научная статья по теме ПАРАМЕТРЫ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ И МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ В 2009–2012 ГГ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПАРАМЕТРЫ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ И МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ В 2009–2012 ГГ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2014, том 50, № 3, с. 365-372

УДК 551.594.21

ПАРАМЕТРЫ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ И МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ В 2009-2012 гг.

© 2014 г. В. И. Козлов*, В. А. Муллаяров*, Ю. М. Григорьев**, Л. Д. Тарабукина*

*Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН 677980Якутск, просп. Ленина, 31 **Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова 677000 Якутск, ул. Белинского, 58 E-mail: vkozlov@ikfia.sbras.ru Поступила в редакцию 12.11.2012 г., после доработки 06.08.2013 г.

Приведены результаты комплексных инструментальных наблюдений грозовой деятельности на территории радиусом 400 и 30 км вокруг г. Якутска. В сезонном ходе грозовой активности выявлены характерные максимумы — в первой декаде июня и последней декаде июля или начале августа. Доля разрядов "облако—земля" для центральной Якутии составляет 40—60%, что соответствует наблюдениям в Западной Сибири 40—50%. Число положительных разрядов в землю составило 8—15% всех случаев наземных молний, что соответствует наблюдениям в Германии (17%) и несколько превышает наблюдаемое количество на Кавказе (2.2—8.2%) и США (4.5%). Грозовая активность в г. Якутске в три раза выше, чем в зоне радиусом 400 км вокруг Якутска, что объясняется тем, что город является островом тепла.

Ключевые слова: гроза, молния, грозовые разряды, атмосферик.

Б01: 10.7868/80002351514030080

1. ВВЕДЕНИЕ

Малое число метеостанций на большой территории Якутии обуславливает необходимость инструментальных наблюдений за грозовой деятельностью, которая служит причиной возникновения пожароопасных ситуаций и различного рода повреждений наземных объектов. Для оценки вероятности поражения наземных объектов молнией используются следующие параметры грозовой активности: пространственная плотность нисходящих грозовых разрядов типа "облако—земля"; пиковая величина токов, протекающих по каналу молнии, и длительность фронта нарастания тока; количество разрядов в одной вспышке молнии, проходящих по одному каналу. Накопленные фактические данные о параметрах нисходящих молний не позволяют судить об их различиях в разных географических регионах. Для территории востока России эти параметры мало изучены и обычно принимаются усредненные характеристики, основанные на наблюдениях в основном в европейской части России. В данной работе приведены результаты наблюдения за грозовой деятельностью на территории центральной Якутии с целью оценки вышеназванных па-

раметров и проведено сравнение с литературными данными для Сибири, Прибайкалья и других регионов на сходных широтах.

Определенное влияние на состояние атмосферы Якутии оказывает воздух, переносимый с Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Однако западные циклоны приходят сюда уже окклюдированными и в основном огибают зону вокруг Якутска, что объясняется особенностями орографии — наличием горных хребтов с севера, востока и юга от центральной Якутии. Общий западный перенос воздуха лишает центральную Якутию существенного воздействия Тихого Океана, но иногда наблюдается перемещение циклонов с Прибайкалья или Монголии. На Лено-Амгин-ском междуречье наибольшая частота прохождения циклонов с большим влагосодержанием воздуха приходится на три летних месяца, с максимумом в июле. Большая часть интенсивных гроз относится к фронтальному типу, и их образование связывается с проходящим фронтом. Для летнего периода Якутии сохраняется общая картина поведения циклонической деятельности, обуславливающей грозовую активность — окончательное разрушение азиатского антициклона, давление с

весны до середины лета понижается до минимума, приходящегося на вторую декаду июля [1], что и отражается на ходе грозовой деятельности. Особенностью региона является резко континентальный климат.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Молниевый разряд порождает электромагнитные волны широкого диапазона, распространяющиеся в пространстве между Землей и ионосферой со слабым затуханием. На некотором расстоянии от источника формируется радиоимпульс, называемый атмосфериком, спектральная плотность которого сосредоточена в основном в низкочастотной области. Анализ формы атмосфери-ков дает косвенную информацию о произошедшем молниевом разряде.

Использованные нами данные наблюдений получены с помощью однопунктового грозопе-ленгатора, антенная система которого состоит из штыревой электрической антенны и двух сдвоенных, расположенных перпендикулярно относительно друг друга магнитных рамок. Штыревая антенна служит для регистрации вертикальной электрической компоненты, амплитуда которой используется для определения дальности, а форма и величина спектральных составляющих — для определения типа разряда. Соотношение сигналов магнитных рамок применяется для определения направления прихода сигнала. Прибор установлен в г. Якутске и имеет радиус действия 400 км. Анализ спектра радиосигнала осуществляется в автоматическом режиме.

Также в работе для рассмотрения отдельных молниевых разрядов использованы данные кратковременных регистраций атмосфериков в разнесенных пунктах (2010—2012 гг.) — первый с широтой 67°58' N и долготой 135°07' E, второй — с широтой 61°55' N и долготой 129°23' E, третий — с широтой 63°07' N и долготой 139°04' E. Оцифровка производилась на АЦП E14-440 с частотой дискретизации 100 кГц и АЦП E-154 с частотой дискретизации 60 кГц и рабочим диапазоном частот аналогового предварительного усилителя 0.3—30 кГц. Для синхронизации времени использовался GPS Trimble ResolutionT, PPS которого записывался отдельным каналом АЦП. Такая мобильная система предполагает более точное определение расстояний до грозового разряда помимо используемой однопунктовой пеленгации.

Для наблюдений за локальными грозами в окрестности г. Якутска были использованы данные вариаций вертикального электрического поля, полученные с помощью электростатического флюксметра. Так как рассматривается вертикаль-

ная компонента электрического поля, импульсы регистрируются только от молний, канал которых имеет преимущественно вертикальную проекцию, то есть тип "облако—земля" (ОЗ). В данной работе событие прохождения грозового облака хотя бы с одним зарегистрированным молниевым разрядом ближней дистанции (относительного принятого порога) над флюксметром будет называться грозой, так как электростатическое поле, регистрируемое флюксметром от грозового разряда, преобладает над полем излучения на расстояниях до 30 км, при этом на расстоянии в 10 км поле падает примерно в 10 раз. Благодаря таким инструментальным измерениям можно достаточно точно определять начало и конец грозовой активности, а также время начала активности наземных ударов молний относительно времени грозовой активности. По полярности импульсов определяется знак переносимого молнией на землю заряда.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 3.1. Грозовая активность за 2009—2012 гг.

В целом на рассматриваемой территории радиусом 400 км вокруг Якутска наблюдается довольно стабильная картина грозовой активности. Так, суммарное по территории количество дней с грозой варьируется около 40 за три месяца. Из них около 20—30 дней можно считать интенсивными (>100 разряд/день). Повышенная интенсивность грозовой деятельности из 4 лет наблюдений отмечалась в 2011 г. Это проявляется как в завышенном количестве дней с грозой (63 дня суммарно по территории), так и в интенсивности гроз (общее количество грозовых разрядов почти в 3 раза превышает аналогичные показатели других лет — более 148 тыс.). Возможной причиной столь резкого изменения уровня активности является изменение типа циркуляции с меридионального на широтный. Подобная повышенная активность в этот год наблюдалась нами и в уровне естественных ОНЧ радиошумов, создаваемых грозовыми разрядами в радиусе 10000 км от Якутска и регистрируемых непрерывно с 1979 г. по настоящее время. Одиннадцатилетняя вариация этих радиошумов находится в противофазе с солнечной активностью.

Суточный ход представляет собой стандартный вид полуволны с максимумом около 17 ч по местному времени. Сезонный ход грозовой активности за четыре года (2009—2012 гг.) представлен на рис. 1.

Для каждого года характерно наличие двух или трех максимумов активности за сезон, попадающих на вторую декаду июня и конец июля-нача-

30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

08.06. 22.06. 06.07. 20.07. 03.08. 17.08. 31.08. 01.06. 15.06. 29.06. 13.07. 27.07. 10.08. 24.08.

Рис. 1. Сезонный ход грозовой активности за четыре года наблюдений (1 — 2009 г., 2 — 2010 г., 3 — 2011 г., 4 — 2012 г.). По оси ординат приведено количество грозовых разрядов; по оси абсцисс — даты (с 1 июня—по 31 августа).

ло августа. Вероятно, такие всплески грозовой активности связываются с ежегодным выходом южных циклонов и становящимися более редкими в летний период западных циклонов, приводящих к резким изменениям погоды [1]. Резкий спад уровня, следующий за такими пиками, связывается с затоком арктических воздушных масс, формирующих антициклон. Подобная картина наблюдалась нами и в предыдущие годы [2, 3]. В 2012 г. отмечается смещение обоих максимумов к середине лета.

Результаты наблюдений в 2011 г. были сопоставлены с наблюдениями на одиннадцати метеостанциях [4], расположенных в зоне действия используемого в данной работе грозопеленгатора. На рассматриваемой территории в период с начала проявления грозовой деятельности 25 мая до 28 августа включительно по данным метеослужбы было отмечено 59 дней с грозой, а по данным с грозопеленгатора — 63 дня. Причины расхождений количества дней с грозой на наблюдаемой территории, зарегистрированных прибором (превышение на 8 дней с грозой), но не отмеченных ни на одном из рассмотренных метеопунктов, могут быть объяснены прохождением грозового облака в пространстве между метеостанциями или кратковременной продолжительностью (менее 3 ч) и непопаданием в сроки наблюдений. Несовпадения отсутствуют в центральной зоне наблюдений, ограниченной пунктами — Чурапча, Намцы, Бердиге-стях, и их количество увеличивается с увеличением расстояния от Якутска до станции. Таким образом, можно отметить полное сов

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком