Развитие гроз в конвективных облаках (стр. 2 из 2)

Нами также проводились исследования изменения параметров отдельных молниевых разрядов с развитием конвективного облака. Эти исследования показывают, что в процессе роста облака происходит изменение амплитуды сигнала, отраженного от ионизированного канала молниевого разряда и времени его существования, а также времени, в течение которого ионизированный канал после молниевого разряда является идеальной отражающей поверхностью для электромагнитной волны РЛС дециметрового диапазона длин волн. Последнее характеризует мощность молниевого разряда и количество обратных ударов в нем [5].

Рис. 2. Изменения характеристик молниевого разряда с развитием конвективных облаков. На рис.2 приведены результаты исследования характера изменения параметров молниевых разрядов. Как показывают данные, приведенные на этом рисунке, по мере развития облака, с ростом верхней границы радиоэха, радиолокационной отражаемости и грозовой активности происходит рост среднего времени существования отраженного сигнала от ионизированного канала молниевого разряда.

В начале грозового процесса длительности существования отраженных сигналов от ионизированного канала молниевого разряда составляют 0.1 ... 0.3 сек. В процессе развития облака происходит рост его грозовой активности и в зрелой стадии появляются грозовые разряды с большей амплитудой и длительностью существования отраженного сигнала (0.4 ... 0.6 сек.), чем в начале развития. В это время от отдельных разрядов появляются отраженные сигналы со временем существования до 0.8 сек.

С развитием облака происходит увеличение не только среднего времени существования отраженного сигнала от ионизированного канала молниевого разряда, но и интенсивности разрядов. Число грозовых разрядов в единицу времени, достигнув максимума в середине развития грозового процесса, постепенно уменьшается. А среднее время существования отраженного сигнала от канала молниевого разряда постепенно увеличивается и достигает своего максимума в стадии диссипации облака. Время существования отраженного сигнала от ионизированного канала после молниевого разряда является функцией мощности или числа разрядов, проходящих по одному и тому же каналу. В том и другом случаях увеличивается количество электричества, нейтрализуемого при молниевом разряде, т.е. увеличиваются масштабы разрядных промежутков по мере развития электрических явлений в конвективном облаке. Поэтому конвективные облака в стадии диссипации более опасны для летательных аппаратов, чем в зрелой стадии, хотя вход в них летательных аппаратов более вероятен из-за малой величины радиолокационной отражаемости этих грозовых ячеек.

Высокая чувствительность приемного тракта и относительно узкая диаграмма направленности антенны, используемой РЛС дециметрового диапазона в пассивном режиме, позволяет исследовать характер изменения параметров импульсов ЭМИ в промежутке между молниевыми разрядами.

Радиоизлучение облака между молниевыми разрядами по длительности сигналов можно разделить на 2 группы:

а) излучение с длительностью импульсов 20-150 мкс;

б) излучение с длительностью импульсов свыше 150 мкс.

Первый тип излучения является характерным для внутриоблачных разрядов. Этот тип излучения наблюдается с момента возникновения грозового очага до его диссипации. Второй тип излучения, по нашему мнению, связан с разрядами между облаками и разрядами типа облако-земля.

На рис. 3 приведены вероятности появления разрядов с данной длительностью радиоизлучения облака в промежутках между молниевыми разрядами. Точками на графике отмечено среднее время появления импульсов радиоизлучения заданной длительности относительно времени между молниевыми разрядами. График построен на основе анализа более 2000 межразрядных импульсов радиоизлучения.

Как показывают данные, приведенные на рис. 3, длительность импульсов радиоизлучения увеличивается с приближением следующего молниевого разряда. Характерной во всех промежутках между молниевыми разрядами является пауза в несколько млс. перед разрядом, когда из облака практически не регистрируются импульсы радиоизлучения.

В зависимости от стадии развития грозового процесса в конвективном облаке число межразрядных импульсов излучения меняется от 4 до 100 импульсов и их длительности лежат в интервале от 10 до 130 мкс. Максимум числа межразрядных импульсов излучения приходится на начальный период зрелой стадии грозового очага.

Рис. 3 Вероятность (Р) появления межразрядных импульсов радиоизлучения заданной длительности в промежутках между молниевыми разрядами

В ряде случаев регистрируются импульсы излучения с длительностью до десятков млс. Появляются они редко и только в промежутках между мощными грозовыми разрядами, длительность существования отраженного сигнала от ионизированного канала которых более 0.4 с.

Выполненные нами исследования показали, что эти типы радиоизлучения существенно отличаются от рассмотренных как по мощности, так и по длительности и появляются они только после мощных молниевых разрядов. По всей вероятности, при мощных молниевых разрядах образуются локальные небольшие долгоживущие плазменные образования. Процесс распада этих образований длится от доли до десятка млс. и сопровождается радиоизлучением. Исследования параметров этих типов радиоизлучения помогут глубже понять природу шаровой молнии.

Приведенные комплексные исследования радиолокационных и электрических параметров развивающегося конвективного облака показывают, что с развитием облака происходит постепенное увеличение масштабов грозовых явлений в нем, возможны разномасштабные электрические разряды, обусловленные разномасштабностью электрических неоднородностей в облаке. Параметры ЭМИ могут служить диагнозом грозового состояния конвективного облака, а их изменения могут быть критерием оценки физической эффективности результатов воздействия на электрическое состояние конвективного облака и на процессы градообразования.

Таким образом, характерной особенностью развития грозы в конвективных облаках является постепенное увеличение линейного размера электрических разрядов. Об этом свидетельствует увеличение пакетов импульсов радиоизлучения молниевых разрядов, частоты их появления в облаке и времени существования сигналов отраженных от каналов молний. В результате изменения микроструктуры облака и турбулентных пульсаций возникают электрические разряды разного линейного размера, ответственные за радиоизлучение с соответствующей длительностью пакетов импульсов. Разрядные промежутки постепенно увеличиваются по мере приближения следующего разряда.