Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Многоволновое активно-пассивное зондирование конвективных (грозовых) облаков

ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Многоволновое активно-пассивное зондирование конвективных (грозовых) облаков"

На правах рукописи

СТАСЕНКО ВАЛЕРИЙ НИКИФОРОВИЧ

МНОГОВОЛНОВОЕ АКТИВНО-ПАССИВНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ (ГРОЗОВЫХ)

ОБЛАКОВ

2 5.0030 — Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

Нальчик-2004 г.

Работа выполнена в филиале ГГО им. А.И.Воейкова -Научно-исследовательском центре дистанционного зондирования атмосферы

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Георгий Георгиевич Щукин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Неон Александрович Арманд

доктор физико-математических наук Мусаби Ногманович Бейтуганов

доктор физико-математических наук Николай Сергеевич Ким

Ведущая организация:

Военно-Космическая Академия им. А.Ф.Можайского (г.Санкт-Петербург)

Защита состоится «28» декабря 2004 года в 13.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 327.001.01 при Высокогорном геофизическом институте по адресу: 360030, КБР, г. Нальчик, пр. Ленина, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Высокогорного геофизического института по адресу: 360030, КБР, г. Нальчик, пр. Ленина, 2.

Автореферат разослан

« Аа&с^Ц 2004 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета, доктор географических наук

В.В.Разумов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Грозы сопровождают многие опасные атмосферные явления и процессы: градо- и торнадосодержащие облака, мезомасштабные конвективные комплексы, циклоны умеренных и тропических широт. Применение дистанционных методов обнаружения гроз (РЛС различных диапазонов радиоволн, системы и датчики типа ALDF, LDAR, SAFIR, OLS, LIS и др.) показало, что электрические процессы в облаке свидетельствуют не только о его существенной микрофизической перестройке, но и предшествуют опасным явлениям погоды (ОЯ), т.е. они фактически являются предикторами ОЯ. К таким предикторам можно отнести резкое увеличение числа внутриоблачных молний (до 60 р/мин и более) за 10-15 мин до появления торнадо или за 5-10 мин до формирования опасных для авиации шквалов (микробарстов). В градовых облаках происходит реверс полярности молний с преимущественно отрицательной на положительную (в период формирования градовых частиц и выпадения града) и обратно (после его окончания).

Внедрение в мировую практику гидрометеорологического обеспечения новых технологий дистанционного наблюдения гроз сопровождается накоплением фактических данных об особенностях электрической активности облаков, которые в силу определенных причинно-следственных связей с некоторой заблаговременностью дают информацию об ОЯ. Исследование физического существа и устойчивости таких связей в различных синоптических и физико-географических условиях является актуальной задачей. Однако до настоящего времени методические подходы к ее решению недостаточно проработаны, т.к. не установлены закономерности эволюции грозовой активности (ГА) в облаках различного происхождения (внутримассовых, фронтальных), причины большой изменчивости пространственно-временных характеристик грозовых разрядов (ГР) в таких облаках.

В многочисленных программах исследования гроз используются разнообразные технические средства и при сопоставлении их результатов следует учитывать, что разные датчики «видят» грозу по-разному и, в свою очередь, гроза опасна для различных производств, служб и населения также по-разному. К интерпретации данных наблюдательных систем необходим подход, основанный на возможно более полном учете динамических и физических свойств атмосферных явлений и процессов, в которых имеют место грозы.

В СССР получили развитие специализированные наблюдения за грозовыми облаками и молниями с помощью метеорологических и имеющихся у служб управления воздушным движением РЛС, радиоприемных устройств различного диапазона радиоволн. Коллективы под

руководством В.Д.Степаненко, Л.Г.Ка

тс. М'№ш!1»ая>|:

БИБЛИОТЕКА I

уществляли измерения

С.Псте?б*г (мЛ РЭ 100

параметров эхо-сигналов молний и их электромагнитного излучения (ЭМИ), что позволило в сопоставлении с радиоэхо облаков и осадков изучать закономерности ГА облаков на севере и юге ETC. Однако физико-географические условия районов работ и значительно отличающиеся по своим динамическим, микрофизическим и электрическим свойствам облака придали определенную специфику этим исследованиям. Фактически решались разные задачи: изучение грозо-градовых процессов, поиск физических предикторов предгрозового состояния облаков в горных условиях; исследование грозовой активности облаков на равнине

Исследованию грозовых облаков посвящено много работ. Однако, несмотря на появление более точных методов и средств обнаружения ГР, построения каналов молний в пространстве, взаимосвязь динамики облака, степени его опасности с ходом в нем грозы во многом остается областью предположений. Это связано, прежде всего, с отсутствием в Российской Федерации сети автоматических грозопеленгаторов-дальномеров (АГПД), которая совместно с оперативными МРЛ штормооповещения позволила бы решить такую задачу. Поэтому результаты специально организованных исследований грозовых облаков на полевых экспериментальных базах по активному воздействию на гидрометеорологические процессы (АВ) Росгидромета в 80 - 90-х годах и реализованный при этом научно-методический подход не утратили своей актуальности и могут быть положены в основу концепции создания оперативной сети АГПД. Кроме того, недостаточный уровень теоретических исследований, численного моделирования электрического состояния облаков придает большую значимость достоверным экспериментальным данным о закономерностях грозы.

Таким образом, в связи с интенсивным развитием в последние годы дистанционных методов обнаружения грозовых облаков, своевременный диагноз и прогноз опасных явлений, связанных с облачной атмосферой, приобретают большое научное и практическое значение как для физики облаков в целом, так и для оперативного штормооповещения различных отраслей экономики и населения, управления и контроля эффективности АВ.

Цель работы состоит в исследовании закономерностей развития грозовых облаков, эволюции их радиолокационной структуры и грозовой активности на протяжении периода существования с помощью комплекса наземных радиотехнических средств (РТС) и самолетов-метеолабораторий.

Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи:

- выделение с наибольшей достоверностью предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий конвективных облаков;

- определение статистических характеристик параметров радиоэхо облаков, соответствующих этим стадиям;

- разработка метода идентификации в грозовых облаках источников радиолокационных отражений на Х = 11,35 и 200 см при одновременной регистрации их ЭМИ;

- определение параметров радиоэхо грозовых разрядов на X = 11, 35 и 200 см и их сопоставление с эволюцией радиоэхо облаков на X = 3,2 и 10 см;

- разработка методологии проведения синхронных наземных и самолетных измерений электрических характеристик облаков.

Научная новизна

Впервые выполнены комплексные исследования закономерностей грозовой активности облаков с использованием активно-пассивных наземных РТС и самолетов-лабораторий на севере ETC. В том числе, создана полевая экспериментальная база (ПЭБ Тургош) Росгидромета по АВ на 60° с.ш. и выполнены многолетние (1973-1996) исследования естественного хода грозовой активности в облаках внутримассового и фронтального происхождения.

В результате выполнения работ: - усовершенствован метод многоволнового активно-пассивного зондирования грозовых облаков, основанный на комплексном и синхронном усвоении радиолокационных, радиотеплолокационных, радиоприемных и самолетных данных;

- создан комплекс РТС обнаружения облаков и ионизированных каналов молний различного типа (внутриоблачных разрядов и разрядов на землю), что позволило выполнить ряд исследований прикладного характера в области грозового электричества;

- получены новые физические данные об электрическом состоянии облаков с помощью наземного комплекса РТС и самолетов-лабораторий.

- определены параметры радиоэхо облаков в предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадиях при достоверном контроле времени начала и окончания грозовой активности в облаке;

- установлено взаимное расположение в облаках зон различной отражаемости, интенсивности осадков, повышенной турбулентности и молниевой активности. Разработан и защищен патентом РФ способ уменьшения обледенения самолетов путем АВ на переохлажденную часть облака;

- определены закономерности грозовой активности в одно- и многоячеистых облаках внутримассового и фронтального происхождения.

Практическая значимость работы

Полученный в работе опыт комплексных исследований мощных конвективных облаков может быть использован в программах и проектах, связанных с: а) изучением опасных и

стихийных явлений (грозо-градовые и смерчесодержащие облака, мезомасштабные конвективные комплексы, тропические циклоны); б) оценкой влияния гидрометеорологических условий на распространение радиоволн; в) определением работоспособности (вероятности обнаружения, точностных характеристик) датчиков молний различного типа (в т.ч. и космических); г) проведением ракетных и самолетных работ по воздействию на облака, осадки, грозы и др.

На базе созданного на ПЭБ по АВ (Тургош) ГГО комплекса РТС на протяжении 19731996 гг. в интересах различных заказчиков:

- проведены сравнительные испытания, в т.ч. государственные, автоматических грозопеленгаторов различного типа: Оранж и Очаг-2П (НИИ ИТ, г. Челябинск), Верея-М (12 ГУМО РФ), малая сеть грозопеленгаторов (ОКТБ ЛГУ);

- проведены первые наземные сравнительные испытания бортовых РЛС типа РОЗ-1, Эмблема, Гроза-62 и МРЛ-1 (ГосНИИ ГА);

- проведены испытания сети приборов измерения напряженности электрического поля, оснащенной телеметрическими каналами (МЭИ);

- испытаны счетчики молниевых разрядов в интересах защиты высоковольтных линий электропередач (Томский политехнический институт);

- разработаны методические рекомендации по метеообеспечению взлета и посадки космического корабля «Буран», основанные на использовании наземных РТС и самолета-лаборатории (НПО «Энергия»);

- разработаны методические указания по обходу зон грозовых облаков в целях обеспечения безопасности полетов авиации (ГосНИИ ГА, г. Санкт-Петербург);

- проведены многолетние совместные исследования различных метеообразований наземными РТС ПЭБ и самолетами-лабораториями ЦАО (Н-16), НПО «Ленинец» (Ан-26), НПО «Взлет» (Ил-18, Ан-12) и ряда других организаций, в том числе по специальным программам.

На защиту выносятся следующие положения и результаты работ:

1. Усовершенствованный метод многоволнового активно-пассивного дистанционного зондирования (ДЗ) грозовых облаков и его техническая реализация в виде комплексов РТС ВИКИ им. А.Ф.Можайского и ГГО им. А.И.Воейкова.

2. Новые закономерности и результаты в области физики грозы, динамики развития и грозовой активности мощных конвективных облаков внутримассового и фронтального происхождения.

3. Пространственно-временные характеристики грозовой активности, наблюдаемой РЛС различных диапазонов радиоволн (11, 35 и 200 см).

4 Методология организации и результаты исследований грозовых облаков с помощью наземного комплекса РТС и самолетов-лабораторий

5 Метод проверки точностных характеристик и вероятности обнаружения грозовых разрядов грозопеленгаторами-дальномерами, грозорегистраторами различных конструкций при их работе совместно с комплексом РТС ПЭБ

Личный вклад и апробация работы

Основные научно-методические и технические результаты работы получены автором лично или под его руководством в ходе создания и проведения наблюдений на комплексах РТС на полигоне ВИКИ им А Ф Можайского и экспериментальных базах ГГО им А И Воейкова (в Ленинградской области и Крыму), на которых выполнялись работы по исследованию грозовых облаков, АВ на них и изучению влияния метеообразований на распространение радиоволн Наряду с этим, автором разработаны алгоритмы синхронной обработки с помощью ПЭВМ информации РЛС различных диапазонов радиоволн об эволюции грозовой активности Автором проведен анализ и интерпретация всех вошедших в диссертационную работу результатов, получены физические выводы и дано их обоснование, подготовлены предложения по дальнейшему развитию работ в области исследования грозо-градовых облаков и АВ на них

Результаты диссертационной работы опубликованы в 65 научных трудах

Основные результаты работы были представлены на Всесоюзных

симпозиумах по атмосферному электричеству (г Ленинград, 1976 и 1984гт, г Тарту, 1986г ), I Всесоюзном симпозиуме по радиофизическим методам исследования (г Ленинград, 1977г), IV, VI и VII Всесоюзных совещаниях по радиометеорологии (г Москва, 1978г, г Таллинн, 1982г, г Суздаль, 1986г), I Всесоюзной научно-технической конференции по безопасности полетов (Киев, 1981 г), Всесоюзном семинаре по техническим средствам для государственной системы контроля природной среды (г. Обнинск, 1981 г), IV Всесоюзной научно-практической конференции по безопасности полетов (г Ленинград, 1985г ), Международных

конференциях по атмосферному электричеству (г Уппсала, 1988г , г Санкт-Петербург, 1992г , г Осака, 1996 г, г Версаль, 2003г), Технической конференции ВМО по инструментам и методам наблюдений (ТЕСО-92, г Вена, 1992г), 26-й Международной конференции по радиолокационной метеорологии (г Бостон, 1993г), Совещании ВМО по измерениям характеристик облаков (г. Мехико, 1997г), 7 и 8-й Научных конференциях ВМО по активным воздействиям (г. Чианг Май, 1999г, г Касабланка, 2003г), Всероссийской научной конференции по дистанционному зондированию земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами (г Муром, 2001 г), XV Международной конференции по плановым и непреднамеренным воздействиям (г. Альбукерк, 2001 г), Всероссийской

конференции по физике облаков и активного воздействия на гидрометеорологические процессы (г.Нальчик, 2001г.); XXI Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» (г.С.Петербург, 2003г.), V Российской конференции по атмосферному электричеству (г.Владимир, 2003г.).

Содержание работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии (191 наименование); содержит 241 страницу, включая 89 рисунков и 38 таблиц.

В первой главе сделан краткий обзор параметров, характеризующих электрическое состояние облаков, и возможностей их дистанционного измерения. Рассмотрены существующие методы измерения таких параметров и их ограничения при исследовании эволюции грозовой активности.

Наиболее приемлемыми для контроля электрических характеристик облаков являются самолетные и наземные (сетевые) измерения напряженности электрического поля (Еп). Однако здесь возникает ряд методических и технических проблем: проведение бортовых измерений должно сопровождаться измерением параметров облаков по траектории полета самолета (электрические характеристики часто определялись без анализа отражаемости и других пространственно-временных параметров облака, т.е. без надлежащего учета свойств объекта, в котором имеют место электрические процессы), а использование нескольких ПНП вызывает необходимость создания единого пункта сбора информации от отдельных датчиков, т.к. одиночные ПНП имеют ограниченный радиус действия (не более 4-5 км) и на их показания влияет эффект перемещения облака: его приближение сопровождается ростом а удаление -уменьшением Еп, что искажает реальную картину электрического состояния облака.

Измерение электрического поля конвективного облака с помощью специальных радиозондов, доставляемых самолетами или ракетами, не всегда позволяет получить достоверные данные, т.к. они могут не пройти через области основных зарядов облака.

Отмечено, что в части определения взаимосвязи электрических, микрофизических и динамических характеристик облаков наиболее обобщенными остаются данные самолетных наблюдений И.М.Имянитова, позволившие на ограниченном материале систематизировать электрические свойства конвективных облаков на разных стадиях развития и начать сопоставление электрических и других (метеорологических) характеристик таких облаков. Известные ограничения контактных методов исследования гроз определили необходимость применения средств дистанционного зондирования.

В конце 60-х - начале 70-х годов в СССР получили развитие специализированные

наблюдения за грозовыми облаками и молниями с помощью РЛС. Измерение параметров эхо-сигналов молний и их ЭМИ позволило в сопоставлении с радиоэхо облаков и осадков изучать закономерности грозовой активности таких облаков.

В Ленинградской области комплексные радиотехнические исследования гроз были начаты под руководством В.Д.Степаненко и С.М.Гальперина в ВИКИ им. А.Ф.Можайского и имели своей целью, в частности: изучение радиолокационных характеристик грозовых разрядов в метровом и дециметровом диапазонах, параметров ЭМИ ГР в KB, CB и СДВ диапазонах; определение параметров радиоэхо кучево-дождевых облаков в сантиметром и дециметровом диапазонах радиоволн.

В восточной Грузии (Алазанской долине) и в Ставропольском крае (в районе Ессентуков) ЛГМИ под руководством Л.Г.Качурина и ВГИ под руководством М.И.Медалиева были организованы радиолокационные комплексы в горных районах, отличающихся интенсивной грозовой деятельностью. В последствии исследования гроз были продолжены ВГИ на полигонах в Республике Кабардино-Балкария.

Состав используемых для наблюдений за грозовыми облаками в указанных районах радиотехнических средств был примерно одинаков (РЛС МРЛ-1; 2; 5, ДРЛ-7, ПРВ-10, П-15, П-12), что определило некоторое сходство реализованных программ исследований. Однако физико-географические условия районов работ придали определенную специфику этим исследованиям. Отличия в динамике и пространственной структуре облаков на юге и севере ЕТР сказываются на характерном пространственно-временном масштабе и интенсивности гроз. В Ленинградской области (на равнине) наблюдаются одно- и многоячеистые грозовые облака, на юге России (в предгорьях и горных районах) грозо-градовые процессы имеют преимущественно многоячеистую и суперъячеистую радиолокационную структуру. На 60° с.ш. впервые были обнаружены аномально активные грозовые облака (с интенсивностью грозы 60 р/мин и более), в которых отмечались зоны постоянного отражения на

В Ставропольском крае и Республике Кабардино-Балкария велись наблюдения за трансформацией радиолокационных характеристик градовых облаков, выпадением града и грозовой активностью. Было установлено, что облако становится градоопасным, если интенсивность грозы превышает 20 р/мин. При очень интенсивном (катастрофическом) градобитии в облаке фиксируется до 80-100 р/мин. В целом отмечена тесная взаимосвязь между появлением в облаке частиц твердых осадков и грозовой активностью. Установлен факт сдвига максимума ГА в тыловую часть грозового очага и постепенного увеличения линейного размера ГР к окончанию грозы.

С.М.Сижажевым указывается на наличие прямой связи между интенсивностью грозы и размером градовых частиц. Гроза обычно начинается за 5-10 мин до начала градообразования и

продолжается 10-15 мин после его завершения. В 84% случаев диаметр градин достигает максимальных размеров на 5-17 мин раньше, чем ГА достигнет своего максимума.

На полигоне ЛГМИ в Алазанской долине в рамках изучения особенностей ГА в горных условиях, поиска предикторов предгрозового состояния облаков активно-пассивные радиолокационные наблюдения показали:

наличие электрически активных ячеек - локальных областей в общем пространственно-временном распределении эхо-сигналов ГР - размером 2-10 км и продолжительностью 10-15 мин;

- смещение центра ГА (максимума повторяемости молний по дальности) до 15 км относительно расположения максимума отражаемости облака в его тыловую часть;

- наличие нетеплового радиоизлучения (НТРИ), обнаруживаемого в И до 50 км остронаправленными антеннами с коэффициентом усиления О = 100-200 и имеющего достаточно стационарный характер. Л.Г.Качуриным с соавторами вводится обобщенная функция, количественно характеризующая степень грозовой опасности каждой точки пространства - комплексный критерий грозоопасности, который может иметь практическое значение для авиации при идентификации условий возможного поражения самолета молнией.

Анализ данных об условиях возникновения ГР, полученных доступными для различных исследователей средствами, показывает, что в облаках существуют электрически активные области (зоны) формирования зарядов, достаточных для возникновения и поддержания молний, и эти зоны имеют определенную взаимосвязь с ОЯ. В основу разработок в США новых наземных и спутниковых грозопеленгационных систем закладывается задача идентификации опасных свойств (состояний) конвекции. Открываются специальные программы по исследованию корреляции между параметрами ГА и конвективными особенностями шторма.

