Исследование влияния гидрометеоров на инициирование разряда из искусственной грозовой ячейки и характеристики его электромагнитного излучения
Аннотация
Представлены результаты экспериментальных исследований влияния гидрометеоров на инициирование разряда из искусственной грозовой ячейки отрицательной и положительной полярности. С помощью вейвлетного анализа выполнено исследование спектральных характеристик электромагнитного излучения разрядов, формирующихся с участием гидрометеоров. Установлено, что в зависимости от полярности облака гидрометеоры провоцируют формирование облачных, канальных и диффузных разрядов между облаком и землей. Выявлено влияние места расположения массива гидрометеоров в промежутке между облаком и землей на вероятность инициирования разряда и характер спектра его электромагнитного излучения. Найдено, что при положительной полярности облака наибольшая вероятность инициирования облачных разрядов достигается при частичном нахождении группы гидрометеоров в облаке, а при отрицательной полярности — при нахождении массива гидрометеоров вблизи нижней границы облака. Для формирования канальных разрядов с участием гидрометеоров установлена обратная тенденция. Анализ спектра электромагнитного излучения показал, что при формировании облачных разрядов с участием гидрометеоров при отрицательной полярности грозовой ячейки с вейвлетном спектре выделяется диапазон частот, превышающих 1 ГГц. Для облачных разрядов на гидрометеорах предельные частоты и частоты, соответствующие максимальной интенсивности, в вейвлетных спектрах сигналов при отрицательно заряженном облаке существенно выше, чем при положительно заряженной ячейке. Аналогичная тенденция установлена для канальных разрядов между облаком и землей, формирующихся с участием гидрометеоров. Таким образом, наличие в грозовом облаке областей с достаточно большой концентрацией крупных гидрометеоров может существенно модифицировать процессы инициирования и распространения разрядов, формирующихся внутри грозового облака и между грозовым облаком и землей, и спектр их электромагнитного излучения.
Литература
2. Rakov V.A. A review of recent progress in studying physics of lightning //Материалы 7 Всерос. конф. по атмосферному электричеству. СПб., 2012.
3. Gurevich A.V., Zybin K.P., Roussel-Dupre R.A. Runaway electron mechanism of air breakdown and preconditioning during a thunderstorm // Phys. Lett. A. 1992. V. 165. Р. 463—468.
4. Nguyen M.D., Michnovsky S. On the initiation of lightning discharge in a cloud. The lightning initiation on precipitation particles // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 26675—26680.
5. Petersen D., Bailey M., Hallett J., Beasley W. Laboratory investigation of corona initiation by ice crystals and its importance to lightning // Q. J. R. Meteorol. Soc.2014. Vol. 141. P. 1283—1293.
6. Mazur V., Taylor C.D., Petersen D.A. Simulating electrodeless discharge from a hydrometeor array //J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2015. V. 120. N 20. P. 10879—10889.
7. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Л: Гидрометеоиздат, 1990.
8. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией // УФН. 2000. Т. 170. № 7. С. 753—769.
9. Василяк Л.М. и др. Исследование электрических разрядов вблизи искусственного заряженного аэрозольного облака и их взаимодействие с лазерной искрой // ТВТ. 2003. Т. 41. № 2. С. 200—210.
10. Betz H.D., Schumann U., Laroche P. Lightning: Principles, Instruments and Applications. Review of Modern Lightning Research. Springer, 2009.
11. Rakov V.A. Electromagnetic Methods of Lightning Detection, Surveys in Geophysics. 2013. V. 34. N 4. DOI 10.1007/s10712-013-9251-1.
12. Nag A., Murphy M.J., Schulz W., Cummins K.L. Lightning location systems: Insights on characteristics and validation technique. Earth and Space Science. AGU Publ., 2015. DOI: 10.1002/2014EA000051.
13. Esa M.R.M., Ahmad M.R., Cooray V. Wavelet analysis of the first electric field pulse of lightning flashes in Sweden // J. Atmospheric Res. 2014. V. 138. Р. 253–267.
14. Темников А.Г., Орлов А.В., Болотов В.Н., Ткач Ю.В. Исследование характеристик искрового разряда между искусственным облаком заряженного водного аэрозоля и землей // ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 7. С. 52—59.
15. Temnikov, A.G. Using of artificial clouds of charged water aerosol for investigations of physics of lightning and lightning protection // IEEE Lightning Protection (ICLP) Intern. Conf. 2012. DOI: 10.1109/ICLP.2012.6344279.
16. Sharma S.R., Cooray V., Fernando M., Miranda F.J. Temporal features of different lightning events revealed from wavelet transform // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Phys. 2011. V. 73. Р. 507—515.
17. Temnikov A.G., Chernensky L.L., Orlov A.V., Belova O.S., Zimin A.S. Spectral characteristics of discharges from artificial charged aerosol cloud // IEEE Lightning Protection (ICLP) Intern. Conf. 2014. Р. 1312—1319. DOI: 10.1109/ICLP.2014.6973333.
18. Rakov V.A., Uman M.A. Lightning: physics and effects. México: Cambridge University Press, 2003.
19. Nag A., Rakov V.A. Compact intracloud lightning discharges: 1. Mechanism of electromagnetic radiation and modeling // J. Geophys. Res. V. 115. D20102. DOI:10.1029/2010JD014235, 2010.
