Кашпровский В.Е. Определение местоположения гроз радиотехническими методами Изд. 2

Оглавление

Предисловие к первому изданию

Настоящая монография является первым обобщением как известных из литературы, так и проведенных автором в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Академии наук СССР (ИЗМИРАН) работ по определению местоположения гроз на расстоянии. В ней исследуются процессы, происходящие в грозовых разрядах, электромагнитные возмущения, вызванные этими разрядами, и их спектры, а также дается объяснение явлений, наблюдаемых при регистрации этих возмущений. Затем излагается процесс распространения рассматриваемых возмущений в планетарном волноводе и формирование им атмосферика как реплики на это возмущение. На основании этого дается представление о типовой форме атмосферика, что позволяет наметить пути рационального конструирования аппаратуры для регистрации гроз на расстоянии. Кроме того, статистическая оценка интенсивностей возмущений, вызванных грозовыми разрядами, а также учет процессов распространения возмущений позволяют представить основные особенности работы систем регистрации гроз.

Основываясь на применении разного рода линий положения, известных из практики навигации, исследуются возможности создания разнообразных систем определения местоположения гроз, дается классификация этих систем и рассматриваются их эксплуатационные особенности. В результате отбираются наиболее перспективные системы и уточняются их характеристики.

В книге сопоставляются два типа широко распространенных угломерных приборов — пеленгаторов «узкосекторного» и «электронно-лучевого» типов, дается краткая теория этих приборов и разбираются основные ошибки наблюдений. Далее рассматриваются способы организации и практического осуществления систем пеленгации гроз и анализируются результаты обработки многолетних наблюдений, полученных при помощи этих систем.

Намечаются возможные пути дальнейшего развития существующих систем пеленгации гроз в результате коренных изменений методики наблюдений и создания приборов новых типов.

1966 г.

Введение

Вопросы определения местоположения грозовых явлений радиотехническими методами на больших расстояниях представляют огромный интерес для народного хозяйства, например, для авиации, мореплавания, а также для метеорологии, геофизики, радиотехники и пр. Наблюдения грозовых явлений при помощи угломерных или других систем позволяют установить местоположение отдельных вспышек молний в окружающем пространстве, координаты грозовых очагов, их размеры, очертания и относительные интенсивности. В результате сеансов наблюдений, систематически проводимых в течение суток, удается определить скорость и направление перемещений гроз и фазы их развития. При этом одновременно можно наблюдать положение очагов, расположенных на небольших (порядка сотни километров и менее) и дальних расстояниях, превышающих тысячи километров, без существенных регулировок аппаратуры.

На основе получаемых таким образом материалов могут быть организованы надежно действующие службы грозового предупреждения, роль которых в авиации и морском флоте исключительно велика. Вместе с тем системы наблюдения гроз окажут большую помощь метеорологам-синоптикам в их повседневной работе, как средство, уточняющее регистрируемую обычными методами метеорологическую обстановку. Кроме того, систематически собираемый материал о грозовой деятельности может быть положен в основу обширных климатологических исследований появления гроз в данных районах в зависимости от времен года, циклов солнечной деятельности и пр., а также для составления карт грозовой деятельности, представляющих ценность не только в метеорологической практике, но и во многих отраслях современной техники. Такие карты необходимы, например, при строительстве воздушных высоковольтных линий электропередачи и воздушных линий связи, при работах по электрификации железных дорог,

при строительстве высотных сооружений и т. п. Карты грозовой деятельности, составленные на базе дистанционных наблюдений гроз с учетом числа и интенсивности разрядов, будут отличаться более полной информацией, чем карты, основанные только на подсчете грозовых дней.

Применение подобных карт можно еще более расширить, если наблюдения, проводимые в ограниченном числе точек, дополнить систематической регистрацией статистических распределений числа атмосфериков в зависимости от их интенсивности. Привязав полученные статистические данные к картам грозовой деятельности, строящимся на основе дистанционных наблюдений гроз, можно получить карты распределений уровней радиопомех, охватывающие площади, далеко выходящие за пределы территорий, на которых велись измерения.

Такие карты позволят проводить расчеты линий радиосвязи, систем радионавигации, сетей средневолнового радиовещания и пр., поскольку необходимые уровни напряженности поля принимаемых станций обусловлены статистическими характеристиками радиопомех, а это в свою очередь определяет мощность передатчиков, направленность передающих, приемных антенн и типы приемной аппаратуры.

Следует отметить, что в техническом отношении не представляет особых затруднений организовать регистрацию грозовых явлений и уровней радиопомех на всем земном шаре с помощью объединения существующих во многих странах систем регистрации гроз. Это позволит построить глобальные карты гроз и радиопомех за относительно короткое время и при затрате сравнительно небольших средств.

Регистрация форм первичных возмущений, т. е. возмущений, наблюдаемых в непосредственной близости от молнии, даст богатый материал для изучения процессов формирования электрических зарядов в грозовых облаках, процессов развития молнии, т. е. поможет решить основные вопросы физики грозовых процессов. Вместе с тем, статистическое изучение первичных возмущений даст ценные материалы для разработки теории регистрации гроз на расстоянии и позволит выявить некоторые особенности грозовых образований как источников атмосфериков. Кроме того, регистрация гроз, проводимая совместно с наблюдением так называемых свистов1, позволит изучить механизмы распространения радиоволн в экзосфере и свойства этой среды. Таков далеко не полный перечень возможностей, возникающих при дистанционном наблюдении гроз.

По сравнению с обычной метеорологической сетью система радиопеленгации гроз относительно проста и дешева при эксплуатации. Она, как правило, состоит из четырех-пяти пунктов наблюдений. При расположении пунктов наблюдений в вершинах углов равносторонних многоугольников на расстояниях порядка 1000 км радиус действия такой системы достигает 2500—3000 км. Следовательно, площадь обзора ее составляет 20—28 млн. км2. Это значит, что можно организовать наблюдения даже на морях и океанах, расположив пункты наблюдения по их берегам и на островах, а также да территориях недоступных пустынь, тропических болот, лесных массивов и т. п.

Оборудование каждой наблюдательной системы складывается из весьма ограниченного набора простых приборов, управление которыми можно в значительной степени автоматизировать. Наблюдения на пунктах системы занимают не более 10—15 мин., а доставка и обработка их материалов на пост централизованной обработки отнимает не более 30—40 мин. Это время можно намного сократить благодаря автоматизации процессов передачи материалов наблюдений и механизации их обработки на специализированных электронно-счетных машинах.

В настоящее время Австралия, Англия, Аргентина, Индия, Пакистан, СССР, США, Франция, Япония и другие страны имеют постоянно действующие системы наблюдения гроз. Количество их в каждой стране определяется размерами территорий, занимаемых этими службами, и задачами, поставленными перед ними.

Об авторе