Диссертация (1149454), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В работе [332] показано, что при городском зимнем смоге наоптические свойства атмосферы влияет атмосферное электричество (через диффузионныймеханизм заряда микродисперсного аэрозоля). Летние туманы вызывают некоторое увеличениенапряженности поля (по абсолютной величине), а зимние (ледяные туманы) — уменьшение[276].В литературе неоднократно были описаны электрические явления, наблюдавшиеся приизвержениях вулканов. Японские исследователи в работе [86], сообщают о влияниивулканических извержений на напряженность электрического поля. Анализ полученныхданных показывает, что напряженность поля достигала величины 1200 В/м на удалении до 250км от района извержения.
В работе [87] показано, что частицы вулканического пепла приизвержении получают заряд.Схожие процессы наблюдаются в пылевых бурях, во время которых напряженность полятакже имеет значительные колебания [22, 106]. Согласно наблюдениям [106], крупная пыль,увлекаемая сильным ветром, заряжается отрицательно и уменьшает напряженность приземногоэлектрического поля. Мелкая пыль заряжается положительно, причем тем сильнее, чем меньшеразмеры ее частиц [106].При метелях и снежных бурях наблюдаются сильные вариации напряженностиэлектрического поля [158]. Особо высокие градиенты электрического потенциала наблюдаютсяпреимущественно при сильных метелях, низких температурах и сухом снеге. Многиеисследователи [261] считают основной причиной этого явления трение снежинок о воздух, друго друга, о поверхность земли.1.2.
Физика грозы. Исследование гроз на Северо-Востоке СибириЭлектрические явления в атмосфере, такие как молния, коронные разряды с проводникови т.д. неизбежно приводят к предположению о существовании в грозовом облаке большихобъемных электрических зарядов. Природа образования и разделения таких зарядов в грозовомоблаке до конца не ясна.
Обзоры теорий объясняющих разделение зарядов в облакахпредставлены в [355, 357]. Важным условием для образования грозового облака являетсяналичие мощных восходящих воздушных потоков влажного и теплого воздуха.17Возникновению и развитию грозовой активности в целом благоприятствуют следующиеусловия [233, 355, 357]:-высокое влагосодержание воздуха у поверхности земли и на высотах;-неустойчивость воздушных масс;-низкое положение изотермы минус 10º С, возле которой располагается уровень интенсивнойкристаллизации;-большая вертикальная протяженность кучево-дождевых облаков (верхняя граница вышеизотермы минус 20º С);-наличиенеоднородностейподстилающейповерхности,обеспечивающихразвитиединамической и термической конвекции.По синоптическим условиям происхождения, грозы можно разделить на два типа:фронтальные и внутримассовые [327].
Внутримассовые грозы – локальные (местные) грозы,образуются в пределах ограниченной теплой воздушной массы при сильно развитыхконвективных процессах, обязанных своим происхождением большим перепадам температурыобластей подстилающей поверхности. Наиболее распространенной внутримассовой грозойявляется «тепловая» гроза. «Тепловая гроза» возникает в кучево-дождевых облаках обычнолетом в дневное время и прекращается вечером. Для внутримассовых гроз характерно то, что,перемещаясь над нагретой солнцем земной поверхностью, они усиливаются, а, попадая врайоны с более холодной подстилающей поверхностью, ослабевают или совсем прекращаются.Особенно интенсивные тепловые грозы наблюдаются в экваториальной полосе и во влажныхсубтропиках. Внутримассовые грозы продолжаются не более 2 - 4 ч, интенсивность молниевыхразрядов, как правило, менее 100 на площади до 450 кв. км [329].Разновидностьювнутримассовыхгрозтакжеявляютсяорографическиегрозы,обусловленные подъемом неустойчивых теплых масс воздуха вдоль склонов гор.
Эти грозыхарактерны для определенных географических районов и возникают чаще всего нанаветренных склонах гор.Фронтальные грозы в большинстве случаев образуются на холодных фронтах,движущихся с севера, северо-запада, запада. На теплых фронтах грозы образуются реже,преимущественно в ночные часы. Иногда, при прохождении быстро развивающихся холодныхфронтов, возможны так называемые сухие грозы, не сопровождающиеся выпадением осадков.Грозы на холодных фронтах – наиболее часты, возникают в результате интенсивноговытеснения теплого воздуха подтекающим под него холодным воздухом.
При этом холодныйвоздух поступает на более теплую подстилающую поверхность, вследствие чего увеличиваетсяего неустойчивость. В результате в области холодного фронта в теплое время года образуетсяпротяженная полоса мощной грозовой облачности. Ширина такой полосы находится в пределах1850 км, длина достигает нескольких сотен километров. Грозы на холодных фронтах на сушенаблюдаются в любое время суток, но имеют тенденцию к усилению во второй половине дня, атакже при подходе фронта к горному хребту, и ослабевают во второй половине ночи и вутренние часы.Еще одной разновидностью фронтальных гроз являются грозы на вторичных холодныхфронтах.
