

2

№6

0,8

1

№6

3,7

2

18.06.2010

№3

6,6

2

№7

1,6

2

№1

6,2

2

22.07.2010

№3

2,4

3

№6

7,9

4

№1

2,6

3

№2

1,5

1

№6

21,2

17

№7

2,2

3,5

№2

7,1

1

№4

7

2

№7

21,9

13

21.06.2010

№3

8,3

7

№5

21

7

№1

31

31,5

25.07.2010

№3

0,8

0,6

№6

19,2

20

№6

0,45

0,6

№2

35

30

№2

1,7

0,6

№7

17,6

20

12.08.2010

№3

6

4

№5

11,3

12,5

№1

8

4

№4

16,1

13

№6

1,6

2

24.06.2010

№6

0,7

1

№2

8,8

7

№7

0,4

0,5

№4

7,8

7

27.06.2010

№6

0,8

0,5

№7

1

2

№2

2

1,8

15.08.2010

№2

0,5

0,5

№4

1,4

1,5

16.08.2010

№7

1,1

1

28.06.2010

№3

0,4

0,5

17.08.2010

№7

2,1

2,5

№7

0,4

0,5

№2

2,5

1

29.06.2010

№3

13,1

7

22.07.2010

№2

0,4

0,5

№1

7

6,5














По данным наземных и радарных измерений проводимых на территории КБР в летний период 2010 г. был построен график (рис.4), из которого следует, что наземные и радарные данные не сильно разнятся, в пределах погрешности, величина достоверности аппроксимации R2 = 0,8171.

Точность измерений количества осадков зависит от погрешностей инструментальных измерений радиолокационной отражаемости Z, а также ошибок, связанных с допущениями относительно однократности и некогерентности рассеяния, формы гидрометеоров, их диэлектрических свойств и вида функции распределения по размерам.

Погрешности инструментальных измерений можно оценить по формуле:

(1)

где – относительная среднеквадратичная ошибка измерения интенсивности осадков J; J(Xi) – функции, по которым определяются параметры; Xi – переменные, от которых зависит измеряемый параметр.

Радиолокационная отражаемость метеообъектов на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ой ячейке дальности рассчитывается по формулам:

; (2)

, (3)

где P3,2n и P10n – мощности радиоэхо на длинах волн 3,2 и 10 см в n-ом элементе дальности, азимута и угла места в соответствии с таблицей сквозной градуировки системы АСУ «Антиград»; P3,2 и P10 – поправки на изменение потенциала МPЛ-5 по обоим каналам; Rn – расстояние до n-го элемента дальности; C3,2 и C10 – постоянные обоих каналов МPЛ-5; K3,2n - ослабление радиоволн в осадках на длине волны  =3,2 см на пути до n-ой ячейки дальности.

Помимо инструментальных ошибок на точность измерения параметров микроструктуры облаков существенное влияние оказывают ошибки, связанные с несоответствием заданной модели спектра гидрометеоров, их диэлектрических свойств и характера рассеяния. Эти параметры полидисперсной системы гидрометеоров в градовых облаках могут варьировать в значительных пределах.

Поэтому оценка погрешностей одноволнового и двухволнового методов радиолокационного измерения параметров микроструктуры градовых осадков и сопровождающих их ливневых дождей проведена путем статистического моделирования процесса измерений с помощью метода Монте-Карло.

По результатам расчетов построено распределение ошибок определения количества осадков в однородных (дождь) и смешанных осадках (дождь с градом), представленное на рис. 5а и 5б соответственно.

Ошибки измерения количества осадков ^ J в однокомпонентных средах (дождь) составляют около J  32%. При измерениях в двухкомпонентной среде (дождь с градом) ошибки измерения количества осадков могут увеличиваться до 38 - 40%.

Серьезным источником ошибок двухволновых измерений могут быть также различия в объемах зондирующего импульса на разных длинах волн, связанные с конструктивными и техническими характеристиками радиолокатора:

      • разные объемы зондирования;

  • разный уровень излучения в боковых лепестках, могущих создавать радиоэхо, сравнимое с радиоэхо основного луча.

Применение метеорологического радиолокатора МРЛ-5, специально созданного для двухволновых измерений практически исключает эти ошибки, так как диаграммы направленности излучения по обоим каналам имеют одинаковую ширину и совмещены в пространстве, длительности зондирующих импульсов одинаковы и их огибающие совмещены во времени.