В плане обоснования физических свойств электроактивных зон (ЭАЗ) облака в работе рассматривается возможность существования объемов облака, где одновременно находятся кристаллические, поликристаллические и жидко-капельные частицы при температуре от -10° до -40°С, пропорциональная концентрация которых обеспечивает эффективный процесс увеличения зарядов облака определенного знака путем соударения частиц. Отмечена необходимость применения дистанционных методов зондирования грозовых облаков как для исследования физических свойств ЭАЗ в облаках, так и для анализа особенностей развития облаков в мезомасштабе.

Во второй главе проводится научно-методическое обоснование применения активно-пассивных РТС для измерения параметров грозовых облаков, находящихся на различных

стадиях развития. Для этого на основании существующих данных о предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадиях облаков выбраны технические средства, способные достоверно идентифицировать эти стадии. При этом реализован метод многоволнового активно-пассивного зондирования облаков и грозовых процессов в них, обеспечивший физическую интерпретацию экспериментальных данных.

Радиолокаторы сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов радиоволн (МРЛ-1, ПРВ-10, ДРЛ-7 и П-12) измеряли параметры облаков, осадков и грозовых разрядов различного типа, а радиоприемные устройства УКВ, KB, CB, и СДВ диапазонов и регистратор формы импульсов (РФИ-860) - амплитудно-частотные характеристики ЭМИ грозовых облаков. Автоматические грозопеленгаторы-дальномеры различной конструкции (ПАГ-1, Очаг-2П, Оранж, Верея-М, ALDF-141T) осуществляли контроль за развитием грозовой активности в R до 200 км от ПЭБ. Работа АГПД совместно с комплексом РТС позволила, в свою очередь, определить их работоспособность (вероятность обнаружения ГР и точностные характеристики). Внешний вид комплекса активно-пассивных РТС приведен на рис.1, его блок-схема - на рис. 2.

Объединение данных РТС осуществлено на основании изучения особенностей раздельного обнаружения грозовых облаков и разработки метода комплексирования данных, способствующего дальнейшему пониманию существа наблюдаемых процессов, разнообразие которых еще не находит адекватного объяснения.

Усвоение (документирование) и последующая обработка разнообразной информации стали возможными после решения следующих научно-методических задач:

- достоверного выделения предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий конвективных облаков;

- определения статистических характеристик параметров радиоэхо облаков, соответствующих этим стадиям;

- определения параметров радиоэхо ГР в метровом и дециметровом диапазонах и сопоставления их с эволюцией облаков, наблюдаемых МРЛ;

- разработки метода идентификации в грозовых облаках источников радиолокационных отражений в метровом и дециметровом диапазонах при одновременном использовании данных регистрации ЭМИ;

- определения закономерностей эволюции радиоэхо облаков и ГР.

Это стало, в свою очередь, возможным благодаря решению ряда технических вопросов, в частности:

- организации единого запуска всех РЛС для обеспечения электромагнитной совместимости и возможности многоканальной регистрации данных;

- осуществлению преобразования аналоговых выходных сигналов РЛС в цифровые для

Рис 1 Комплекс радиотехнических средств ПЭБ по АВ Тургош ГГО им А И Воеикова

Рис. 2. Блок-схема активно-пассивных радиотехнических средств, используемых для исследования грозовых облаков

обработки данных с помощью ПЭВМ;

- совмещения во времени поимпульсной регистрации радиоэхо молний с записью их ЭМИ и сигналов точного времени.

Принцип совмещения радиолокационной и радиоприемной информации о ГР отражен на рис. 3, где в качестве примера приводятся результаты одновременного обнаружения на Х = 11 и 200 см вспышки молнии, состоящей из 3-х обратных ударов (ОУ), и соответствующая последовательность импульсов их ЭМИ на частотах 7 и 500 кГц. Временная последовательность максимумов радиоэхо (Рг макс) и импульсов ЭМИ иллюстрирует процесс развития каналов молнии внутри облака между локальными зонами электрических зарядов, прерываемый обратными ударами. Сравнительный анализ радиоэхо ГР на различных X с их излучением в разных диапазонах радиоволн позволяет достовернее идентифицировать источник радиолокационного отражения: ГР различного пространственно-временного масштаба и типа, количество ОУ и их расположение в облаке.

Возможности обнаружения облаков, осадков и грозовых разрядов с помощью РЛС МРЛ-1, ПРВ-10, ДРЛ-7 и П-12 определены с помощью уравнений радиолокации объемной и

Рис. 3. Принцип совмещения радиолокационной и радиоприемной информации о вспышке молнии, состоящей из 3 обратных ударов:

а) схематическое представление молнии и ее наблюдения различными РЯС,

б) поимпулъсная последовательность радиоэхо и сигналов ЭМИ молний

одиночной цели, что позволило оценить их метеорологическую эффективность (способность обнаруживать указанные метеоцели на различном удалении и измерять их амплитудно-временные характеристики). Экспериментальная проверка этих расчетов путем измерения эффективной поверхности рассеивания (а) ГР с помощью РЛС П-12 и ДРЛ-7 показала, что диапазон изменения о молний достигает 4-х порядков (до 10 м ), а за время существования радиоэхо ГР (т = 0,6-0,8 с и более) радиолокатор фиксирует 150-200 отраженных от

ионизированных каналов ГР импульсов. В связи с тем, что ГР имеют сложную конфигурацию, в двух дополнительных РЛС П-12 и ДРЛ-7 была изменена поляризация радиоволн (с горизонтальной - на вертикальную - Эта мера способствовала увеличению на 17 % общего числа фиксируемых РЛС разрядов, т.е. приблизиться к истинному количеству ГР, имевших место в облаке. В целом разработанный метод применения активно-пассивных РТС обеспечил достоверное обнаружение облаков, осадков и ГР, а также комплексирование данных с целью изучения динамических, микрофизических и электрических свойств облаков на протяжении периода их существования.

Данные о расположении в облаках ГР были использованы в испытаниях, в т.ч. государственных, АГПД Очаг-2П и Оранж, системы Верея-М, а также серийного грозопеленгатора ЛЬЭБ-141Т (производство США). Испытания показали неспособность Очага-2П и Оранжа достоверно определять начало и окончание грозы (начало грозы фиксировалось с запаздыванием до 12 и более минут), т.е. непригодность их к оперативной работе. Испытания большебазовой (расстояние между пунктами ~ 800 км) грозопеленгационной системы следующего поколения «Вереи-М» показали достаточно высокую точность этой системы (координаты ГР ложились в поле радиоэхо молнии, зафиксированной РЛС П-12). Результаты испытаний в июле-августе 1996 г. ЛЬЭБ-141Т дали представление о распределении параметров ГР (полярность, количество ОУ, величина тока в ОУ и др.) в облаках внутримассового происхождения в И до 200 км от ПЭБ. Оказалось, что количество ОУ во вспышке молнии на 60° с.ш. достигает 8-10, а разброс в 3-7 раз средних значений тока, времени роста амплитуды тока до максимума в различные дни может свидетельствовать об отличиях микрофизических и динамических свойств облаков. Это требует дальнейшего исследования.

В третьей главе приведены результаты измерений характеристик грозовой активности облаков с помощью РТС ПЭБ, в частности, параметры ЭМИ и эхо-сигналов молний, измерявшихся РЛС метрового и дециметрового диапазонов (рис. 4).

Наблюдения молний РЛС П-12 и ДРЛ-7 с разной поляризацией радиоволн показали, что: средние значения ЭПР на X = 200 см (0200) и н а = 35 с (ом) в И до 100 км на обеих поляризациях составили 50-370 м2. Максимальные значения вспышек молний достигали 103 м2, а радиус радиолокационного обнаружения молний не превысил 150-200 км; средние значения длительности существования радиоэхо в И до 120 км составили 470 и 300 мс

соответственно, при этом на = 35 и 200 см отличия на обеих поляризациях достигают 60-80 мс (тг > хв). Эти данные свидетельствуют о пригодности РЛС метрового и дециметрового диапазонов для исследования ГР и значительном (пространственно-временном) разнообразии процессов грозовой активности в облаках.

Рис. 4. Примеры фоторегистрации радиоэхо вспышек молний РЛС метр (а), одновременно РЛСМЕТР и РЛСдц(б)

Пространственный (радиальный) размер радиоэхо ГР (Lp) позволяет:

- оценить размеры зон, в которых происходит накопление электрических зарядов, приводящих к возникновению ГР, т.к. вспышка молнии проходит через области основных зарядов облака (иллюстрирует зарядовую структуру облака);

- сформулировать требования к точности определения местоположения молний с помощью АГПД, которые представляют молнию как точечный источник ЭМИ, несмотря на то, что эти источники являются разветвленными излучателями и занимают объемы в сотни км3.

В течение 1985-1988 гг. исследованы возможности по наблюдению гроз РЛС сХ= 11 см (ПРВ-10). Установлено, что каналы молнии она обнаруживает на расстоянии до 250 км в тех случаях, когда антенна РЛС направлена неподвижно на верхнюю часть грозового облака.

В 80% случаев не превышает 300 мс но

может достигать 76 м2. Одновременная регистрация молний на X = 11 И 200 см показала, что РЛС ПРВ-10 способна обнаруживать в промежутках между ОУ слаботочные разряды, которые "подключают" новые области зарядов в облаке к каналу ОУ. На это указывают импульсы ЭМИ на частоте 500 кГц, которые совпадают с максимумами радиоэхо молнии следующими на

(рис. 3). Аналогичные результаты получены с помощью радио-интерферометрической системы SAFIR, которая обнаруживает маломасштабные внутриоблачные разряды длительностью 10-30 мс в промежутках между повторными разрядами вспышки молнии.

С учетом этих фактов в 1990 году исследования были продолжены на МРЛ-5 в г. Хайфоне (СРВ). В соответствии с методом, разработанным на ПЭБ Тургош, в станции были установлены регулируемая задержка импульсов запуска станции для увеличения обзора до 400 км и аппаратура фотосъемки экрана ИКО/ИДВ. На рис. 5 приведено радиоэхо молнии (для выделения ГР на фоне сигнала облака в приемник введено ослабление 12 дБ) на R = 200-220 км. Видно, что радиоэхо ГР размером 20 км и продолжительностью ~ 1 с состояло из 7 ОУ (запись ЭМИ ГР в этих экспериментах не велась). МРЛ-5 фиксировала молнии на R до 360 км.

Особый интерес с точки зрения изучения местоположения ЭАЗ в облаке представляет процесс формирования радиоэхо ГР. Распространение по дальности плазменных каналов стриммеров внутриоблачного ГР (или внутриоблачных составляющих разряда на землю) имеет ступенчатый характер с шагом 2-3 км, при этом области максимальных амплитуд радиоэхо (РГмакс) хорошо различимы и сохраняют свое расположение в течение вспышки молнии. Здесь заметны 8 областей Ргмакс, которые можно считать центрами зарядов (или ЭАЗ), вовлеченными во вспышку молнии. Эти области представляют наибольший интерес для изучения с применением доплеровских и поляризационных (радиолокационных и радиометрических) методов ДЗ, в том числе и в интересах АВ.

Рис 5 Местоположение электроактивных зон в облаке, иллюстрируемое вспышкой молнии длительностью ~ 1 сек, состоящей из 7 ОУпо данным МРЛ-5

В экспериментах по исследованию ЭМИ грозовых облаков с помощью РЛС П-12 определялись длительность порций ЭМИ грозовых облаков, их связь с интенсивностью грозы, с временем существования радиоэхо молний и радиус обнаружения ЭМИ таких облаков Эти эксперименты проводились только в те дни, когда по данным МРЛ в R до 300 км наблюдались одно-два облака. Установлено, что длительность ЭМИ молний близка к времени существования их радиоэхо и зависит от числа повторных разрядов во вспышке молнии, а интенсивность

излучения грозовых облаков достигает 400 имп/с и уменьшается всего в 2 раза по мере их удаления от 100 до 250 км.

В этой главе также рассматриваются вопросы, связанные с моделированием процессов электризации облаков, что необходимо для интерпретации экспериментальных данных, в частности, об ЭАЗ. Наиболее эффективным механизмом электризации в настоящее время считается электризация, возникающая при столкновениях с отскоком ледяных кристаллов с частицами крупы/града. Этот механизм исследовался в лабораторных условиях в Англии и России и в натурных экспериментах в США, включавших радиолокационные наблюдения, самолетные и наземные измерения электрических зарядов ледяных облачных и электрических полей, создаваемых ими.

Предварительные теоретические оценки, основанные на использовании этого механизма, показывают возможность роста электрических зарядов облака до 10-20 Кл. Более строгое решение задачи об электризации ЭАЗ облака, представляющей цилиндрическую область радиуса R и высотой Н, на основе данного механизма электризации проводится с использованием следующей системы уравнений

где - плотности электрического заряда, сосредоточенные на частицах крупы, ледяных

кристаллов, водяных капельках;

- составляющие скорости конвективных движений в цилиндрической системе

координат

- скорости седиментации частиц, усредненные по функциям распределения;

- столкновительные интегралы, описывающие электризацию частиц крупы/града, ледяных кристаллов и водяных капель при столкновениях с отскоком;

- коэффициенты, определяющие потери электрического заряда при столкновениях и за счет электрической проводимости;

- радиальная и вертикальная составляющие напряженности электрического поля; - потенциал электрического поля, создаваемый облачными электрическими зарядами.

+7|;(шР2)=-82 -У2Р2

_ у3)р3 + -¿(гирз) = -вз -УзРз л от. гот

О)

Для интегралов S|, S2, S3 использовалось представление

Sl = 7 JJE2i(D2+D|)2|vl-v2lN1(D,)N2(D2)5qndD,dD2 +

где Е2ь Ез1 - коэффициенты столкновения с отскоком частиц крупы/града с ледяными кристаллами и водяными капельками,, 5qi2, 5qu - заряд, которым обмениваются частицы при одном столкновении; Di, D2, D3 - диаметры частиц.

С использованием (1) и (2) и в предположении и = 0, 5qn = 0, т е. в случае одномерного движения воздушного потока и отсутствия электризации при столкновении частиц крупы/града с водяными частицами были рассчитаны стационарные распределения плотности электрического заряда крупы и мелких ледяных частиц с высотой Z. При этом для 8qi2 использовалось представление

8ql2 =7,3xl044D2|v1(Dl)-v2(D2)|SLf(T) [Кл], где - критическая водность облака, равная 0,1 г/см3, f(t) -

функция переохлаждения облака, определяемая выражением

а также предполагалось, что размеры частиц крупы распределены по экспоненциальному закону, а распределение размеров ледяных кристаллов - монодисперсно.

Найденные распределения pi И р2 с высотой использовались для расчетов напряженности электрического поля на оси цилиндра, с помощью четвертого уравнения системы (1). Проведенные расчеты показали, что в процессе эволюции облака развивается дипольная структура с зарядами внутри

облака достигается напряженность поля т.е. величина близка к пробойному

значению. Из этих расчетов следует вывод, что уже при небольшом расхождении областей, заряженных противоположными знаками, возникают условия для развития внутриоблачных разрядов, которые, как правило, предшествуют разрядам облако-земля. Полученные в этой главе результаты также могут свидетельствовать о взаимосвязи напряженности электрического поля с интенсивностью выпадающих осадков (плотность электрического заряда учетом того, что жидкие осадки образуются из твердой фазы.

В четвертой главе приведены результаты исследований закономерностей эволюции грозовой активности одноячеистых конвективных облаков.

Успешный диагноз и прогноз грозовых облаков, которые в Ленинградской области в 80% случаев развиваются на холодных фронтах и являются многоячеистыми, зависит от понимания закономерностей эволюции элементов конвенции - конвективных ячеек (КЯ) -локальных максимумов отражаемости (2), существующих 20-40 минут, а также многоячеистых облаков, являющихся суперпозицией КЯ. Поэтому в данной главе проанализированы одноячеистые облака и определены особенности их грозовой активности.

Метод исследований предусматривал горизонтальные разрезы КЯ на 5 уровнях высоты (3, 5, 7, 9 и 11 км) с интервалом 5-7 мин и вертикальные разрезы через зону На основе 2-3 таких обзоров определялась тенденция эволюции КЯ, в т.ч. изменение во времени профиля Z = ¡Щ) и верхней границы радиоэхо (Нвг). Наблюдения за ГР начинались при Н,г > 7 км и lgZ й 2 на высоте 5 км. Разделение предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий осуществлялось по времени обнаружения в ячейке первой и последней молний с использованием при этом общий сектор наблюдений в азимутальной

плоскости составил Это позволило контролировать грозовую активность в нескольких

облаках (или участке атмосферного фронта) одновременно. Таким образом были определены средние значения и дисперсии параметров радиоэхо КЯ на указанных стадиях. Ячейки согласно известному радиолокационному критерию грозоопасности У разделялись на группы (I группа: Си —> СЬ, II группа: СЬ? п грозовые СЬя). У ячейки определялись: период существования радиоэхо Т, время достижения 7иакс- ^ время диссипации - отношение ^/Т. Исследовано 110 внутримассовых ячеек. Средние значения и СКО параметров радиоэхо КЯ разных групп приведены в табл.1, а аналогичные статистические характеристики грозовых ячеек в предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадиях - в табл. 2.

Установлено, что период развития ячеек до равен 16-24 мин и составляет

0,3-0,4 Т. Для получения зависимости Z = А^) ячеек определялись средние значения и СКО параметров радиоэхо в следующие моменты времени: (стадия максимального

развития), 0,5 (диссипация).

На рис. 6 в качестве примера приведены значения построенные по 5 точкам для ячеек различных групп. Видно, что можно аппроксимировать квадратичной функцией

вида с быстрым переходом от стадии роста к стадии диссипации.

Обобщенные данные показывают, что:

- скорость изменения 2 на стадии развития КЯ всех групп в 2-2,5 раза больше, чем на стадии диссипации;

- у ячеек всех групп на стадии диссипации в 2 раза больше, чем на стадии роста;

- выделенные по величине облаков имеют в 1,5-3 раза большие значения всех параметров радиоэхо по сравнению с ячейками облаков;

Средние значения и СКО параметров радиоэхо конвективных ячеек

Группа ячеек Параметр радиоэхо I II (7у) II (Р. у) Одноячеистые облака Многоячеистые облака Фронтальные ячейки (II) Фронтальные ячейки (I)

ол 0,5^ 0,51, 11 0,512 0,51, 1. О.Яг 0,51, 1, 0,512 0,51, 0,512 0,51, 1. 0,51; 0,51, <1 0,51г

1 2 3 4 3 6 7 8 9 10 II 12 13 И 15 16 17 18 19 20 21 22

ммб/м3 64 460 90 140 1700 230 300 4400 680 200 1500 240 550 4400 1300 600 4300 960 92 450 160

Огша, мм5/м3 37 240 87 73 800 180 320 3400 790 340 2100 250 680 3500 1200 800 4500 400 52 228 152

а 2 50 - 18 130 - 52 200 - 90 90 - 46 200 - 95 350 - 170 36 - 20

^ , ММ5/ м3 ' мин

ОйМх > мм<,/ ' мин 40 - 9 47 - 36 190 - 78 85 - 39 240 - 120 200 - 150 24 - 11

Л г - 220 - - 900 - - 1300 - - 640 ■ - 1200 - - 1800 - - 205 -

^ , мм6/ м3 ■ км

ОЛгЛЩ , ММ6/ М3 ■ КМ - 150 - - 770 - - 1000 - - 760 - - 970 - - 950 - - 153 -

Н, км - 6.5 - - 7,5 - - 11,0 - • 8 - - 10 - - - - - - -

<7„, КМ - 2,1 - - 1,5 - - 3,5 - - 1,7 - - 6,3 - - - - - - -

О, км - 6 - - 6 - - 8 • - 6,5 - - 8,5 - - 8,5 - - 5,8 -

ов, км - 2,2 - - 1,5 - - 4 - - 2,2 - • 3,5 - - 2,5 - - 1,9 -

Статистические характеристики параметров радиоэхо грозовых ячеек

Параметр Предгрозовая стадия Грозоактивная стадия Послегрозовая стадия

1, мин

-25 -20 -15 -10 -5 1н 5 10 15 -15 -10 -5 1к 5 10 15 20

X 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0 3,2 3,4 3,5 3,6 3,4 3,1 2,9 2,7 2,4 2,2 2,0 1,8

СА 0,2 0,4 0,4 0,4 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4

УА, % 11 19 17 15 10 6 6 9 6 12 13 15 22 25 27 20 22

в" 1,8 2,2 2,3 2,6 2,9 3,2 3,4 3,5 3,5 3,3 3,0 2,8 2,7 2,3 2,3 1,9 1,8

ов 0,4 0,4 0,6 0,6 0,4 0,2 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2

Ув 22 18 26 23 14 6 6 6 6 12 13 21 22 26 17 21 11

с" _ 1,8 1,8 2,1 2,4 2,6 2,8 3,0 3,0 2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 1,7 _

ос - 0,5 0,6 0,6 0,6 0,3 0,3 0,2 0,2 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,4 -

Ус, % - 28 33 29 25 12 11 7 7 11 16 17 24 26 29 24 -

¥ _ _ 1,6 1,8 2,0 2,3 2,5 2,6 2,8 2,0 1,8 1,6 1,4 1,4 1,1 _ „

ОЕ - - 0,4 0,5 0,5 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 - -

УЕ,% - - 25 28 25 17 12 15 И 20 17 19 21 14 18 - -

Н, км 8,5 8,5 9,2 10,2 10,9 11,5 11,9 12,1 12,2 11,4 10,8 10,1 9,2 8,3 7,6 6,9 6,1

Он, км 1,2 1,6 1,4 1,2 1,0 1,0 1,4 1,2 1,2 2,0 2,2 2,2 2,4 2,4 2,4 2,2 1,8

Ун, % 14 19 15 12 9 9 12 10 10 18 20 22 26 29 32 32 30

Б, км 5,0 5,8 6,8 7,5 7,8 8,5 9,6 10,3 11,7 11,1 10,6 9,6 9,2 8,6 8,4 6,9 5,8

Оо, км 1,2 1,3 1,3 1,7 1,9 2,2 2,4 2,4 2,2 2,9 3,0 2,8 2,8 2,8 2,2 1,5 1,2

Ус, % 24 22 22 23 24 26 25 23 19 26 28 29 30 33 26 22 21

Примечание: в таблице обозначено: А = Ъ „акс, В = = Ъ! Е = (й\%Х1 с1К)7

Рис. 6 Эволюция радиоэхо конвективной ячейки на различных уровнях высоты (а) и средних значений Т„аксРазличных групп ячеек (б)

- ячейки СЬц облаков характеризуются наибольшим рассеиванием параметров радиоэхо;

- рассеивание параметров ¿2/(Ж., Нвг грозовых ячеек в предгрозовой стадии в 1,5-2 раза меньше по сравнению с послегрозовым периодом;

- значительное увеличение рассеивания параметров радиоэхо в 2-3 раза имеет место к окончанию грозоактивного периода;

- к моменту появления ГР рассеивание параметров ^2макс> Н„г уменьшается, приобретая наименьшее значение в первые 15 мин грозы;

- в среднем значения параметров lgZшlic, \gZij сЕЛШ., Нвг в начале грозы в 1,2-1,6 раза больше, чем в ее окончании;

- первые ГР в ячейке появляются через 15-20 мин после начала осадков и за ~ 10 мин до того момента, когда параметры достигают максимальных значений, а продолжаться гроза в ячейке может в течение 30-40 мин после этого;

- достоверность значения У = 25, указывающего на переход облака в грозовое состояние, подтверждается РЛС П-12. Однако в финальной стадии грозы, когда уменьшается частота ГР, величина Y может составлять 5-10 и давать ложную информацию об отсутствии грозовой опасности;

- в первые 15-25 мин развития грозовой ячейки зона 2иакс находится на высоте ~7 км и

затем смещается в ее нижнюю часть;

- в 73% случаев максимум грозы в ячейках наблюдался при Н^макс > 5 км.

Для оценки взаимного расположения в КЯ зон осадков и ГР:

- определялось количество ГР, обнаруженных в зонах осадков различной интенсивности (I), а также за их пределами как во фронтальной, так и тыловой частях облака;

- устанавливалось расстояние ДЯ между радиоэхо ГР и зоной 1макс;

- определялась зависимость которой характеризуется распределение ГР в ячейке на стадии грозы относительно зон различной отражаемости.

В целом в 53 грозовых облаках с 1макс > 15 мм/час 82 % ГР обнаружены в зоне осадков с I < 10 мм/час и только 18 % - в более интенсивных осадках. Разряды вне осадков распределились следующим образом: 11 % в передней части движущейся ячейки, а 89 % - в тыловой. ГР выходят за пределы зоны осадков: опережают эту зону на км и

распространяются в тыловую часть облака на (имели место удаления до 40 км).

Сопоставление местоположения ГР с полем отражаемости облака показало, что молнии могут появляться как в зоне так и в областях с отражаемостью на 3-4 порядка ниже. В

первом случае обнаружено 28 % ГР, а 72 % ГР зафиксировано там, где Оказалось, что распределение молний в облаке зависит от стадии его развития (на стадии роста расположение молний более компактно, чем на стадии диссипации). Появление молний как в зонах так и в областях слабой отражаемости, по-видимому, объясняет смысл

рекомендаций летчикам ГА США обходить внешний контур радиоэхо грозового облака с

на различных удалениях в зависимости от величины

Сопоставление местоположения ГР с зонами повышенной турбулентности облака проводились с использованием метода В.М. Мельникова, основанного на увеличении частоты следования зондирующих импульсов МРЛ-1 до 1200 Гц.

При этом ширина спектра флуктуации отраженного сигнала считается пропорциональной разности скоростей движения частиц в рассеивающем объеме (пороговое значение которая, в свою очередь, при ряде допущений может быть связана с

величиной турбулентности.

Установлено, что:

- зоны повышенной турбулентности располагаются в верхней половине грозового облака и сосредоточены, в основном, в его передней части;

- во время грозовой активности зоны повышенной турбулентности занимают относительно устойчивое положение в верхней части облака. Спустя 10 мин после

прекращения молний наблюдается значительное уменьшение размеров этих зон, несмотря на то, что в течение этого промежутка времени области повышенной Ъ облака и его Нвг оставались неизменными;

- зоны повышенной отражаемости и турбулентности в целом не совпадают, однако наиболее близкое расположение, а местами и перекрытие этих зон наблюдается в грозоактивной стадии;

- в передней части облака молнии наблюдаются вблизи зон повышенной турбулентности.

Оценка микрофизических свойств КЯ проводилась согласно метода, разработанного авторским коллективом под руководством Г.Г.Щукина с использованием СВЧ радиометра (X — 3,2 см), совмещенного с радиолокатором МРЛ-2 и имевшего с ним общую диаграмму направленности. Интенсивность радиотеплового излучения облака пересчитывалась в интегральную водность в направлении визирования W (г/м3 ).

На рис. 7 приведены вертикальные профили отражаемости и водности грозовой КЯ, исследовавшейся 10.07.1991 на протяжении 60 минут (40 минут продолжалась гроза).

Рис 7. Вертикальные профили Z(H) и W(H) в периоды роста (+), пика (•) и уменьшения (Л) грозовой активности 10.07.91 (а) и для трех соседних азимутов в облаке 13.07.92 (б)

Профили 2(И) и "ЩИ) соответствуют периодам роста, пика и уменьшения грозовой активности. За время грозы 2(И) и "(И) имели большие отличия и несовпадающие в пространстве и времени максимумы. В этой КЯ, высотой 10 км, было зафиксировано несколько максимумов " размером 1-3 км: на высоте 1-2 км (связанный с зоной осадков) и на высоте 4-5 км. Количество ГР в указанные периоды ГА ячейки составило 4, 18 и 1 разрядов за 5 минутный интервал. Соответствующие этим интервалам значения \Ума1в; составили 0.07, 0.25 и 1.1 г/м3. Очевидно временное несовпадение максимумов грозовой активности и т.е. водность увеличилась к окончанию грозы.

В грозовой ячейке 13.07.1992 профили W(H), полученные в трех соседних азимутальных разрезах с шагом 1° , показали наличие максимума водности 0.77 г/м3 на высоте 9 км размером около 1 км, существовавшего не более 5 минут (рис. 7б).

Эти экспериментальные данные позволяют сделать следующие выводы:

- пространственно-временное распределение водности грозового облака не имеет тесной взаимосвязи с распределением его отражаемости;

- максимумы ГА и водности не совпадают во времени: начало и пик грозовой активности имеет место при относительно малых значениях т.е. зоны интенсивной электризации содержат, в основном, кристаллические и поликристаллические облачные частицы. Этот факт также подтверждается измерениями Т.Такахаши фазового состава частиц в тропических грозовых облаках;

- в верхней части облака на высоте 7-9 км могут появляться области переохлажденных капель размером около километра. Время их существования на этой высоте в восходящем потоке составляет несколько минут. Такая возможность также подтверждается в самолетных экспериментах Д.Розенфельда и В.Вудли в Аргентине, где зафиксированы переохлажденные капли в вершине конвективных облаков при -38°С.

Таким образом, на ПЭБ по АВ разработан и реализован метод комплексного активно-пассивного зондирования облаков, позволивший впервые получить данные о взаимном расположении ГР, зон повышенной отражаемости, турбулентности и водности облаков.

Регулярные наблюдения за ГР в районе ПЭБ выявили случаи аномально сильных гроз, интенсивность которых превышает среднее значение для этих широт. Такие облака впервые были зафиксированы с помощью РЛС П-12 в 1972 году на удалениях до 50-70 км и имели вид зон постоянного (слабо флуктуирующего) отражения (ЗПО), существовавших от 5 до 50 минут. СМ. Гальперин и В.Д. Степаненко предположили, что источником ЗПО на X = 200 см могут быть очень интенсивные осадки в виде ливня и града или области коронных разрядов.

В 1982 году эти исследования были продолжены и показали, что при появлении ЗПО в облаке молнии следуют с интервалом 1-3 с. Вспышки молний охватывают значительно

больший объем облака по сравнению с менее интенсивными грозами. С исчезновением ЗПО частота молний уменьшается в 3-4 раза в течение 10 мин. В Ленинградской области в июне-июле аномально активные грозовые облака имеют Н„г > 10 КМ, а зоны ¡о ¡ЗД и г а ю т

высоты 7-9 км. Относительное расположение ЗПО и 2ыакс облака не имеет четко выраженной закономерности, такие отражения могут занимать значительные объемы облака. Существующие в течение десятков минут и имеющие флуктуирующий характер по амплитуде и в пространстве, ЗПО можно рассматривать как суперпозицию ЭАЗ, формируемых в мощных конвективных облаках интенсивными восходящими потоками, в которых величина Еп способствует появлению маломасштабных форм разрядов. Изучение начала электрического разряда с деформированных капель и ледяных частиц, условий возникновения лавинной и стриммерной форм коронного разряда, выполненное М.Н.Бейтугановым, показало, что на концах этих деформированных частиц происходит локальное усиление поля и при кВ/см начинается распространение стриммерных разрядов.

Следовательно, ЗПО на м могут являться совокупностью множества лавин, не

переходящих в лидерную фазу развития внутриоблачного разряда при Еп < Екр из-за отсутствия достаточно крупных (градовых) зародышей. «Производительность» ЭАЗ высока и поддерживает уровень генерации электрических зарядов, достаточный для длительного коронного разряда на каплях, однако из-за того, что в наших широтах в облаках мало ледяных крупноразмерных частиц, способных создать локальное усиление Еп > Екр, интенсивность ГА в облаках значительно ниже, чем на юге ЕТР. Дальнейшее изучение физических свойств ЗПО может быть связано с применением поляризационных радиолокационных и СВЧ-радиометрических наблюдений, регистрацией их ЭМИ. О начале коронного разряда в лавинной и стриммерной форме можно судить по появлению излучения на частотах 250 кГц - 30 МГц.

В пятой главе рассмотрены результаты исследования закономерностей грозовой активности многоячеистых облаков фронтального и внутримассового происхождения. Они имеют ряд отличий от одноячеистых облаков, которые должны учитываться при прогнозе эволюции и организации АВ. Отличия имеют место как в динамике облаков, так и в ходе грозовой активности.

В 1975-1976 годах было исследовано 190 фронтальных и ПО внутримассовых КЯ. Средние значения и дисперсия параметров радиоэхо этих КЯ приведены в табл.1. Видно, что параметры радиоэхо КЯ многоячеистых облаков фронтального и внутримассового происхождения больших отличий между собой не имеют. Этот факт требует дальнейшего изучения с учетом термодинамических свойств атмосферы. В то же время, как показывают

наши экспериментальные данные, многоячеистое облако является динамической структурой с большой степенью внутренней организации, определяющей место, скорость и параметры роста последовательности КЯ.

Процесс формирования многоячеистых облаков (с момента появления первого радиоэхо и до полной дисссипации) исследовался следующим образом: определялись расстояние г, от существующей ячейки и область где появляется новая ячейка, а также скорость объединения соседних ячеек изолиниями Ъ, = 1, 10, 102 И 103 ммб/м3 в единый очаг радиоэхо. Время объединения соседних ячеек изолиниями Ъ, является информативным признаком, который может быть использован при радиолокационном контроле результатов АВ. По нашим данным скорость формирования многоячеистого облака пропорциональна скорости развития КЯ и, в свою очередь, определяет степень опасности явлений, которые имеют в нем место (шквалы и смерчи, интенсивные и продолжительные осадки, град).

При внутримассовом развитии облаков в 80 % случаев новые ячейки появлялись на г, = 13 км. При этом 92% ячеек появились за пределами Z| =10 мм6/м3 преимущественно в фронтальной и тыловой частях многоячеистого облака составило 14 и 9 км соответственно). Расстояние между зонами Zмaкc новой и старой ячеек достаточно часто (63 % случаев) уменьшалось, при этом они объединялись изолиниями формируя многоячеистое облако. Средние значения интервалов времени объединения ячеек изолиниями 2^= 1, 10, 102 мм6/м3, а также соответствующие этим интервалам расстояния между зонами ячеек указаны

крестиками на рис.5. Следует отметить, что КЯ с гшкс > 103-104 мм'/м3 редко объединяются 2-1 = 103 мм'/м3, т.е. они существуют изолированно на протяжении периода существования. Расстояние между центрами таких (как правило, грозовых) ячеек равно 6-8 км. В большинстве случаев одна из ячеек (чаще всего старшая) через 30-40 мин диссипирует.

Период существования фронтальных КЯ в среднем на 10-15 мин меньше внутримассовых. Они также чаще всего появляются во фронтальной и тыловой частях очага радиоэхо, однако среднее расстояние до новых ячеек составляет 6 км и мало изменяется от места появления. Ячейки на фронте в 63 % случаев появлялись за пределами 2У, =10 мм'/м3, в 27 % - в зоне 10 < г, < 102 мм6/м3. Видно, что во фронтальных СЬ значительно возрастает число КЯ, появляющихся в зоне 10 < Ъ, < 102 мм6/м3, т.е. область слабого радиоэхо между соседними ячейками на фронте является местом интенсивных воздушных движений, приводящих к возникновению новых КЯ.

Изменение расстояния между центрами соседних фронтальных ячеек наблюдалось в 85 % случаев. Средние значения интервалов времени объединения ячеек изолиниями = 1, 10, и соответствующие этому расстояния между зонами ячеек указаны

кружками на рис. 8. Заметно, что процесс формирования многоячеистых облаков на фронте и

во внутримассовой ситуации одинаков,

однако осуществляется в первом случае

быстрее (на 4-6 мин) и при меньшем

расстоянии (на 1,5-2 км) между зонами ZMaкc

ячеек. Здесь также ячейки с ZMaкe > Ю3

мм'/м3 редко объединяются изолиниями Z¡ =

существуют изолированно.

Параметры радиоэхо многоячеистых

облаков в целом в 2-3 раза больше многоячеистого грозового облака

одноячеистых. Так, параметр,

характеризующий динамику развития ячейки - скорость роста у многоячеистых

облаков составил в среднем 200 мм6/м3-мин при максимальном значении 600-800 мм6/м3-мин. У одноячеистых облаков его среднее значение - 90 мм'/м3-мин при максимуме 200-300 мм6/м3-мин. Следовательно, переход структуры поля радиоэхо от одноячеистой к многоячеистой является признаком того, что процесс развития облаков будет более скорым и вероятность ОЯ повышается.

На это указывает также зафиксированная тенденция увеличения dZ/dt соседних ячеек по мере уменьшения расстояния между центрами (зонами 2макс) этих ячеек. В случаях удаления ячеек друг от друга наблюдалось замедление роста dZ/dt и у них быстрее наступала стадия диссипации. Эти данные не противоречат известному механизму роста КЯ, при котором микрофронт нисходящих воздушных потоков одной ячейки стимулирует «подпитку» соседней развивающейся ячейки воздухом из приземного слоя.

Для целей радиолокационного контроля результатов АВ на конвективные облака создана

достаточно простая статистическая модель ячейки в стадии максимального развития. По интегральным распределениям ZMaкc на высотах 3, 5, 7, 9 и 11 км в 300 ячейках указанных выше групп установлена величина этого параметра в 50, 75 и 90 % случаев, а также вероятность появления Видно, что

грозовые и ливневые ячейки имеют существенно отличающиеся вертикальные профили Z (рис. 9): у первых у вторых - смещен в область

нулевой изотермы. У ливневой ячейки в первые 510 мин Н^макс = 5 КМ, к 12-14 мин Н^Гае = 7 км, затем по мере роста величины ячейки эта зона опускается и через 30 мин

Рис. 8. Пространственно - временные параметры формирования

1 2 3 4 \%Ъ

Рис. 9. Вертикальные профили % Z КЯ различных групп

Осадки в ячейке появляются через 15-18 мин после того, как Zmкc ^ 10 мм6/м3 Через 40-50 мин одиночная ливневая ячейка диссипирует

По интегральным распределениям грозовых и ливневых ячеек

Рис 10 Вертикальные профили ^ ZКЯ различных групп (вероятностныераспределения)

построены профили Т. — А[Н) с 50, 75 и 90 % вероятностью реализации до высот, которые также наблюдаются в 50, 75 и 90 % случаев у ячеек указанных групп Заметно существенное отличие указанных профилей у грозовых ячеек Z мало изменяется до высоты 7 км, а у ливневых значительно уменьшается уже до 5 км На основе подобной модели КЯ можно оценить значения параметров радиоэхо, которые будут они иметь в стадии максимального развития (что важно при планировании и оценке эффективности АВ)

Сопоставление числа, размеров и местоположения ГР с ячеистой структурой облака дало возможность проанализировать особенности грозовой активности в многоячеистых облаках, в которых число ГР может достигать 60 и более в минуту по сравнению с несколькими разрядами за такой же интервал в одноячеистых облаках Для выяснения причин таких явлений

рассмотрены изменения числа ГР, обнаруженных в соседних грозовых ячейках, в зависимости от расстояния между центрами ячеек

Оказалось, что по мере уменьшения расстояния между соседних ячеек до = 6-7 км наблюдается рост в 4-5 раз суммарного числа ГР в ячейках без соответствующего увеличения параметров радиоэхо ячеек (рис. 11). У одиночных грозовых ячеек не

превышает 1-4 р/мин. По-видимому, рост вызван увеличением числа межоблачных разрядов между соседними ячейками. Это явление необходимо исследовать с применением грозо-регистрационных систем, способных восстанавливать в облаке структуру ионизированных каналов ГР различных типов, с учетом того, что реальная зарядовая структура многоячеистого облака значительно сложнее упрощенной дипольной.

Эти выводы были получены, когда в единой системе координат совместились радиальные размеры: зон различной Ъ ячеек; эхо-сигналов ГР (Ьр); области (Ям) облака, которая охватывается ГР (начиная с самого ближнего и заканчивая самым дальним), а также рассмотрены расстояния г, между зонами 2^,акс ячеек на протяжении периода ГА. Здесь все процессы, наблюдавшиеся различными РЛС в пределах ДН антенны РЛС П-12, строились с точностью 1 км по дальности и 1 с во времени.

Методику обработки данных поясним на примере облака 27.07.75. На рис. 12а приведено количество ГР, суммированное по интервалам 2 минуты. В момент максимума грозоактивности На рис.126 нанесены радиальные размеры зон различной

отражаемости Ъ, облака на высоте 7 км через порядок величины, начиная с Х„т (2МИ„,10, 102, 103, 104 мм6/м3), и части из 625 зафиксированных в этом очаге ГР, которые изображены вертикальными линиями. На рис. 12в и г приведены изменения размеров зоны в которой обнаруживались ГР, а также размеров осредненных за тот же интервал времени, соответственно.

Видно, что в начале грозы (до 15.50) ГР занимают почти весь очаг радиоэхо и имеют Однако по мере усиления грозы, начиная с 15.52, пространственная картина расположения ГР в поле радиоэхо очага меняется. Уменьшается область, занимаемая ГР,

Рис 12 Изменение во времени Ир (а), радиальные протяженности зон 2, облака и

местоположения эхо-сигналов ГР (б), зоны Яц, охватываемой ГР, и среднего расстояния г между ячейками (в), радиальных размеров эхо-сигналов ГР Ьр (г)

подавляющее число которых в период Нр^иакс (с 15.52 до 16.00) появляется в 9 км зоне облака (рис. 12в). В течение 8 минут Ьр и сохраняют свои минимальные значения. С 16.00 начинает расширяться область которая к окончанию грозы становится в 3 раза больше по сравнению с периодом Иришке, достигая 25 км. При этом размеры Ьр по мере спада интенсивности грозы возрастают в 2 и более раз (наблюдались ГР размерами 18-20 км). Так, в период с 15.34 до 15.52 среднее значение Ц = 3,1 км, в период с 15.52 до 16.02 - Ьр = 4,4 и в период с 16.02 до 16.42 - Ьр = 6,8 км. Величины СКО Ьр за эти же сроки равны соответственно 1,8; 2,1 и 3,7 км.

Для обобщения экспериментальных данных в целом у каждого облака были выделены интервалы времени, характеризующие определенные стадии эволюции его грозоактивности, т.к. по числу обнаруженных разрядов и времени грозоактивности облака отличались друг от друга. Если принять в облаке (ДЫр^/Д^макс за единицу, то можно выделить 5 временных интервалов, в течение которых не будет превышать заранее заданного уровня на

стадиях роста и спада ГА: ^ - 0,25; 0,25 - 0,5; 0,5 - 1 - 0,5; 0,5 - 0,25; 0,25 - 1к, где гни ^ время начала и окончания грозы. В дальнейшем определение средних значений и СКО радиальных размеров и расстояния между соседними ячейками исследуемого

облака производилось в указанные интервалы времени. Результаты подобной обработки данных (31 случай, когда (ДИр^/ДОмак > 5-6 р/мин) приведены на рис. 13.

И,км'' 12 ■

4 2

0,25 0,5 I 0,5 0,25 Т

Рис. 13. Изменения в течение грозы средних значений:расстояния между соседними ячейками (г); зоны, охватываемой ГР (RN);радиальных размеров ГР (LP)

Видно, что:

- грозовая активность многоячеистого облака усиливается по мере уменьшения расстояния между соседними ячейками. При удалении ячеек друг от друга и наступлении

стадии их диссипации частота появления ГР уменьшается;

- радиальные размеры ГР с момента начала их появления в облаке и до максимума грозовой активности изменяются мало (среднее значение 4,5-4,8 и СКО 1,6-2,0 км). В интервале времени с 0,5 (ДИр^/Д^макс на спаде грозоактивности и до окончания грозы Ьр в среднем увеличиваются в 1,7 раза, Оц, - в 2,8;

- начальный период грозоактивности характеризуется наименьшими значениями и наибольшей величиной Ян (Ям ~ 1,5 - 2 г, в интервале времени с 1н ДО ДКр1/^ < 0,5), т.е. первые ГР появляются в отдельных ячейках грозового очага. По мере сокращения расстояния между ячейками до 6-7 км уменьшается и приобретая наименьший размер в момент сравнимый со средним расстоянием между ячейками. По мере последующего увеличения расстояния г, уменьшается число разрядов, но их размеры Ьр растут и продолжают оставаться сравнимыми со средним расстоянием между ячейками. Следовательно, несмотря на то, что в завершающей стадии грозы у ячеек наступает стадия диссипации, электрическая активность в этих ячейках может сохраняться и при этом значительно увеличиваются горизонтальные составляющие ГР.

Необходимо отметить, что приведенные на рис. 13 данные относятся к тем облакам, в которых (Д№р^/Д()макс превышала 5-6 р/мин. В то же время наблюдались многоячеистые грозовые облака с (ДИр^/Д^маю =1-3 р/мин, в которых местоположение и размеры ГР на протяжении всего периода грозоактивности изменялись незначительно. Здесь ячейки располагались друг от друга на расстоянии более 10-12 км. В них средние значения Ьр = 4,9 км, а Ям = 7,8 КМ. Для сравнения, практически у всех одноячеистых грозовых о б л е

превышала 1-4 р/мин, а к окончанию грозы увеличивались всего в раза. В целом

Таким образом, степень грозоактивности облака и размеры области появления ГР в значительной мере определяются структурой этого облака: является оно многоячеистым или одноячеистым и как близко друг к другу расположены в нем грозовые ячейки. Соседние ячейки многоячеистого облака не только развиваются быстрее И становятся

мощнее одиночных КЯ за счет определенного динамического взаимодействия, но и формируют обширные поля электрических

средние значения составили

Рис 14 Ступенчатый характер перемещения эхо-сигналов

ГР в многоячеистых облаках

зарядов, в которых ГР могут распространяться на большие расстояния. Детальный анализ ГР с размерами Ьр > 6-8 км показал, что у них начинает проявляться «ступенчатый» (с шагом ДЯр) характер перемещения по дальности. Схематически он отображен на рис. 14. Как правило, такие ГР появляются на спаде грозовой активности.

Интегральные распределения ДЯр И Д1р у 980 ГР, построенные в различные дни наблюдений, не совпадают. При этом наименьшие отличия присущи распределениям Д1р. В 80% случаев значения км оказались близкими по величине среднему расстоянию между

центрами ячеек многоячеистых облаков, когда они объединяются изолиниями мм'/м3 (рис. 8). У таких ячеек обычно ^акс > 103 мм6/м3, а зоны с такой отражаемостью существуют преимущественно изолированно друг от друга. Отличия значений от дня ко дню наблюдений на 2-3 км можно объяснить изменением на такую же величину расстояния между соседними ячейками грозовых облаков. В 80% случаев значение = 0,27 с и оно отличается от интервала времени между повторными разрядами во вспышке молнии, который в большинстве случаев составляет менее 0,1 с. Относительно малое изменение средних значений от дня ко дню наблюдений дает основание считать, что обнаруженное ступенчатое перемещение эхо-сигналов ГР не связано с повторными разрядами вспышки молнии, а определяется последовательным возникновением ГР в отдельных ячейках многоячеистого грозового облака, т.е. появление разряда в одной грозовой ячейке инициирует разряд в соседней. Особенно хорошо этот эффект заметен во фронтальных облаках, где горизонтальные составляющие ГР могут достигать 80-100 км.

Таким образом, многоячеистая структура грозового облака оказывает влияние как на частоту появления ГР, так и на характер их распространения в этом облаке.

В шестой главе рассматривается методология организации и проведения совместных самолетных и наземных исследований грозовых облаков на ПЭБ Тургош. В этих экспериментах с 1984 по 1990 гг. использовались самолеты разных организаций Ил-14, Ан-12, Н-16. Выполнено 57 полетов. Для обнаружения самолетов и прокладки их маршрутов относительно ПЭБ и исследуемых облаков использовались РЛС П-12, ДРЛ-7, радиовысотомер ПРВ-10, приводная радиостанция ПАР-10. С командного пункта базы передавались текущие координаты самолета относительно исследуемого облака, на борту также принимались сигналы ПАР-10, что позволило добиться точной прокладки маршрута полета и более достоверного сопоставления бортовых и наземных измерений. Изучение распределения напряженности электрического поля (Еп) над облаками осуществлялось на основании точной пространственно-временной привязки самолетных данных к радиолокационной структуре облака.

Метод обработки данных предусматривал анализ параметров радиоэхо облака по траектории полета самолета, а также той части облака, над которым фиксировалась Еп > Е„ фона (ДЯе) Установлено, что протяженность зоны ДИ.е близка к размеру радиоэхо облака Д11г и не выходит за его пределы более, чем на 5 км

Последовательные пролеты над облаком показали, что при мало изменяющихся в течение ~ 20 минут значениях высоты облака и его отражаемости изменения Е„ 1могут достигать 4-х порядков величины, т е Е„ изменялась на 550 В/м в течение одной минуты Отношение количества Епмакс > зафиксированных над грядой СЬ облаков, к числу КЯ (зон 2мак(;) (составляет 0,84, что свидетельствует в целом о формировании центров электрических зарядов Епиакс В районе КЯ В этих экспериментах прямой зависимости величины от интенсивности

осадков и облака не обнаружено находились за пределами преимущественно в

тыловой части движущегося облака, в зоне относительно небольших градиентов АЪ/АЪ. Эти самолетные данные совпадают с нашими радиолокационными данными о смещении областей молниевой активности в тыл движущейся КЯ (рис 15)

II, км

Рис 6 3 Взаимное расположение в облаках зон ^ ¿„„„с (а) и Егмакс (б) в К?9

Установлено также, что между в ячейке существует временной сдвиг в

15-20 мин, при этом 1макс предшествует ЕПмакс (рис.16). Очевидно, что процессы осадкообразования и электризации облака взаимосвязаны, однако количественные параметры такой причинно-следственной связи требуют своего уточнения. Интенсивность осадков может увеличиваться без последующей электризации облака, но заметная электризация и грозовая стадия облака постоянно сопровождаются осадками и часто значительными.

Временное изменение Е„ = А^) над растущими облаками, установленное в ходе полетов над их вершиной, не всегда демонстрирует последовательное увеличение и уменьшение ее величины. Большая изменчивость Еп у вершины СЬ облаков, смена ее знака, возникновение конвективных ячеек с Епмакс приводят к тому, что она имеет сложную форму, часто не позволяющую установить вид электрической структуры облака (какой заряд находится в верхней части облака). По этим причинам самолетный контроль результатов АВ на электрическое состояние облаков может не дать однозначных результатов.

Основные результаты диссертационной работы, имеющие практическое значение, заключаются в следующем:

1. Решена крупная научно-техническая задача по исследованию мощных конвективных (грозовых) облаков и создан комплекс активно-пассивных радиотехнических средств, состоящий из:

- радиолокаторов сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов радиоволн (МРЛ-1 и 5, ПРВ-10, ДРЛ-7 и П-12), определяющих параметры облаков, осадков и грозовых

разрядов;

- СВЧ радиометров (мм и см диапазонов), определяющих характеристики водозапаса облаков и расширяющих возможность микрофизической интерпретации получаемых данных;

- радиоприемных устройств УКВ, CB и СДВ диапазонов, включая регистратор формы импульсов (РФИ-860), обеспечивающих анализ амплитудно-частотных характеристик ЭМИ грозовых облаков, и автоматических грозопеленгаторов-дальномеров различных конструкций;

- аппаратуры многоканальной аналоговой и цифровой регистрации данных с привязкой к единому времени (с точностью до 10-3 с).

2. Разработан и реализован метод многоволнового активно-пассивного зондирования облаков, обеспечивающий:

- выделение предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий облака и определения статистических характеристик параметров радиоэхо облаков, соответствующих этим стадиям;

- идентификацию в грозовых облаках источников радиолокационных отражений в дециметровом и метровом диапазонах радиоволн путем сопоставления с характеристиками их ЭМИ;

- определение параметров радиоэхо грозовых разрядов (ЭПР, время существования, радиальный размер) на длинах волн 11, 35 и 200 см и их сопоставление с радиоэхо облаков на X = 3,2 и 10 см;

- определение взаимного расположения в облаках зон различной отражаемости, интенсивности осадков, повышенной турбулентности и молниевой активности;

- определение закономерностей грозовой активности в одно- и многоячеистых облаках внутримассового и фронтального происхождения;

- проведение одновременных наземных и самолетных измерений электрического состояния облаков.

3. В ходе многолетних и разнообразных экспериментов получены следующие новые закономерности и результаты в области физики грозы, динамики развития мощных конвективных облаков, которые могут найти применение в практике активных воздействий на грозо-градовые процессы:

3.1. Грозовая активность облаков различного типа (одно- и многоячеистых конвективных, слоисто-дождевых) имеет существенные отличия:

- зафиксирована значительная асимметрия процесса ГА в КЯ (значения параметров радиоэхо КЯ в начале грозы в 1,5-2 раза больше, чем в окончании; первые ГР в ячейке появляются за 10 мин до того момента, когда параметры достигнут

максимальных значений, а продолжаться могут в течение 30-40 мин после этого). Это отражается на достоверности косвенных радиолокационных критериев грозоопасности, в частности, который правильно указывает на начало грозы однако на спаде

грозовой активности его показания становятся недостоверными (ГР имеют место при 15). Очевидна необходимость внедрения средств прямого обнаружения молний -автоматических грозопеленгаторов-дальномеров;

- имеет место значительная асимметрия распределения ГР в КЯ (80 % ГР обнаружены в осадках с I < 10 мм/час и только 18 % в зонах более интенсивных осадков; ГР опережают зону 1МАКС на 5 км (11 % случаев) и распространяются в тыл движущейся ячейки (89 %) на расстояние до 20-40 км);

соотношение водность/ледность в КЯ по данным комбинированных радиолокационных и СВЧ радиометрических наблюдений существенно изменяется в ходе грозы: пик ГА имеет место при минимальном водозапасе ячейки;

- размеры ГР в начале грозы составляют 2-4 км и увеличиваются к ее окончанию в несколько раз (в начальной стадии грозы молнии наблюдаются в отдельных КЯ, по мере формирования многоячеистого облака ГР распространяются на все облаков в целом).

3.2. Многоячеистые конвективные облака являются динамической системой, оказывающей существенное влияние на эволюцию отдельных КЯ:

- параметры радиоэхо многоячеистых облаков в целом в 2-3 раза больше одноячеистых. Например, параметр, характеризующий динамику развития ячейки - скорость роста отражаемости (д2/Л) у многоячеистых облаков составляет в среднем 200 мм'/м3- мин при максимальном значении 600-800 мм'/м3- мин. У одноячеистых его среднее значение - 90 мм'/м3- мин при максимуме 200-300 мм6/м3- мин;

- имеют место общие закономерности формирования многоячеистых облаков и эволюции составляющих их КЯ независимо от того, являются они фронтального или внутримассового происхождения. Отличия состоят в большей скорости и пространственной компактности процесса формирования фронтальных облаков.

3.3. В многоячеистом облаке зафиксировано взаимодействие соседних ячеек, выражающееся в резком усилении грозы (в 3-4 раза) по мере уменьшения расстояния между центрами (зонами ZMaкc) соседних ячеек до 6-7 км. Большинство ГР в этот момент сосредоточено между этими ячейками, имеет радиальный размер 7-8 км и является, по-видимому, внутриоблачными. Причем, это происходит без соответствующего увеличения

и Нмакс ячеек.

По мере удаления ячеек друг от друга грозоактивность резко падает,

однако размеры ГР в таких облаках могут достигать нескольких десятков километров. Здесь

формируются цепочки молний большой протяженности в результате триггерного эффекта, когда разряд в одной ячейке за счет скачка инициирует молнию в соседней, где напряженность электрического поля приближается к пробойному значению, и этот процесс распространяется далее по фронту. Высокая корреляция событий в цепочке молний установлена при точностях регистрации ГР в пространстве - 0,5 км и во времени - 1 мс.

3.4. С помощью обнаружены маломасштабные внутриоблачные разряды длительностью 10-30 мс, подключающие в промежутках между ОУ новые области (центры) зарядов к каналу на землю. Области зарядов расположены на удалении 2-3 км друг от друга и между ними распространяются ионизированные каналы стриммеров со скоростью

Они сохраняют свое положение в пространстве в течение 5-7 мин, что служит доказательством существования ЭАЗ в облаке.

Дальнейшая перспектива изучения физических свойств ЭАЗ, условий и места их появления, взаимосвязи с опасными явлениями в облаке связана с комплексным применением радиолокационных и СВЧ-радиометрических средств. При этом может быть использован опыт исследований гроз на ПЭБ Тургош.

3.5. Совместные самолетные и наземные наблюдения грозовых облаков показали, что:

- количество максимумов напряженности электрического поля (Епмакс) над СЬ облаками в целом соответствует количеству конвективных ячеек (2макс), из которых они состоят. При этом Епмакс и ZMШc могут не совпадать в пределах поля радиоэхо облака;

- основные заряды облака сосредоточены в его тыловой части, в области небольших градиентов (это совпадает с радиолокационными данными о смещении в тыл облака максимума повторяемости ГР);

- между напряженностью электрического поля и интенсивностью осадков (I) зафиксирована взаимосвязь: рост и спад Еп в целом определяется изменением I. Однако, эти параметры достигают экстремальных значений не одновременно: между ними наблюдается временной сдвиг в ~ 20 мин, при этом 1макс опережает Епмакс.

Полученные данные подтверждают взаимосвязь процессов осадкообразования и электризации облака. В тоже время, интенсивность осадков может увеличиваться без последующей электризации облака, однако заметная электризация и грозовая стадия облака постоянно сопровождается осадками и часто значительными.

