Диссертация (1149454), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В спектре колебаний присутствует до 4-5 гармоник.Колебания тесно связаны с другими импульсными сигналами грозовых разрядов: какправило "запускаются" широкополосными (в диапазоне 30-1000 Гц) импульсами (КНЧ-СНЧатмосфериками) и прерываются ими, имеют совпадающие значения периода колебаний спервым квазипериодом низкочастотного КНЧ-СНЧ атмосферика, следующего после ОНЧатмосферика.Амплитудно-спектральныехарактеристикиколебанийуказываютнарезонансныйхарактер их возбуждения при достаточно высокой добротности. Основная частота колебаний несоответствует известным резонансам в области "земная поверхность - ионосфера" и не может90быть объяснена возбуждением возможных "резонаторов" в виде горных хребтов на востокеСибири.
Предполагается, что появление колебаний может быть связано с ударнымвозбуждением высотными грозовыми разрядами плазменного "резонатора" между нижнимислоями ионосферы.91ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВАРИАЦИЙ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГОПОЛЯ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ АЗИИ В 2009 - 2013 ГГ.Регулярные наблюдения напряженности атмосферного электрического поля в Якутскебыли начаты в 2009 года и продолжаются по настоящее время. Измерения напряженности поляосуществляются с помощью электростатического флюксметра, установленного на крышеглавного здания ИКФИА СО РАН (62° 1' N, E129°43' E). Также, электростатическиефлюксметры были установлены еще в нескольких пунктах наблюдения: с 2011 г.
– натерритории спектрографа космических лучей высоких энергий ИКФИА СО РАН (пригородг.Якутск) (N61°59', E129°41'), с 2012 г. – в г. Нерюнгри (56°39' N, 124°43' E), в 2009-2012 гг. - наполигоне ШАЛ ИКФИА СО РАН в с. Октемцы (61°39' N, 129°21' E), с 2013 г. – на полигонеПолярной геокосмофизической обсерватории ИКФИА СО РАН в п. Тикси (71°35' N, 128°46' E).Система регистрации данных напряженности электрического поля во всех пунктах выполненана базе портативных компьютеров – нетбуков и аналого-цифровых преобразователей (АЦП)фирмы L-Card Е-440 и Е-154. Связь между флюксметром и системой сбора данныхосуществляется посредством кабельной линии. Данные регистрируются по мировому времениUTC.
Разница между мировым временем и временем в пунктах наблюдения составляет 10часов:UT = LT – 10hПередача данных со всех пунктов наблюдения, а так же удаленное управление регистрациейосуществляется по сети Internet. Регистрация поля во всех пунктах проводится непрерывно(круглосуточно и круглогодично), что дает возможность анализировать вариации поля нетолько во время «хорошей» погоды, но и в периоды ближних гроз, дождя, снегопада, метели,ледяного тумана, прохождения заряженных облаков без грозовых явлений.В дополнение к регистрации поля в стационарных пунктах в сентябре 2011 годапроводились экспедиционные измерения широтного хода напряженности электрического поляна теплоходе «Механик Кулибин» по маршруту Якутск - Тикси - Якутск.
Непрерывныеизмерения выполнены на широтах 62°N – 72°N.В дополнение к флюксметрам в двух пунктах наблюдения - в г. Якутске (спектрографкосмических лучей) и п. Тикси (ПГО) установлены ультразвуковые метеостанции АМК-04,которые позволяют регистрировать основные погодные параметры атмосферы: температурувоздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, скорость и направление ветра.924.1 Вариации электрического поля в условиях «хорошей» погоды4.1.1 Суточные вариации напряженности атмосферного электрического поляНапряженность электрического поля Е непрерывно меняется во времени. Подобныеизменения называются вариациями поля.
Вариации поля можно разделить на суточные,сезонные, годовые. Кроме того, отмечаются унитарные (синхронные для всех пунктов в мире) илокальные вариации поля. Принято считать [355], что унитарные вариации связаны с суточнымходом числа гроз на планете. Локальные вариации поля [302, 356] связаны с местной грозовойактивностью, метелями, туманами, загрязнением воздуха аэрозольными частицами, имеющимиэлектрический заряд.В Якутии, из-за резко-континентального климата дней с «хорошей» погодой больше посравнению с европейской частью России. Максимальное число дней с «хорошей» погодойнаблюдается в зимние и весенне-осенние месяцы (от 10 до 28 дней в месяц), а минимальное - влетние месяцы (от 7 до 23 дней в месяц).
С июня по декабрь в среднем идет нарастание числадней с «хорошей» погодой, далее это количество держится до апреля, затем до июня идет спад.Для выделения суточных и сезонных вариаций электрического поля были отобраны днис «хорошей» погодой по всем месяцам года с 2009 по 2013 гг. В зависимости от года, сезона имесяца число отобранных дней колебалось от 2 до 23 в месяц. Следует уточнить, что в даннуювыборку не попали дни, во время которых наблюдения не производились - флюксметр былотключен или функционировал не полные сутки по разным причинам (профилактическиеработы, калибровка, отключение электроэнергии и т.д.).На рисунке 4.1 показан суточный ход вариаций секундных значений напряженностиэлектрического поля в условиях «хорошей» погоды 1 сентября 2012 года в двух пунктахнаблюдения: в черте г.
