Диссертация (1097516), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Но для растительных сообществ вариацииэлектрического поля, оказывая влияние на процессы фотосинтеза, могут иметьсущественное экологическое значение [Владимирский, Кисловский, 1982]. Этот фактор,возможно, вносит свой вклад в изменение толщины годичного прироста колец деревьеви в вариации продуктивности растительных экосистем [Владимирский, Кисловский,1982].Но что ещё более важно, изменения именно электрических параметроватмосферы могут быть ответственными за механизмы воздействия солнечнойактивности на погоду и климат [Tinsley, Deen, 1991; Tinsley, 2000]. В Главе 1 былопоказано, что вариации СКЛ и ГКЛ оказывают существенное влияние на аэрозольныйслой через механизм ионной нуклеации [Касаткина и др., 1999; Шумилов, Касаткина,2005; Shumilov, Kasatkina et al., 1996; Yu, 2002; Kasatkina, Shumilov, 2005], а также напроцесс образования облаков и уровень осадков [Стожков и др., 1995; Svensmark,Friis-Christensen, 1997; Kniveton, Todd, 2001; Palle, Butler, 2001; Carslaw et al., 2002;Marsden, Lingenfelter, 2003] и приводят к изменениям в циклонической активности ициркуляционном режиме [Tinsley, Deen, 1991; Veretenenko, Thjell, 2005; Veretenenko etal., 2005].
Отметим, что существует также другой механизм (“electrofreezing”),определяющий солнечно-погодное взаимодействие через изменение электрическихпараметров атмосферы [Markson, 1981; Tinsley, Deen, 1991; Tinsley, 2000; Zadorozhny etal., 1994]. Перечисленные выше факты позволяют рассматривать космические лучи в78качестве одного из основных климатообразующих факторов. Известно также, чтобольшие изменения в атмосферном электрическом поле вызывают различныеметеорологические процессы: грозы, туманы, метели, выпадение осадков, движениециклонов. Поэтому решающее значение приобретает проблема разделения источниковизменения атмосферных параметров, имеющих внеземное происхождение, отпроцессов метеорологического характера.Решение этого вопроса, а также других задач, связанных с изучением свойстватмосферы высоких широт (например, с разработкой механизма солнечно-земныхвзаимодействий), возможно только с применением интегрированных методовисследования.
Для решения этих целей Кольском п-ове был создан Высокоширотныйизмерительный комплекс по исследованию атмосферы интегрированными методами(ВКИАВЭ) [Куличков и др., 2002; Шумилов, Касаткина, 2002а; Шумилов и др., 2003а;Kasatkina et al., 2002c; 2003b; Shumilov, Kasatkina, 2002a].В настоящей главе приведены основные результаты исследования вариацийатмосферного электрического поля, полученные по данным измерений при помощикомплекса ВКИАВЭ, которые были опубликованы в работах [Куличков и др., 2002;Шумилов, Касаткина, 2002а; 2002б; 2003б; 2005; Шумилов и др., 2003а; Kasatkina et al.,2002c; 2003a; 2003b; 2003c; 2006; Shumilov, Kasatkina, 2002a; 2002b; 2003a; 2003d;2003e; 2003f; 2004c].3.1 Высокоширотный автоматизированный комплексдля исследования атмосферных измененийинтегрированными методами.В настоящем разделе приведено техническое описание высокоширотногоизмерительного комплекса, установленного нами в г.
Апатиты и предназначенного длясовместного исследования электрических параметров атмосферы и атмосферных волн(ВКИАВЭ) [Куличков и др., 2002; Шумилов, Касаткина, 2002а; Шумилов и др., 2003а;Kasatkina et al., 2002c; 2003b; Shumilov, Kasatkina, 2002a].Измерительныйкомплекссостоитизтрехмикробарографов,датчиковэлектрического поля и установки для измерения электропроводности воздуха.Уникальность этого комплекса заключается в возможности проведения одновременныхизмерений инфразвука и вариаций электрических параметров атмосферы. Измерениявертикальной компоненты электрического поля проводились ранее в высоких широтахсцельюизученияэффектовмагнитосферныхвозмущенийватмосферномэлектричестве [Бандилет и др., 1982; 1986; Жданов и др., 1984; Клейменова и др., 1992;791998; Птицына и др., 1995; Никифорова и др., 2003; Sao, 1967; Olson, 1971; Sheftel et al.,1994; Ptitsyna et al., 1995; Tinsley et al., 1998; Frank-Kamenetsky et al., 1999; 2001;Морозов, Трошичев, 2008].
Что же касается измерений ионного состава воздуха (илиэлектропроводности), то их используют в основном для изучения атмосферныхзагрязнений [Смирнов, 1992; Guo et al., 1996], и в высоких широтах таких измерений,насколько известно авторам, не проводилось. Исследования инфразвуковых колебанийот естественных источников регулярно проводятся в США, Канаде, Швеции, Японии,Норвегии, Германии, а также в России. В 1990г. Кольским региональнымсейсмологическим центром для проведения совместных измерений сейсмическихсигналов и инфразвуковых колебаний в районе г.Апатиты был установленсейсмоакустический комплекс [Грачев и др., 1997; Кузьмин и др., 1997].
