Диссертация (1149454), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Распределение количества часов с грозами по времени суток за 2009-2013 гг.:общее распределение (а), фронтальные грозы (б) внутримассовые грозы (в).123Рисунок 4.26. Связь между продолжительностью грозы и продолжительностью возмущенияэлектрического поля в данной грозе.Рисунок 4.27. Распределение продолжительности возмущения электрического поля: суммарноераспределение (оба типа) (а), внутримассовые грозы (б), фронтальные грозы (124Таблица 4.6. Распределение продолжительности возмущения электрического поля для разныхтипов гроз.№ДатаВремя,LTначало конецПродолжительность, мин.Напряженностьполя, кВ/мМакс.Мин.107.06.2009 15:0117:292009148+18,492345678908.06.200918.06.200919.06.200919.06.200919.06.200920.06.200903.07.200911.07.200918:5523:2107:5114:0116:1014:1818:4915:5520:4503:1612:5014:5519:0017:0322:1219:3911024529954170165203224+0,903+3,999+17,2+3,913+19,092+1,677+17,2+19,351011121330.07.200930.07.200908.08.200908.08.200905:2721:3204:2807:0808:0423:4606:1707:34+5,848+6,579+0,0688+18,36114 24.05.2010 21:3201:40157134109262010248+18,53315 27.05.2010 12:5315:57184+18,36116 09.06.2010 17:1619:00104+18,66217 14.06.2010 11:5218 26.06.2010 13:3716:5416:00302123+5,375+18,66219 09.07.2010 17:0420 09.07.2010 19:5721 19.07.2010 07:4519:0422:1008:5512013370+17,673+15,738+7,95522 23.07.2010 16:3023 29.07.2010 19:5217:4901:4079348+5,117+8,85824 30.07.2010 05:0413:06482+17,97425 15.08.2010 03:0805:5426 01.06.2011 15:3327 12.06.2011 01:1828 13.06.2011 15:1816:5102:4521:2716620117887369+10,664+13,029+11,6129 14.06.2011 03:1330 14.06.2011 05:5705:0607:48113111+4,601+8,471+4,7310,449-1,247-7,482-16,77-4,3-5,805-1,032-17,216,942-8,213-6,192-0,301-2,537Электрич.
Типструктура грозыоблака3«ф»15343111«ф»«ф»«ф»ф«ф»«в»«в»«ф»4342«ф»«ф»«ф»«ф»18,10317,97417,587-2,62318,103-18,06-7,56811,524-0,64515,60912,427-5,8914«ф»3«ф»3«в»43«в»«ф»344«ф»«ф»«ф»12«в»«ф»3«ф»3«ф»-7,267-7,91214,792-3,655-8,471433«ф»«в»«в»33«ф»«ф»125313233343536373839404120.06.201101.07.201119.07.201122.07.201122.07.201124.07.201129.07.201103.08.201104.08.201104.08.201105.08.201120:2704:1304:5413:5018:3922:1023:2405:0301:5715:5817:3721:4505:3307:3316:1521:5100:1100:5409:5804:0721:1421:38+5,59+4,558+5,762+2,666+4,988+6,493+1,376+11,395+1,72+6,278+1,591-9,89-8,901-6,45-4,042-4,644-8,643-1,462-8,213-3,956-6,622-0,17243342343422«ф»«ф»«ф»«ф»«ф»«в»«ф»«в»«ф»«ф»«ф»*+0,525+2,752+2,795+3,784+0,45+3,913+2,021+5,332+4,902+2,021+3,612+4,601+1,935*-1,8-4,214-2,537-6,02-0,202-3,569-3,655-3,354-1,806-1,72-2,666-4,515-1,376*1335411333334*«ф»«ф»«ф»«ф»«ф»«ф»«ф»«ф»«в»«ф»«в»«в»«ф»14:2717:0007:4807:5522:2609:5501:3218:547880159145192121472951303162442012906992229153308251803401641668158201396758316014412752182424344454647484950515253545501.06.201206.06.201207.06.201208.06.201214.06.201217.06.201219.06.201219.06.201219.06.201227.06.201228.06.201214.07.201220.07.201204.08.201217:0015:1719:2716:4121:0315:3603:5807:3116:0515:4518:3621:2314:5419:5118:3016:2620:5920:2723:3616:0605:2008:2217:2521:2521:2000:0916:1520:49565758596061626306.06.201313.06.201323.06.201324.06.201324.06.201330.06.201320.07.201320.07.201321:5115:4506:5205:1520:0207:4800:4015:52+8,6+0,731+4,042+2,967+2,924+0,688+3,096+0,64535333433ф«ф»«ф»«в»«в»«ф»«ф»«в»13:1821:2205:3319539067+1,72+1,075+2,15-6,708-0,301-2,15-1,419-1,677-0,731-1,2040,3827-3,526-1,032-0,51664 22.07.2013 10:0365 11.08.2013 14:5266 01.09.2013 04:26531«ф»«ф»«ф»126Рисунок 4.28.