Якутск (а) и в его окрестности (Спектрограф космических лучей) (б).Для наглядности, на графике приведены вариации основных метеорологических параметроватмосферы – температура воздуха (в), атмосферное давление (г), относительная влажностьвоздуха (д), скорость ветра (е). Из графиков хорошо видно, что вариации электрического поля вдвух пунктах наблюдения практически синхронны. Наблюдается один четкий максимум около12:00 UT, и два продолжительных минимума с 04:00 до 08:00 UT и с 16:00 до 21:00 UT.Метеорологические параметры атмосферы не испытывают серьезных изменений,связанных с «нарушенной погодой». Температура воздуха имеет максимум (10-12 С0) вдневные часы (00:00-08:00 UT или 10:00-18:00 LT) и минимум (1,5-2 С0) в ночные (16:00-20:00UT или 02:00-06:00 LT).93Рисунок 4.1. Суточный ход вариаций секундных значений напряженности электрического поля(в В/м) в условиях «хорошей» погоды 1 сентября 2012 года, в пунктах наблюдения г.
Якутск (а)и Спектрограф космических лучей (б). Метеорологические параметры атмосферы: температуравоздуха (градусы Цельсия) (в), атмосферное давление (гПа) (г), относительная влажностьвоздуха (%) (д), скорость ветра (м/с) (е).Относительная влажность воздуха меняется в противофазе с температурой в пределах от 47%(днем) до 92% (ночью).
Атмосферное давление слабо растет после 10 UT. Скорость ветра непревышает 4-5 м/с в дневные часы и 1-2 м/с в ночные. В приложении приведены графикисуточных вариаций напряженности поля для всех сезонов наблюдения с 2009 г. по 2013 г.Построение графиков суточных вариаций поля по месяцам осуществлялось методом«наложения эпох».
Использовались усредненные за 1 час секундные значения напряженностиполя.На рисунке 4.2 представлены характерные вариации напряженности поля для 12 месяцев2011 года в пункте наблюдения г. Якутск.94Рисунок 4.2. Вариации напряженности атмосферного электрического поля для 12месяцев 2011 года в пункте наблюдения г. Якутск.
На графиках n соответствует числу дней,отобранных по критерию «хорошей» погоды.По результатам наблюдений в г. Якутске суточный ход напряженности электрическогополя имеет характер двойной волны - с двумя максимумами и двумя минимумами длявесенних, летних и осенних месяцев. Для зимних месяцев суточный ход представляет собойпростую волну - с одним максимумом и одним минимумом.С ноября по февраль суточные вариации имеют один размытый максимум (4-12 UT) иодин минимум (20-22 UT).
В весенние, летние и осенние месяцы наблюдаются два максимума –в 0 и 9-12 часов UT и два минимума – с 4 до 6 и с 18 до 20 часов UT. Второй максимум имееттенденцию к смещению во времени в зависимости от сезона: в весенние месяцы оннаблюдается в 9-11 UT, в летние смещается к 10-12 UT в осенние возвращается к 9-10 UT.Подобный суточный ход вариаций напряженности поля по месяцам стабильно наблюдается изгода в год за время наблюдений с 2009 по 2013 гг. Обращает на себя тот факт, что в суточномходе напряженности электрического поля не наблюдается «классической» кривой «Карнеги» сминимумом в 4 UT и максимумом в 18-20 UT. Причиной такого расхождения могут бытьразные факторы. На вариации электрического поля могут оказывать значительное влияниелокальные факторы, такие, например, как загрязнение воздуха и, как следствие, увеличение его95проводимости, что в свою очередь напрямую влияет на значение напряженности поля в даннойобласти (проводимость зависит от концентрации легких и тяжелых ионов в атмосфере [116]).В работах [254, 334, 353] отмечался антропогенный фактор, обусловленный изменениемуровня загрязненности воздуха в ряде крупных городов.Подобные различия обнаруживаются ив наших измерениях.
На рисунке 4.3 представлен график секундных значений напряженностиполя за одну неделю с 14 по 20 марта 2011 г.Рисунок 4.3. Секундные значения напряженности поля за одну неделю с 14 по 20 марта 2011 г.в Якутске.Хорошо видно, что в субботу и воскресенье абсолютные значения напряженности поляне выходят за 160 В/м, в то время как в остальные дни недели напряженность поля испытываетзначительные вариации, приходящиеся на дневные и вечерние часы местного времени: c 10 до22 часов (00-12 UT). Однако, даже такие изменения не нарушают общего хода напряженностиполя. Практически во все дни наблюдается устойчивый максимум (6-8 UT) и минимум (19-21UT).
Наблюдаемый суточный ход напряженности поля в отдельные дни недели хорошосовпадает с суточным ходом, построенным по усредненным за час данным для этого месяца(рисунок 4.4).Как приводится в [287], синоптические факторы нарушенной погоды также могут влиятьна вариации напряженности поля. При анализе вариаций поля и основных метеорологическихпараметров атмосферы (температура воздуха, атмосферное давление, относительная влажность,скорость и направление ветра) корреляции между ними не обнаружено.Рисунок 4.4.
Суточный ход напряженности электрического поля в марте 2011 г. вЯкутске.96Этохорошовиднонарисунке4.1,гдепоказанывариациинапряженностиэлектрического поля в двух пунктах наблюдения, разнесенных на 4 километра, и основныхметеорологическихпараметроватмосферы.Корреляцииэлектрическогополясметеопараметрами не обнаружено. Таким образом, характер наблюдаемых суточных вариацийнельзя связать с изменением исключительно местных факторов. Для разных пунктовнаблюдения существует какой-то общий фактор, определяющий их суточный ход.Следует отметить, что подобный (или близкий к нему) характер суточных вариаций (двамаксимума и два минимума) атмосферного электрического поля также отмечался в работах[168, 271].Еще одним интересным моментом является подобие наблюдаемого суточного ходанапряженности поля и унитарной вариации критической частоты слоя F2 ионосферы,описанной в работе [293].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
