Особенности мезомасштабной грозовой деятельности

Решетько, Маргарита Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Особенности мезомасштабной грозовой деятельности
ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Особенности мезомасштабной грозовой деятельности"

Министерство образования Российской Федерации Российский государственный гидрометеорологический университет

На правах рукописи УДК 551.594.221

РГБ ОЛ

РЕШЕТЬКО Маргарита Викторовна

- J MAP 2003

ОСОБЕННОСТИ МЕЗОМАСШТАБНОЙ ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Специальность 11.00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт - Петербург 2000

Работа выполнена в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор АЛ. ДУЛЬЗОН

Консультант кандидат географических наук

В.П. ГОРБАТЕНКО

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Л.И. ДИВИНСКИЙ

кандидат географических наук, доцент В.Л. АНДРЕЕВ

Ведущая организация Институт оптики атмосферы

Сибирского отделения Российской академии наук /ИОА СО РАН/

Защита состоится " 30" марта 2000 г. в 15 часов 30 минут на заседании специализированного совета (К.063.19.01) при Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан "_" _2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук A.B. Лубяной

Я) л и.п.о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Актуальность проблемы Повышение требований к надежности молниезащиты различных объектов, а также неполнота наших знаний о физических процессах, приводящих к разряду молнии, обуславливает большое значение исследований региональной грозовой деятельности.

Территория нашей страны недостаточно освещена как визуальными, так и инструментальными наблюдениями за грозовой деятельностью. Следовательно, существует необходимость изучить взаимосвязь пространственного распределения грозовой деятельности с физико-географическими характеристиками территорий, обладающих как плотной сетью традиционных наблюдений за. грозами, так и современными инструментальными наблюдениями с тем, чтобы применить полученные результаты в регионах с редкой сетью.

Грозовой активности свойственны также временные изменения, неодинаковые по величине и знаку в различных районах земного шара. Как происходит перераспределение грозовой активности в пространстве, в частности на мезомасштабных территориях (площадь от десятков до сотен тысяч км2) - этот вопрос также требует изучения.

Кроме того, такое комплексное явление как гроза наблюдается с помощью традиционных визуальных и инструментальных методов. Одна из проблем исследований грозовой деятельности' заключается в том, что, используя данные постоянно совершенствующихся инструментальных методов практически невозможно выявить временные изменения активности грозовой деятельности, так как основные характеристики регистрирующих систем изменяются. Причем, если для отдельных пунктов наблюдений связь между характеристиками, полученными с помощью этих методов, установлена, то для территорий мезомасштаба подобная связь отсутствует, В перспективе, увязав данные инструментальных наблюдений с многолетними рядами на метеостанциях, можно существенно уточнить имеющиеся карты интенсивности грозовой деятельности и получить приближенные карты

плотности разрядов молнии в землю задолго до полного охвата территории России системами пеленгации и накопления соответствующей статистики, что позволит более обоснованно подходить к оценке и прогнозу грозоопасности территории.

Целью данной работы является изучение закономерностей распределения и изменения активности грозовой деятельности на территории мезомасштаба на основе данных визуального и инструментального методов наблюдения за грозами.

Задачи исследования

Сравнение пространственного распределения характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов, исследование факторов, определяющих пространственную неоднородность распределения характеристик грозовой деятельности.

Анализ временных изменений грозовой деятельности на основе данных визуальных наблюдений за грозами с целью выявления закономерностей для мезомасштабных территорий.

Поиск возможного параметра для связи существующих многолетних рядов наблюдений за грозовой деятельностью и данных автоматических систем местоопределения молний.

Оценка локальных особенностей грозовой деятельности на основе анализа данных современной системы местоопределения молний.

Материал и методика Особенности изменения характеристик грозовой деятельности анализировались для равнинной территории Томской области и южной части Германии, характеризующейся разнообразием форм рельефа. Обе территории располагают как данными визуальных, так и инструментальных наблюдений за грозами. Для территории Томской области использовались данные 23 метеостанций за период 1966-95 гг., 9 метеостанций за период 1951-1995 гг. и результаты обработки данных сети счетчиков молний за

1985-86 гг. Территория Германии была выбрана как располагающая многолетними, качественными данными плотной сети метеорологических наблюдений за грозами и данными современней автоматической системы местоопределения молний, доступ к которым был получен во время исследований, проводившихся в Германии. Были использованы данные 41 метеостанции- за период 1951-97 гг. и данные инструментальных наблюдений за период 1992-97 гг. Обработка данных наблюдений производилась на ПК с помощью пакетов прикладных программ, использующих стандартные методы математической статистики.

Научная новизна работы определяется следующим:

1. Установлены корреляционные зависимости ряда физико-географических характеристик с пространственным распределением числа дней с грозой и плотностью разрядов молнии в землю. Для территории южной части Германии подтверждено влияние таких геофизических факторов как теплового поля земли и изостатических аномалий на пространственное распределение характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов. Подобных исследований для территории, обладающей плотной сетью визуальных наблюдений и современной системой местоопределения молний еще не проводилось.

2. Установлено наличие трендов и циклов различного периода во временном ходе грозовой деятельности как в целом по исследуемой территории, так и для отдельных метеостанций.

3. Подтверждено наличие различных трендов грозовой активности, фиксируемых близлежащими метеостанциями за один и тот же временной период на каждой из исследуемых территорий, что свидетельствует о неправомочности выбора одной или нескольких метеостанций для характеристики временных изменений грозовой деятельности в целом по территории. -'

4. На основе инструментальных наблюдений предложена типизация сигнатур молний (отражаемых на экране цветного монитора появления точек поражения молнией на карте местности). Это позволит более обоснованно подходить к выбору критериев при разработке компьютерных методов анализа данных инструментальных наблюдений. Исследована повторяемость различных видов типизации и их связь с синоптической ситуацией.

6. Получены новые экспериментальные данные о связи локальной интенсивности разрядной деятельности, распределения амплитуд токов молний с типом синоптического положения.

Практическая ценность.

Результаты исследований применены в разработке методических принципов регионального районирования грозовой деятельности (N гос. per. 01. 9. 60 002928).

Внесено методическое уточнение о неправомочности использования для оценки временного изменения грозовой деятельности на территории мезомасштаба данных лишь одной станции.

С помощью предложенных в работе типизации и стандартного параметра для инструментальных наблюдений прозедена оценка степени грозоопасности для международного аэропорта Франкфурт на Майне на основе данных многопункговой разностно-дальномерной системы местоопределения молний фирмы Сименс.

Результаты работы приближают нас к пониманию физических процессов, способствующих возникновению и развитию грозового разряда, служат основой для создания модели территориального распределения грозовой деятельности.

На защиту выносятся следующие основные положения ■ ' ■

1. Влияние физико-географических и геофизических факторов на неоднородность пространственного распределения характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов. . . . ■

2. Результаты анализа временного хода многолетних наблюдений над грозами над территорией Германии и Томской области: наличие цикличностей различного периода и различных трендов грозовой активности, фиксируемых метеостанциями.

3. Дополнение к методике обработки данных инструментальных наблюдений (типизация сигнатур молний и стандартный параметр).

Апробация работы.

Содержание работы и. ее основные положения докладывались на Втором и Третьем сибирских совещаниях по климатоэкологическому мониторингу (г. Томск, 16.04 - 18.04.1997, 21.04 - 23.04.1999), Всероссийской научно-практической конференции «Радиационная безопасность Урала и Сибири» (г. Екатеринбург, 18.09 - 20.09.1997), Четвертом Всероссийском научно-техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, 10.12 - 13.12.1998), 24,h International Conference on Lightning Protection (Staffordshire University, United Kingdom, 14.09 - 18.09.1998), International Conference on Lightning and Static Electricity (Toulouse, France, 22,06 - 24.06.1999), на научных . конференциях «Гидрологические исследования в Сибири» (г. Томск, 14.11.1997), посвященной 40-летию кафедры гидрологии ТГУ, и «Актуальные проблемы геологии и географии Сибири» (г. Томск, 1.04 - 4.04.1998), посвященной 120-летию ТГУ, на научных семинарах кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета (г. Томск, 1999 г.) и НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете (г. Томск, 1997 г., 1998 г., 1999 г.), а также на совещаниях технического отдела систем местоопределения молний фирмы Сименс (г. Карлсруэ, Германия, 1998 г.).

По теме диссертации опубликовано 12 работ. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, насчитывающего 133 наименования, и приложения. Работа изложена на 163 страницах, в ней 32 рисунка, 17 таблиц, 28 страниц приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, изложена цель исследований, рассматривается научная новизна и практическая ценность работы, кратко описывается ее содержание, перечислены поставленные и решенные в ходе исследований задачи.

В первой главе сравниваются визуальный и инструментальный методы наблюдения за грозами.