Распределение максимальных значений напряженности поля для всех гроз2009-2013 гг.Наиболее яркий пример того, что амплитуда скачка поля не всегда пропорциональнарасстоянию до молнии, показан на рисунке 4.29. Во время грозы 12 июня 2011 г.осуществлялась видеозапись молний с помощью фотокамеры Casio E-FX1, со скоростью 300кадров в секундуРисунок 4.29. Вариации напряженности электрического поля во время ударов молний 12июня 2010 г. в телевышку. Стрелками указаны скачки поля, соответствующие кадрамвидеозаписи грозы.127.
Были зафиксированы и надежно идентифицированы по времени три молнии, которыеударяливвершинутелевизионнойвышки,котораянаходитсяв500метрахотэлектростатического флюксметра. На рисунке показаны три кадра из видеозаписи дляотдельных молний и соответствующие им вариации напряженности электрического поля(отмечены стрелками).Несмотря на то, что расстояние до места удара каждой молнии было одним и тем же (500м), наблюдаемая амплитуда скачка поля (таблица 4.7) имела большой разброс значений отмолнии к молнии: для первого разряда – 1,76 кВ/м, второго – 8,25 кВ/м, третьего – 3,43 кВ/м.Таблица 4.7. Амплитуда скачка поля для трех молний во время грозы 12.06.2011Напряженность поляНапряженность поляАмплитуда скачкаЕ1, кВ/мЕ2, кВ/мполя, кВ/м1-2,88-1,121,762-3,59+4,668,253-1,67+1,763,43Номер разрядаПо видеозаписи достаточно хорошо видно, что начало и конец молнии значительно отстоятдруг от друга в горизонтальной плоскости, особенно во время первого разряда.
Это позволяетсделать вывод, что амплитуда вариации приземного поля во время молний определяется, взначительной степени, расстоянием от пункта наблюдения до области заряда в грозовом облаке,который нейтрализуется молнией. В случае, когда молния не строго вертикальна, и имеетнаклон, область удара молнии и область нейтрализуемого заряда в облаке может иметьзначительную дистанцию друг от друга.4.2.3 Вариации атмосферного электрического поля во время ледяного туманаЗимой в центральной Якутии, и особенно в Якутске, при антициклоническом режимепогоды при практическом отсутствии ветра, застое холодного воздуха, при низкой температуреобразуются густые и длительные морозные (ледяные) туманы. Зимние туманы наблюдаютсялокально в населенных пунктах и носят специальное название - смог.
Они возникают из-задополнительного поступления в воздух влаги в результате сжигания топлива автомобилями иотопительными системами. Смог является серьезной экологической угрозой. Вне населенныхпунктов туманы возникают, в основном, в утренние часы в низинах при более низкихтемпературах.128Годовое число дней с туманом в Якутске по долговременным наблюдениям колеблется впределах 40-90 [226]. Максимум туманов приходится на декабрь-январь. При дальностивидимости менее 50 м туман характеризуется как опасное гидрометеорологическое явление(ОЯ).
[330]Во время зимнего тумана ухудшается экологическое состояние воздуха, повышаетсяконцентрации загрязняющих примесей, превышая предельно допустимые нормы. Примесипредставляют собой химические соединения, которые, вступая в реакцию с водой, формируютв туманах соединения, имеющие иногда свойства отравляющих веществ, что сказывается наздоровье людей. Высокая концентрация подобных соединений оказывает вредное воздействиена окружающую среду и на памятники архитектуры.В [226] было установлено, что для зимних туманов характерна обратная линейнаязависимость от температуры воздуха. Для г. Якутска коэффициент корреляции r = -0,88 ипороговое значение температуры возникновения тумана ниже -42°С. В г. Якутске наблюдалосьувеличение средней суммарной продолжительности зимних туманов от 486 ч (до 1963 г.) до 712ч с 1970 г.
