Диссертация (1149467), страница 12
Текст из файла (страница 12)
С другой стороны, видно, что такиегрозовые картины, сформированные с помощью ТЦК, могут использоватьсяв качестве инструмента для анализа метеорологических условий вмикросиноптическом масштабе.Грозовые ситуации, обсуждаемые в данном исследовании, даютпричины полагать, что анализ пространственно-временных распределенийТЦК может предоставить надежную информацию о месте и времениконвективныхсобытий,которыеможноприписатьорганизацииконвективных облаков в некие конвективные комплексы и системы. Онвносит весомый вклад в понимание некоторых тонких структур развитияоблачныхсистемиспользованввмикросиноптическомкачествеоперативногомасштабедополненияикможетбытьповседневнымметеорологическим наблюдениям.
Кластеризация делает возможным связатьэлектромагнитное излучение гроз с отдельными кластерами. С другойстороны, он дает возможность (используя корреляцию его параметров сосадками и стадией развития макро- и микроструктуры облаков) делатьдиагноз текущего состояния грозовой системы, оценку ее уровня опасности икратковременного предсказания развития.Проанализируем особенности грозовой активности и сопровождающегоее развитие ЭМИ. Данные регистрации атмосфериков, отобранные дляпоследующей обработки, соответствуют грозовым дням 31-05-01 (Кл_106,Кл_272), 28-06-01 (Кл_10, Кл_51, Кл_121, Кл_262, Кл_298), 06-07-01(Кл_231), 10-07-01 (Кл_33, Кл_177), условные номера выделенных грозовыхкластеров приведены в скобках.
Из множества (до нескольких десятков)65кластеров, сформированных в приведенные даты в суточном цикле развитиягрозовой активности, были отобраны образцы, соответствующие разномутипу ее развития (фронтальный или внутримассовый), разному временисуток.Начнем с рассмотрения типичных представителей фронтальной ивнутримассовой гроз на примере двух сроков регистрации в 2001 году ввозвышенной и предгорной части юга Франции в окрестности г. Марселя (за31-05-01 и 28-06-01). В первый из указанных сроков (31-05-01) достаточновысокая грозовая активность (о чем можно судить по данным, приведеннымв Табл.
2.1) сформировалась вторичным фронтом южной периферии циклона,быстро перемещающегося в восточном направлении вдоль северной частиФранции. Начавшись после полудня (около 13 ч. местного времени), оназакончилась в 19 ч. и в последующие дни не возобновлялась. В отличие отэтого грозам 28-06-01 предшествовали три грозовых дня, активность которыхбыла обусловлена глубокой малоподвижной многоцентровой депрессией вцентральной части страны. Эти особенности отразились на характеререгистрируемого ЭМИ, некоторые параметры которого приведены в Табл.2.1. Они проявились прежде всего в практически полном отсутствиисинхронных срабатываний СДВ и УКВ средств (особенно в течение первыхнескольких часов) в первый из рассматриваемых дней.10121262120Рис.
2.14. Треки центров кластеров за 31-05-01 и 28-06-01.За этот день удалось выделить только два кластера с числом синхронныхсигналов, превышающих 10. В то же время за 28-06-01 удалось выделитьоколо 14 подобных кластеров, из них ночной кластер (№ 10) включал 81синхронных сигналов из 132, зарегистрированных SAFIR, а количество66синхронных сигналов для наиболее активного дневного кластера № 121превысило 1000.
На Рис. 2.15 приведены кривые, характеризующиевременные изменения общей интенсивности МВ обоих типов в процессеэволюции грозовой активности.Рис. 2.15. Временные вариации интенсивности молниевых вспышек (I, мин1) внутриоблачного типа (тонкие линии) и типа облако-земля (жирныелинии) за дневные интервалы регистрации 31-05-01 и 28-06-01.Характерной особенностью этих кривых является доминирующеепреобладание ВО молниевых на начальной стадии ее развития. Длительностьэтой стадии для 31-05-01 превышает 3 часа, в то время как для 28-06-01 оназначительно короче. Следует заметить, что эта особенность характерна и длябольшинства грозовых дней 1995 г.
Проявляется она и на уровнебольшинства отдельных кластеров. На Рис. 2.16 представлены изменениядлительностей всех фиксируемых УКВ системой молниевых вспышек(усредненных на 5-минутных интервалах).Рис. 2.16. Вариации длительностей молниевых вспышек всех типов(усредненные на 5-минутных интервалах) в дневных интервалах грозовойактивности за 31-05-01(левый рисунок) и 28-06-01 (правый рисунок).Аналогичный характер имеют и кривые изменения протяженности МВ.Особенности этих изменений, проявляющиеся на представленных кривых,67являются типичными для большинства грозовых дней в обоих сезонахрегистрации.В Табл.
2.1 приведены данные, характеризующие значения (в видедроби, числитель которой представляет среднее значение, а знаменатель –с.к.о. соответствующей величины) амплитуд Е1m (приведенных к 100 км) идлительностейτ1 первых полуволн СДВ сигналов для несколькихвыделенных кластеров. При этом все значения амплитуд, приведенные втаблице в вольтах (чтобы получить их величину в В/м необходимо всезначения умножить на 6). Другие обозначения, приведенные в таблице,характеризуют номер кластера (Nкл), время его жизни (Тж), число МВ,зарегистрированных системой SAFIR (N), их средняя интенсивность (I),отношение числа типов МВ (Nво/Nоз), а также количество синхронныхсигналов (Nc), зарегистрированных "Очагом".Табл.
2.1. Параметры электромагнитного излучения молниевых вспышек28-06-01ОчагSAFIRNсTж, мин10100811321.31213411114514715.1день2571ночь182NI,мин-1Nкл31-05-01 (13:50-15:30)10622833112411.227242662806.7121186618.7всеПерейдем к рассмотрению очередного образца фронтальной грозы 0607-2001 г. На Рис. 2.17 приведена синоптическая карта и карта локаций грозЕвропы за этот день.68б)а)Рис.
2.17. Грозовой день 06-07-2001 г. а) Синоптическая карта; б) локациигроз (РДСМ Wetterzentrale). Область действия интерферометрическойсистемы SAFIR отмечена окружностью с радиусом 200 км.На синоптической карте (Рис. 2.17а) к северу от Испании наблюдаетсяцентр пониженного давления с фронтом окклюзии вокруг него, что говорит оналичии циклона.
На карте грозовой активности (Рис. 2.17б) наблюдаетсяпроцесс молниевой активности, по времени смещающийся в северовосточном направлении. На Рис. 2.18 представлена локальная карта грозовойактивности по данным УКВ системы SAFIR, из анализа которой следует, чтовнаблюдаемомрайонегрозоваяактивностьносилавыраженныйфронтальный характер (скорость перемещения вдоль фронта составляетоколо 50 км/ч) и развивалась с юго-запада на северо-восток.50 кмCl_231Рис. 2.18. Карта грозовой активности по данным УКВ системы SAFIR: а)поточечная; б) в виде треков центров кластеров.69НаРис.2.19представленаинтенсивностьмолниевыхвспышек(количество молниевых вспышек в единицу времени) как ОЗ, так и ВО типаза этот день.60I , мин-1ВООЗ5040302010Время012:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00Рис. 2.19. Интенсивность развития грозовой активности 06-07-2001 г.Из приведенной иллюстрации видно, что грозовая деятельностьначалась в 12:09 в виде внутриоблачных разрядов.
Первый разряд на землюпроизошел в 12:27, т.е. через 18 минут после начала, а следующий лишь в14:32, т.е. еще через 2 часа 5 минут, в то время как гроза наращивала своюинтенсивность. Первая серия разрядов облако-земля прошла с 15:06 до 15:20,включив 5 разрядов. Дальше, начиная с 16:18 и до конца грозовойактивности, разряды на землю выдавали 5…10% от общей интенсивности,насчитав 259 разрядов. При этом общее число разрядов составило 8196.На примере выделенного грозового очага (кластер 231) приведемосновные характеристики грозовой активности (интенсивность, длительностьвспышек, их протяженность и количество повторных разрядов). Данный очагхарактеризуетсябольшойпротяженностью(порядка250км)идлительностью (7 часов).
На Рис. 2.20 представлена интенсивностьмолниевых вспышек с течением времени.7050454035302520151050I , мин-1ВООЗВремя15:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00Рис. 2.20. Интенсивность выделенного грозового очага (кластер 231).Судя по данной картине, выделенный грозовой очаг состоит из шестиконвективных ячеек, последовательно сменяющих друг друга (каждая ячейкахарактеризуется фазой зарождения, зрелости и затухания). Деятельностьданного грозового очага началась в 15:05. Первый разряд облако-земляпроизошел в 16:27, т.е. через 1 час 22 минуты после начала.
Таким образом,первые две конвективные ячейки (15:05-15:22, 15:26-15:58) развивались безразрядов на землю, и только с середины третьей конвективной ячейки (16:0016:45) началась разрядная активность типа облако-земля. Четвертаяконвективная ячейка (16:45-17:45) характеризуется высокой интенсивностьюкак внутриоблачных разрядов (до 30 разрядов в минуту), так и разрядов наземлю (до 4 разрядов в минуту). Далее следует вялотекущая 45-минутнаягрозовая активность, и в 18:30 начинает развиваться наиболее интенсивная идлительная в данном грозовом очаге пятая конвективная ячейка. В течениежизниэтойконвективнойячейки(18:30-20:20)произошло1967внутриоблачных разрядов и 92 разряда на землю (судя по интенсивности, этобыла супер-ячейка). Движения ячейки определилось орографией местности,ее дальнейшее продвижение было замедлено и впоследствии остановленопредгорьями Альп.
Шестая, последняя, конвективная ячейка (20:30-21:20)завершает активность грозового очага, после чего до 22:13 происходятотдельные грозовые разряды обоих типов (14 разрядов на землю и 37внутриоблачных разрядов), и грозовой очаг прекратил свое существование.71На Рис. 2.21 представлено распределение длительностей молниевыхвспышек данного грозового очага.1000p [Dur ]N800P [Dur ]10.002600400200Dur , мс00а)0.50.001500010000б)5000Dur1000, мсРис. 2.21. а) Гистограмма распределения длительностей всех вспышек; б)нормированнаягистограмма,интегральная(тонкаялиния)идифференциальная (жирная линия) функции распределения длительностейвспышек, содержащих более одного разряда.Из анализа гистограммы видно (Рис. 2.21а), что 920 из 3864 (23,8%)являются вспышками, содержащими только один УКВ разряд.
Можнозаметить, что если рассматривать отдельно вспышки, содержащие болееодного разряда, то распределение длительностей можно описать удвоеннойположительной частью нормального закона распределения с параметрами μ= 0 и σ = 377 (Рис. 2.21б).На Рис. 2.22 представлено распределение протяженностей (Extension)молниевых вспышек.1000N0.058000.046000.034000.02Ext , км200P [Ext ]0.50001020304010.010а)p [Ext ]б)020Ext , 40кмРис. 2.22. а) Гистограмма распределения протяженностей всех вспышек; б)нормированнаягистограмма,интегральная72(тонкаялиния)идифференциальная (жирная линия) функции распределения протяженностейвспышек, содержащих более одного разряда.Здесь также приходится отделять вспышки, состоящие из одногоразряда, от вспышек, содержащих более одного разряда. Для описанияпротяженностей многокомпонентных вспышек можно воспользоватьсялогнормальным распределением с параметрами μ = 2,77, σ = 0,68. В данномслучае математическое ожидание ( e μ +σ15,98,мода2( eσ − 1 ⋅ e μ + σНа2( e μ −σ )2/2равна10,07,2/2) равно 20,14, медиана ( e μ ) равнасреднеквадратическоеотклонение) равно 15,44.следующемрисункеприведентакойпараметрмолниевойактивности, как количество разрядов во вспышках ОЗ типа (Multiplicity).
Врассматриваемом грозовом очаге повторные разряды (Multiplicity > 1)обычно происходят в стадии зрелости той или иной конвективной ячейки.Общее число вспышек типа облако-земля составило 180, из них 35 имелиповторные разряды (19,4%).Mult321015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:00Время22:00Рис. 2.23. Количество разрядов во вспышках облако-земля.Проанализировав основные параметры молниевых вспышек, перейдем крассмотрению электромагнитного излучения, сопровождающего молниевыеразряды.ВнашемраспоряженииимелсяСДВрегистраторформатмосфериков, работающий в диапазоне частот 0,3…25 кГц. Прежде чем73переходить к анализу форм импульсов, проанализируем влияние на ихпараметры фильтрации. В качестве исходного образца был взят сигнал,зафиксированный в широкой (2 МГц) полосе частот на удалении 90 км,отражающий характерные особенности реальных атмосфериков: крутойпереднийфронт(1…2мкс)иналичиевыраженныхосцилляций,обусловленных ветвлениями молниевого канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