Рассматривая визуальный метод нельзя согласиться с мнением, что результаты наблюдений на метеостанциях субъективны и не могут быть основой для расчетов. Хотя единичное визуальное наблюдение имеет субъективный аспект, результаты массовых наблюдений дают объективную временную и пространственную картину. Следовательно, несмотря на критику визуального метода, данные пригодны для обоснованных выводов о пространственных и временных изменениях грозовой деятельности.

За кратким " обзором литературных данных о радиотехнических средствах, регистрирующих разряды молний, следует более полное описание разностно-дальномерной системы местоопределения молний, используемой фирмой Сименс для территории Германии, база данных которой использовалась в работе. Данные инструментального метода наблюдений позволяют судить о количестве молний за определенный промежуток времени на любом участке территории мезомасштаба, освещенном системой. Это позволяет вычислить плотность разрядов молний в землю, что является более приемлемой характеристикой грозовой деятельности для

пользователей. К достоинствам данного метода также можно отнести освещение больших территорий с помощью сети автоматических приемников и отсутствие человека, как источника ошибок. Недостатком инструментального метода является то, что точность местоопределения и эффективность обнаружения разрядов (отношение числа зарегистрированных разрядов к общему числу разрядов, подлежащих регистрации на той же площади), являющиеся основными характеристиками систем неодинаковы для различных радиотехнических средств регистрации и местоопределения разрядов молний. Основные характеристики также не остаются постоянными для одной и той же системы на всей охваченной наблюдениями площади и варьируют в зависимости от положения канала молнии по отношению к приемникам. Большинством счетчиков и многопунктными системами регистрируются преимущественно разряды молний между облаком и землей, причем количество разрядов молний за грозу над определенным пунктом является непостоянной величиной, и колеблется от единичных разрядов до сумм, сравнимых с годовым количеством, что также можно отнести к недостаткам метода.

Каждый из методов наблюдения за грозовой деятельностью имеет свои недостатки и неоспоримые преимущества. Более полное познание пространственного распределения и временных вариаций грозовой деятельности требует изучения комплекса характеристик, полученных с помощью визуального и инструментального методов наблюдения. Эти данные отображают разные стороны одного явления, что влечет за собой необходимость связи результатов наблюдений для статистического анализа, описания процессов временного изменения грозовой деятельности и прогноза на ближайшую перспективу.

Вторая глава посвящена исследованиям особенностей пространственного распределения характеристик грозовой деятельности на территории Томской области и южной части Германии, различных с точки зрения физико-географических и климатических условий.

Общим для характеристик грозовой деятельности на исследуемых территориях является неоднородность их пространственного распределения и влияние орографического фактора на неравномерность распределения гроз. Наличие высокой (>3разр/км2) плотности разрядов молнии в землю в районе крупной реки, протекающей на местности с высотой около 100 м над уровнем моря, также является общей чертой для территорий Томской области и'южной части Германии. Несоответствие карт плотности разрядов молнии в землю и среднего числа дней с грозой отмечается в целом для территорий Томской области и южной части Германии, за исключением отдельных районов.

На "основе данных визуальных и инструментальных наблюдений за грозами на территории южной части Германии были проведены исследования пространственной неоднородности распределения плотности разрядов молнии и среднего числа дней с грозой в зависимости от географических координат, значений многолетней среднесуточной температуры воздуха, средней многолетней влажности воздуха. В качестве орографических характеристик, вследствие сложной орографии исследуемой территории, были приняты значения высоты превышений (наибольшей высоты местности над уровнем моря - Ь тах), абсолютной высоты местности над уровнем моря (Ь) и перепада высот (ДЬ=Ь тах-Ь). Особенности строения литосферы отражали данные о значениях аномалий гравитационного поля и естественного радиоактивного излучения земли, потоке тепла из недр земли к земной поверхности. Наличие взаимосвязи между рассматриваемыми факторами и ее степень оценивались с помощью коэффициентов корреляции, которые высчитывались для рядов данных, снятых с имеющихся в нашем распоряжении карт.

Результаты корреляционного анализа влияния на территориальную неоднородность грозовой деятельности географического положения и орографических характеристик района исследований,

термогигрометрических характеристик атмосферы позволяют сделать вывод,

что закономерности пространственного изменения характеристик грозовой активности, полученных с помощью визуального и инструментального методов, не одинаковы даже в пределах территории площадью около 180 тыс. км2. Установлено, что на территории южной части Германии существует зависимость плотности разрядов молнии в землю и среднего числа дней с грозой от всех рассматриваемых физико-географических факторов, причем влияние этих факторов противоположно. Наибольшее влияние на неоднородность пространственного распределения грозовой деятельности на территории юга Германии оказывает рельеф местности. Пространственное распределение плотности разрядов молнии в землю определяется также распределением многолетней среднесуточной температуры воздуха. В результате исследований подтверждено влияние таких геофизических факторов как теплового поля земли и изостатических аномалий на пространственное распределение характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов. Взаимосвязь с естественным радиоактивным излучением земли найдена только для числа дней с грозой.

Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что практически все рассмотренные факторы оказывают влияние на неоднородность пространственного распределения характеристик грозовой деятельности. Наибольшее влияние из рассмотренных факторов на неоднородность пространственного распределения грозовой деятельности территории юга Германии наряду с рельефом местности оказывают аномалии гравитационного поля. Пространственное распределение плотности разрядов молнии в землю коррелирует с распределением многолетней среднесуточной температуры воздуха.

В третьей главе анализируется временная изменчивость грозовой деятельности над территорией Томской области и Германии на основе данных визуальных наблюдений за грозами. На первом этапе исследования каждый ряд был проверен на однородность, близость распределения числа

дней с грозой на каждой из станций за исследуемый период нормальному закону, а также вычислены статистические параметры грозовой деятельности.

Проверка рядов на однородность осуществлялась с помощью критерия Стьюдента, теста Аббе, применяемого зарубежными климатологами при исследовании на'однородность рядов осадков и температур, а также методом отношений. Доля'однородных рядов по каждому из тестов в Томской области выше для 30-летних рядов', чем для 45-летних. В Германии доля однородных рядов наблюдений за грозами на метеостанциях, не менявших местоположения, выше,'по сравнению с перенесенными станциями. Доля неоднородных рядов длительностью 40-47 лет практически одинакова на исследуемых территориях. Неоднородными могут быть также ряды станций, не менявших местоположения, причем оснований сомневаться в качестве наблюдений у нас нет. Следовательно, обнаруженная неоднородность в рядах наблюдений за грозами, как в Томской области, так и в Германии, является статистической, что может быть следствием наличия в рядах наблюдений над грозами цикличности большего периода или тренда. Далее к анализу привлекались ряды, статистическая неоднородность которых вызвана цикличностью климатообразующих процессов, и изучение временного хода которых позволяет сделать определенные выводы о направлении существующих изменений грозовой деятельности.

В результате проведенного анализа установлено, что распределение числа дней с грозой на большинстве станций Томской области и Германии, а также двух рядов, которые представляют собой среднее по территории число дней с грозой, можно считать нормальным.

При сравнении статистических характеристик числа дней с грозой на метеостанциях Томской области и южной части Германии установлено следующее. Основным различием является уровень средних, обусловленный физико-географическими характеристиками исследуемых территорий. Диапазон изменений стандартного отклонения практически одинаков как на

территории Томской области, так и на территории Германии.' Больший разброс значений ряда относительно среднего арифметического наблюдается на метеостанциях Томской области. Ряды числа дней с грозой большинства метеостанций имеют умеренную асимметрию распределения вероятностей. Для Томской области доля рядов, характеризующихся умеренной асимметрией, меньше, чем для Германии.

Далее были проведены исследования временных рядов числа дней с грозой для выявления изменений среднего уровня значений (тренда) и обнаружения периодических колебаний. Графики изменения грозовой активности, полученные в результате усреднения данных всех метеостанций за каждый год исследований, для территории Томской области представлены на рис. 1, для территории Германии на рис. 2. Если на рис. 1 заметна тенденция к снижению грозовой активности на протяжении последних 30 лет наблюдений, то для Германии говорить о наличии какой-либо тенденции изменения числа грозовых дней в целом нельзя.

Ежегодные, средние значения числа дней с грозой (Т) и продолжительности гроз (П) для территории Томской области. Период 1966-95 гг.

дни 35

часы 60

1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 годы

Изменение среднего для территории южной части Германии числа дней с грозой за год за период 1951-97 гг,

- Т

годы Рис. 2

Число дней с грозой от года к году меняется значительно, однако уровень среднего многолетнего значения остается неизменным.