В этих работахприведены предварительные результаты исследований микробаром (область периодов5-7 с), возникающих во время штормовых волнений в океане [Грачев и др., 1997;Кузьмин и др., 1997]. ВКИАВЭ позволяет регистрировать инфразвуковые колебания, атакже ВГВ в более широком диапазоне частот (до 10-4Гц).3.1.1. Акустический комплекс.Для измерения колебаний давления низких самых низких инфразвуковыхчастот, от 1 Гц до нескольких десятитысячных, нами были использованы имеющиеся вналичии жидкостные микробарографы.
Конструкция микробарографа описана в работе[Бовшеверов и др., 1979].Для определения пространственных характеристик источников инфразвука(направление, угол места), использовались три однотипных датчика, расположенных ввершинах приблизительно равностороннего треугольника со стороной ~200 м.Понятно, что определение пространственных характеристик звуковых волн, прииспользовании такой незначительной базы, возможно для колебаний с частотами додесятых долей Гц. Резерв (возможность разноса датчиков на расстояние порядкачетверти длины звуковой волны, как на наиболее оптимальное расстояние), заложен вмощности передающего и приемного устройств радиотелеметрии.Акустический комплекс состоит из разнесенных жидкостных микробарографовиканаловтелеметрии,обеспечивающихдоставкуинформациикАЦП.Нафункциональной схеме системы сбора изображены три микробарографа, с довольноподробным представлением о конструкции [Бовшеверов и др., 1979] (рис.
3.1). Датчикмикробарографарасположеныпредставляетпластинысобойдвеизмерительныхсообщающиесякамеры,конденсаторов.Камерывкоторыхзаполнены80диэлектрической жидкостью, в данном случае трансформаторным маслом, дополовины расстояния между пластинами при одинаковом давлении в камерах. Разностьдавлений в измерительных камерах приводит к изменению уровней жидкости междупластинами конденсаторов, и, соответственно, к изменению значений емкостейизмерительных конденсаторов. При соединении камер с двумя независимымиисточниками давления микробарограф позволяет измерять разность давлений. Прирегистрации инфразвуковых колебаний одна из камер непосредственно соединяется сатмосферой, вторая – с некоторым объемом V, соединяющимся с атмосферой черезкапилляр.КонечностьобъемаVприводиткуменьшениючувствительностимикробарографа из-за упругости воздуха в камере сравнения при изменении уровняжидкости.
Как показано в работе [Бовшеверов и др., 1979], если используется вкачестве объема кислородный баллон, то чувствительность прибора снижается посравнению со случаем V = не более, чем в 1,5 раз. В нашем случае путем подборакапилляра и использования кислородного баллона получен частотный диапазондатчика в интервале от 1 сек до 40 мин.Рис. 3.1. Функциональная схема системы сбора.Длямикробарографовбылиспециальноразработаныиизготовленыэлектронные схемы.
Емкости в камерах являются задающими для релаксационных81генераторов. С помощью петли фазовой автоподстройки подстраиваются по частоте ифазе друг под друга. Сигнал управления пропорционален изменению емкостеймикробарографов, или, другими словами, разности давлений в камерах. В прибореустановлены фильтры с полосами, пропускающие сигналы с периодами: 1 сек – 40 мин;1 мин – 40 мин; 5 мин – 40 мин. Калибровка микробарографов осуществлялась пометодике используемой в работе [Кузьмин и др., 1997].
С помощью медицинскогощприца создавался перепад давления в камерах 25 дин/см2, что соответствовалоинжекции 1 см3 воздуха. Датчики при калибровке изолировались от воздействияколебаний давления в атмосфере. Проверка чувствительности микробарографовпроизводилась также с помощью инжекции воздуха с помощью шприца. Уровеньсобственных шумов прибора не превышал 1 дин/см2.Функциональная схема передачи информации по каналам телеметрии отмикробарографов приведена на рис.3.2. Система телеметрии, как видно из рисунка,состоит из двух разнесённых независимых каналов, состоящихмикробарографа,генератора,работающеговрежимечастотнойиздатчикамодуляции(модулятор), и передатчика, также работающего в режиме частотной модуляции.Модуляторы выполнены на прецизионных преобразователях напряжение – частота(КР1108 ПП1) с максимальной девиацией частоты 2 кГц.
С выхода модуляторовчастотно- модулированный сигнал подается на передатчики, первый из которыхработает на частоте 27,465 МГц, а второй - на частоте 27,0085 МГц. Сигналытелеметрии принимаются на два удаленных независимых портативных трансивера“ПИЛОТ”, каждый из которых настроен на свою частоту. С выходов приемниковусиленный сигнал дополнительно фильтруется и через согласующее устройствопоступает на АЦП. Третий датчик микробарографа через согласующее устройствонепосредственно подключен к АЦП. Применение двойной частотной демодуляции вканалах телеметрии позволило получить незначительный уровень помех в диапазоне26-28 мГц. Радиопередатчики и приемные устройства трансиверов позволяют разнестимикробарографы на значительно большие (до нескольких километров) расстояния, чтопланируется сделать в дальнейшем.3.1.2.
Электропроводность воздуха.Для измерения электропроводности воздуха использован стандартный сетевойприбор для обсерваторских наблюдений “Электропроводность-2”. В этом прибореиспользован аспирационный метод измерения. Сущность этого метода заключается визмерении тока ионов, осаждающихся из потока воздуха на одну из обкладок82конденсатора, когда между ними приложено напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