по 1990 г. [226].В работе [326] показано, что при городском зимнем смоге на оптические свойстваатмосферы через диффузионный механизм заряда микродисперсного аэрозоля влияетатмосферное электричество. Летние туманы вызывают некоторое увеличение напряженностиполя (по абсолютной величине), а зимние (смог) — уменьшение ее [270].Напряженность электрического поля во время тумана измерялась с помощьюэлектростатического флюксметра. Флюксметр был установлен в Якутске на здании института(62,02 N; 129,72 E ). Диапазон измерений флюксметра +/-40 кВ/м.
Используются данные ссекундным разрешением. Представлены результаты наблюдений с 2009 по 2013 гг.Метеорологические параметры атмосферы с минутным разрешением регистрировалисьультразвуковой метеостанцией АМК-04 производства ИМКЭС (г. Томск).Годовое число дней с туманом в Якутске по долговременным наблюдениям колеблется впределах 40-90 [226]. Максимум туманов приходится на декабрь-январь. В г. Якутскенаблюдалось увеличение средней суммарной продолжительности зимних туманов от 486 ч (до1963 г.) до 712 ч с 1970 г по 1990 г [226].
Нами проведены исследования вариацийатмосферного электростатического поля во время зимних туманов в г. Якутске в 2009-2013 гг.Наступление зимнего тумана с 6 до 21 часа по UT хорошо проявляется в данныхэлектростатического флюксметра (рисунке 4.30). Наличие тумана подтверждалось даннымиГидрометеослужбы(http://meteo.infospace.ru/win/wcarch/html/r_day_stn.sht?num=475)иотдельными визуальными наблюдениями. При тумане амплитуда флуктуаций поля возрастаетпримерно в 3 раза [283]. В отличии от летних туманов, которые сгущаются постепенно, ледяной129туман возникает более резко и наблюдается при температуре ниже -32°С.Рисунок 4.30. Увеличение амплитуды флуктуаций напряженности электростатического поля вовремя ледяного тумана (верхний график) и температура воздуха (нижний график).Во время туманов спектр вариаций электрического поля становится более пологим [283](рисунок 4.31), что объясняется увеличением размеров заряженных аэрозольных частиц.
Легкиеионы, оседая на льдинках, превращаются в тяжелые ионы с меньшей подвижностью [326].Статистические характеристики вариаций напряженности атмосферного электрическогополя по измерениям в Якутске во время тумана (13.02.2011) (рисунок 4.33) и без тумана(15.03.2011) (рисунок 4.34) приведены в таблице 4.8. Значение напряженности электрическогополя во время тумана уменьшается, а величина флуктуаций возрастает. Излом в спектре,который в условиях без тумана наблюдается на частоте 0,02 Гц (период 50 секунд), во времязимних туманов смещается на частоту 0, 001 Гц (период ~ 15 минут).Приэтоотметим,чтопадаетотносительныйуровеньсоставляющихболеенизкочастотный колебаний, в то время, как относительный уровень высокочастотныхсоставляющих возрастает. Подобные изменения в спектрах атмосферного электрического поляописаны в работе [238], основанной на результатах измерений поля во время туманов навысокогорной станции.В 2011 году проводились синхронные измерения напряженности поля в двух разнесенныхпунктах идентичными электростатическими флюксметрами (производства НИРФИ, ННовогород).130Рисунок 4.31.
Спектр вариаций электрического поля 1 января 2011 года, без тумана (00-06UT) (вверху) и во время тумана (07-13 UT) (внизу).Первый пункт наблюдений находился в г. Якутске, второй на 54 км южнее - натерритории полигона широких атмосферных ливней ИКФИА СО РАН. Оба пунктарасполагались примерно в одинаковых орографических условиях – пойменная долина рекиЛена, закрытая с западной стороны протяженной речной террасой высотой 60-110 м. Ключевоеотличие двух пунктов наблюдения состояло в том, что первый находился в центре г.
Якутска,где в зимний период регулярно наблюдается зимний туман, второй – на значительном удаленииот промышленных предприятий и крупных населенных пунктов в котором подобные туманыникогда не наблюдались.На рисунке 4.34 показаны вариации электрического поля в двух пунктах 24 декабря 2010г. В пункте, где туман не наблюдается, вариации поля имеют типичный для данного сезонахарактер. В пункте, находящемся в тумане, наблюдается усиление высокочастотныхфлуктуаций. Вместе с тем, имеется совпадение отдельных низкочастотных составляющихвариаций поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