'Для выявления тенденций многолетних изменений грозовой деятельности' на каждой из станций был использован один из наиболее распространенных методов сглаживания - метод скользящих средних, который широко применяется климатологами. При сглаживании колебаний числа дней с грозой использовалось 10-летнее усреднение. В результате исследований оказалось, что большинство станций на одинаковых временных промежутках отмечают разное число дней с грозой, даже при небольших расстояниях между станциями. Вариации грозовой активности на соседних станциях также различны. Если же рассмотреть тенденции изменения грозовой деятельности, то можно выделить станции как с равномерными колебаниями скользящей средней 10-летней возле уровня средних значений (рис. 3, кривая 2), так и с трендами (рис. 3, кривые 1, 3). На территории Германии, как и на территории Томской области можно обнаружить близлежащие станции с различиями во временном ходе числа

дней с грозой. Например, станции 1 и 2 удалены друг от друга на расстояние около 80 км, расположены на безлесных вершинах небольших возвышенностей, разница высот составляет около 100 м. На рис. 3 заметна тенденция к снижению грозовой активности на станции 1 и колебания с меньшим периодом возле уровня средних значений на станции 2. Местоположение рассмотренных станций не менялось в течение всего исследуемого периода, следовательно, различия во временном ходе грозовой деятельности могут быть вызваны только объективными причинами.

В результате анализа изменений грозовой активности над территориями двух различных регионов, установлено, что на обеих территориях станции с противоположными тенденциями изменений грозовой активности могут находиться недалеко одна от другой даже в тех случаях,

Скользящие 10-летние средние величины числа дней с грозой на метеорологических станциях южной части Германии.

станции: 1 - Берус, 2 - Дойзельбах, 3 - Клиппенек; десятилетия п: 1 - 1951-1960 гг., 2- 1952-1961 гг.,... , 38 - 1988-1997 гг.

когда их физико-географическое положение практически одинаково. Существующие на территориях мезомасштаба различные тенденции грозовой активности трудно объяснить синоптическими причинами. Синоптические процессы создают только условия для развития грозового процесса. Почему при кажущихся равных условиях над одними территориями грозы возникают значительно чаще, чем над другими, пока не известно. Считать это издержками визуального метода наблюдений мы не можем, поскольку все сомнительные данные из анализа исключались. Анализ же проводился для достаточно длительного временного периода. Различные возможности для реализации грозовой ситуации чаще всего обеспечивают особенности подстилающей поверхности, причем не только орография, но и неравномерность температурно-влажностного состояния подстилающей поверхности. Различия в значениях температуры и увлажненности подстилающей поверхности являются причиной неоднородности полей температуры и влажности воздуха не только у земли, но и на значительных высотах, следовательно, могут рассматриваться в качестве причин неоднородности временных вариаций грозовой активности на близлежащих станциях. Причем на естественные флуктуации этих процессов большое влияние может оказать антропогенное преобразование ландшафтов.

О наличии трендов на понижение или повышение в многолетних рядах наблюдений над грозами говорят, в основном, применительно к обширным регионам. Однако эти выводы могут быть ошибочными, поскольку для исследований берутся данные небольшого количества станций, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Особое значение имеет и то, какие именно станции выбраны для исследований. Чтобы говорить о наличии трендов грозовой активности над какой-либо территорией в целом, необходимо исследовать ряды наблюдений всех станций, имеющих качественные наблюдения. Вызвано это тем, что временная и пространственная неоднородность грозовой активности гораздо выше, чем других метеорологических элементов. Даже на расстояниях

порядка десятков километров среднее число дней с грозой и средняя продолжительность гроз, в результате влияния неоднородностей подстилающей поверхности, могут отличаться в 1,5-2 раза. Причем и временные вариации характеристик грозовой активности на соседних станциях могут отличаться существенно.

Для выявления периодической составляющей в рядах многолетних колебаний числа дней с грозой применялись прикладные методы корреляционной теории стационарных случайных процессов. Будем считать, что используемые данные являются реализацией случайного процесса, отражающего характерные изменения грозовой деятельности, а также, что исследуемый случайный'процесс является стационарным в широком смысле и эргодичным. После проверки гипотезы о стационарности реализации анализируемого процесс^ с помощью критерия инверсий установлено, что 3 станции на территории Германии и практически половина станций на территории Томской области нестационарны по математическому ожиданию, причем большинство станций, регистрирующих нестационарные ряды, находятся на левобережье р. Обь. Нестационарности по дисперсии не обнаружено. После устранения нестационарности для обнаружения периодических колебаний,в исследуемых временных рядах были рассчитаны оценки спектральной и автокорреляционной функций. Анализ проводился с помощью программы 81аЦзйса.

В случае оценивания спектральных плотностей исследуемого процесса на территории Томской области и Германии были выявлены пики периодограммы, приходящиеся на периоды, выраженные дробными числами. Пики периодограммы для Томской области приходятся на 2.9, 3.4, 4.9, 8.8 и 22 года: Для территории южной части 'Германии пики периодограммы соответствуют 3.8, 4.6, 5.8, 9.2, 23 годам. Следовательно, наименьший из наблюдаемых циклов грозовой активности для Томской области, составляет 3-5 лет, для Германии 4-5 лет.

Цикличность в рядах числа дней с грозой каждой из станций на исследуемых территориях выявлялась с помощью расчета оценок автокорреляционной функции. В рядах 1 станции Томской области и 3 станций Германии длительностью 40-47 лет цикличность выявить не удалось. Несмотря на заметное различие спектров числа дней с грозой для остальных станций, можно выявить основные закономерности. В рядах большинства станций можно выявить циклы, близкие циклу солнечной активности. В рядах всех станций наблюдаются периодичности 9-13 или 19-23 года. Цикличности малого периода от 2 до 7 лет отмечены в рядах практически половины станций каждой из исследуемых территорий (60 % Томская область и 42 % Германия). Выявить локализацию цикличностей одного и того же периода не удалось, станции с различным набором цикличностей могут располагаться недалеко друг от друга.

В четвертой главе на основе анализа данных инструментальных наблюдений и их сопоставления с метеорологическими и синоптическими материалами предлагается формальная типизация сигнатур молнии (отражаемых на экране цветного монитора появлений точек поражения молнией на карте местности).

Формальная типизация проявлений ударов молний

Движение в определенном направлении

согласно геометрической форме Полосы

Зоны

Очаги

Без определенного направления

Число проявлений единичные Отдельные молнии

совместные Беспорядочное движение

Сигнатуры молний классифицировались по их геометрическим параметрам (величине и форме) а также по характеру движения. Было рассмотрено свыше 400 случаев с разрядами молний над исследуемой

территорией с 1992 по 1997 гг. и соответствующая им синоптическая обстановка, вычислена относительная доля видов типизации.

Полосы представляют собой сигнатуры разрядов.,.молнии, имеющие следующие геометрические формы: длина свыше 80 км, идирина около 10 км. Особенностью этого вида типизации является однородная (гомогенная), часто малая плотность, увеличивающаяся в теплое время года, и довольно четкие, линейные границы. Полосы могут наблюдаться в любое время года и суток, всегда связаны с фронтами. Скорость движения полос составляет около 40-50 км/ч, но иногда могут наблюдаться и высокие скорости - свыше 80 км/ч. Очевидно, что в этих случаях следует говорить не о скорости движения, грозовой ячейки, а о передвижении фронта молний, который возникают вследствие инициирования новых грозовых очагов. Полосы встречались 1-2 раза в год. Относительная доля этого вида типизации для исследуемой территории за период 1992-1997 гг. составила 2 %.

Зоны имеют неоднородную, часто высокую плотность. Длина зон составляет около 80 км, а ширина колеблется от 20 до 60 км, причем этот вид типизации не имеет четких, линейных границ. Скорость движения зон значительно ниже, чем полос и довольно часто в стационарном положении зоны могут пульсировать, изменяя свои границы, в течение продолжительного времени (до 7 часов). Одновременно с зоной может также наблюдаться беспорядочное движение. Зоны, как и полосы всегда связаны с фронтами. В среднем отмечалось 3 случая зон в год, хотя в 1997 году они не' наблюдались. Зоны отмечаются редко, всего в 4 % случаев, но грозовая деятельность в это время причиняет огромный материальный ущерб.

Очаги могут иметь различные форму, плотность и скорость. Типичный диаметр очагов составляет 5-30 км. Может существовать как один.очаг, так и несколько. При своем движении над исследуемой областью они оставляют длинные, линейные следы, но также могут находиться в, стационарном положении в течение 1-2 часов. Этот вид типизации часто связан с

фронтальными процессами и имеет наибольшую (40 %) повторяемость, по сравнению с другими видами типизации.

Если же в течение суток наблюдались лишь единичные разряды молний, то речь шла об отдельных молниях. Такой вид типизации наблюдался в основном в зимние месяцы и летом в раннее время суток. При оценке повторяемости данного вида типизации учитывалась синоптическая обстановка и наличие 2-3 засветок на экране. Отдельные молнии наблюдаются, в основном, при внутримассовых грозах, но подобная слабая молниевая деятельность может наблюдаться и во время фронтальных процессов в холодную половину года. Этот вид типизации имеет довольно высокую (29 %) повторяемость.

Лишенные структуры следы разрядов молний от единичных грозовых ячеек обозначались как беспорядочное движение. Особенностью его является совместное появление на большей части территории различных по величине очагов или единичных разрядов молний, имеющих короткое время существования (10 - 20 минут) или хаотичного движения мелких (около 3 км в диаметре) очагов в независимых- друг от друга направлениях. Беспорядочное движение появлялось в основном при внутримассовых грозах, максимум активности наблюдался в послеобеденные часы. Повторяемость составляет 25 %.

Необходимо заметить, что в Германии разработана классификация сигнатур молнии для всего юга Германии. Разработанная автором типизация проводилась для области меньшей площади (в 15 раз), в связи с этим она является более детальной.

Инструментальные методы наблюдения за грозами с помощью многопунктных систем находятся еще в стадии своего становления, не существует на сегодняшний день единых методов при обработке данных, причем данные различных систем местоопределения различаются, поэтому необходима разработка, способов конвертирования данных различных регистрирующих систем. Как стандарт для регистрации молний, а также в

качестве параметра для связи данных автоматических и визуальных методов наблюдений, предлагается использовать "день с молнией". "День с молнией" вычисляется из данных автоматических наблюдений и определяется для территории 10X10 км как сутки, в течение которых зарегистрирован хотя бы один разряд молнии. Фактически "день с молнией" это, как и "день с грозой" - повторяемость (в днях) реализуемых грозовых положений, но в определенном (10X10 км) районе, проявивших себя практически только наземными разрядами и зарегистрированных автоматически. Карты, построенные с помощью нового параметра, позволяют выявить мелкомасштабные неоднородности пространственного . распределения грозовой деятельности.

Использование многопунктовых пассивных систем местоопределения молний значительно расширило возможности. получения объективной информации о характере и особенностях грозовой деятельности. Инструментальные методы наблюдения за грозами позволяют на основе непосредственных измерений исследовать особенности грозовой деятельности на территориях более мелкого масштаба, что позволяет использовать эти данные для решения специальных частных задач. С нашей точки зрения представляет несомненный интерес детальное рассмотрение грозовой деятельности в районе, который характеризуется высокой плотностью разрядов молнии в землю (сравнимой со значениями в субтропиках) с помощью предложенного стандартного параметра. При анализе грозоопасности международного аэропорта Франкфурт на Майне установлено, что при благоприятных для возникновения и развития грозового процесса условиях, во время антициклональных положений над Центральной Европой количество разрядов молнии на территории 100 км2 за день выше, чем при циклональных положениях, а значения амплитуд тока молний положительной полярности смещаются в сторону меньших величин. Это не удивительно, поскольку по исследованиям синоптиков Германии для некоторых антициклональных типов погоды характерны отдельных случаи

смещения, вётвления ВФЗ, проникновение фронтов, временно нарушающих характер погоды.

Основные выводы.

1. Для территорий Томской области и южной части Германии, за исключением' отдельных районов наблюдается несоответствие карт плотности разрядов молнии в землю и среднего числа дней с грозой.

2. Общим для территорий Томской области и южной части Германии является неравномерность пространственного распределения плотности

" разрядов молнии в землю и наличие повышенной плотности в районе крупной реки, протекающей на местности с высотой около 100 м над уровнем моря.

3. На территории' южной части Германии подтверждена зависимость грозовой деятельности от географического положения и орографических характеристик района, термогигрометрических характеристик атмосферы. Причем влияние этих факторов на среднее число дней с грозой и плотность разрядов молнии в землю противоположно.

4. Для территории южной части Германии подтверждено влияние таких геофизических факторов как теплового поля земли и изостатических аномалий на пространственное распределение характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов. Для числа дней с грозой установлена взаимосвязь с естественным радиоактивным излучением земли.

5. Диапазоны изменений многолетних средних для территории значений числа дней с грозой для территорий Томской области и южной части Германии примерно одинаковы. Годы экстремальных значений грозовой активности не совпадают, поскольку синоптические процессы, обусловливающие грозовую активность, различны.

6. Наименьший из наблюдаемых циклов грозовой активности для Томской области составляет 3-5 лет. Для южной части Германии

продолжительность этого цикла 4-5 лет.

7. Существует ли реально наметившийся над Западной Сибирью тренд на уменьшение грозовой активности, сказать трудно, поскольку на изучаемой территории плотность станций, непрерывно регистрирующих грозы, в 3 раза меньше, чем в Германии.

8. На соседних станциях, в один и тот же промежуток времени, существуют цикличности различного периода и различные тенденции временных изменений грозовой активности, которые невозможно объяснить только синоптическими причинами.

9. Для связи многолетних рядов визуальных наблюдений за грозами и данных инструментальных наблюдений можно использовать параметр "день с молнией".

Ю.Грозоопасность для аэропорта Франкфурт на Майне при благоприятных для возникновения и развития грозового процесса условиях, выше при антициклональных положениях над Центральной Европой, чем при циклональных.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Горбатенко В.П., Дульзон A.A., Решетько М.В. Особенности изменения грозовой активности на территории Томской области // Второе сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу: Тезисы докладов. -Томск, 1997.-С. 47.

2. Горбатенко В.П., Дульзон A.A., Решетько М.В., Ершова Т.Е. О влиянии повышенной радиоактивности на грозовую активность // Радиационная безопасность Урала и Сибири: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Екатеринбург, 1997. - С. 72-73.

посвященной 40-летию кафедры гидрологии Томского государственного университета. - Томск, 1997. - С. 14-15.

4. Горбатенко В.П., Решетько М.В. Влияние радиоактивности на грозовую активность //Актуальные проблемы геологии и географии Сибири: Труды научной конференции, посвященной 120-летию Томского государственного университета. - Томск, 1998. - Т. 4 "Гидрология и

. метеорология". - С. 107-109.

5. V.P. Gorbatenko, А.А. Dulson, M.V. Reshetko Temporal Variations of Thunderstorm Activity // Proceedings of the 24lh International Conference on Lightning Protection (ICLP). - Staffordshire University, United Kingdom, 1998,. - P. 92-94.

6. Горбатенко В.П., Решетько М.В. Зависимость количества грозовых наземных разрядов от синоптических условий // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов ' Четвертого Всероссийского научно-технического семинара. - Томск, 1998. - С. 46.

7. Горбатенко В.П., Решетько М.В. К вопросу о мезомасштабных неоднородностях грозовой деятельности // Третье сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докладов. - Томск, 1999.-С. 18-19.

8. Решетько М.В. Сравнение визуального и инструментального методов наблюдения за грозовой деятельностью // Третье сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докладов. - Томск, 1999. -С. 33.

9. Горбатенко В.П., Решетько М.В. Грозовая активность над территорией мезомасштаба // Третье сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докладов. - Томск, 1999. - С. 17-18.

10.Gorbatenko V.P., Dulzon А.А., Reshetko M.V. Temporal and spatial variations of thunderstorm activity in the south of Germany // Proceedings of the International Conference on Lightning and Static Electricity (ICOLSE 99). -Toulouse, France, 1999. - P. 173-176.

11.Разработка методических принципов регионального районирования грозовой деятельности: Отчет о НИР (итоговый) / Научно исследовательский институт высоких напряжений (НИИ ВН); Руководитель Ф.А. Гиндуллин. - № ГР 01. 9. 60. 002928; Инв. № 02. 99. 00 05195. - Томск, 1999. - 33с. - Исп. В.П. Горбатенко, Н.Г. Воронцова, М.В. Решетько.

12.Горбатенко В.П., Дульзон А.А., Решетько М.В. Пространственные и временные вариации грозовой активности над Томской областью // Метеорология и гидрология. - 1999. - № 12. - С. 21-28.

Отпечатано в Издательском центре "Графика" 634050, г. Томск, ул. Беленца, 17. Лицензия № 75-19 от 03.03.97.

Тираж 100 Г^.

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Решетько, Маргарита Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1.СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ГРОЗАМИ.

1.1. Визуальные методы наблюдения за грозами.

1.2. Инструментальные методы наблюдения за грозами.

1.2.1. Радиотехнические средства регистрации разрядов молний.

1.2.2. Система ГРАТ8.

1.2.3. Преимущества и недостатки инструментального метода наблюдения.

2.1. Физико-географическая характеристика территорий.

2.1.1. Томской области.

2.1.2. Германии.

2.2. Пространственное распределение числа дней с грозой.

2.2.1. На территории Томской области.

2.2.2. На территории Германии.

2.3. Пространственное распределение плотности разрядов молнии в землю

2.3.1. Способы определения плотности.

2.3.2. Распределение на территории Томской области.

2.3.3. Распределение на территории Германии.

2.3.4. Связь между полями среднего числа дней с грозой и плотностью разрядов молнии в землю.

2.3.4.1. На территории Томской области.

2.3.4.2. На территории южной части Германии.

2.4. Анализ факторов, определяющих пространственную неоднородность распределения характеристик грозовой деятельности на территории мезомасштаба.

2.4.1. Связь между полями характеристик грозовой деятельности и физико-географическими характеристиками местности.

2.4.1.1. Число дней с грозой.