Из результатов работы следует:

  • Коэффициент взаимной корреляции для слоя осадков, измеренных наземными и радиолокационными методами за весь сезон, оказался 0,82, то есть между осадкомерными и радиолокационными данными существует достаточно тесная корреляционная связь, что свидетельствует о репрезентативности результатов радиолокационных измерений.

  • Средняя относительная ошибка измерения суммарных осадков за дождь не превышает 40%.

  • Радиолокационно-наземный способ измерения среднего слоя осадков является весьма надежным, его погрешность не превышает 11% для измерений за сезон.

Работа выполнена при финансовой поддержки Федерального агентства по образованию (проект НК-199П), Государственного контракта №П1548 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы


Литература:

  1. Абшаев А.М., Лиев К.Б. Оповещения о паводках и селях ливневого происхождения радиолокационным методом // Известия вузов Северо-Кавказский регион. Спец. Выпуск. Науки о Земле. 2007. – С. 49-53.

  2. Абшаев М.Т., Инюхин В.С., Лиев К.Б. Некоторые результаты измерения дождей радиолокационным и наземным методами // Тр. ВГИ. – Вып. 92. – 2005. – С. 121.

  3. Абшаев М.Т., Лиев К.Б. Оповещение о паводках и селях ливневого происхождения радиолокационным методом // Безопасность жизнедеятельности №12 (84) 2007. Москва - С. 29-33

  4. Лиев К.Б. Результаты апробации радиолокационного метода оповещения о ливневых паводках на Северном Кавказе // Известия вузов Северо-Кавказский регион. 2010. №5. - C. 41-44

  5. Лиев К.Б. Оценка эффективности оповещения о паводках и селях ливневого происхождения радиолокационным методом // Материалы всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. Природные процессы, геодинамика. Нальчик, КБГУ. 2010. - С. 328-333.



Заключение



На основе исследований, проведенных в работе, получены следующие основные выводы и результаты:

  1. Годовой ущерб, наносимый экономике только Южного федерального округа наводнениями, паводками и селями ливневого происхождения, достигает нескольких миллиардов рублей. Несмотря на это по настоящее время не существует надежных методов их прогноза и оповещения.

  2. На основе анализа существующих методов оповещения о паводках и селях ливневого генезиса, физико-географических, метеорологических и геоморфологических условий, а также радиолокационных исследований облаков и осадков показано, что на Северном Кавказе формирование паводков и селей чаще всего связано с выпадением интенсивных ливней с градом.

  3. Разработан радиолокационный метод оповещения о паводках и селях ливневого происхождения, основанный на радиолокационном измерении количества выпавших осадков и ожидаемого их количества в водосборах, и выработке сигнала оповещения в момент достижения суммы выпавших и ожидаемых осадков порогового значения, необходимого для формирования паводка. Ожидаемое количество осадков при этом рассчитывается с учетом направления, скорости перемещения и водосодержания зоны осадков, надвигающейся на водосбор селеопасного очага.

  4. Для реализации предложенного метода оповещения усовершенствован радиолокационный метод измерения осадков применительно к горным районам, а также измерения смешанных осадков (дождь с градом) и подготовлена цифровая карта границ водосбора селевых и паводковых очагов района наблюдений (территории Кабардино-Балкарии и соседних республик). Показана, что погрешность измерения ливневых и смешанных осадков в области слабых осадков не превышает 50 %, а в области умеренных и сильных осадков не превышает 20 – 30 %.

  5. Разработан действующий образец автоматизированной радиолокационной системы оповещения о паводках и селях ливневого происхождения, который реализован на основе существующих технических средств: метеорологического радиолокатора МРЛ-5, автоматизированной радиолокационной системы измерения осадков АСУ «Антиград». Радиус действия системы составляет 128 км и охватывает сотни паводковых и селевых очагов. Предусматривается создание системы связи и передачи информации потребителям, а также сети абонентских сигнализаторов, размещенных в паводкоопасных районах.

  6. Показано, что предлагаемый метод и систем оповещения о паводках и селях ливневого происхождения имеют следующие преимущества над существующими:

  • повышение заблаговременности оповещения на 2 – 5 часов;

  • возможность охвата одним радиолокатором многих паводковых и селеопасных бассейнов, разбросанных на большой территории;

  • удобство организации и обслуживания автоматизированной радиолокационной сети оповещения;

  • экономичность, долговечность и надежность системы оповещения.

7. Проведена апробация метода на основе данных радиолокационной системы АСУ «Антиград» на примере паводков на территории Кабардино-Балкарии, которая показала положительные результаты.

8. Показана возможность широкомасштабного внедрения предложенного метода оповещения на базе создаваемой радиолокационной сети штормооповещения Северного Кавказа. Это позволит значительно сократить расходы по созданию системы оповещения о паводках и селях, повысит информативность системы штормооповещения и создаст экономический эффект порядка нескольких миллионов рублей на каждый радиолокационный центр оповещения.
^

Список использованных источников





  1. Имянитов И.М., Чубарина Е.В., Шварц Я.М. Действие электрических сил на развитие облака./ Труды ГГО, Вып. 1974 г., С. 301

  2. Лиев К.Б. Результаты апробации радиолокационного метода оповещения о ливневых паводках на Северном Кавказе // Известия вузов Северо-Кавказский регион. Естественные Науки 2010г. №5. C. 41-44

  3. Абшаев М.Т. Оперативное радиолокационное отображение структуры грозо-градовых облаков. // Метеорология и гидрология. – № 10. – 1980. – С. 29 38

  4. Абшаев М.Т. Радиолокационно-радиометрический метод измерения интегральной водности кучево-дождевых облаков. // Тр. V Всес. совещ. по радиомет. М.: Гидрометеоиздат, 1981. – С. 187-194

  5. Абшаев М.Т., Бурдаков Ф.И., Ваксенбург С.И., Шевела Г.Ф. и др. Специализированный радиолокатор градозащиты и штормооповещения МРЛ-5 и его метеорологическая эффективность // Тр. ВГИ. – 1976. – Вып. 33. – С. 3-30

  6. Абшаев М.Т., Дадали Ю.А. Локализация градовых очагов в кучево-дождевых облаках // Метеорология и гидрология. – 1970. – № 9. – С. 28-36

  7. Лиев К.Б., Аксенов С.А. Принципы построения базы метеорологических данных // Тезисы докладов V конференции молодых ученых. – Нальчик. – 2004. – С. 11-12

  8. Лиев К.Б. Радиолокационный метод оповещения о селях и паводках ливневого происхождения // материалы Международной. конференции. по селям. Пятигорск, 2003. – С. 77-79

  9. Берюлев Г.П., Мельничук Ю.В., Черников А.А. Автоматизированный радиолокационный комплекс для измерения атмосферных осадков // Тр. V Всес. совещ. по радиометеор. – М.: Гидрометеоиздат, 1981. – С. 127 - 133

  10. Сулаквелидзе Г.К. Ливневые осадки и град. – Л.: Гидрометеоиздат, 1967. – С. 412

  11. Щукин Г.Г., Бобылев Л.П., Ильин Я.К. Некоторые результаты определения характеристик водозапаса современными методами активно-пассивной радиолокации // Тр. VI Всес. совещ. по радиометеорол. М.: Гидрометеоиздат. – 1984. – С. 205-208

  12. Болгов Ю.В. Инюхин В.С. Лиев К.Б., Миссиров Ю.Я. Малкарова А.М. Некоторые результаты исследований градовой активности на территории КБР в 2003-2004 годах. // Тезисы всероссийской конференции по физике облаков Нальчик. – 2005. – С.123

  13. Инюхин В.С., Капитанников А.В., Аксенов С.А., Лиев К.Б. Использование радиолокационных данных о поле осадков для оперативного прогноза дождевых паводков // Тезисы всероссийской конференции по селям. Нальчик, 2005. – С. 62-65

  14. Abshaev M.T., Tapaskhanov V.O., and Iniukhin V.S. Computerized System of Hail Suppression // Sixth WMO Sci. Conf. on Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. – V. 1. – P. 99 - 100

  15. Wexler R. and Atlas D. Radar reflectivity and attenuation of rain. J. Appl. Met. – 1963. V. 2. – P. 276-280





страница8/8
Дата конвертации21.11.2013
Размер0,99 Mb.
ТипОтчет
1   2   3   4   5   6   7   8
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы