Диссертация (1149454), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Максимальные значения амплитуды (в разрядах АЦП) атмосфериков взависимости от соответствующих максимальных значений амплитуды второгоквазиполупериода СНЧ-сигнала.Анализ амплитуд выбранных атмосфериков (рисунок 3.17) в зависимости от задержки СНЧсигнала относительно атмосферика показывает, что минимальные (нулевые) задержкинаблюдаются после мощных разрядов.
Наиболее длительные задержки соответствуют случаямнаблюдения атмосфериков со средними значениями амплитуд.83Рисунок 3.17. Задержка между атмосфериком и СНЧ-сигналом в зависимости от амплитудыатмосферика.В табл. 3.1 приведены результаты статистической обработки длительности СНЧ-сферикаи его запаздывания относительно атмосферика. Полученный интервал задержки междуатмосфериком и СНЧ-сигналом составил 1-2 мс. В то же время, между атмосфериком испрайтом возможны более длительные задержки – так, например, в работе [40] данныйпараметр находился в пределах 10-20 мс. Регистрация атмосфериков с СНЧ-сигналами в работе[40] проводилась на станции университета Аляски и в штате Юта от грозового очага,находившегося в центральной части США, штат Канзас.
Использовались видеокамеры,синхронизированные с часами GPS. Каждый кадр занимал примерно 16,7 мс. Визуально былизарегистрированы 47 событий спрайтов. Исследователи предположили, что наблюдаемое времязадержки между атмосфериком и СНЧ-сигналом, требуется на установление переходногоэлектрического поля в мезосфере.
В более поздней работе [120] были зарегистрированыспрайты как с длительной задержкой появления после предварительного разряда молнии, так ис короткой, близкой к длительности, полученной в наблюдениях в Верхоянье. Из-за большогоразброса значений задержек между СНЧ-сигналом и атмосфериком предложено различатьспрайты по подвидам. Наши экспериментальные данные показывают, что СНЧ-сигналу вбольшинстве случаев предшествовал положительный разряд «облако-земля» (76,7%).84Таблица 3.1. Статистические характеристики КНЧ-сигнала и его задержка относительноатмосферика.Длительность, мсДлительность, мсКоличество измерений180180Диапазон6-560-7Среднее20,51,7Мода142Медиана182Стандартная ошибка0,720,08Эксцесс2,043,9Асимметрия1,271,44Спрайты также преимущественно связаны с положительными атмосфериками.
Данный факт,вероятно, объясняется распределением зарядов в грозовом облаке, а именно тем, что в верхнейчасти облака сосредоточены, в основном, положительные заряды и после протеканияположительного заряда по каналу молнии происходит пробой между облаком и нижним слоемионосферы. Но все же часть спрайтов ассоциируется с отрицательными разрядами «облакоземля» [14, 15]. Затухание диспергированного СНЧ-импульса с течением времени происходилоза два-три квазиполупериода.
Число квазиполупериодов в затухающем СНЧ-импульсе вдиапазоне от 4 до 6 и число событий имеющих один квазиполупериод имеют значительноменьшую частоту появления (соответственно 8% и 7%). Величина длительности СНЧ-сигнала внаблюдениях в Верхоянье находилась в диапазоне от 6 мс до 56 мс, что близко к длительностиспрайтов (единицы и десятки миллисекунд) [39, 120, 143].3.3 Узкополосные низкочастотные колебания, связанные с грозовой активностьюАнализ данных, полученных во время экспедиционных измерений в Верхоянье в 2008году, позволил выделить другой тип низкочастотных сигналов, связываемых с грозовойактивностью. Эти сигналы СНЧ диапазона носят квазипериодический характер – могутнаблюдаться в виде длительных колебаний. Пример таких сигналов приведен на рисунке 3.18,где показано 3 события, в двух из которых наблюдались колебания после атмосфериков в видекороткихцугов,авпоследнемпродолжительности (около 200 мс).событиинаблюдалиськолебаниязначительной85Рисунок 3.18. Пример узкополосных низкочастотных колебаний, наблюдавшихся 23.08.08 в10.22 LT (волновая форма - а, спектрограмма - б, частотный спектр сигнала – в).Пример еще более длительных колебаний (около 350 мс) представлен на рисунке 3.19.
Какследует из сонограмм (динамических спектрограмм) приведенных на нижних панелях, этоузкополосные колебания, однако содержащие до 4 (в некоторых случаях – до 6) гармоник.Основная частота квазипериодических колебаний в рассматриваемых сеансах записисоставляла в среднем 145 Гц (см. спектр на рисунке 3.19), что соответствует периоду Т = 6,9 мс,т.е. среднему значению квазипериода наиболее часто наблюдаемых двухполупериодных СНЧцугов.
При этом, обращает внимание, что длительные колебания заканчиваются (фактическипрерваны) еще более низкочастотными (КНЧ, 3-30 Гц) цугами с квазипериодом около 40-50 мс(если рассматривать волновую форму сигналов) или широкополосными КНЧ-СНЧ импульсами(3 – 1000 Гц, если рассматривать спектры сигналов).Следующий пример квазипериодических колебаний, приведенный на рисунке 3.20,примечателен тем, что они не только закончились КНЧ-цугом, но и фактически былистимулированы сильным СНЧ-цугом (низкочастотным "хвостом" ОНЧ атмосферика). В тожевремяобнаруженысобытия,вкоторыхузкополосныеколебания,начинающиесяширокополосного (КНЧ-СНЧ) импульса, могут наблюдаться в виде диспергированных ветвей.с86Рисунок 3.19. Пример длительных узкополосных колебаний обрывающихся синхронно сширокополосным импульсом, наблюдавшихся 23.08.2008 в 10.22 LT.
Рис. 3.19. (волноваяформа - а, спектрограмма - б, частотный спектр сигнала – в).При этом им можно поставить в соответствие колебания, заканчивающиеся наширокополосном (КНЧ-СНЧ) импульсе. Пример одновременного наблюдения таких сигналовприведен на рисунке 3.21. При этом на рисунке 3.21 обращает внимание, что конечные частотыквазидиспергированных ветвей ("гармоники") первого, начинающегося с широкополосногоимпульса, события приблизительно соответствуют начальным частотам второго событияколебаний, заканчивающегося широкополосным импульсом (спустя 1,2 с после первогоимпульса). Картина с исходящими из широкополосного импульса диспергированнымиузкополосными сигналами в определенной степени напоминает так называемые «твики»(tweek), т.е.
импульсные ОНЧ сигналы грозового разряда облако-земля с диспергированным«хвостом». Известно, что «твики» обусловлены резонансными свойствами электромагнитноговолновода «земля-ионосфера» и отражают наличие стоячих волн. Характеристики длительныхколебаний указывают на резонансный характер их возбуждения. Спектральный анализ (окноHanning при исходной частоте записи сигналов 62500 Гц) показывает, что добротностьрезонансных колебаний на основной гармонике составляла около 7-8.87Рисунок 3.20. Узкополосные длительные колебания начинаются (стимулируются) СНЧсфериком и заканчиваются КНЧ импульсом.Рисунок 3.21.
С широкополосного импульса начинается несколько диспергированныхузкополосных ветвей, а на втором широкополосном импульсе заканчиваются.В части событий длительных квазипериодических колебаний в каждом отдельномквазипериоде могло наблюдаться по два максимума. На рисунке 3.22 показан пример такогособытия с быстрой временной разверткой. Характер записи показывает, что это не наложение88двух волн с фазовым сдвигом, а имеется дополнительный максимум на спадающей фазеколебаний.
Дополнительный пик составляет, в среднем, около 0,45-0,5 от основного (отсчет отнулевого уровня). Степень выраженности второго пика меняется в ходе явления (проявляетсяпо мере усиления амплитуды колебаний) и от события к событию. Если рассматривать толькоодин период, то амплитудная картина соответствует форме сигналов, рассмотренных в работах[39, 161, 167], в которых второй пик в СНЧ-колебаниях обусловлен наличием СНЧ-волны,возбуждающейся токами в теле спрайта.Рисунок 3.22.
Узкополосный низкочастотный сигнал с дополнительным максимумом наспадающей фазе колебаний.Так какимпульсные СНЧ-КНЧ атмосферики могут, как стимулировать узкополосныеколебания, так и, наоборот, прекращать их, то, следовательно, квазипериодические колебанияможно связать с ударным возбуждением резонансных областей, в которых или в окрестностикоторых, происходят грозовые разряды облако-земля и мезосферные разряды. Однако, как ужеотмечено, основная частота колебаний около 145 Гц на порядок ниже частоты обычнорассматриваемого поперечного электромагнитного резонанса полости волновода «земляионосфера» и, в то же время, является очень высокой для альфвеновского (ионосферного)резонатора.
В литературе высказывалось предположение, что в качестве резонаторов(волноводов) в некоторых случаях могут выступать высокие горные системы. Теоретическиэтот вопрос рассматривался, в частности, в работе [208]. Если данную гипотезу применить длянашего случая, то в качестве "стенок" резонатора можно рассматривать хребет Черского иВерхоянский хребет (область наблюдения квазипериодических вариаций вблизи Батагаярасполагается внутри данного "резонатора").
Однако, учитывая, что резонансная частотаопределяется условием d = λ/2, где λ - длина волны, d - расстояние между хребтами, тополучаем, что наблюдаемая резонансная частота колебаний не может быть объяснена таким"резонатором" (расстояние между хребтами должно быть больше). Кроме того, надо отметить,что в некоторых событиях период колебаний мог плавно уменьшаться, что требует"подвижной" стенки волновода. Поэтому, более вероятным является резонатор в плазменной89среде, в которой длина волны существенно меньше, чем в воздухе, т.е.
можно предположить,что искомый резонатор может быть расположен в нижних областях ионосферы (в частности,между слоями).3.4 ВыводыРассмотрены особенности пространственных распределений положительных грозовыхразрядов на востоке Сибири и свойства сигналов, имеющих СНЧ составляющую, наблюдаемуюпосле основного разряда, которые исследователями рассматриваются как необходимое условиенаблюдениявысотныхразрядовсоптическимипроявлениямитипаспрайтов.Дляположительных грозовых разрядов, принимаемых в Якутске, детально проанализированыпространственные распределения на широтах φ = 55° - 70°N. Получено, что кроме основныхгрозовых очагов на юго-западе Якутии можно выделить северо-восточный и восточный очаги, вкоторых возможно доминирование положительных разрядов над отрицательными (при 10%положительных разрядов от общего числа разрядов в типичных условиях).
Принимая вовнимание, что именно с положительными разрядами в основном связаны высотные грозовыеразрядывмезосфере,можно сделать заключение,что установленныеособенностипространственного распределения положительных грозовых разрядов могут оказыватьзначительной влияние в данном долготном секторе на распределение токов ГЭЦ и, тем самым,наэлектродинамическоевзаимодействиеоболочекЗемли(магнитосфера-ионосфера-атмосфера).По результатам наблюдений в августе 2008 г. детальных характеристик грозовыхэлектромагнитных сигналов в высокоширотной области с повышенной частотой наблюденияположительных грозовых разрядов обнаружены узкополосные низкочастотные колебанияэлектромагнитного поля с основной частотой около 145 Гц (период колебаний ≈ 7 мс).Продолжительность колебаний различна, в наиболее длительном событии наблюдалось неменее 50 периодов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