2.4.1.2. Плотность разрядов молнии в землю.

2.4.2. Взаимосвязь с аномалиями геофизических полей.

2.4.2.1. Естественное радиоактивное излучение земли.

2.4.2.2. Поток тепла из недр земли к земной поверхности.

2.4.2.3. Аномалии гравитационного поля.

3 .ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

3.1. Материал исследований.

3.2. Статистическая обработка данных.

3.2.1. Проверка однородности рядов.

3.2.2. Проверка близости распределения нормальному закону.

3.2.3. Статистические характеристики числа дней с грозой.

3.3. Временные изменения грозовой деятельности.

3.3.1. В целом для территории мезомасштаба.

3.3.1.1. Территория Томской области.

3.3.1.2. Территория южной части Германии.

3.3.2. Выявление тенденций многолетних изменений грозовой деятельности в рядах каждой из станций.

3.3.2.1. На территории Томской области.

3.3.2.2. На территории Германии.

3.3.3. Выявление периодической составляющей в рядах многолетних колебаний числа дней с грозой.

3.3.3.1. Для территорий исследования.

3.3.3.2. В рядах каждой из станций.

4.ОЦЕНКА ЛОКАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГРОЗОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ.

4.1. Исследуемая область.

4.2. Формальная типизация сигнатур молний.

4.3. Стандартный параметр инструментальных методов наблюдения за грозами.

4.4. Особенности локальной грозовой деятельности на территории аэропорта

Франкфурт на Майне.

4.4.1. Грозоопасность аэропорта в зависимости от видов типизации.

4.4.2. Грозоопасные направления для аэропорта.

4.4.3. Грозоопасность аэропорта в зависимости от типа синоптического положения над Центральной Европой.

4.4.4. Зависимость амплитуд тока положительной и отрицательной полярности от типа синоптического положения.

Введение Диссертация по географии, на тему "Особенности мезомасштабной грозовой деятельности"

Данные о грозовой деятельности представляют несомненный интерес для большинства отраслей народного хозяйства, таких как энергетика, связь, авиация, строительство, сельское и лесное хозяйство. Повышение требований к надежности молниезащиты различных объектов, а также неполнота наших знаний о физических процессах, приводящих к разряду молнии, обуславливает большое значение исследований региональной грозовой деятельности.

Территория нашей страны недостаточно освещена как визуальными, так и инструментальными наблюдениями за грозовой деятельностью. Следовательно, существует необходимость изучить взаимосвязь пространственного распределения грозовой деятельности с физико-географическими характеристиками территорий, обладающих как плотной сетью традиционных наблюдений за грозами, так и современными инструментальными наблюдениями с тем, чтобы применить полученные результаты в регионах с редкой сетью.

Грозовой активности свойственны также временные изменения, неодинаковые по величине и знаку в различных районах земного шара. Как происходит перераспределение грозовой активности в пространстве, в частности на мезомасштабных территориях (площадь от десятков до сотен тысяч км ) - этот вопрос также требует изучения.

Кроме того, такое комплексное явление как гроза наблюдается с помощью традиционных визуальных и инструментальных методов. Одна из проблем исследований грозовой деятельности заключается в том, что, используя данные постоянно совершенствующихся инструментальных методов практически невозможно выявить временные изменения активности грозовой деятельности, так как основные характеристики регистрирующих систем изменяются. Причем, если для отдельных пунктов наблюдений связь между характеристиками, полученными с помощью этих методов, установлена, то для территорий мезомасштаба подобная связь отсутствует. В перспективе, увязав данные инструментальных наблюдений с многолетними рядами на метеостанциях, можно существенно уточнить имеющиеся карты интенсивности грозовой деятельности и получить приближенные карты плотности разрядов молнии в землю задолго до полного охвата территории России системами пеленгации и накопления соответствующей статистики, что позволит более обоснованно подходить к оценке и прогнозу грозоопасности территории.

Работы по исследованию характеристик грозовой деятельности и молниезащиты электрических сетей и кабелей связи ведутся в лаборатории молниезащиты НИИ высоких напряжений с 1969 года. Данная диссертационная работа - продолжение и развитие этих исследований.

Задачи исследования

Для исследования были выбраны территории Томской области и южной части Германии, располагающие как данными визуальных, так и инструментальных методов наблюдения за грозами. Выбор территорий, различных по физико-географическому положению обоснован необходимостью сравнения выводов, полученных для каждой из территорий, с целью избежать необоснованных обобщений.

Научная новизна работы определяется следующим

5. Предложен стандартный параметр для регистрации молниевой активности, который может служить параметром для связи данных визуального и инструментального методов наблюдения за грозами. 6. Получены новые экспериментальные данные о связи локальной интенсивности разрядной деятельности, распределения амплитуд токов молний с типом синоптического положения.

Практическая ценность

Результаты исследований применены в разработке методических принципов регионального районирования грозовой деятельности, (№ Гос. регистрации 01. 9. 60 002928).

С помощью предложенных в работе типизации и стандартного параметра для инструментальных наблюдений проведена оценка степени грозоопасности для международного аэропорта Франкфурт на Майне на основе данных многопунктовой разностно-дальномерной системы местоопределения молний фирмы Сименс.

На защиту выносятся следующие основные положения

Апробация работы

Содержание работы и ее основные положения докладывались на Втором и Третьем сибирских совещаниях по климатоэкологическому мониторингу (г. Томск, 16.04 - 18.04.97, 21.04 - 23.04.99), Всероссийской научно-практической конференции «Радиационная безопасность Урала и Сибири» (г. Екатеринбург, 18.09 - 20.09.97), Четвертом Всероссийском научно-техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, 10.12 - 13.12.98), 24th International Conference on Lightning Protection (Staffordshire University, United Kingdom, 14.09 - 18.09.98), International Conference on Lightning and Static Electricity (Toulouse, France, 22.06 - 24.06.99), на научных конференциях «Гидрологические исследования в Сибири» (г. Томск, 14.11.97), посвященной 40-летию кафедры гидрологии ТГУ, и «Актуальные проблемы геологии и географии Сибири» (г. Томск, 1.04 - 4.04.98), посвященной 120-летию ТГУ, на научных семинарах кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета (1999 г.) и НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете (1997 г., 1998 г., 1999 г.), а также на совещаниях технического отдела систем местоопределения молний фирмы Сименс (г. Карлсруэ, Германия, 1998 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

3. Горбатенко В.П., Решетько М.В. Влияние неоднородностей поверхностного слоя земли на грозовую активность // Гидрологические исследования в Сибири: Материалы научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры гидрологии Томского государственного университета. -Томск, 1997.-С. 14-15.

4. Горбатенко В.П., Решетько М.В. Влияние радиоактивности на грозовую активность // Актуальные проблемы геологии и географии Сибири: Труды научной конференции, посвященной 120-летию Томского государственного университета. - Томск, 1998. - Т. 4 "Гидрология и метеорология". - С. 107109.

5. Gorbatenko V.P., Dulson A.A., Reshetko M.V. Temporal Variations of Thunderstorm Activity // Proceedings of the 24th International Conference on Tightning Protection (ICLP). - Staffordshire University, United Kingdom, 1998. -P. 92-94.

6. Горбатенко В.П., Решетько M.B. Зависимость количества грозовых наземных разрядов от синоптических условий // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов Четвертого Всероссийского научно-технического семинара. - Томск, 1998. - С. 46.

10.Gorbatenico V.P., Dulzón A.A., Reshetko M.V. Temporal and spatial variations of thunderstorm activity in the south of Germany // Proceedings of the International

Conference on Lightning and Static Electricity (ICOLSE 99). -Toulouse, France, 1999. - P. 173-176.

11.Разработка методических принципов регионального районирования грозовой деятельности: Отчет о НИР (итоговый) / Научно-исследовательский институт высоких напряжений (НИИ ВН); Руководитель Ф.А. Гиндуллин. - № ГР 01. 9. 60. 002928; Инв. № 02. 99. 00 05195. - Томск, 1999. - 33с. - Исп. В.П. Горбатенко, Н.Г. Воронцова, М.В. Решетько.

12.Горбатенко В.П., Дульзон A.A., Решетько М.В. Пространственные и временные вариации грозовой активности над Томской областью // Метеорология и гидрология. - 1999. - № 12. - С. 21-28.

Содержание работы

Работа состоит из 4 глав.

В первой главе обсуждаются визуальный и инструментальный методы наблюдения за грозовой деятельностью. Анализируются недостатки и преимущества данных каждого из методов наблюдения.

Вторая глава посвящена исследованиям особенностей пространственного распределения характеристик грозовой деятельности, полученных с помощью визуального и инструментального методов, на территории Томской области и южной части Германии. Анализируется влияние различных факторов на территориальную неоднородность распределения характеристик грозовой деятельности на территории южной части Германии.

В третьей главе исследуются временные ряды наблюдений за грозами на метеостанциях Томской области и Германии. Установлено, что на обеих территориях станции с противоположными тенденциями изменений грозовой активности могут находиться недалеко одна от другой даже в тех случаях, когда их физико-географическое положение практически одинаково.