4. Проведенные теоретические расчеты возможности реализации в электрически активных зонах облака механизма электризации, основанного на столкновениях с отскоком частиц крупы, льда и воды, а также полученные экспериментальные (наземные и самолетные) данные о росте напряженности электрического поля облака после начала осадков свидетельствуют о тесной взаимосвязи процессов электризации с образованием в облаке

осадков из твердой фазы.

5. Созданный комплекс РТС ПЭБ Тургош, обеспечивший надежное обнаружение ГР разного типа с точностью не хуже 0.5 км по дальности и 1 мс во времени, обширную информацию о пространственно-временных параметрах облачного поля в радиусе до 300 км был использован для испытаний, включая государственные, грозопеленгаторов разных конструкций. Они показали непригодность АГПД Очаг-2П и Оранж для оперативной работы, т.к. задержка определения начала грозы достигала 15-20 минут по сравнению с РЛС П-12.

Грозопеленгационная система нового поколения Верея-М в режиме сопоставления с данными РТС ПЭБ показала достаточно высокую точность: координаты ее срабатываний совпали с радиоэхо молний. По-видимому, она может быть использована для метеообеспечения различных потребителей после завершения анализа ее возможностей по обнаружению разрядов различного типа.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Стасенко В.Н, Гальперин СМ. Динамика грозового облака по данным радиотехнических наблюдений.// Труды ГГО, 1976, вып. 383, с.129-135.

2. Гальперин С.М., Степаненко В.Д., Стасенко В.Н. Радиолокационное обнаружение облаков и осадков различными РЛС// Труды ГГО, 1977, вып. 389, с.79-86.

3. Гальперин С.М., Степаненко В.Д., Стасенко В.Н., Тряхов A.M. Изменение параметров радиоэхо в ливневых и грозовых облаках в период их максимального развития.// Тр. Всесоюзн. симп. по радиофиз. методам исслед. атмосферы, Л.,Гидрометеоиздат, 1977, с.253-257.

4. Гальперин С.М., Егоров В.Н., Гончар А.Ф., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Методика исследования гроз радиотехническими средствами.// Труды I Всесоюзн. симп. по атмосф. электрич., Л., Гидрометеоиздат, 1976, с.161-170.

5. Гальперин С.М., Гончар А.Ф., Степаненко В.Д., Стасенко В.Н., Тряхов A.M. Исследование гроз радиотехническими средствами.// Труды IV Всесоюзн. совещ. по радиометеорологии, М., Гидрометеоиздат, 1978, с.142-145.

6. Гальперин С.М., Гончар А.Ф., Егоров В.Н., Стасенко В.Н. Совместное обнаружение молний с помощью РЛС метрового и дециметрового диапазонов радиоволн.// Труды ГГО, 1979, вып. 430, с.3-5.

7. Гальперин С.М., Крохин Н.И., Плотников В.Д., Стасенко В.Н. Использование радиолокационных станций при проверке точностных характеристик грозопеленгаторов-дальномеров.// Труды ГГО, 1979, вып. 430, с.124-126.

8. Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Радиолокационное исследование многоячеистых конвективных облаков.// Труды VI Всесоюзн совещ. по радиометеорологии. Л.,

Гидрометеоиздат, 1984, с. 19-23.

9. Стасенко В.Н, Гальперин С.М., Степаненко В.Д. Изменение радиолокационного критерия грозоопасности в одноячеистых и многоячеистых облаках.// Радиолокационная метеорология. Матер, метод, центра соц. стран по радиометеорологии, Л., Гидрометеоиздат, 1982, с.175-179.

10. Банников В.И., Гальперин С.М., Егоров В.Н., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Наземные радиотехнические средства дистанционного контроля электрического состояния облаков в естественном цикле развития и при воздействии на них.// Тезисы докладов Всесоюзн. семинара по техническим средствам для государственной системы контроля природной среды. Обнинск, 1981, с.99.

11. Степаненко В.Д., Гальперин С.М., Стасенко В.Н.(глава 7). Радиотехнические методы исследования гроз. Л., Гидрометеоиздат, 1983,204с.

12. Гальперин С.М., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Радиолокационное исследование многоячеистых гроз.// Атмосферное электричество. Труды II Всесоюзн. симпозиума. Л., Гидрометеоиздат, 1984, с.158-161.

13. Гальперин С.М., Гапонов И.М., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д., Фролов В.И., Щукин Г.Г. Определение зон опасных для полетов с помощью активно-пассивных РТС.// Тезисы IV Всесоюзн. начно-практич. конф. по безопасности полетов. Л., 1985, с.27.

14. Стасенко В.Н., Степаненко В.Д., Житорчук Ю.В. Об оценке эффекта воздействий на конвективные облака по радиолокационным данным.// Радиолокационная метеорология. Матер, метод, центра соц. стран по радиометеорологии, Л., Гидрометеоиздат, 1984, с. 72-77.

15. Гальперин С.М., Банников В.И., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д., Фролов В.И., Щукин Г.Г. Наземный радиотехнический комплекс исследования гроз совместно с самолетами-лабораториями.// Тезисы VII Всесоюзн. совещ. по радиометеорологии. Гдрометеоиздат, Л, 1989, с. 96-100.

16. Гальперин С.М., Кононов И.И., Кунин В.И., Николаев В.И., Петренко ИА., Плотников В.Д., Рыбаков К.И., Снегуров B.C., Стасенко В.Н. Грозопеленгатор-дальномер Очаг-2П. // Л., Гидрометеоиздат, 1988, 58с.

17. Банников В.И., Гальперин С.М., Стасенко В.Н., Фролов В.И. Обнаружение грозовых разрядов с помощью РЛС дециметрового диапазона радиоволн типа ПРВ-10.// Атмосферное электричество. Труды III Всесоюзн. симпозиума. Л., Гидрометеоиздат, 1988, с. 176-180.

18. Банников В.И., Гальперин С.М., Новичихина Н.А., Стасенко В.Н. Совместные исследования облаков с помощью наземных РТС и самолета-лаборатории.// Труды ГГО, 1988, вып.526, с.30-34.

19. Stasenko V.N., Galperin S.M., Stepanenko V.D. Radar Investigation ofThunderstorm clouds.//

Proa, 8th Intern. Conf. on Atmospheric Electricity, Uppsala, 1988, pp. 693-696.

20. Банников В.И., Гальперин С.М., Маланичев С.А., Стасенко В.Н., Тарабукин И.А., Щукин Г. Г. Автоматизированный наземный радиофизический комплекс исследования эволюции облаков и контроля активных воздействий на них.// Тезисы докладов Всесоюзн. конф. по активным воздействиям на гидрометеопроцессы. Нальчик, 1991, с.35-36.

21. Galperin S.M., Stasenko V.N., Shchukin G.G. Automated Complex of Passive and Active Radioequipment for Thunderstorm Investigation.// Papers of WMO Technical Conf. on Instruments and Methods of Observation (TECO-92). Vienna, 1992, pp.212-215.

22. Galperin S.M., Frolov V.I., Stasenko V.N., Stepanenko V.D., Shchukin G.G. Complex radar investigation of thunderstorms.// Proc, 9th Intern. Conf. on Atmospheric Elecrticity. St.Petersburg,

1992, v.l, pp.202-205.

23. Galperin S.M., Bannikov V.L, Stasenko V.N., Frolov V.I., Shchukin G.G. Lightning channel dtection using different wavelength and wavepolarization radars.// Proc, 9th Intern. Conf. on Atmospheric Elecrticity. St.Petersburg, 1992, v. 111,pp.725-728.

24. Shchukin G.G., Galperin S.M., Stasenko V.N., Bannikov V.L, Frolov V.L, Tarabukin LA. Complex radiophysical cumulonimbus study.// Proc, 26th Conf. on Radar Meteorology, Boston, AMS,

1993,pp.685-686.

25. Stasenko V.N., Galperin S.M., Frolov V.L, Shchukin G.G., Tarabukin LA. Investgation of Electric and Microphysic Properties of a Thundercloud Using Active-Passive Multiwave Radar System.// Proc, 10th Intern. Conf. on Atmospheric Electricity, Osaka, 1996, pp.200-203.

26. Гальперин С.М., Караваев Д.М., Стасенко В.Н., Щукин Г.Г. Исследование электроактивных зон в облаках в интересах установления их связи с градовыми процессами.// Тезисы Всерос. конф. по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеопроцессы. Нальчик, 1997, с.83-84.

27. Довгалюк Ю.А., Оренбургская Е.В., Пирнач A.M., Паламарчук Л.В., Пономарев Ю.Ф., Синькевич А.А., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Анализ результатов работ по воздействию на облака с целью предотвращения осадков в г.Ленинграде (на примере опыта 7 ноября 1988г.).// Метеорология и гидрология, № 2,1998, с.44-53.

28. Makitov V.S., Stasenko V.N. An Automated Rocket Hail Supresson System.// Proc, 7th WMO Scientific Conference on Weathr Modification. Chiang Mai, 1999, WMO/TD - № 936, pp.403-406.

29. Galperin S.M., Karavaev D.M., Stasenko V.N., Shchukin G.G. Active-Passive Radar System for Control of Thundercloud Modification.// Proc, 7th WMO Scientific Conference on Weathr Modification. Chiang Mai, 1999, WMO/TD - № 936, pp.581-584.

30. Стасенко В.Н., Щукин Г.Г. Методология исследования электричества грозовых облаков и активных воздействий на них.// Труды НИЦ ДЗА, 2000, вып.2(548), с.24-33.

31. Stasenko V.N. Hail suppression: trends and perspectives.// Report to the Executive Counsil Paneln of Experts/ CAS Working group on Physics and Chemistry of clous and Weather Modification Research. Geneva, 2000, WMO/TD - № 1059, pp.49-59.

32. Стасенко В.Н., Щукин Г.Г. Комплексное активно-пассивное радиолокационное зондирование грозовых облаков.// Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокоС.Мическими средствами. Всерос. научн. конф. Сборн. докладов. Муром, 2001, с.459-461.

33. Гальперин С.М., Михайловский Ю.М., Стасенко В.Н., Фролов В.И., Щукин Г.Г. Использование ПЭБ ГГО для активных воздействий на электрическое состояние облаков и контроль их результатов.// Тезисы докладов научн. конф. по результатам исследований в области гидрометеорологии, посв. 10-летию МСГ. СПБ., Гидрометеоиздат, 2002, с.39-43.

34. Гальперин С.М., Морозов В.Н., Щукин Г.Г, Стасенко В.Н. К вопросу использования лазеров для регулирования грозовой активности облаков.// Доклады Всеросс. конф. по физике облаков и активного воздействия на гидрометеопроцессы. СПБ, Гидрометеоиздат, 2003,с.44-49.

35. Стасенко В.Н., Гальперин С.М., Степаненко В.Д., Щукин Г.Г. Методология исследования грозовых облаков и активных воздействий на них.// Труды V Российской конф. по атмосферному электричеству. Владимир, 2003, с.4-7.

36. Стасенко В.Н. Совершенствование гидрометеорологического обеспечения с использованием грозопеленгационных данных.// Труды V Российской конф. по атмосферному электричеству. Владимир, 2003, с.291-294.

37. Патент на изобретение № 222883. Способ уменьшения обледенения летательных аппаратов. Заявка № 2002101425, приоритет изобретения 11.01.2002.

38. Гальперин С.М., Стасенко В.Н., Фролов В.И. Исследования грозовых облаков на полевой экспериментальной базе ГГО.// Сборник трудов ГГО, поев. Н.С.Шишкину (в печати).

39. Стасенко В.Н. Радиолокационное исследование многоячеистых конвективных (грозовых) облаков.// Гидрометеоиздат, СПБ, 2004,101с.

40. Стасенко В.Н. Радиолокационное исследование электроактивных зон в конвективных облаках. // Метеорология и гидрология (в печати).

Автор искренне благодарен научному консультанту д.ф.-м.н., профессору Щукину Г.Г. за интерес к работе и содействие в ее выполнении, а также за многолетнее сотрудничество и постоянную научную поддержку с.н.с. Гальперину С.М. и профессору Степаненко В.Д., а также сотрудникам НИЦ ДЗА и ГГО им. А.И. Воейкова Фролову В.И., Банникову В.И., Ищенко М.А., Никитину В.П., Котельниковой Т.И., Кучинской Т.Ф., Новичихиной Н.А. и др. за помощь в проведении экспериментальных работ на ПЭБ Тургош и обработке материалов наблюдений.

р24 9 45'

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Стасенко, Валерий Никифорович

Введение

Глава 1. Определение электрического состояния облаков наземными, самолетными и дистанционными радиотехническими средствами

1.1. Параметры электрического состояния конвективных облаков и возможности их дистанционного измерения.

1.1.1 Измерения напряженности электрического поля.

1.1.2 Вариации напряженности электрического поля. Время релаксации.

1.1.3. Определение поверхностной и объемной плотности зарядов.

1.1.4. Определение электрической проводимости в облаке и за его пределами.

1.1.5. Определение плотности электрического тока под облаком.

1.1.6. Токи коронирования.

1.2. Методы исследования электрической макроструктуры облаков и их ограничения.

1.2.1. Исследование макроструктуры облаков по изменениям электрического поля, возникающего при разрядах молний.

1.2.2. Исследование макроструктуры облаков посредством вертикального зондирования электрического поля с помощью радиозондов и ракет.

1.2.3. Исследование структуры электрического поля у поверхности земли при прохождении грозового облака.

1.2.4. Исследование структуры электрического поля в облаках с помощью самолетов.

1.3. Обобщенные данные об электрических свойствах конвективных облаков.

1.4. Взаимосвязь электрических и других метеорологических характеристик облаков.

1.5. Использование дистанционных радиотехнических средств для определения электрического состояния облаков.

1.6. Обоснование физических свойств электроактивных зон облака.

1.7. Постановка задачи исследования эволюции грозовых облаков.

Выводы.

Глава 2. Пассивно-активные радиотехнические средства ПЭБ Тургош для измерения параметров грозовых облаков.

2.1. Стадии эволюции электрического состояния конвективных облаков, характерные признаки и средства обнаружения.

2.2. Радиолокационное обнаружение облаков, осадков и молний (научно-методические основы и техническая реализация).

2.2.1. Радиолокационные средства ПЭБ Тургош.

2.2.2. Аппаратура регистрации данных и обеспечения наблюдений.

2.2.3. Методические и технические решения для многоволнового активно-пассивного зондирования.

2.2.4. Обнаружение конвективных (грозовых) облаков и молний с помощью PJ1C.

2.2.4.1. Обнаружение грозовых облаков с помощью

2.2.4.2. Обнаружение молниевых разрядов с помощью

2.3. Обнаружение молний с помощью грозопеленгаторов разных конструкций.

2.3.1. Результаты исследований эффективности АГПД Очаг-2П.

2.3.2. Результаты исследований эффективности АГПД Оранж.

2.3.3. Результаты исследований работоспособности грозопеленгационной сети МО РФ.

2.3.4. Результаты исследований работоспособности грозопеленгатора ALDF-141T (серия IMPACT).

2.3.5. Возможности повышения эффективности применения грозопеленгационных данных.

Выводы.

Глава 3. Результаты исследований характеристик грозовой активности облаков с помощью радиотехнических средств ПЭБ Тургош.

3.1. Результаты исследования ЭМИ грозовых облаков в метровом диапазоне радиоволн.

3.1.1. Аппаратура регистрации ЭМИ грозовых облаков.

3.1.2. Методика регистрации ЭМИ грозовых облаков.

3.1.3. Результаты регистрации ЭМИ грозовых облаков.

3.1.3.1. Определение длительности ЭМИ вспышек молний.

3.1.3.2. Определение предельного расстояния обнаружения ЭМИ вспышек молний в метровом диапазоне радиоволн.

3.1.3.3. Измерение характеристик ЭМИ вспышек молний, обнаруженных PJIC П-12 и АГПД Очаг-2П.

3.1.3.4. Определение боковых лепестков диаграммы направленности Р JIС П-12.

3.2. Параметры радиоэхо молний, обнаруживаемых PJIC метрового и дециметрового диапазонов радиоволн с различной поляризацией.

3.2.1. ЭПР каналов молний на Х = 200 см и Х = 35 см.

3.2.2. Время существования радиоэхо молний на X. = 200 см и

Х = 35см.

3.2.3. Радиальные размеры радиоэхо молний на X. = 200 см и

А. = 35 см.

3.3. Обнаружение молний на Я, = 11 см.

3.3.1. Параметры радиоэхо молний на X = 11 см.

3.3.1.1. Радиальные размеры радиоэхо молний на

А, = 11 см.

3.3.1.2. Время существования радиоэхо молний на

Я.= 11см.

3.3.1.3. ЭПР молний на X = 11 см.

3.3.1.4. Дальность обнаружения молний на X = 11 см.

3.3.2. Возможность применения MPJ1-5 для обнаружения молний.

3.4. Теоретическое моделирование процессов электризации в грозовых облаках.

3.5. Возможности применения информации о молниях при АВ на грозоградовые облака.

Выводы.

Глава 4. Исследования одноячеистых грозовых облаков на ПЭБ Тургош.

4.1. Методика проведения наблюдений с помощью комплекса РТС.

4.2. Методика обработки данных радиолокационных наблюдений.

4.3. Результаты исследований одноячеистых грозовых облаков.

4.3.1. Закономерности эволюции радиоэхо конвективных ячеек.

4.3.2. Изменение вертикального профиля отражаемости конвективной ячейки в ходе грозы.

4.3.3. Взаимное расположение в грозовых облаках зон молниевой активности, зон повышенных значений отражаемости, турбулентности и интенсивности осадков.

4.3.3.1. Результаты сопоставления местоположения грозовых разрядов с осадками различной интенсивности.

4.3.3.2. Результаты сопоставления местоположения грозовых разрядов с отражаемостью грозовых облаков.

4.3.3.3. Результаты сопоставления зон повышенных значений отражаемости, турбулентности и грозовой активности.

4.4. Определение местоположения и размеров зон основных электрических зарядов конвективного облака.

4.5. Результаты исследования аномальных грозовых облаков.

4.6. Рекомендации по обнаружению аномальных грозовых облаков с помощью MPJI.

4.7. Молниевая активность в слоисто-дождевых облаках.

4.8. Возникновение молний в «вялых» грозовых облаках.

Выводы.

Глава 5. Исследования многоячеистых грозовых облаков на ПЭБ Тургош.

5.1. Формирование внутримассовых многоячеистых облаков.

5.2. Формирование фронтальных многоячеистых облаков.

5.3. Статистическая модель конвективной ячейки.

5.4. Особенности грозовой активности в многоячеистых облаках.

5.4.1. Взаимосвязь местоположения, размеров грозовых разрядов с ячеистой структурой облаков.

Выводы.

Глава 6. Сопоставление самолетных измерений напряженности электрического поля конвективных облаков с их радиолокационными характеристиками.

6.1. Организация летных экспериментов и методика сравнительных наблюдений.

6.2. Результаты сопоставления данных бортовых измерений напряженности электрического поля с радиолокационной структурой облака.

6.3. Временное изменение напряженности электрического поля над кучево-дождевыми облаками.

6.4. Регистрация ЭМИ облаков наземными РТС одновременно с измерениями напряженности электрического поля на борту самолета.

6.5. Сопоставление напряженности электрического поля и радиолокационного критерия грозоопасности Y.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Многоволновое активно-пассивное зондирование конвективных (грозовых) облаков"

Грозы сопровождают многие атмосферные явления и процессы: градо- и торнадосодержащие облака, мезомасштабные конвективные комплексы, циклоны умеренных и тропических широт. Они представляют опасность для авиации, энергетики, других отраслей экономики и населения. Увеличение интенсивности воздушного движения, широкое применение композиционных материалов, низковольтных систем управления, компьютерных сетей сопровождается количественным и качественным ростом ущерба. По данным Национального института молниевой безопасности США (г.Луисвилл) потери гражданского сектора этой страны от поражения молниями составляют 4-5 млрд. долларов ежегодно: 150-200 млн. от лесных пожаров, около 2 млрд. из-за отмены и переносов авиарейсов в другие аэропорты, 1 млрд. из-за отключений электроэнергии, 125 млн. от повреждений компьютерных сетей и др. Кроме того, с 1990 по 2000 годы на АЭС зарегистрировано 346 инцидентов, связанных с грозами. Ежегодно страховым компаниям предъявляются около 300 000 требований на возмещение убытков, вызванных молниями (в 2000 году на сумму 332 млн. долларов).

Известно, что отличительными признаками грозовых разрядов (ГР) являются широкополосное электромагнитного излучение (ЭМИ) и высокая концентрация электронов в каналах. Радиотехнические системы обнаружения гроз различной конструкции реализуют возможности дистанционного обнаружения ГР по этим признакам, извлекая из них информацию об интенсивности грозы, тенденции эволюции и степени ее опасности для тех или иных потребителей. При этом принципиально важной для целей оперативного гидрометеорологического обеспечения является возможность оценки по характеристикам электромагнитного (в т.ч. оптического) излучения грозовых облаков, их радиолокационным параметрам вероятности возникновения опасных и стихийных явлений погоды, связанных с такими облаками.

Применение дистанционных методов обнаружения гроз (системы и датчики типа ALDF, LDAR, SAFIR, OLS, LIS и др.) показало, что электрические процессы в облаке свидетельствуют не только о его существенной микрофизической перестройке, но и предшествуют опасным явлениям погоды (ОЯ), т.е. они фактически являются предикторами ОЯ. К таким предикторам можно отнести резкое увеличение числа внутриоблачных молний (до 60 р/мин и более) за 10-15 мин до появления торнадо или за 5-10 мин до формирования опасных для авиации шквалов (микробарстов). В градовых облаках происходит реверс полярности молний с преимущественно отрицательной на положительную (в период формирования градовых частиц и выпадения града) и обратно после его окончания).

Внедрение в мировую практику новых технологий дистанционного наблюдения гроз сопровождается накоплением фактических данных об особенностях электрической активности облаков, которые в силу определенных причинно-следственных связей с некоторой заблаговременностью дают информацию об О Я. Исследование физического существа и устойчивости таких связей в различных синоптических условиях является актуальной задачей. Однако до настоящего времени методические подходы к ее решению недостаточно проработаны, т.к. не установлены закономерности эволюции грозовой активности (ГА) в облаках различного происхождения (внутримассовых, фронтальных), причины большой изменчивости пространственно-временных характеристик грозовых разрядов в таких облаках.

В многочисленных программах исследования гроз используются разнообразные технические средства и при сопоставлении их результатов следует учитывать, что эти датчики «видят» грозу по-разному и, в свою очередь, гроза опасна для производств, служб и населения также по-разному. К интерпретации данных наблюдательных систем необходим подход, основанный на возможно более полном учете динамических и физических свойств атмосферных явлений и процессов, в которых имеют место грозы.

В СССР получили развитие специализированные наблюдения за грозовыми облаками и молниями с помощью метеорологических и имеющихся у служб управления воздушным движением PJ1C, радиоприемных устройств различного диапазона радиоволн. Коллективы под руководством В.Д.Степаненко, Л.Г.Качурина, М.И.Медалиева осуществляли измерения параметров эхо-сигналов молний и их ЭМИ, что позволило в сопоставлении с радиоэхо облаков и осадков изучать закономерности ГА облаков на севере и юге ETC. Однако физико-географические условия районов работ и значительно отличающиеся по своим динамическим, микрофизическим и электрическим свойствам облака придали определенную специфику этим исследованиям. Фактически решались разные задачи: изучение грозо-градовых процессов, поиск физических предикторов предгрозового состояния облаков в горных условиях; исследование грозовой активности облаков на равнине.

Исследованию грозовых облаков посвящено много работ. Однако, несмотря на появление более точных методов и средств обнаружения ГР, построения каналов молний в пространстве, взаимосвязь динамики облака с ходом в нем грозы во многом остается областью предположений. Это связано, прежде всего, с отсутствием в Российской Федерации сети автоматических грозопеленгаторов-дальномеров (АГПД), которая совместно с оперативными MPJ1 штормооповещения позволила бы решить такую задачу.

Поэтому результаты специально организованных исследований грозовых облаков на полевых экспериментальных базах по активному воздействию на гидрометеорологические процессы (АВ) Росгидромета в 80 - 90-х годах и реализованный при этом научно-методический подход не утратили своей актуальности и могут быть положены в основу концепции создания сети АГПД. Кроме того, недостаточный уровень теоретических исследований, численного моделирования электрического состояния облаков придает большую значимость достоверным экспериментальным данным о закономерностях грозы.

Таким образом, в связи с интенсивным развитием в последние годы дистанционных методов обнаружения грозовых облаков, своевременный диагноз и прогноз опасных явлений, связанных с облачной атмосферой, приобретает большое научное и практическое значение как для физики облаков в целом, так и для оперативных работ по штормооповещению различных отраслей экономики и населения, управлению и контролю эффективности АВ.

Цель работы состоит в исследовании закономерностей развития грозовых облаков, эволюции их радиолокационной структуры и грозовой активности на протяжении периода существования с помощью комплекса наземных радиотехнических средств (РТС) и самолетов-метеолабораторий.

Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи:

- выделение с наибольшей достоверностью предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий конвективных облаков;

- определение статистических характеристик параметров радиоэхо облаков, соответствующих этим стадиям;

- разработка метода идентификации в грозовых облаках источников радиолокационных отражений на X = 11, 35 и 200 см при одновременной регистрации их ЭМИ;

- определение параметров радиоэхо грозовых разрядов на X = 11, 35 и 200 см и их сопоставление с эволюцией радиоэхо облаков на X = 3,2 и 10 см;

- разработка методологии проведения синхронных наземных и самолетных измерений электрических характеристик облаков.

Научная новизна

Впервые выполнены комплексные исследования закономерностей грозовой активности облаков с использованием активно-пассивных наземных РТС и самолетов-лабораторий на севере ЕТР. В том числе, создана полевая экспериментальная база (ПЭБ Тургош) Росгидромета по АВ на 60° с.ш. и выполнены многолетние (1973-1996) исследования естественного хода грозовой активности в облаках внутримассового и фронтального происхождения.

В результате выполнения работ: усовершенствован метод многоволнового активно-пассивного зондирования грозовых облаков, основанный на комплексном и синхронном усвоении радиолокационных, радиотеплолокационных, радиоприемных и самолетных данных;

- создан комплекс РТС обнаружения облаков и ионизированных каналов молний различного типа (внутриоблачных разрядов и разрядов на землю), что позволило выполнить ряд исследований прикладного характера в области грозового электричества;

- получены новые физические данные об электрическом состоянии облаков с помощью наземного комплекса РТС и самолетов-лабораторий.

- определены параметры радиоэхо облаков в предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадиях при достоверном контроле времени начала и окончания грозовой активности в облаке;

- установлено взаимное расположение в облаках зон различной отражаемости, интенсивности осадков, повышенной турбулентности и молниевой активности. Разработан и защищен патентом РФ способ уменьшения обледенения самолетов путем АВ на переохлажденную часть облака;

- определены закономерности грозовой активности в одно- и многоячеистых облаках внутримассового и фронтального происхождения.

Практическая значимость работы

Полученный в работе опыт комплексных исследований мощных конвективных облаков может быть использован в программах и проектах, связанных с: а) изучением опасных и стихийных явлений (грозо-градовые и смерчесодержащие облака, мезомасштабные конвективные комплексы, тропические циклоны); б) оценкой влияния гидрометеорологических условий на распространение радиоволн; в) определением работоспособности (вероятности обнаружения, точностных характеристик) датчиков молний различного типа (в т.ч. и космических); г) проведением ракетных и самолетных работ по воздействию на облака, осадки, грозы и др.

На базе созданного на ПЭБ по АВ (Тургош) ГГО комплекса РТС на протяжении 1978-1996 гг. в интересах различных заказчиков:

- проведены сравнительные испытания, в т.ч. государственные, автоматических грозопеленгаторов различного типа: Оранж и Очаг-2П (НИИ ИТ, г.Челябинск), Верея-М (12 ГУМО РФ), малая сеть грозопеленгаторов (ОКТБ ЛГУ);

- проведены первые наземные сравнительные испытания бортовых PJIC типа РОЗ-1, Эмблема, Гроза-62 и МРЛ-1 (ГосНИИ ГА);

- проведены испытания сети приборов измерения напряженности электрического поля, оснащенной телеметрическими каналами (МЭИ);

- испытаны счетчики молниевых разрядов в интересах защиты высоковольтных линий электропередач (Томский политехнический институт);

- разработаны методические рекомендации по метеообеспечению взлета и посадки космического корабля «Буран», основанные на использовании наземных РТС и самолета-лаборатории (НПО «Энергия»);

- разработаны методические указания по обходу зон грозовых облаков в целях обеспечения безопасности полетов авиации (ГосНИИ ГА, г.Санкт-Петербург);

- проведены многолетние совместные исследования различных метеообразований наземными РТС ПЭБ и самолетами-лабораториями ЦАО (Н-16), НПО «Ленинец» (Ан-26), НПО «Взлет» (Ил-18, Ан-12) и ряда других организаций, в том числе по специальным программам.

На защиту выносятся следующие положения и результаты работ:

1. Усовершенствованный метод многоволнового активно-пассивного дистанционного зондирования (ДЗ) грозовых облаков и его техническая реализация в виде комплексов РТС ВИКИ им. А.Ф.Можайского и ГГО им. А.И.Воейкова.

2. Новые закономерности и результаты в области физики грозы, динамики развития и грозовой активности мощных конвективных облаков внутримассового и фронтального происхождения.

3. Пространственно — временные характеристики грозовой активности, наблюдаемой РЛС различных диапазонов радиоволн (11, 35 и 200 см).

4. Методология организации и результаты исследований грозовых облаков с помощью наземного комплекса РТС и самолетов-лабораторий.

5. Метод проверки точностных характеристик и вероятности обнаружения грозовых разрядов грозопеленгаторами, грозорегистраторами различных конструкций при их работе совместно с комплексом РТС ПЭБ.

Личный вклад и апробация работы

Основные научно-методические и технические результаты работы получены автором лично или под его руководством в ходе создания и проведения наблюдений на комплексах РТС на полигоне ВИКИ им. А.Ф.Можайского и экспериментальных базах ГГО им. А.И.Воейкова, на которых выполнялись работы по исследованию грозовых облаков, АВ на них и изучению влияния метеообразований на распространение радиоволн. Наряду с этим, автором разработаны алгоритмы синхронной обработки с помощью ПЭВМ информации РЛС различных диапазонов радиоволн об эволюции грозовой активности. Автором проведен анализ и интерпретация всех вошедших в диссертационную работу результатов, получены физические выводы и дано их обоснование, подготовлены предложения по дальнейшему развитию работ в области исследования грозо-градовых облаков и АВ на них.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 65 научных трудах.

Основные результаты работы были представлены на I, II и III Всесоюзных симпозиумах по атмосферному электричеству (г.Ленинград, 1976 и 1984 гг., г.Тарту, 1986 г.); I Всесоюзном симпозиуме по радиофизическим методам исследования (г.Ленинград, 1977 г.); IV, VI и VII Всесоюзных совещаниях по радиометеорологии (г.Москва, 1978 г., г.Таллинн, 1982 г., г.Суздаль, 1986 г.); I Всесоюзной научно-технической конференции по безопасности полетов (г.Киев, 1981 г.); Всесоюзном семинаре по техническим средствам для государственной системы контроля природной среды (г.Обнинск, 1981 г.); IV Всесоюзной научно-практической конференции по безопасности полетов (г.Ленинград, 1985 г.); VIII, IX, X и XII Международных конференциях по атмосферному электричеству (г.Уппсала, 1988 г., г.Санкт-Петербург, 1992 г., г.Осака, 1996 г., г.Версаль, 2003 г.); Технической конференции ВМО по инструментам и методам наблюдений (ТЕСО-92, г.Вена, 1992 г.); 26-й Международной конференции по радиолокационной метеорологии (г.Бостон, 1993 г.); Совещании ВМО по измерениям характеристик облаков (г.Мехико, 1997 г.); 7 и 8-й Научных конференциях ВМО по активным воздействиям (г.Чианг Май, 1999 г., г.Касабланка, 2003 г.); Всероссийской научной конференции по дистанционному зондированию земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами (г.Муром, 2001 г.); XV Международной конференции по плановым и непреднамеренным воздействиям (г.Альбукерк, 2001 г.); Всероссийской конференции по физике облаков и активного воздействия на гидрометеорологические процессы (г.Нальчик, 2001 г.); XXI Всероссийском симпозиуме «Радиолокационное исследование природных сред» (г.Санкт-Петербург, 2003 г.), V Российской конференции по атмосферному электричеству (г.Владимир, 2003 г.).

Содержание работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии (194 наименования); содержит 241 страницу, включая 89 рисунков и 38 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Стасенко, Валерий Никифорович

Выводы

Полеты в районе ПЭБ по АВ проводились с 1986 по 1990 годы. За этот период выполнено 57 полетов. В результате совместных наземных и бортовых наблюдений установлено:

1. Количество максимумов напряженности электрического поля, зарегистрированных над кучево-дождевыми облаками, соответствует количеству конвективных ячеек, зафиксированных MPJ1. При этом координаты Е2макс и ZMaKc в СЬ в могут не совпадать в пределах поля радиоэхо облака. Эти данные, имеющие важное значение для определения взаимосвязи между динамическими, микрофизическими и электрическими параметрами облаков, требуют уточнения на всех стадиях эволюции как ливневых, так и грозовых облаков.

2. В летний период года в Ленинградской области, несмотря на относительно невысокую верхнюю границу СЬ облаков 6 км), в них зафиксированы значительные величины Егмакс (до 7-104 В/м). В тоже время, над грозовыми облаками высотой 10-11 км эта величина составляла (2-5) • 103 В/м. Этот факт требует дальнейшего исследования.

3. Отмечено быстрое изменение Ez в процессе естественной эволюции облаков. Зафиксирован случай, когда она через 9 мин изменилась на 2 порядка величины. Из этого следует, что управление воздействиями на электрическое состояние облаков и контроль их результатов, основанные на бортовых измерениях напряженности поля, требуют разработки специальных методик, учитывающих подобные вариации Ez.

4. Сопоставление изменений I Ez! по маршруту полета самолета с местоположением радиоэхо осадков различной интенсивности показывает, что основные заряды облака расположены в тыловой части движущегося облака, за пределами зоны ZMaKC (зоны осадков), в области небольших градиентов отражаемости.

Самолетные наблюдения совпадают с ранее полученными радиолокационными данными о смещении зон молниевой активности в тыл движущейся конвективной ячейки (глава 4).

5. Зафиксирована взаимосвязь между изменениями во времени Егмакс и максимальной интенсивностью осадков (1макс)- Рост и спад Ez в целом сопровождается аналогичным изменением 1макс, однако эти параметры достигают экстремальных значений не одновременно. Наблюдается временной сдвиг меду ними, равный ~ 20 мин, при этом 1маКс опережает Егмакс •

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках важнейшей тематики Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета) и работ, выполненных по заказам других министерств и ведомств, на полевых экспериментальных базах Военно-инженерного краснознаменного института им. А.Ф.Можайского и Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова в период 1973-1996 годов:

1. Решена крупная научно-техническая задача по исследованию мощных конвективных (грозовых) облаков и создан комплекс активно-пассивных радиотехнических средств, состоящий из:

- радиолокаторов сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов радиоволн (МРЛ-1 и 5, ПРВ-10, ДРЛ-7 и П-12), определяющих параметры облаков, осадков и грозовых разрядов;

- СВЧ радиометров (мм и см диапазонов), определяющих характеристики водозапаса облаков и расширяющих возможность микрофизической интерпретации получаемых данных;

- радиоприемных устройств УКВ, KB, СВ и СДВ диапазонов, включая регистратор формы импульсов (РФИ-860), обеспечивающих анализ амплитудно-частотных характеристик ЭМИ грозовых облаков, и автоматических грозопеленгаторов-дальномеров различных конструкций;

- аппаратуры многоканальной аналоговой и цифровой регистрации данных с привязкой к единому времени (с точностью до 10'3 с).

2. Разработан и реализован метод многоволнового активно-пассивного зондирования облаков, обеспечивающий:

- выделение предгрозовой, грозоактивной и послегрозовой стадий облака и определения статистических характеристик параметров радиоэхо облаков, соответствующих этим стадиям;

- идентификацию в грозовых облаках источников радиолокационных отражений в дециметровом и метровом диапазонах радиоволн путем сопоставления с характеристиками их ЭМИ;

- определение параметров радиоэхо грозовых разрядов (ЭПР, время существования, радиальный размер) на длинах волн 11, 35 и 200 см и их сопоставление с радиоэхо облаков на Х = 3,2 и 10 см;

- определение взаимного расположения в облаках зон различной отражаемости, интенсивности осадков, повышенной турбулентности и молниевой активности;

- определение закономерностей грозовой активности в одно- и многоячеистых облаках внутримассового и фронтального происхождения;

- проведение одновременных наземных и самолетных измерений электрического состояния облаков.

3. В ходе многолетних и разнообразных экспериментов получены следующие новые закономерности и результаты в области физики грозы, динамики развития мощных конвективных облаков, которые могут найти применение и в практике активных воздействий на грозо-градовые процессы:

3.1. Грозовая активность облаков различного типа (одно- и многоячеистых конвективных, слоисто-дождевых) имеет существенные отличия:

- зафиксирована значительная асимметрия процесса ГА в КЯ (значения параметров радиоэхо КЯ в начале грозы в 1,5-2 раза больше, чем в окончании; первые ГР в ячейке появляются за ~ 10 мин до того момента, когда параметры Нвг, Z, dZ/dR достигнут максимальных значений, а продолжаться могут в течение 30-40 мин после этого). Это отражается на достоверности косвенных радиолокационных критериев грозоопасности, в частности, Y = Н • lgZ3, который правильно указывает на начало грозы (Y = 25), однако на спаде грозовой активности его показания становятся недостоверными (ГР имеют место при Y = 10-15). Очевидна необходимость внедрения средств прямого обнаружения молний — автоматических грозопеленгаторов-дальномеров;

- имеет место значительная асимметрия распределения ГР в КЯ (80 % ГР обнаружены в осадках с I < 10 мм/час и только 18 % в зонах более интенсивных осадков; ГР опережают зону Imakc на 5 км (11 % случаев) и распространяются в тыл движущейся ячейки (89 %) на R до 20-40 км); соотношение водность/ледность в КЯ по данным комбинированных радиолокационных и СВЧ радиометрических наблюдений существенно изменяется в ходе грозы: пик ГА имеет место при минимальной водности ячейки;

- размеры ГР в начале грозы составляют 2-4 км и увеличиваются к ее окончанию в несколько раз (в начальной стадии грозы молнии наблюдаются в отдельных КЯ, по мере формирования многоячеистого облака ГР распространяются на все облаков в целом).

3.2. Многоячеистые конвективные облака являются динамической системой, оказывающей существенное влияние на эволюцию отдельных КЯ:

- параметры радиоэхо многоячеистых облаков в целом в 2-3 раза больше одноячеистых. Например, параметр, характеризующий динамику развития ячейки - скорость роста отражаемости (dZ/dt) у многоячеистых облаков составляет в среднем 200 мм6/м3-мин при максимальном значении 600-800 мм6/м3-мин. У одноячеистых его среднее значение -90 мм6/м3-мин при максимуме 200-300 мм6/м3-мин;

- имеют место общие закономерности формирования многоячеистых облаков и эволюции составляющих их КЯ независимо от того, являются они фронтального или внутримассового происхождения. Отличия состоят в большей скорости и пространственной компактности процесса формирования фронтальных облаков.

3.3. В многоячеистом облаке зафиксировано взаимодействие соседних ячеек, выражающееся в резком усилении грозы (в 3-4 раза) по мере уменьшения расстояния между центрами (зонами ZMaKc) соседних ячеек до 6-7 км. Большинство ГР в этот момент сосредоточено между этими ячейками, имеет радиальный размер 7-8 км и является, по-видимому, внутриоблачными. Причем, это происходит без соответствующего увеличения ZMaKC и НМакс ячеек.

По мере удаления ячеек друг от друга (на R > 8 км) грозоактивность резко падает, однако размеры ГР в таких облаках могут достигать нескольких десятков километров. Здесь формируются цепочки молний большой протяженности в результате триггерного эффекта, когда разряд в одной ячейке за счет скачка Еп инициирует молнию в соседней, где напряженность электрического поля приближается к пробойному значению, и этот процесс распространяется далее по фронту. Высокая корреляция событий в цепочке молний установлена при точностях регистрации радиоэхо ГР в пространстве — 0,5 км и во времени -1 мс.

3.4. С помощью РЛСдм (на А. = 10-11 см) обнаружены маломасштабные внутриоблачные разряды длительностью 10-30 мс, подключающие в промежутках между ОУ новые области (центры) зарядов к каналу на землю. Области зарядов расположены на удалении 2-3 км друг от друга и между ними распространяются ионизированные каналы стриммеров со скоростью V < 4-104 м/с. Они сохраняют свое положение в пространстве в течение 5-7 мин, что служит достаточно убедительным доказательством существования ЭАЗ в облаке.

Дальнейшая перспектива изучения физических свойств ЭАЗ, условий и места их появления, взаимосвязи с опасными явлениями в облаке связана с комплексным применением радиолокационных и СВЧ-радиометрических средств. При этом может быть использован опыт исследований гроз на ПЭБ Тургош.

3.5. Совместные самолетные и наземные наблюдения грозовых облаков показали, что:

- количество максимумов напряженности электрического поля (Епмакс) над СЬ облаками в целом соответствует количеству конвективных ячеек (ZMaKc), из которых они состоят. При этом Ец макс и ZMaKC могут не совпадать в пределах поля радиоэхо облака;

- основные заряды облака сосредоточены в его тыловой части, в области небольших градиентов dZ/dR (это совпадает с радиолокационными данными о смещении в тыл облака максимума повторяемости ГР);

- между напряженностью электрического поля и интенсивностью осадков (I) зафиксирована взаимосвязь: рост и спад Еп в целом определяется изменением I. Однако, эти параметры достигают экстремальных значений не одновременно: между ними наблюдается временной сдвиг в ~ 20 мин, при этом 1маКс опережает ЕпмаКс.

Полученные данные подтверждают взаимосвязь процессов осадкообразования и электризации облака. В тоже время, интенсивность осадков может увеличиваться без последующей электризации облака, однако заметная электризация и грозовая стадия облака постоянно сопровождается осадками и часто значительными.

4. Проведенные теоретические расчеты возможности реализации в электрически активных зонах облака механизма электризации, основанного на столкновениях с отскоком частиц крупы, льда и воды, а также полученные экспериментальные (наземные и самолетные) данные о росте напряженности электрического поля облака после начала осадков свидетельствуют о тесной взаимосвязи процессов электризации с образованием в облаке осадков из твердой фазы.

5. Созданный комплекс РТС ПЭБ Тургош, обеспечивший надежное обнаружение ГР разного типа с точностью не хуже 0,5 км по дальности и 1 мс во времени, обширную информацию о пространственно-временных параметрах облачного поля в радиусе до 300 км был использован для испытаний, включая государственные, грозопеленгаторов разных конструкций. Они показали непригодность АГПД Очаг-2П и Оранж для оперативной работы, т.к. задержка определения начала грозы достигала 15-20 минут по сравнению с РЛС П-12.

Грозопеленгационная система нового поколения Верея-М в режиме сопоставления с данными РТС ПЭБ показала достаточно высокую точность: координаты ее срабатываний совпали с радиоэхо молний. По-видимому, она может быть использована для метеообеспечения различных потребителей после завершения анализа ее возможностей по обнаружению разрядов различного типа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Стасенко, Валерий Никифорович, Санкт-Петербург

1. Сумин Ю.П., Шварц Я.М. Электрическое поле в окрестности конвективных облаков.// Труды ГГО, 1972, вып. 278, с. 113-120.

2. Имянитов И.М., Кулик М.М., Чуваев А.П. Опыт исследования грозовых облаков в южных районах Европейской территории СССР и в Закавказье.// Труды ГГО, 1957, вып. 67, с. 3-32.

3. Двали Е.Р. Электрическое состояние атмосферы и его связь с метеорологическим фактором.// Труды Зак.НИГМИ, 1967, вып. 21, с. 83-128.

4. Шварц Я.М. К расчету электрических структур грозовых облаков. // Труды ГГО, 1972, вып. 277, с. 113-120.

5. Камалдина И.И. Об изменении электрической структуры кучево-дождевых облаков в процессе их развития. // Труды ГГО, 1968, вып. 225.

6. Имянитов И.М. Строение и условия развития грозовых облаков.// Метеорология и гидрология, 1981, №3, с. 5-17.

7. М arkson R., Anderson В. New electric field instrumentation and the effects of space charge at Kennedy Space Center.// Proc., Intern. Aerospace and Ground Conf. on Lightning and Static Electricity, Oklahoma, USA, 1988, p. 94-102.

8. Rison W., Chapman G.P. Lightning protection for high explosives and instrumentation using a field mill system. // Proc., Intern. Aerospace and Ground Conf. on Lightning and Static Electricity, Oklahoma, USA, 1988, p. 289-293.

9. Имянитов И.М., Чубарина Е.В., Шварц Я.М. Электричество облаков. // Гидрометеоиздат, Л, 1971,93 с.

10. Гальперин С.М., Кашлева Л.В., Михайловский Ю.П., Степаненко В.Д. Электризация конвективных облаков в естественном цикле развития и при воздействиях (самолетные исследования). // Вопросы атмосферного электричества. Гидрометеоиздат, Л, 1990, с. 76-102.

11. Имянитов И.М. К вопросу об электризации и проводимости грозовых облаков. // ДАН СССР, 1956, т.109, №1, с. 77-83.

12. Мучник В.М. Физика грозы. // Гидрометеоиздат, Л, 1974, 351 с.

13. Лободин Т.В., Богачук B.C. О контроле электрического состояния облаков при активных воздействиях. // Труды ГГО, 1982, вып. 455, с.124 -129.

14. Jacobson Е.А., Krider Е.Р. Electrostatic field changes produced by Florida lightning. // J. Atmos. Sci., 1976, v.33, p.103-117.

15. Imyanitov I.M., Evteev B.F., Kamaldina I.I. A thunderstorm cloud. // In Planetary electrodynamics, Ed. by Coronity S.C. and Hughes J., v.l, Gordon and Breach Science Publishers. New York-London-Paris, 1969.

16. Камалдина И.И. Влияние эффективной электрической проводимости облака на интенсивность грозовых процессов. // Труды ГГО, выл. 301, с. 120-122.

17. Тверской П.И. Атмосферное электричество. // Гидрометеоздат, Л, 1949,252 с.

18. Имянитов И.М., Лободин Т.В. Исследование электрической структуры ливневых и грозовых облаков. // Гидрометеоиздат, Л, 1962, с. 3-20.

19. Машуков Х.М. К вопросу о ракетных измерениях напряженности электрического поля в грозовых и градовых облаках. // Труды ВГИ, 1976, вып. 35, с. 38-50.

20. Машуков Х.М. Экспериментальные исследования устройства для зондирования электрических полей в кучево-дождевых облаках. // Труды ВГИ, 1977, вып.38, с. 16-21.

21. Гашина С.Б., Сальман Е.М. Особенности радиолокационных характеристик грозовых облаков. //Труды ГГО, 1965, вып. 173, с. 19-25.

22. Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы. // Гос. издательство технико-теоретической литературы, М, 1957,483 с.

23. Колоколов В.П. Некоторые особенности разрядной деятельности гроз в средних широтах.// Труды ГГО, 1965, вып. 177,

24. Лыдзар П.С. Полупроводниковые грозорегистраторы. // Труды ГГО, 1964, вып. 157,

25. Лоч Б. Ф. Приборные наблюдения за числом разрядов близких гроз. // Труды ГГО, 1952, вып. 35(07), с. 58-62.

26. Стасенко В.Н., Снегуров B.C., Гальперин С.М. Грозопеленгатор-дальномер «Очаг-2П» // Гидрометеоиздат, Л, 1988,59 с.

27. Степаненко В.Д., Гальперин С.М. Обнаружение ливней и гроз с помощью радиолокационных станций температурно-ветрового зондирования. // Труды ГГО, 1969, вып.243, с. 49-54.

28. Дивинский Л.И. О выделении радиолокационного сигнала, отраженного от молний. // Труды ЛГМИ, 1972, вып. 45, с.169-175.

29. Гальперин С.М., Стасенко В.Н., Степаненко В.Д. Методика исследования гроз радиотехническими средствами. // Труды 1-го Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. Гидрометеоиздат, Л, 1976, с. 161-170.

30. Galperin S.M., Frolov V.I., Stasenko V.N., Stepanenko V.D., Shchukin G.G. Complex radar investigation of thunderstorms.// Proc., 9th Intern. Conf. on Atmospheric Elecrticity. St.Petersburg, 1992, v. 1, p. 202-205.

31. Качурин Л.Г., Карцивадзе А.И., Дивинский Л.И. Радиолокационные характеристики грозовых облаков в сантиметровом и метровом диапазонах радиоволн. // Труды 1 Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. Гидрометеоиздат, Л, 1976, с. 185-190.

32. Медалиев Х.Х., Кяров Х.Б., Сижажев С.М. Электрическая активность градоопасных облаков. // Труды ВГИ, 1979, вып. 42, с. 89-98.

33. Медалиев Х.Х., Кяров Х.Б., Сижажев С.М. Исследование грозовых явлений в дециметровом диапазоне радиоволн. // Труды ВГИ, 1977, вып. 38, с. 40-44.

34. Аджиев А.Х., Сижажев С.М. Методика исследования предгрозового состояния конвективных облаков и некоторые предварительные результаты. // Труды ВГИ, 1985, вып. 56, с. 8-13.

35. Баранулько В.А., Федотов И.В. Радиоэхо от молний. //Радиотехника, 1955, T.I0, №11.

36. Гальперин С.М., Степаненко В.Д., Егоров В.Н., Гончар А.Ф. Обнаружение грозовых облаков с помощью РЛС метрового диапазона радиоволн. // Труды ГГО, 1975, вып. 328, с. 56-63.

37. Сижажев С.М. Взаимосвязь грозовых и градовых явлений в кучево-дождевых облаках. // Труды ВГИ, 1986, вып. 65, с. 76-80.

38. Медалиев Х.Х., Сижажев С.М., Кяров Х.Б. Исследование некоторых условий возникновения грозовых разрядов в облаке. // Труды ВГИ, 1973, вып. 24, с. 76-81.

39. Аджиев А.Х., Бейтуганов М.Н. Исследование взаимосвязи электрических и радиолокационных параметров конвективных облаков. //Труды ВГИ, 1986, вып. 65, с. 7-12.

40. Колоколов В.П., Згерская Г.С., Камышанова В.А., Павлова Г.П. К вопросу об оценке эффективности активного воздействия на грозу. // Труды ГГО, 1980, вып. 401, с. 3-10.

41. Гайворонский И.И., Громова Т.Н., Зимин Б.И., Лободин Т.В., Скороденок И.А., Торопова Н.В. Результаты воздействий на грозовые облака по данным комплексного контроля за их электрической активностью. // Труды ГГО, 1976, вып. 372, с. 83-94.

42. Зимин Б.И. О связи электризации грозовых облаков с осадками. // Метеорология и гидрология, 1981, № 8, с. 44-51.

43. Аджиев А.Х., Акчурин М.М., Богаченко Е.М. Выявление грозовых очагов в конвективных облаках и связь грозовых явлений с осадками. //Труды ВГИ, 1984, вып. 55, с. 98-103.

44. Медалиев Х.Х., Сижажев С.М. Изучение степени грозоопасности облаков и определение времени и места каналов молний. // Труды ВГИ, 1979, вып. 29, с.3-11.

45. Аджиев А.Х., Акчурин М.М., Богаченко Е.М., Хыдыров Ф.Л. Результаты синхронных измерений напряженности электрического поля молний и расстояния до нее. // Труды ВГИ, 1987, вып. 67, с. 100-105.

46. Аджиев А.Х., Загидуллин А.А. Устройство для автоматической регистрации сигналов электромагнитного излучения молниевых разрядов. // Труды ВГИ, 1984, вып. 53, с. 3-6.

47. Активно-пассивная радиолокация грозовых и грозоопасных очагов в облаках. Под редакцией Качурина Л.Г. и Дивинского Л.И. // Гидрометеоиздат, СПб, 1992,216 с.

48. Раков В.А. Современные пассивные радиотехнические системы местоопределения молний. // Метеорология и гидрология, 1990, №11, с.118-123.

49. Richard P., Soulage A., Laroche P., Appel J. The SAFIR lightning monitoring and warning system, application to aerospace activities. // Proc., Intern. Aerospace and Ground Conf. on Lightning and Static Electricity, Oklahoma, USA, 1988, p. 383-390.

50. Bondiou-Clergerie A. et al. A project for space-borne detection of lightning flash using interferometry in the VHF-UHF band. // Proc., 11th Inetm. Conf. on Atmosph. Electricity, 1999, Guntersville, Alabama, AMS, p. 184-187.

51. Markson R., Ruhnke L. Lightning first pulses used in the LASI (TOA) and ATLAS (single station) total lightning mapping sytem. //Proc., 11th Inetrn. Conf. on Atmosph. Electricity, 1999, Guntersville, Alabama, AMS, p. 188-191.

52. McCaul E.W., Buechler D., Goodman S. Cloud-to-ground lightning characteristics of a major TC tornado outbreak. // Proc., 11th Inetm. Conf. on Atmosph. Electricity, 1999, Guntersville, Alabama, AMS, p. 511-514.

53. Kane R.J. Correlating lightning to severe local storms in the northeastern United States. // Weather and Forecasting, 1991, v. 6, p. 3-12.

54. Buechler D.E., S.J.Goodman, and M .E.Weber. С loud-to-ground 1 ightning activity i n m icroburst producing storms. // Prepr., 15th Conf. on Severe Local Storms, AMS, Boston, 1988, p. 496-500.

55. MacGormanD.R.,D.W.Burgess. Positive cloud-to-ground lightning in tornadic storms and hail storms. // Monthly Weather Review, 1994, v. 122.

56. Sartor J.D. The role of particle interactions in the distribution of electricity in thunderstorms. //

57. J.Atmosph. Sci., 1967, v. 24, p. 601-615.

58. Gaskell W., Illingnworth AJ. Charge transfer accompanying individual collisions between ice particles and its role in thunderstorm electification. // Quart. J. Royal Meteorol. Soc., 1980, v. 106, p. 841-854.

59. Takahashi T. Riming electrification as a charge generation mechanism in thunderstorm. // J.Atmosph. Sci.,1978, v. 24, p.1536-1548.

60. Illingworth A.J. Charge separation in the thunderstorms. Small scale processes. // J. Geophys. Res.,1985, v. 90, p. 6026-6032.

61. Mossop S.C. The origin and concentration of ice crystals in clouds. // Bull. Amer. Met. Soc., 1985, v. 66, p. 264-273.

62. Lhermitte R.M. Convective storm development and electrification. // Commun.8eme Conf.int.phys.nuag., Clermont-Ferrand, 1980, v. 2, p. 501-502.

63. Филипов A.X., Ковалев И.Н. Использование радиозонда ВКЗ для измерения напряженности электрического поля в свободной атмосфере. // Труды ГГО, 1969, вып. 242, с. 68-71.

64. Стасенко B.H., Щукин Г.Г. Методология исследования электричества грозовых облаков и активные воздействия на них. // Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 2000, вып. 2 (548), с. 24-34.

65. Shchukin G.G., Galperin S.M., Stasenko V.N., Bannikov V.I., Frolov V.I., Tarabukin I.A. Complex radiophysical cumulonimbus study. // Proc., 26th Conf. on Radar Meteorology, Boston, AMS, 1993, p. 685-686.

66. Galperin S.M., Bannikov V.I., Stasenko V.N., Frolov V.I., Shchukin G.G. Lightning channel detection using different wavelength and wavepolarization radars. // Proc., 9th Intern. Conf. on Atmospheric Elecrticity. St.Petersburg, 1992, v.l 11, p. 725-728.

67. Справочник по климату СССР, т. 1.// Гидрометеоиздат, Л, 1968,370 с.

68. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. // Гидрометеоиздат, Л, 1955,455 с.

69. Richard P. Severe thunderstorm nowcasting. // Proc., 15th Intern. Aerospace and Ground Conference on Lightning and Static Electricity. Taj Mahal, October 6-8, 1992, Atlantic City, New Jersey, USA, p. 771-779.

70. Гальперин C.M., Степаненко В.Д., Осетров A.C. Радиолокационное обнаружение молний. // Труды ГГО, 1974, вып. 301, с. 81-87.

71. Дивинский Л.И. Об эффективной отражаемости поверхности канала молнии. Атмосферное электричество. // Труды 1 Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. Гидрометеоиздат, Л, 1976, с. 177-185.

72. D.E. Proctor. Lightning and Precipitation in a Small Multicellular Thunderstorm. // J. Geophys. Res., 1983, v. 88, n.C9, p. 5421-5440.

73. Гальперин C.M., Тугарин B.H. Особенности излучения гроз на частоте 500 кГц. // Труды Всесоюзн. симпозиума по радиофизическим исследованиям атмосферы. Гидрометеоиздат, Л, 1977, с. 257-262.

74. Качурин Л.Г. Физические основы воздействий на атмосферные процессы. // Гидрометеоиздат, Л, 1990, 463 с.

75. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. II Гидрометеоиздат, Л, 1973, 343 с.

76. Степаненко В.Д., Гальперин С.М. Радиотехнические методы исследования гроз.// Гидрометеоиздат, Л, 1983,204 с.

77. Радиолокационная станция П-12НП. Инструкция по эксплуатации. // Изд.МО, М, 1962, 172 с.

78. Баранулько В.А. Особенности распространения радиоволн. // Воениздат, М, 1964,100 с.

79. Качурин Л.Г., Медалиев Х.Х., Сижажев С.М. Радиолокационное исследование грозовых очагов в дециметровом диапазоне радиоволн. // Труды ЛГМИ, 1975, вып. 54, с. 21-27.

80. Качурин Л.Г., Карцивадзе А.И., Дивинский Л.И. Радиолокационные характеристики облаков в сантиметровом и метровом диапазонах радиоволн. // Труды 1 Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. Гидрометеоиздат, Л, 1976, с.185-190.

81. Сивере А.П., Суслов Н.А. Основы радиолокации. // Сов. Радио, М, 1956, 247 с.

82. Dawson G.A. Radar as a diagnostic tool for lightning. // J.Geophys.Res., 1972, v. 77, n. 24, p. 4518-4527.

83. Гальперин C.M., Стасенко В.Д. Оценка точностных характеристик автоматического грозопеленгатора-дальномера. // Изд. Политехнического института им. М.И.Калинина. Межвузовский сборник, 1979, вып.70, с.127-138.

84. Основные правила полетов в воздушном пространстве СССР (ОПП-85). // Воен. Издат., М,1986, 168 с.

85. Cylke T. The development and evolution of flash-flood-producing thunderstorms over southern Nevada on August 10, 1991. // Western Region Technical Attachment 92-23, National Weather Service, NOAA, Salt Lake City, Utah, 1992, 6 pp.

86. MacGorman D.R., Burgess D.W. Positive cloud-to-ground lightning in tornadic storms and hail storms. // Monthly Weather Review, 1994, v. 122.

87. Williams E.R. Lightning and microbursts in convective clouds. // Prepr., Conference on Atmospheric Electricity. October 22-26, 1990, Kananaskis Park, Alberta, Canada, AMS, Boston, p. 738-743.

88. Buehler D.E., Wright P.D., Goodman S J. Lightning / rainfall relationships during COHMEX. // Prepr., Conference on Atmospheric Electricity. October 22-26, 1990, Kananaskis Park, Alberta, Canada, AMS, Boston, p. 710-714.

89. Fathauer T. Heavy showers where ligtning didn't strike: The Central Tanana River Basin flood of June 15-18, 1984. // Alaska Region Technical Attachment 84-7, National Weather Service, NOAA, Fairbanks, Alaska, p. 1B-10B.

90. Geotis S.G., Orville R.E. Simultaneous observations of lightning ground strokes and radar reflectivity patterns. // Prepr., 21st Conference on Radar Meteorology, September 19-23, Edmonton, Alberta, Canada, AMS, Boston, 1983, p. 57-58.

91. N ielsen К .E., M addox R .A., V asiloff S .V. T he e volution о f с loud-to-ground 1 ightning w ithin a portion of the 10/11 June squall line. // Monthly Weather Review, 1994, v. 122.

92. Seimon A. Anomalous cloud-to-ground lightning in an F-5-tornado-producing supercell thunderstorm on 28 August 1990. // Bull. Amer. Meteorol. Soc., 1993, v. 74, p. 189-203.

93. Branick M.L., Doswell C.A. An observation of the relationship between supercell structure and lightning ground-strike polarity. // Wather and Forecasting, 1992, v. 7, p. 143-149.

94. Murty R.C., Israelson S., Pisler E., Lundquist S. Observations of positive lightning in Sweden. // Prepr., 5th Symposium on Meteorological Observations and Insrtumentation, April 11-15, Toronto, Canada, AMS, Boston, 1983, p. 152-513.

95. Ellison E.E. Rainfall rate vs. lightning intensity of a mesoscale convective system over White

96. Sands, New Mexico. // Proc., 4th Arizona Weather Symposium, June 10-12, Scottsdale, Arizona, 1992, p. 61-69.

97. Reap R.M., MacGorman D.r. Cloud-to-Ground lightning: Climatological characteristics and relationships to model fields, radar observations and severe local storms. // Monthly Weather Review, 1989, v. 117, p. 518-535.

98. Распространение длинных и сверхдлинных радиоволн. Под ред. Пестрякова В.В. // Изд. иностр. литер., М, 1960,262 с.

99. Kimpara A. Electromagnetic energy radiated from lightning. // Problems of Atmospheric and Space Electricity. Amsterdam-London-New-York, 1965, p. 352-367.

100. Maxwell E.L., Watt A.D. // Proc. IRE, 1957, n. 6, p. 787

101. Намиас M. Наука и оборона. // Издательство МИР, М, 1969, 198 с.

102. Taylor W.L. Radiation field characteristics of lightning discharges in the band of 1 kc/s tolOO kc/s. // J. Res. NBS, 1963, n. 670, p. 539-550.

103. Zonge K.L, Evans W.H. Prestroke radiation from thunderclouds. // J.Geophys. Res. 1966, v. 71, n. 6, p. 1519-1523.

104. Кармов М.И. Исследование характера электромагнитного излучения конвективных облаков в диапазоне 0,1 300 мГц. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. физ. - мат. наук. ВГИ, 1972,12 с.

105. Качурин Л.Г., Дивинский Л.И., Иванов Б.Д. Излучение конвективных облаков в метровом диапазоне радиоволн. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1979, т. 15, №7, с. 724-730.

106. Кармов М.И. О возможном механизме радиоизлучения предгрозовых облаков. // Труды ВГИ, 1973, вып. 24, с. 83-86.

107. Качурин Л.Г., Кармов М.И., Медалиев Х.Х. Основные характеристики радиоизлучения конвективных облаков. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1974, т. 10, с. 1164-1169.

108. Proctor Е. A hyperbolic system for obtaining VHF radio pictures of lighting. // J. Geophys. Res. 1971, v. 76, n. 6, p. 1478-1489.

109. Абшаев M.T., Пашкевич М.Ю. Способы и устройства отображения структуры радиоэха метеообъектов на черно-белых радиолокационных экранах. // Труды ВГИ, 1976, вып.ЗЗ, с.31-42.

110. Williams E.R., Geotis S.G., Bhattacharya А.В. A radar study of the plasma and geometry of lightning. // J. Atmos. Sci., 1989, v. 46, p. 1173-1185.

111. Hewitt F.J. Radar echoes from inter-stroke processes in lightning. // Proc.Phys.Soc., London, 1957, B70, p. 961-979.

112. Качурин Л.Г., Медалиев Х.Х., Сижажев С.М. Радиолокационное исследование грозовых очагов в дециметровом диапазоне радиоволн. // Труды ЛГМИ, 1975, вып. 54, с. 21-27.

113. Proctor D.E. Radar Observations of Lightning. // J.Geophys.Res., 1981, v. 86, C12, p. 1210912114.

114. Коростелев А.Ф., Клюев Н.Ф., Мельник Ю.А. Теоретические основы радиолокации, под ред. Дулевича В.Е. // Сов.радио, 1978, 608 с.

115. Schonland B.F.J. The lightning discharge. // Handbuck der Physic, v.22, p.576-628, ed.by S.Flugge (Marburg, Springer-Verlag, New-York, 1956).

116. Marshall J.S. Frontal precipitation and lighning observed by radar. // Canad. J. Phys., 1953, n.31, p. 194.

117. Todd A. Experimental investigation of the radar cross section of cloud-to-ground lightning. // J. Appl. Meteorol., 1976, v. 15, n.7, p. 795-798.

118. Чалмерс Дж.А. Атмосферное электричество. // Гидрометеоиздат, JI, 1974,420 с.

119. Mazur V. The effect of polarization on radar detection of lightning. // Geoph.Res.Letters, 1982, v. 9, n. 11, p. 1231-1234.

120. Rust W.D., Taylor W.L., MacGorman D. Preliminary study of lightning location relative to storm structure. // AIAA Journal, 1982, v. 20 , n. 3, p. 404-409.

121. Справочник по радиолокации. Под ред. Скольника М. // Сов. Радио, том 1, 1976, 456с.

122. Кононов И.И., Крутой Д.М., Юсупов И.Е. Связь параметров электромагнитного излучения гроз с интенсивностью осадков. // Труды V Российской конференции по атмосферному электричеству, г.Владимир, 2003, т. 1, с. 308-310.

123. Jayarathe E.R., Saunders C.P.R., Hallet J. Laboratory studies of the charging of soft-hail during ice crystal interactions. // Quart.J.R.Meteor.Soc. 1983, v. 109, № 461, p. 609-630.

124. Saunders C.P.R., Keith W.D., Mitzeva R. The effect of liquid water on thunderstorm charging. // J.Geophys.Res., 1991, v. 96,№D6,p. 11.007-11.017.

125. Имянитов И.М., Климин H.H., Дьяконова И.Н. Моделирование процессов контактной электризации облаков в камерах туманов. // Изв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1983, т.24, № 6, с. 630-639.

126. Gardiner В., Lamb D., Pitter R.L., Hallet J., Saunders C.P.R. Measurements of Initial Potential Gradient and Particle Charges in a Montana Summer Thunderstorms. // J.Geophys.Res., 1985, v. 90, №D4,p. 6079-6085.

127. Norville K., Baker M., Latham J. A Numerical Study of Thunderstorm Electrification: Model Development and Case Study. // J.Geophys.Res., 1991, v. 96, № D4, p. 7463-7481.

128. Ziegler C.L., MacGorman D.R., Dye J.E., Ray P.S. A Model Evolution of Noninductive Graupel-Ice Charging in the Early Electrification of Mountain Thunderstorm. // J.Geophys.Res., 1991, v. 96, №D7,p. 12.833-12.855.

129. Scavuzzo C.M., Masuelli S., Caranti G.M. and Williams E.R. A numerical study of thundercloud electrification by graupel-crystal collisions. // J.Geophys.Res., 1998, v. 103, № D12, p. 13.963-13.973.

130. Панин В.А. Предварительные результаты численных экспериментов по моделированию электризации конвективных облаков. // Труды НИЦ ДЗА, 2002, вып.4 (552), с. 55-65.

131. Ziegler C.L. Retrieval of Thermal and Microphysical Variables in observed Convective Storms. Part 1: Model Development and Preliminary Testing. // J.Atmos.Sci., 1985, v. 42, №14, p. 1487-1509.

132. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. //М.: Наука, 1974, 542 с.

133. Бейтуганов М.Н. Метод предотвращения града инициированием искусственных молний. // Сб. трудов, V Российская конф. по атмосф. электрич., Владимир, 2003, т.1, с. 204-207.

134. Аджиев А.Х., Богаченко Е.М. Контроль физической эффективности противоградовых работ по грозовой деятельности облаков. // Труды ВГИ, 1989, вып. 72, с. 3-7.

135. Аджиев А.Х. Определение продолжительности градоопасного состояния облаков по их грозовой активности. // Труды ВГИ, 1989, вып. 74, с. 109-113.

136. Pakiam J.E., Maybank J. The electrical characteristics of some severe hailstoms in Alberta, Canada. //J. Met. Soc.ofJapan, 1975, v. 53, n. 6, p. 363-383.

137. Руководство по производству наблюдений и применению информации с неавтоматизированных радиолокаторов MPJI-l, MPJI-2, МРЛ-5. // РД 52.04.320-91. Гидрометеоиздат, СПб, 1993, 356 с.

138. Greene D.R., Clark R.A. Vertically integrated liquid water a new analysis tool.// Monthly Weather Review, 1972, v. 100, n. 7, p. 548-552.

139. Щукин Г.Г., Бобылев Л.П., Ильин Я.К. Комплексное активно-пассивное радиолокационное зондирование облачности. // Труды ГГО, 1978, вып. 411, с. 3-12.

140. Popova N., Shchukin G. Passive-active radar sounding of clouds and precipitaiton. // Proc., 25th Conf. Radar Meteorol., June 24-28, 1991, AMS, Boston,p. 745-747.

141. Takahashi T. Near absence of lightning in Micronesian deep cumulonimbi. // Proc., 9th Intern. Conf. Atmosph. Electricity, St.Petersburg, 1992, v. 1, p. 341-344.

142. Rosenfeld D, Woodley W. Convective clouds with sustained highly supercooled liquid water until -38°C. // Proc., 13th Intern. Conf. on Cloud and Precipitation. 14-18 August, 2000, Reno, Nevada, p. 661-664.

143. Fisher B.D, Mazur V.D., Plumer J.A. Characteristics of Lightning strikes experienced by the

144. NASA F-106B airplane. // AJAA, 1984, № 2237, p. 37-48.

145. Лободин T.B. Размеры грозовых очагов. // Метеорология и гидрология, №3, 1965, с. 79-81.

146. Few A.A., Teer T.L., MacGorman. Advances in a decade of thunder research. // Electrical Processes in Atmosphere. Darmstadt, Dietrich Steinkopf, 1977.

147. Proctor D.E. VHF radio pictures of lightning. // Electrical Processes in Atmosphere. Darmstadt, Dietrich Steinkopf, 1977.

148. Carte A.E., Kidder R.E. Lightning in relation to precipitation. // J.Atmos.Terrest.Phys., 1977, v. 39.

149. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. // Гидрометеоиздат, Л, 1966,351 с.

150. Банников В.И., Гальперин С.М., Фролов В.И., Степаненко В.Д. Радиолокационное сопоставление местоположения молний и зон осадков. // Труды ГГО, 1987, вып. 508, с. 3-11.

151. Lewis W. Development of procedures for vectority aircraft around thunderstorms. // Prepr., 14th Radar Meteorol. Conf., Tucson, Arizona, 1970,1 s.a, p. 301-304.

152. Мельников B.M. Обработка информации в доплеровских МРЛ. // Зарубежная радиоэлектроника, 1993, №4, с. 35-42.

153. Рыжков А.В. Метеорологические объекты и их радиолокационные характеристики. // Зарубежная радиоэлектроника, 1993, №4, с. 6-17.

154. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. // Изд. Наука, М, 1974, 307 с.

155. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Механизм притяжения молний и проблема лазерного управления молнией. // Успехи физических наук, т. 170, №7,2000, с. 753 -769.

156. Усида Ш., Шимада Е., Ясуда X. Молния, инициированная лазером в полевых экспериментах. // Оптический журнал, т.66, №3, 1999, с. 36-40.

157. D.Wang, T.Ushida, Z.-I. Kawasacky. A possible way to triger lightning using laser. // J.Atmos. and Terrestrial Phys., 1995, v. 57, n. 5, p. 459-466.

158. Дивинский Л.И. Радиолокационная эффективная отражающая поверхность канала молнии. //Труды ЛГМИ, 1975, вып. 54, с. 28-40.

159. Knapp D.I. A new severe thunderstorm identification technique. // Air Weather Service Forecaster Memorandum, AWS/FM-92/001,1992, 5 pp.

160. Williams E.R., Weber M.E., Orville R.E. The relationships between lightning type and convective state of thunderclouds. // J.Geophys. Res., 1989, v. 94, p. 13213-13220.

161. Камышанова В.А. О процессах формирования аномальной грозовой активности. // Труды ГГО, 1977, вып. 350, с. 71-73.

162. Качурин Л.Г., Карцивадзе А.И., Дивинский Л.И., Иванов Б.Д. Эволюция фронтальных грозовых облаков. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1979, т. 15, с. 187-193.

163. Мик М., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. // М.: Изд-во Иностр. Лит., 1960, 605 с.

164. Бейтуганов М.Н. О некоторых особенностях коронных разрядов с частиц в электрическом поле. // Труды ВГИ, 1984, вып. 53, с. 29-34.

165. Юман М. Молния. // М.: Мир, 1972, 372 с.

166. Бейтуганов М.Н., Белгороков Л.Г., Калов P.O. Экспериментальные исследования коронного разряда с капель воды. // Труды ВГИ, 1985, вып. 61, с. 16-20.

167. Брылев Г.Б., Гашина С.Б., Евтеев Б.Ф., Камалдина И.И. Характеристики электрически активных зон в слоистообразных облаках. // Гидрометеоиздат, Л, 1989, 159 с.

168. Снегуров B.C. Концепция сети пеленгации гроз. // Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 1997, вып. 546, с. 92-104.

169. Woodley W.L., Simpson J., Biondini R., Berkeley J. Rainfall results, 1970-1975: Florida Area Cumulus Experiment. // Science, 1977, v. 195, №4280, p. 735-742.

170. Simpson J., Westcott N., Clerman R., Pielke R. On cumulus merges. // Arch. Meteorol., Geophys. und Bioklimatol., 1980, A 29, №1-3, p.1-40.

171. Мэйсон Б.Д. Физика облаков. // Гидрометеоиздат, Л, 1961, 542 с.

172. Biondini R. Cloud motion and rainfall statistics. // J. Applied Meteorology, 1976, v. 15, p. 205224.

173. Lopez R.E. Radar characteristics of the cloud population of tropical disturbances in north-west Atlantic. // Monthly Weather Review, 1976, v. 104, p. 269-283.

174. Lopez R.E. The lognormal distribution and cumulus cloud populations. // Monthly Weather Review, 1977, v. 105, p. 865-872.

175. Ligda M. The radar observation of lightning. // J. Atmosph. Terrestr. Phys., 1956, v. 9, p. 329346.

176. Качурин Л.Г., КарцивадзеА.И., Дивинский Л.И., Мазур В.Д. Радиолокационные наблюдения за грозовыми очагами в кучево-дождевых облаках. // Труды ЛГМИ, 1975, вып. 54, с. 9-20.

177. MacGorman D.R. Lightning location from VHF impulses relative to storm structure from dual

178. Doppler radars. // EOS Trans. Americ. Geophys. Union, 1979, v. 60, n. 46, p. 1488-1494.

179. Taylor W.L. Lightning initiation height and progression relative to storm dynamics. // EOS Trans. Americ. Geophys. Union, 1979, v. 60, n. 46, p. 837.

180. Гашина С.Б., Имянитов И.М., Камалдина И.И. Связь радиолокационных характеристик облаков с их турбулентным и электрическим состоянием. // Труды ГГО, 1965, вып. 173, с. 8-62.

181. Евтеев Б.Ф., Камалдина И.И., Маркчев Н.Т., Понамарев Ю.Ф. Электрические поля в зимних облаках вторичного холодного фронта. // Труды ГГО, 1977, вып. 350, с. 91-95.

182. Камалдина И.И. Исследование пространственного расположения электрического центра облака по отношению к его радиолокационному ядру. // Труды ГГО, 1984, вып. 474, с. 29-31.

183. Чубарина Е.В., Михайловская В.В. Определение электрической опасности для самолета. // Труды ГГО, 1988, вып. 514, с. 40-47.

184. Банников В.И., Гальперин С.М., Новичихина Н.А., Стасенко В.И. Совместные исследования облаков с помощью наземных радиотехнических средств и самолетов-лабораторий. // Труды ГГО, 1988, вып. 526, с. 30 34.

185. Armand N.A. and Polyakov V.M. Radio Propagation and Remote Sensing of the Environment. // CRC Press, Boca Raton, USA, 2004, 384 p.

186. Ким H.C., Шкодкин A.B. Изменение фонового уровня концентрации атмосферных льдообразующих ядер.// Сб. статей «Вопросы физики атмосферы», СПб., 1998, с. 407-412.