Вторичный фронт представляет собой поверхность раздела внутри горизонтальнонеоднородной холодной воздушной массы, за которой находится более холодная часть этоймассы. Вторичный холодный фронт наблюдается обычно в тыловой области циклона заосновным холодным фронтом.Фронтальные грозы занимают обычно большую территорию, более продолжительны иболее резко изменяют состояние погоды, чем грозы тепловые.Соотношение фронтальных и внутримассовых гроз в различных районах имеетнеодинаковое значение.
Как показано в работе [232], для европейской части России, а также дляСибири, наибольшее количество гроз (более 2/3) являются фронтальными. По данным в [233]наибольшая повторяемость гроз для Западной Сибири связана чаще всего с холоднымифронтами (57-73%).Мировое распределение гроз имеет неравномерный характер – их число уменьшается отэкватора к полюсам. Причем выше 82 северной широты и 60 южной широты грозоваяактивностьненаблюдаетсявовсе.Такаяасимметрияобъясняетсясоответствующейасимметрией в распределении температуры в северном и южном полушариях [240].Области с повышенным уровнем грозовой активности в литературе называют грозовымиочагами [284].
Принято различать мировые и местные грозовые очаги [285]. В мировыхгрозовых очагах грозовая активность имеет наиболее высокую на планете интенсивность.Среднее годовое число дней с грозой в этих областях обычно более 100. В местных грозовыхочагах среднее годовое число дней с грозой менее 100, но заметно превышает уровень грозовойактивности на остальной территории.Первые карты распределения грозовой активности по земному шару были составленыКолоссовским, в 1884 году, как указано в работе [247]. Колоссовский выделил три мировыхгрозовых очага.
Первый находился в районе Индокитая и Филиппин. Второй находился напобережье Гвинейского залива в Африке. Третий занимал территорию Мексики, Панамскогоперешейка и Колумбии.Брукс [25] в 1925 г. выделял уже пять мировых грозовых очагов: Центральная Африка(150 дней с грозой в год), Центральная Бразилия (106 дней), район Панамского перешейка (135дней), Южная Мексика (142 дня) и остров Ява (220 дней) [239].
Согласно таблицам грозовойдеятельности земного шара, опубликованными в 1953 г. Международной метеорологической19организацией [224], наиболее мощный грозовой очаг располагался в Центральной и ЗападнойАфрике. Она разделяется на четыре центра: Сьерра-Леоне (Дару, 185 дней), республика Гвинея(Акус, 171 день), Нигерия (Калабар, 216 дней), Британская Восточная Африка (Кампала, 242дня). Второй очаг в южной части полуострова Малакка (Куала-Лумпур, 180 дней). Третий очаграсположен в Южной Америке и разделяется на два центра: Караури (206 дней) и Мату Гросу(161 день). Четвертый очаг находится районе Панамского перешейка (г. Сан-Сальвадор, 115дней).В настоящее время, по данным спутниковых наблюдений с помощью прибора OTD(NASA) [319], определено, что мировые грозовые очаги расположены в экваториальной частиАфрики, Южной Америки и Юго-Восточной Азии, как это показано на рисунке 1.5.
Следуетотметить, что Африканский грозовой очаг по-прежнему является доминирующим. Кроме того,можно выделить еще один мировой грозовой очаг, занимающий территорию Флориды (США) вСеверной Америке. Местоположение мировых грозовых очагов меняется в зависимости отвремени года [286], смещаясь на более высокие широты в летние месяцы, как это показано нарисунке 1.6 [319].Рисунок 1.5. Карта распределения грозовых разрядов на Земле по данным прибора OTD(NASA) (США) [319]С 2004 года запущена в работу мировая сеть грозолокации WWLLN (Wold WideLightning Location Network) [94, 172].
Карты грозовой активности в реальном времени доступнына сайте проекта WWLLN http://webflash.ess.washington.edu/. На рисунке 1.7 показана карта20распределения грозовой активности на Земле, построенная по данным сети WWLLN.Идеология работы сети грозолокации заключается в установке датчиков молниевых разрядовпо всему миру, объединенных посредством Интернет в единую сеть. В настоящее времяфункционируют 40 датчиков. Координаты молний вычисляются по интервалу прибытиясигналов от молний на, как минимум, 5 детекторов [58], которые могут располагаться надистанциях до тысячи километров от области грозового очага [165].Рисунок 1.6.
Сезонные изменения в распределении гроз на Земле по данным спутниковыхнаблюдений числа грозовых разрядов OTD (NASA) (США) в 1995-1999 гг. [319]Статистический анализ показывает [171, 173], что эффективность обнаружения молнийсетью WWLLN составляет не менее 30% (для разрядов с током более 30 кА) [37].
По расчетамавторов, для охвата всей поверхности Земли c помощью датчиков, расположенных нарасстоянии 1000 км друг от друга, потребуется ~500 датчиков.Поражаемость молнией отдельных областей на поверхности земли и соответственнопространственное распределение грозовой активности может объясняться различнымипричинами. Основываясь на значительном экспериментальном материале, Стекольников [339]показал, что пространственное распределение грозовой активности находится в тесной связи спроводимостью грунтов, образующих геологическую структуру данного района.21Рисунок 1.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