В четвертой главе предложен стандартный параметр для инструментальных наблюдений и формальная типизация отражаемых на экране монитора появлений точек поражения молнией на карте местности на основе данных системы местоопределения молний фирмы Сименс.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ГРОЗАМИ

На протяжении всей истории человечества грозы вызывали восхищение и страх перед могучими силами природы. Постепенно человек стал изучать это грандиозное явление, пытаться понять его и защитить себя от опасности. С развитием общества наблюдения за погодой и атмосферными явлениями от впечатлений отдельных исследователей переросли в систематические наблюдения с помощью сети метеорологических станций, проводящих комплексные наблюдений по единой программе. Метеостанции в Сибири стали организовывать со второй половины 18 века /1/, а в Германии наблюдения за грозами велись в Берлине, например, с 1701 года /2/. На сегодняшний день существуют как визуальный, так и инструментальный методы наблюдения за грозами. Однако если визуальные наблюдения за грозами ведутся уже на протяжении нескольких столетий, то систематические наблюдения за грозами с помощью инструментальных методов начались около 60 лет назад. Инструментальные наблюдения за грозами стали возможны с открытием "атмосфериков" (коротких импульсов электромагнитных волн в радиоволновом диапазоне, сопровождающих грозовые разряды) /3/ и наличием достаточно хорошо развитой для того времени техники. При грозовом разряде, каждая молния излучает типичный для нее электромагнитный сигнал, который позволяет с помощью соответствующей аппаратуры идентифицировать молнию и определить ее координаты. Первым счетчиком молний можно считать грозоотметчик A.C. Попова, который работал около 10 лет, начиная с 1898 года. После этого сообщения о разработке счетчиков молний стали появляться в литературе, начиная с 40-х годов. Пеленгация разрядов молнии впервые была осуществлена в тридцатые годы. В 40-х и 50-х годах широкое распространение для местоопределения гроз на расстояниях порядка сотен -тысяч километров получили многопунктовые пеленгационные системы. Они обладали недостаточной точностью, что ограничивало их применение. Местоопределение грозовых разрядов по разности времен прихода электромагнитных сигналов от этих разрядов в разнесенные в пространстве пункты впервые было осуществлено около 40 лет назад /4/. В 70-80-х годах повсеместное распространение получили многопунктовые радиотехнические системы местоопределения молний, т. к. внедрение компьютерной техники позволило работать в режиме on-line (непосредственно передавать информацию в реальном времени) и лучше соответствовать запросам потребителей.

Рассмотрим преимущества и недостатки методов наблюдения за грозами:

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Решетько, Маргарита Викторовна

Основные выводы

1. Для территорий Томской области и южной части Германии, за исключением отдельных районов наблюдается несоответствие карт плотности разрядов молнии в землю и среднего числа дней с грозой.

2. Общим для территорий Томской области и южной части Германии является неравномерность пространственного распределения плотности разрядов молнии в землю и наличие повышенной плотности в районе крупной реки, протекающей на местности с высотой около 100 м над уровнем моря.

3. На территории южной части Германии подтверждена зависимость грозовой деятельности от географического положения и орографических характеристик района, термогигрометрических характеристик атмосферы. Причем влияние этих факторов на среднее число дней с грозой и плотность разрядов молнии в землю противоположно.

5. Диапазоны изменений многолетних средних для территории значений числа дней с грозой для территорий Томской области и южной части Германии примерно одинаковы. Годы экстремальных значений грозовой активности не совпадают, поскольку синоптические процессы, обуславливающие грозовую активность, различны.

6. Наименьший из наблюдаемых циклов грозовой активности для Томской области составляет 3-5 лет. Для южной части Германии продолжительность этого цикла 4-5 лет.

124

Автор глубоко признателен научному руководителю работы, первому проректору ТПУ профессору А.А. Дульзону и консультанту, научному сотруднику лаборатории молниезащиты НИИ высоких напряжений В.П. Горбатенко за ценные научные консультации, всестороннюю помощь и доброжелательную поддержку в процессе работы.

Автор благодарен заведующему лабораторией молниезащиты Ф.А. Гиндуллину и всем остальным сотрудникам лаборатории за помощь и моральную поддержку.

Автор выражает искреннюю благодарность начальнику отдела местоопределения молний фирмы Сименс господину С. Терну за содействие в проведении исследований в Германии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе исследований, изложенных в данной работе, автором исследованы закономерности распределения и изменения активности грозовой деятельности на территории мезомасштаба на основе данных визуального и инструментального методов наблюдения за грозами.

Работы проводились в соответствии с техническим заданием госбюджетной работы "Исследование взаимодействия грозовой деятельности и состояния природной среды", гранта Минобразования РФ по исследованиям в области фундаментального естествознания (Грант 97-0-12.0-10), именного гранта от фирмы Сименс по теме "Временное и пространственное распределение грозовой деятельности" во время исследований, проводимых в Германии.

Результаты исследований применены в разработке методических принципов регионального районирования грозовой деятельности.

Библиография Диссертация по географии, кандидата географических наук, Решетько, Маргарита Викторовна, Томск

1. Тихомиров Е.И. Из истории метеорологических наблюдений в Сибири // Климат и погода. 1929.- №4/25.

2. J.Pelz. Die Gewitter im Berliner Raum // Meteorologische Abhandlungen. 1977. -Band 1, Heft 3.-55 s.

3. Grandt, Ch. Global thunderstorm monitoring by using the ionospheric propagation of VLF lightning pulses with applications to climatology: Diss. Bonn, 1991.

4. Lewis E.A. et al. Hyperbolic direction finding with spherics of Transatlantic origin // J. Geophys. Res. 1960. - Vol. 65.

5. Anleitung fur die Beobachter an den Klimahauptstationen des Deutschen Wetterdienstes. 7. Aufl. - Offenbach a.M.: Deutscher Wetterdienst, 1965. - S. 46-47.

6. Наставления гидрометеостанциям и постам. Вып. 3, ч. I. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969.

7. Blüthgen J. Allgemeine Klimageographie. 2. Aufl. - Berlin, 1966.

8. Vorreiter L. Blitzhandbuch. Selbstverlag München, 1983.

9. Werner T. Analyse der Gewitterhäufigkeit im Großraum Aachen mit Hilfe des Blitzortungsystem LP ATS: Examenarbeit. -Aachen: Geogr. Institut, 1997. 187 s.

10. Ю.Горбатенко В.П., Дульзон A.A. Влияние изменения подстилающей поверхности на грозовую активность // География и природные ресурсы. -1997. -№ 2. С. 142-146.

11. Климатология. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 569с.

12. Горбатенко В.П. Разработка моделей территориального распределения грозовой деятельности: Дисс. канд. геогр. наук. Томск, 1992. - 183 с.

13. Krider Е.Р. et al. Lightning direction-finding system for forest fire detection // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1980. - Vol. 61, No. 9.

14. Шойванов Ю.Р. Разработка методик и аппаратуры для исследования пространственного распределения плотности разрядов молнии в землю: Дисс. канд. техн. наук. Томск, 1987. - 190с.

15. Anderson R.B., VanNiekerk H.R., Prentice S.A., Mackerras D. Improvedlightning flash counters // Electra. 1979. - № 66. - P. 85-98.

16. Выскребцов И.Г., Гапонов И.М., Козлов С.П. и др. Результаты пеленгации гроз в УКВ диапазоне // Атмосферное электричество: Труды III Всесоюзного симпозиума, 28-31 окт. 1986 г., Тарту. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - С. 183.

17. Кречетов A.A. Связь числа грозовых разрядов с климатологическими характеристиками гроз // В сб. Методы прикладной и региональной физической географии. М.: МГУ, 1973. - С. 176-177.

18. Хуторянская Д.Ф., Филиппов А.Х., Абрамова О.В. К вопросу об инструментальной и визуальной регистрации гроз /7 Метеорология и гидрология. 1976. - № 2,- С. 108-110.

19. Ализаде A.A. и др. Определение грозовой деятельности с помощью регистраторов числа разрядов молнии // Изв. АН АзССР. Серия физико-технических и математических наук. 1972. - № 4. - С. 100-106.

20. Струминский В.И., Татаринов С.П. Струнный электростатический флюксметр // Атмосферное электричество: Труды II Всесоюз. симпозиума, Ленинград, 26-28 октября 1982 г. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - С. 72-74.

21. Аджиев А.Х. Удельная поражаемость территории Северного Кавказа молниями // Характеристики грозовых воздействий и молниезащита: Сб. науч. тр. ЭНИН им. Г.М. Кржижановского. -М., 1989.- С. 49-55.

22. Müller-Hillebrand D. Lightning counters. II // Arkiv geophys. 1963. - Bd. 4, №3. -P. 271-292.

23. Prentice S. A. Compteur de coups de fourde CIGRE // Electra. 1972. - № 22. -P. 149-171.

24. Seemuller W.W., Segel F.H. A modern lightning discharge counter // J. Applied Meteorol. 1968. - Vol. 7, № 4. - P. 679-683.

25. Bouquequeau, C. et al. Lightning flash density in Belgium // 19th International Conference on Lightning Protection (ICLP): Conference proceedings. Wien: VEÖ, 1988. - S. 35-39.

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

27. MacGorman D.R., Rust W.D. An evaluation of the LLP and LP ATS lightning ground strike mapping systems // Proceedings Int. Conf. Atmospheric Electricity. -Uppsala, 1988.-P. 668-673.

28. Кононов И.И. и др. Радиотехнические методы местоопределения грозовых очагов. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

29. Finke U. und Häuf Т. Blitzstatistik fur Süddeutschland: DLR-Forschungsbericht. -1997. -№47.-49 s.

30. Thern S. Blitzortung Ein neuer Service in Deutschland // EMV Journal. - 1993. -Vol. 4, №3.-S. 206-208.

31. Bedienungsanleitung Blitz-Informationssystem BIS II. Version 1.2. Karlsruhe, 1997.-43 s.

32. Дульзон A.A. Молния как источник лесных пожаров // Физика горения и взрыва. 1996. - Т. 32, № 5. - С. 134-142.

33. Аитов М.В. Грозовая деятельность в районе Куйбышевского водохранилища // Сборник работ Комсомольской гидрометеорологической Обсерватории,

34. Приволжское управление. 1968. - Вып. 8. - С. 3-16.

35. Грозовая деятельность на территории СССР // Труды ВНИИЭ. 1964. - Вып. 19, т. 111.-57 с.

36. Методы климатологической обработки метеорологических наблюдений/ Под ред. O.A. Дроздова. Л.: Гидрометеоиздат, 1957. - 492 с.

37. Huff F.A. and S.A. Changnon. Urban influences on precipitation and storms // J. Appl. Meteprol. 1973. - № 12. - p. 698-708.

38. Щербань М.И. Микроклиматология. Киев: Вища школа, 1985. - 224 с.

39. Большая Советская энциклопедия. 1977. - Т. 26. - С. 622.

40. Бордовская Л.И., Цибульский А.Е. Повторяемость и скорость движения циклонов и антициклонов над Западной Сибирью // Вопросы географии Сибири. Томск: Изд-во ТГУ, 1976. - Вып. 9. - С. 22-29.

41. Bundesrepublik Deutschland. 1 : 1 ООО ООО. Landschaften. Namen und Abgrenzungen. 2 Auflage. - 1994.

42. TIETZE, W. et al. Geographie Deutschlands. Bundesrepublik Deutschland. StaatNatur-Wirtschaft. Stuttgart, 1990. - S. 111-268.

43. Носова A.M. Особенности распределения числа дней с грозой в связи с термическим фактором //-Тр. ГГО. 1990. - Вып. 532. - С. 199-203.

44. Mittlere Anzahl der Tage mit Gewitter/Jahr Zeitraum 1951-1980. Deutscher Wetterdienst, -1B1.

45. Fritsch V. Zum Problem der geoelektrischen Blitzgefährdung // Gerlands Beitrage Geophysik. 1958. - Vol. 67, № 4. - S. 304-323.

46. Сапожников B.M. Исследование плотности молний методом дендрохронологии // Труды III Всесоюзного симпозиума по атмосферномуэлектричеству. Тарту, 28-31 октября 1986г. JL: Гидрометеоиздат, 1988. -С. 219-222.

47. Чичииский М.И. Особенности грозопоражаемости в горных районах и их учет при выборе грозозащиты воздушных линий электропередачи: Дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1984. - 194 с.

48. Руководящие указания по защите от перенапряжений электрических сетей 3-500 кВ (проект) // Электрические станции. 1964. - № 8.

49. Руководящие указания по защите электростанций и подстанций от прямых ударов молнии и грозовых волн, набегающих с линии электропередачи. М.: СЦНТИОРГРЭС, 1975.

50. Дульзон А.А., Раков В.А., Шелухин Д.В., Шойванов Ю.Р. Методические вопросы построения региональных карт плотности разрядов в землю // Электрические станции. 1990. - № 3. - С. 63-66.

51. Есипенко Р.Ф. Дульзон А.А., Раков В.А. Исследование грозопоражаемости территории Кемеровской области // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1987. -№ 11. - С. 29-32.

52. Anderson R.B. et al. Development and Field Evaluation of a Lightning Earth-flash Counter//IEE Proceedings. 1984.-Vol. 131, Pt. A, № 2. - P. 118-124.

53. Sunoto. Lightning flash counting in Java island of Indonesia // 18th Int. Conf. Light Protect. (ICLP) Munich, Sept. 16-20, 1985. Berlin; Offenbach, 1985. - P. 39-41.

54. Uman M.A. The Lightning Discharge: International Geophysics Series. -Academic Press, 1987. 315 p.

55. Anderson, R. В., H. R. Van Niekerk, S. A. Prentice, and D. Mackerras Improved Lightning Flash Counters // Electra. 1979. - Vol. 66. - P. 85-98.

56. Freier, G. D. A 10-Year Study of Thunderstorm Electric Fields // J. Geophys. Res. 1978. - Vol. 83. - P. 1373-1376.

57. Раков B.A., Дульзон A.A. О широтных особенностях грозовой деятельности // Метеорология и гидрология. 1984. - № 1. - С. 52-57.

58. Архипова Е.П. Карты географического распределения дней с грозой на территории СССР // Тр. ГГО. 1957. - Вып. 74. - С. 41-60.

59. Колоколов В.П., Павлова Г.П. Грозовая активность и ее изменение под влиянием естественных факторов и индустриальной деятельности // Тр. ГГО. 1986. - Вып. 498. - С. 63-69.

60. Батьян М.Р., Песков Б.Е. К характеристике грозовой деятельности в предгорных и горных районах Северного Кавказа // Тр. ГМНИЦ СССР. -1973.-Вып. 105.-С. 109-116.

61. Апостолов Г.А. Грозовая деятельность на территории Киргизии // Изв. АН Кирг. ССР. Серия ЕТН. 1960. - Вып. 7. - С. 43-76.

62. Хайруллин К.Ш., Яковлев Б.А. Влияние мезомасштабных условий на грозы и град на территории СССР // Тр. ГГО. 1990. - Вып. 532. - С. 131-139.

63. Лободин Т.В. Карта суммарного числа грозовых разрядов для территории СССР // Тр. ГГО. 1986. - Вып. 498. - С. 72-75.

64. Двали Е.Р. Исследование продолжительности и частоты гроз в зависимости от высоты места над уровнем моря // Тр. Закавказ. НИИ. 1973. - Вып. 47 (53).-С. 47-59.

65. Чуваев А.П., Оренбургская Е.В., Шварц В.Г. К характеристике грозовой деятельности в районе южного физико-географического комплекса центральной части Среднерусской возвышенности // Тр. ГГО. 1975. - Вып. 356. - С. 109-122.

66. Чуваев А.П., Шварц В.Г. Некоторые особенности формирования грозовой деятельности в отдельных физико-геграфических комплексах восточной части Приволжской возвышенности // Тр. ГГО.- 1975,- Вып. 356,- С. 123-141.

67. Арабаджи В.И. Грозы и грозовые процессы. Минск: Изд-во БелГУ, 1960. -230 с.

68. Алехина Н.М. Грозы юго-востока Западной Сибири и северо-востока Казахстана: Дисс. канд. геогр. наук. Томск, 1982. - 144 с.

69. Лободин Т.В. Закономерности распределения числа дней с грозой на земном шаре // Тр. ГГО. 1984. - Вып. 484. - С. 37-44.

70. Колобков Н.В. Грозы и шквалы. М., 1951. - 355 с.

71. Домашенко В.Г. Исследование избирательной грозопоражаемости ЛЭП и территорий: Дисс. канд. техн. наук. Томск, 1977. - 190 с.

72. Heat flow density in mWiiT2. GERMANY. // Hurter, S. & Haenel, R. (Hrsg.), 1998: Atlas of Geothermal Resources in Europe. Lovell Johns Ltd., Oxford. - In press.

73. Plauman, S. Die Schwerekarte 1 : 500 000 der Bundesrepublik Deutschland (Bouquer-Anomalien), Blatt Mitte. Geol. Jb., 1991, E46: 3-16, 5 Abb., 1 Tab., 1 Taf. - Hannover.

74. Plauman, S. Die Schwerekarte 1 : 500 000 der Bundesrepublik Deutschland (Bouquer-Anomalien), Blatt Süd. Geol. Jb., 1995, E53: 3-13, 4 Abb., 1 Taf. -Hannover.

75. Ortsdosisleistung der terrestrischen Strahlung Bundesrepublik Deutschland // Report des Bundesamtes für Strahlenschutz BfS-ST-14/97.

