Диссертация (1149454), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Скорость восстановления (генерации) заряда в грозовом облаке определяет времявосстановления (релаксации) напряженности поля до исходной величины. На рисунке 4.14показаны вариации поля во время ближней грозы в Якутске 26 июня 2010 года. На фонеотносительно медленных (1-2 час) вариаций напряженности поля хорошо заметны резкие,кратковременные (десятки секунд) изменения поля, связанные с ближним молниевым разрядам.Рисунок 4.14. Вариации напряженности электрического поля во время ближней грозы вЯкутске 26 июня 2010 года.Более детально такие скачки поля (для этой же грозы) показаны на рисунке 4.15. поданным с секундным разрешением.
Из графика видно, что в момент молниевых разрядов резкоменяется знак поля с отрицательного на положительный. Нередко наблюдается изменение знакаполя с положительного на отрицательное, либо значение поля меняется в пределах однойполярности.Прохождениегрозы надместностью сопровождается довольнозначительнымиизменениями в метеорологических параметрах атмосферы приземного слоя.
На рисунке. 4.16показан пример таких изменений во время ближней грозы 24.06.2013 в Якутске. Наступлениегрозы сопровождалось стремительным падением температуры воздуха (б), уменьшением передгрозой и возрастанием во время грозы атмосферного давления (в), увеличением относительнойвлажности воздуха, связанным с выпадением осадков (г), значительными изменениямискорости и направления ветра (д), (е).105Рисунок 4.15. Секундные значениянапряженности электрического поля во времямолниевых разрядов ближней грозы 26.06.2010 в Якутске.Измерения вариаций поля с помощью электростатического флюксметра позволилиполучитьсведенияобосновныхстатистическиххарактеристикахближнихгрозиэлектрической структуре грозовых облаков за летние грозовые сезоны с 2009 по 2013 гг.Случаем прохождения ближней грозы считалось наблюдение прохождения заряженного облакас одним, как минимум, скачком электрического поля, обусловленным молниевым разрядом.Наблюдения ближних гроз по данным электростатического флюксметра хорошо согласуются сданнымирегистрациигрознаметеостанцииаэропортаЯкутск(http://meteo.infospace.ru/win/wcarch/html/r_day_stn.sht?num=475 ).В зависимости от электрической структуры облака у земли наблюдаются характерныевариации поля.
По наблюдениям в Якутске, эти вариации можно разделить на пять основныхтипов:1 тип – в верхней части облака положительный заряд, в нижней - отрицательный. Облако сположительной поляризацией.2 тип – в верхней части облака отрицательный заряд, в нижней - положительный. Облако сотрицательной поляризацией.3 тип – облако имеет в верхней части положительный заряд, в нижней - отрицательный,имеющий компактный положительный заряд в основании облака.4 тип – облако с положительной поляризацией, у которого положительный верхний зарядсмещен относительно нижнего отрицательного.5 тип - облако с отрицательной поляризацией, у которого отрицательный верхний заряд смещенотносительно нижнего положительного.106Рисунок 4.16.
Изменения в метеорологических параметрах атмосферы в приземном слое вовремя ближней грозы 24.06.2013 в Якутске: электрическое поле (а), температура воздуха (б),атмосферное давление (в), относительная влажность воздуха (г), скорость приземного ветра (д),направление ветра (е).В работе [223] установлено, что в начальной стадии грозы область положительногозаряда находится над областью отрицательного заряда и по мере развития грозы областьположительного заряда перемещается вверх до определенной высоты.
Область отрицательногозаряда при этом остается все время на фиксированной высоте. При затухании процессовконвекции в грозовом облаке и появлении интенсивных нисходящих потоков областьположительного заряда смещается и может опуститься [223, 272, 354].В стадии зрелости грозового облака [177, 272, 352] в его основании под отрицательнымзарядом появляется небольшая область положительного заряда.
По данным [115] такой107положительный заряд, в основании грозового облака связан с областью, где образуютсяливневые осадки с сильными нисходящими потоками и возникают молнии.Таким образом, наблюдаемые вариации электрического поля пяти типов можноклассифицировать как разные стадии развития грозового облака. Типы 1 и 2 – недавнообразовавшаяся гроза.
3 тип – гроза в максимальном развитии. 4,5 типы – грозы в стадиизатухания, причем 5 тип можно считать финальной стадией облака как 1-го типа, когдаположительный заряд опускается ниже отрицательного, так и финальной стадией 2-го типа(отрицательный верхний заряд смещается относительно нижнего положительного).На рисунке 4.17 в стилизованном виде приведены значения частоты повторяемоститипов вариаций напряженности поля за 5 лет наблюдений (2009-2013 гг). Повторяемость типоввариаций поля по годам представлена в Таблице 4.1. Наиболее часто наблюдаются вариации,соответствующие 3 и 4 типам облаков.
Преобладают облака с положительной поляризацией.Аналогичный вывод о преимущественной положительной поляризации грозовых облаков вПрибайкалье был получен в работе [352] на основании большого статистического материалаизмерений поля с помощью электрографа Бенндорфа и электростатического флюксметра.Рисунок 4.17. Повторяемость типов вариаций напряженности поля в 2009-2013 гг.Основные статистические характеристики ближних гроз в пункте наблюдения г. Якутскза 5 лет (2009-2013 гг.) представлены в таблице 4.2.
В таблицу вошли следующие параметры:время начала и окончания грозы (местное время); длительность грозы в минутах; количествомолниевых разрядов (положительных, отрицательных, общее число); время между молниевымиразрядами в секундах (среднее, максимальное, минимальное, медианное значение, мода); число108разрядов в минуту; тип электрической структуры грозового облака согласно разделению потипам(рисунок4.17);типгрозы:«ф»-фронтальная,«в»-внутримассовая.Продолжительностью грозы считалось время между первым и последним зарегистрированныммолниевым разрядом. Это время в некоторых случаях существенно отличалось отпродолжительности сильных возмущений напряженности поля.
Подробнее, такие вариацииполя во время ближних гроз будут рассмотрены далее в таблице 4.6.Таблица 4.1. Распределение гроз по типам электрической структуры облака за 5 лет, с 2009 по2013гг.ГодыТип электрической структуры грозового облакаIIIIIIIVV200941431201011640201103850201230721201310712Всего, (%)9 (13,8%)5 (7,7%)32 (49,2%)15 (23,1%)4 (6,2%)Всего за время наблюдений за 2009-2013 годы, зарегистрировано 66 ближних гроз. Вгрозовой день наблюдалось от 1 до 3-х гроз. Число дней с грозой суммарно составило 54.Среднее количество гроз в год составляет 13,2, а количество дней с грозой - 10,8 в год. Нарисунке 4.18 показаны распределение по годам: число дней с грозой (а), число гроз (б) иколичество часов с грозой (в).
Максимум в распределении для всех трех параметровнаблюдался в 2011 году, когда было зарегистрировано 16 гроз за 13 грозовых дней, суммарноевремя - 33 ч. 45 мин. Минимум по количеству гроз приходится на 2013 г. – 11 гроз, но попродолжительности в часах минимум грозовой активности наблюдался в 2009 г. (14 ч. 20 мин),что может свидетельствовать об увеличении средней продолжительности гроз в течениерассматриваемого периода.
Сопоставляя полученные нами значения числа дней с грозой в год вЯкутске с ранними данными (таблица 4.3), можно отметить, что с 1931 года (12,1 гроз в год) этацифра существенно не изменилась (2009-2013, 10,8 дней с грозой).109Таблица 4.2. Статистические характеристики ближних гроз в пункте наблюдения Якутск за 2009-2013 гг. по данным электростатическогофлюксметра.№ ДатаВремя,LTПродол-Количество разрядовВремя между разрядами, с.ЧислоЭлектрич. Типжительностьразрядов структура грозыгрозы, мин.в мин.начало конецоблакаВсего Положит.
Отриц. среднее Макс. Мин. медиана мода2009107.06.2009 15:0016:00602203497,00349734973497,00-0,033Ф208.06.2009 19:2020:024214140173,0048838160,00263,000,331Ф318.06.2009 23:4500:395416106193,8739783140,50240,250,305Ф419.06.2009 08:3612:3423813810731103,01661958,00335,100,583Ф519.06.2009 14:1914:36172271542,57112927,0060,501,294В619.06.2009 16:2117:519187236460,03458847,50233,000,963Ф720.06.2009 14:2215:5694112961650,55226445,00115,001,191В803.07.2009 19:4620:425663461751,411981132,00104,501,121В911.07.2009 16:4817:2840981251,3768236173,00359,000,221Ф10 30.07.2009 05:3106:31601385291,8374151277,00396,000,224Ф11011 30.07.2009 21:4522:304515213179,5744785159,50266,000,333Ф12 08.08.2009 04:4005:204014113172,5459840156,00319,000,354Ф13 08.08.2009 06:2406:46221412296,622261675,00121,000,642Ф201014 24.05.2010 21:3500:45190331815354,16265836144,501347,000,174Ф15 27.05.2010 14:4715:0417505210,5045370159,50261,500,293Ф16 09.06.2010 17:2418:21576832,3650,32221438,00112,501,193В17 14.06.2010 12:1215:151831971207755,56287840,50147,501,084В18 26.06.2010 13:4316:07144543420160,5110009136,00504,500,373Ф19 09.07.2010 16:5520:051901441202477,64935854,00471,500,763Ф20 09.07.2010 20:5422:1783725764,17177366559,00919,500,084Ф21 19.07.2010 07:2108:519070442675,933171062,00163,500,784Ф22 23.07.2010 16:4417:4056115971829,11102626,0054,002,051В23 29.07.2010 19:3000:102801771423594,451183446,50593,500,632Ф24 30.07.2010 06:3010:19229755916184,722016894,501012,000,333Ф25 15.08.2010 04:2004:4020431347,0070768266,00387,500,203Ф201126 01.06.2011 15:5016:5868945505,75285644129,001450,000,134Ф27 12.06.2011 01:0803:19131123586564,64359637,50182,500,943В11128 13.06.2011 15:2320:2730441923518443,62284429,00144,001,383В29 14.06.2011 03:0303:1815642184,60236103209,00169,500,393Ф30 14.06.2011 05:3807:179913112495,67168852416,00870,000,133Ф31 20.06.2011 20:2820:3911431225,67288169220,00228,500,354Ф32 01.07.2011 04:4205:0119321568,50570567568,50568,500,163Ф33 19.07.2011 05:2207:171151798430,81106867370,50567,500,153Ф34 22.07.2011 13:5315:5812516610498,40169739239,00868,000,134Ф35 22.07.2011 18:5122:54243877611169,3311279123,00568,000,362Ф36 24.07.2011 22:0000:101301916412740,95252428,00128,001,473В37 29.07.2011 23:5301:16831174496,10178031399,50905,500,134Ф38 03.08.2011 04:1309:2419127412415041,97241429,00122,501,433В39 04.08.2011 02:4003:2545743450,00111192354,50601,500,164Ф40 04.08.2011 16:4220:06204952669130,291557647,00781,500,472Ф41 05.08.2011 16:0820:12244857015174,103810865,001909,000,352Ф201242 01.06.2012 17:0018:3090----------43 06.06.2012 13:3616:3017422193498233816251,001177,000,131Ф44 07.06.2012 19:2519:48231613392,732193083,00124,500,693Ф45 08.06.2012 16:3819:37179443014249,09287713131,001445,000,253Ф11246 14.06.2012 21:0223:20162645410154,6714581896,00738,000,395Ф47 17.06.2012 15:1615:37211073142,5622286127,00154,000,474Ф48 19.06.2012 03:5505:15801073535,89259251371,001321,500,121Ф49 19.06.2012 07:3107:5625321738,001354122738,00738,000,121Ф50 19.06.2012 16:4019:1515537928257,945891850,502949,500,243Ф51 27.06.2012 15:5221:043122436517877,382620540,501312,500,783В52 28.06.2012 18:5721:1113449409167,5425121992,001265,500,373Ф53 14.07.2012 22:3600:031172029011234,81429426,00216,501,733В54 20.07.2012 14:4516:138875413471,622641360,50138,500,853В55 04.08.2012 19:5820:1214303419,50663176419,50419,500,214Ф0,753В5Ф201356 06.06.2013 12:3014:3912997475080,53438946,00223,5057 13.06.2013 15:5516:0813110-----58 23.06.2013 06:4308:32112502921137,592045481,001024,500,443Ф59 24.06.2013 04:4507:121471462312360,951161432,00582,500,993В60 24.06.2013 20:3022:501402157514039,18391423,00197,501,543В61 30.06.2013 08:1309:317828199172,9611161787,00566,500,364Ф62 20.07.2013 00:4601:486246212583,112142670,00120,000,743Ф63 20.07.2013 15:3416:447052124082,351058935,00533,500,743В11364 22.07.2013 10:0313:2821570673186,7824855113,001245,000,335Ф65 11.08.2013 15:0320:1731434628571,79401747359,002032,000,113Ф66 01.09.2013 04:4504:527220380,00380380380,00-0,321ф114Таблица 4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