76. Bundesrepublik Deutschland. 1 : 1 000 000. Normalausgabe. 1991.

77. Jahresmittel Dampfdruck (hPa) 1961-1990. Deutscher Wetterdienst, GB FE, Referat FE 24.

78. Mittleres Tagesmittel der Lufttemperatur, Normals Jahr 1961-1990. Deutscher Wetterdienst, GB FE, Referat FE 24.

79. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. М.: Мир, 1970. - 354 с.

80. Облака и облачная атмосфера: Справочник/ Под ред. И.П. Мазина, А.Х. Хргиана Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 648 с.

81. Ушаков С.А. Физика Земли. -M., 1974. Том 1.-269 с.

82. Макоско А.А., Солопов Н.Н. О роли гравитационного поля земли в формировании климатического поля высоты 500 гПа // Тр. ВНИИ ГМ. М.: Гидрометеоиздат, 1990. - Вып. 153. - С. 139-144.

83. Домашенко В.Г., Дульзон А.А., Купцов A.M. К анализу влияния неоднородности грунта на поле грозового облака // Техника высоких напряжений и электрическая прочность изоляции: Сб. науч. тр. Томск: Изд-во ТГУ, 1977. - С. 68-72.

84. Israelson S., Schutte Th., Pisier E., Lundquist. Effects of radioactive fallout on lighting frequency // Proceedings Int. Conf. Atm. Electricity. Uppsala, 1988. - P. 416-419.

85. Бургсдорф B.B. Горные грозы и их особенности // Электрические станции. -1939. -№ 1. С. 37-43.

86. Баласенян С.Ю. Динамическая геоэлектрика. Новосибирск: Наука, 1990. -231 с.

87. Смирнов Я.Б. Связь теплового поля со строением и развитием земной коры и верхней мантии // Геотектоника. 1968. - Вып 6.

88. Череменский Г.А. Геотермия. Л.: Изд. Недра. - 1972. - 271 с.

89. Корбан В.Х., Степаненко Д.В. О возможности влияния сильных электрических полей в кучево-дождевых облаках на пространственную ориентацию несферических гидрометеоров // Тр. ГГО. 1991. - Вып. 535. -С. 154-163.

90. Шварц Я.М., Огуряева Л.В. Многолетний ход величин атмосферного электричества в приземном слое атмосферы по данным наблюдений // III Всесоюз. симпозиум по атм. электрич: Тез. докл. Тарту, 1986. - С. 25.

91. Рубинштейн E.C. Однородность метеорологических рядов во времени и пространстве в связи с исследованием изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 80 с.

92. Кобышева Н.В., Наумова Л.П., Клюева М.В. Методы анализа однородности климатологических рядов // Тр. ГГО. 1984,- Т. 485.- С. 29-34.

93. J. Rapp, Ch.-D. Schönwiese Atlas der Niederschlags- und Temperaturtrends in Deutschland 1891-1990 // Frankfurter Geowissenschaftliche Arbeiten: Serie В Meteorologie und Geophysik. Frankfurt а. M., 1996. - Band 5. - 255 s.

94. Боровиков В.И., Боровиков И.П. Statistica: Статистический анализ данных и обработка данных в среде Windows. М.: Финансы и статистика, 1999.-384 с.

95. Филиппов А.Х. Грозы Восточной Сибири. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. -76 с.

96. Камышанова В.А. Грозовая активность на территории СССР и ее связь с формами атмосферной циркуляции северного полушария // Тр. ГГО. 1972. -Вып. 277. - С. 18-26.

97. Лугина K.M., Ионтова Г.М., Масанова М.Д. Пространственная корреляция характеристик поля облачности и грозовой деятельности в восточной части ЕТС // Материалы Межд. симпозиума специалистов гидрометслужб соц. стран. М.: ГМИ, 1975. - С. 46-52.

98. Носова А.М. Многолетние изменения интенсивности грозовой деятельности // Метеорология и гидрология. 1989. - № 3. - С. 106-109.

99. Cacciamani С., Battaglia F. et al. A Climatilogical Study of Thunderstorm Activity in the Po Vally // Theor. Appl. Climatol. 1995. - Vol. 50.

100. Алехина H.M. Использование циклов в прогнозе гроз // Тр. Зап. Сиб. РНИГМИ. 1979. - Вып. 45.

101. Акатова Н.И., Молодых В.А., Цветков A.B. Изменение электрических характеристик атмосферы в связи с солнечной активностью // Тр. ГГО. -1988.-Вып. 514.-С. 116-122.

102. Филиппов А.Х., Цирулькевич С.Г. Некоторые статистические характеристики гроз на терр. СССР// Тр. ГГО. 1969. -Вып. 242. - С. 72-81.

103. Камышанова В.А. Многолетние изменения годовой повторяемости гроз в северном полушарии и их связь с колебаниями солнечной активности и формами атмосферной циркуляции // Тр. ГГО. 1974. - Вып. 323. - С. 19-26.

104. Павлова Г.П. Изменение грозовой деятельности от периода МГГ к периоду МГСС по наблюдениям метеорологических станций СССР // Тр. ГГО. 1969. - Вып. 242. - С. 118-124.

105. Клейменова З.П. Об изменении грозовой активности в солнечном цикле // Метеорология и гидрология. 1967. - № 8. - С. 64-68.

106. Лихтер А.И. Колоколов В.П., Клейменова З.П. Солнечная активность и грозовая деятельность // Тр. ГГО. 1969. - Вып. 242. - С. 104-112.

107. Cehak К. Über säkulare Änderungen der Gewittrtätigkeit in Österreich // Arch. Met. Geoph. Biokl. 1975. - Ser. B, 23. - S. 177-192.

108. StatSoft, Inc. (1999). Электронный учебник по статистике. Москва, StatSoft. WEB: hUp://www.statsoft.ru/home/textbook/default.htm.

109. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Мир, 1976. -756 с.

110. Боровиков В.И., Ивченко Г.И. Прогнозирование в системе Statistica в среде Windows. М.: Финансы и статистика, 1999. - 382 с.

111. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983. - 312 с.

112. Die Flugklimatischen Verhältnisse an den internationalen Flughäfen in der Bundesrepublik Deutschland.- Offenbach a.M., 1963. -21 s.

113. BERLINER WETTERKARTE: Amtsblatt des Instituts für Meteorologie, Wissenschaftliche Einrichtung 07 im Fachbereich Geowisseschaften der Freien Universität Berlin. Im Jahre 1992-1997.

114. Кречетов A.A. Связь числа грозовых разрядов с климатологическими характеристиками гроз // Сб. Методы прикладной и региональной физической географии. М.: МГУ, 1973. - С. 176-177.

115. Легценко Г.П., Махоткин Л.Г., Иньков Б.К. Взаимосвязь характеристик грозовой деятельности // Труды ГГО. 1982. - Вып. 455. - С. 40-45.

116. Махоткин Л.Г. Дни с грозой, продолжительность гроз и число разрядов // Тр. ГГО. 1980. - Вып. 401. - С. 11-16.

117. Price С. and Rind D. Possible implications of global climate change on global lightning distribution and frequencies // Journal of Geophysical Research. 1994. -Vol. 99.-P. 10,823-10,831.

118. Monatlicher Witterungsbericht: Amtsblatt des Deutschen Wetterdienstes. -Offenbach a.M., 1992. № 6. - S. 1- 4.

119. Monatlicher Witterungsbericht: Amtsblatt des Deutschen Wetterdienstes. -Offenbach a.M., 1992. № 8. - S. 1- 4.

120. Gerstengarbe F.-W. et al. Katalog der Großwetterlagen Europas nach Paul Hess und Helmuth Brezowski 1881-1992: Berichte des Deutschen Wetterdienstes. -Offenbach a.M., 1993.-Vol. 113.

121. Klaas U. Großwetter-Singularitäten in Mitteleuropa. Veränderungen im kollektiven Witterungsverlauf seit dem Ende des 19. Jahrhunderts // Münstersche Geographische Arbeiten. 1992. - S. 25

122. Monatlicher Witterungsbericht: Amtsblatt des Deutschen Wetterdienstes. -Offenbach a.M., Im Jahre 1992-1997.

123. Pike W. Medium level convergence produces a mesoscale line of thunderstorms on 2 July 1995 // J. Meteorol. - 1996. - 21, № 205. - P. 3-7.

124. Алехина H.M., Дульзон A.A., Потапкин В.И. Доля наземных разрядов в грозах при различных синоптических условиях // Тр. Зап. Сиб. РНИГМИ. -1978. Вып. 36. - С. 89-94.

125. Песков Б.Е. Роль упорядоченных вертикальных движений в слое трения при развитии мощной конвективной облачности и гроз // Труды ЦИП. -1964. Вып. 136. - С. 61-68.

Информация о работе

Решетько, Маргарита Викторовна
кандидата географических наук
Томск, 1999
ВАК 11.00.09

Диссертация

Особенности мезомасштабной грозовой деятельности - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы