авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

АКТИВНО-ПАССИВНАЯ

РАДИОЛОКАЦИЯ

грозовых

и грозоопасных

очагов

в облаках

Под редакцией

Л. Г. КАЧУРИНА

и Л. И. дивинского

Санкт-Петербург Гидрометеоиздат 1992

У Д К 551.501.81 :551.594.21 7 ' Ъ т г

- ' с

' Д, JJ • ' А В. Белоцерковский, Л. И. Дивинский, Н. К. Екатериничева, Б. Д. Иванов, Л. Г. Качурин, Ю. Г. Осипов, Е. В. Осокина, В. Ф. Псаломщиков Рецензенты: д-р техн. наук В. Д. Степаненко, канд. физ.-мат. наук Б. Ф. Ев теев, канд. физ.-мат. наук В. С. Снегуров, канд. техн. наук С. М. Гальперин (Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова), А. А. Иванов (Центральная аэрологическая обсерватория) Активно-пассивная радиолокация грозовых очагов в широком диапазоне длин волн — научно-техническое направление, позволяющее получать качест венно новую информацию об электрическом состоянии облаков. В догрозовой стадии определяется степень обострения ситуации, а также потенциальная грозооиасность облачности для летательных аппаратов. В грозовой стадии опре деляется местоположение и моменты появления молний разных масштабов, дли тельность их существования. На основании полученных данных в реальном масштабе времени строятся пространственно-временные панорамы грозовой активности и предвычисляется тенденция развития грозового процесса. (\ Книга предназначена для широкого круга специалистов по радиометеороло- ' гии, экспериментальной физике атмосферы, средствам грозозащиты. Может быть ** рекомендована аспирантам и студентам старших курсов соответствующих спе циальностей. i|/ ' \П fO -Opo.ierk ^оЛИОТЬ.Д К Маяоощт?тсх#к я«.

1805040400-050 © А. В. Белоцерковский, JI. И. Дивинский, Н. К. Екатериничева, Б. Д. Иванов, 069(02)-92 Л. Г. Качурин, Ю. Г. Осипов, Е. В. Осо кина, В. Ф. П с а л о м щ и к о в, 1992 г.

ISBN 5-286-00743- ПРЕДИСЛОВИЕ Книга посвящена новому быстро р а з в и в а ю щ е м у с я научно-тех ническому направлению •— активно-пассивной радиолокации грозо вых и грозоопасных очагов в различных стадиях их развития: от предгрозовой до диссипации.

К а к известно, гроза — опасное метеорологическое явление, она способна наносить ущерб многим отраслям народного хозяйства.

Грозовые процессы могут явиться причиной повреждения линий связи и высоковольтных линий электропередачи, энергетического оборудования, могут вызвать лесные пожары, самопроизвольное с р а б а т ы в а н и е взрывных устройств в открытых горных разработ ках. Гроза — опасный противник летательных аппаратов (ЛА) и крупных наземных промышленных сооружений. В связи с этим своевременное обнаружение грозоопасных областей пространства, определение местоположения и тенденции развития грозовых оча гов является весьма актуальным.

Радиолокационные методы зондирования облачности, зародив шиеся в 40—50-е годы, п о к а з а л и высокую эффективность в системе метеорологического штормооповещения. Радиоэхо облаков в сан тиметровом диапазоне длин волн позволяет дистанционно опреде л я т ь основные параметры, х а р а к т е р и з у ю щ и е плотность облачности и ее геометрические размеры. Применение когерентных и некоге рентных радиолокаторов сантиметрового диапазона позволяет по лучать сведения о динамике воздушных движений и о фазовом со стоянии воды в облаках. Однако применяемыми сейчас наземными и самолетными радиолокационными средствами гроза н а д е ж н о идентифицируется лишь в среднем д л я большого количества слу чаев. Оперативно ж е д л я конкретной ситуации эти средства только с некоторой вероятностью выделяют грозоопасные области про странства. Исследования последних лет показали отсутствие тес ной связи о т р а ж а е м о с т и частиц облаков и осадков в сантиметро вом диапазоне радиоволн с интенсивностью грозовых процессов в о б л а к а х. Кроме того, при наблюдении за атмосферными явле ниями радиолокационными станциями сантиметрового диапазона (РЛСсм) ближние к РЛСсм атмосферные образования (мощные о б л а к а, ливневые осадки, г р а д ), существенно рассеивая и погло щ а я проходящие сквозь них электромагнитные волны, могут.сильно экранировать дальние облачные системы. Обнаружено т а к ж е, что зоны максимальной отражаемости гидрометеоров в облаках, к а к 18* правило, расходятся с зонами, максимальной грозовой активности.

Все это делает сантиметровые волны не очень пригодными д л я наблюдения за грозоопасными зонами при метеообеспечении аэро портов и других крупных ответственных объектов.

Наблюдения за облачностью со спутников средствами пассив ной радиотеплолокации дают достаточно полное представление лишь о полях горизонтальной протяженности облачности, но не грозовой ее активности (опасности).

Наблюдения с помощью метеорологических радиолокаторов ( M P J I ) в сочетании с грозопеленгаторами-дальномерами повысили надежность грозообнаружения, но их возможности ограничены.

Однопунктные грозопеленгаторы с высокой точностью определяют лишь угловые координаты грозовых очагов. Многопунктные гро зопеленгаторы требуют создания дорогостоящей помехозащищен ной системы синхронизации, объединяющей отдельные пункты.

И, наконец, самое главное — и M P J I, и грозопеленгаторы нечув ствительны к пред- и послегрозовым стадиям развития облач ности, когда молниевых разрядов нет, но процессы электризации облачной массы весьма интенсивны и высока опасность искусствен ного инициирования (провокации) молниевого р а з р я д а оказав шимся поблизости летательным аппаратом за счет локального уси ления поля самим ЛА. С помощью M P Л и грозопеленгаторов за труднительно определить стадию развития грозового процесса и его тенденцию, невозможно выявить потенциально опасные в элек трическом отношении облака.

Рост интенсивности воздушного движения, существенное увели чение размеров самолетов и скоростей полета сопровождаются возрастанием количества летных происшествий и катастроф, обус ловленных неожиданными для э к и п а ж а и наземных служб пора жениями самолетов молниями [62, 63, 189, 195, 201]. Известны т а к ж е аварии, происшедшие во время запусков космических ко раблей (см., например, [187, 194, 203, 2 2 2 ] ). Подобные случаи от мечаются т а к ж е при подлете к о б л а к а м негрозовых форм, причем д а ж е в зимнее время. Такие ситуации возникают в основном из-за того, что получаемой традиционными средствами зондирования метеорологической информации недостаточно д л я объективной оценки степени грозоопасности облачности. Д л я решения з а д а ч управления воздушным движением необходимо располагать не только данными о координатах грозовых облаков, но и информа цией о потенциально грозоопасных облаках, в которых молниевые р а з р я д ы не наблюдаются, однако возможно инициирование (прово кация) молнии п р и б л и ж а ю щ и м с я самолетом. Кроме того, требу ется прогноз трансформации грозового процесса. В настоящее время не существует достаточно полной количественной теории провокации молний в грозоопасной облачности. В создании такой теории д о л ж н ы помочь опыты с управляемыми моделями ЛА, за пускаемыми в облако, либо полеты в о б л а к а х на самолетах-лабо раториях при одновременном контроле электрической активности методами активно-пассивной радиолокации с З е м л и и с ЛА.

4.

В наибольшей степени современным т р е б о в а н и я м к грозоопо.вещению у д о в л е т в о р я ю т данные, п о л у ч а е м ы е м е т о д а м и активной и пассивной р а д и о л о к а ц и и г р о з о в ы х очагов в С В - и У К В - д и а п а з о н а х радиоволн в сочетании с обычными радиолокационными на- • б л ю д е н и я м и за о б л а к а м и с п о м о щ ь ю Р Л С с м - П р и о р и т е т в разра б о т к е этих методов п р и н а д л е ж и т С С С Р. Р а д и о л о к а ц и о н н ы е сиг налы, о т р а ж е н н ы е от к а н а л о в молний, были о б н а р у ж е н ы в 50-е г о д ы [23, 24, 229, 236], о д н а к о систематические, о б л а д а ю щ и е до статочной и н ф о р м а т и в н о с т ь ю наблюдения за грозовыми р а з р я д а м и с п о м о щ ь ю Р Л С метрового и дециметрового ( Р Л С М, Р Л С Д М ) диа пазонов начались лишь в конце 60-х годов i [39, 48, 94, 166]. Не с к о л ь к о р а н ь ш е были впервые н а ч а т ы с и с т е м а т и ч е с к и е целена п р а в л е н н ы е н а б л ю д е н и я за грозами методом пассивной нетепло вой р а д и о л о к а ц и и на р а з н ы х с т а д и я х развития грозы ( в к л ю ч а я и п р е д г р о з о в у ю ) в широком д и а п а з о н е длин волн [74, 91, 9 2 ], по р е з у л ь т а т а м которой с т а л а в о з м о ж н а индикация всех электрически а к т и в н ы х о б л а с т е й п р о с т р а н с т в а, в том числе не п р о я в л я ю щ и х с е б я молниевыми р а з р я д а м и. П о з д н е е была синтезирована единая система наблюдений, п о л у ч и в ш а я название активно-пассивной р а д и о л о к а ц и и грозовых и грозоопасных очагов [10, 83, 1 2 7 ]. В этой о б л а с т и накоплен б о л ь ш о й о б ъ е м э к с п е р и м е н т а л ь н ы х и теоретиче с к и х р е з у л ь т а т о в. В н а с т о я щ е е время н а з р е л а н е о б х о д и м о с т ь в об о б щ а ю щ е й р а б о т е, в которой с единых позиций о б с у ж д а л и с ь бы к а к методические вопросы проведения наблюдений, о б р а б о т к и и а н а л и з а р е з у л ь т а т о в, т а к и п р и к л а д н ы е в о п р о с ы применения новой •физической информации, с т а в ш е й д о с т у п н о й б л а г о д а р я использо в а н и ю активно-пассивной радиолокации.

В известной степени восполнить этот пробел призвана настоя щ а я монография, в основу которой легли р е з у л ь т а т ы многолетних исследований авторов, выполненных в основном на у н и к а л ь н о м э к с п е р и м е н т а л ь н о м полигоне в районе высокой грозовой актив-, ности. В книге показано, что сочетание традиционной активной р а д и о л о к а ц и и о б л а к о в в сантиметровом д и а п а з о н е длин волн с но выми м е т о д а м и активной р а д и о л о к а ц и и грозовых р а з р я д о в в мет ровом (дециметровом) д и а п а з о н е и привлечение д а н н ы х о собст венном нетепловом радиоизлучении (пассивная радиолокация) конвективных о б л а к о в, р а з р я д о в молний в С В - и У К В - д и а п а з о н а х д а е т качественно новую информацию об электрическом состоянии м о щ н ы х конвективных о б л а к о в, позволяет с у д и т ь о пространствен ной ориентации грозовых очагов, степени их электрической актив ности, о стадии развития грозового процесса с выделением его на ч а л ь н о й фазы ( п р е д ш е с т в у ю щ е й появлению молниевых р а з р я д о в ), с т а д и и зрелости и фазы р а с п а д а грозовых очагов.

И с с л е д о в а н и я велись Р о с с и й с к и м г о с у д а р с т в е н н ы м гидрометео рологическим институтом ( д а л е е по т е к с т у с о х р а н я е т с я с т а р а я а б б р е в и а т у р а — Л Г М И ) в тесном к о н т а к т е с И н с т и т у т о м геофи зики А Н Грузии, В ы с о к о г о р н ы м геофизическим институтом, Вое низированной с л у ж б о й активного воздействия на гидрометео^ 5.

рологические процессы, Г л а в н о й геофизической обсерваторией:

им. А. И. В о е й к о в а. В р а б о т е принимал у ч а с т и е большой коллек тив преподавателей, научных сотрудников, инженерно-технических, работников, студентов, аспирантов и с т а ж е р о в Л Г М И. В А л а з а н ской долине ( В о с т о ч н а я Г р у з и я ) и в П р и э л ь б р у с ь е на учебно научных метеорологических полигонах выполнен широкий ком плекс радиофизических исследований внешней среды. Это позво лило с о з д а т ь метод активно-пассивной радиолокации природных о б ъ е к т о в — грозовых и грозоопасных о б л а к о в, атмосферных вих рей, лавин и ледников. И с с л е д о в а н и е грозовых процессов с в ы с о кой интенсивностью, п р о и с х о д я щ и х в Восточной Грузии, позволило в с к р ы т ь такие особенности с т р у к т у р ы грозовых очагов и ее д и н а мики, которые подчас т р у д н о выявить в г р о з а х с л а б о й интенсив ности, и д у щ и х в у с л о в и я х равнинной местности.

Книга состоит из д е с я т и глав. В первой г л а в е д а е т с я краткий:

обзор радиотехнических методов н а б л ю д е н и я за грозами. В после д у ю щ и х т р е х г л а в а х р а с с м а т р и в а ю т с я методы активной (гл. 2),.

пассивной (гл. 3) и активно-пассивной (гл. 4) р а д и о л о к а ц и и гро з о в ы х очагов. П р и в о д и т с я описание а п п а р а т у р ы и методики с о о т в е т с т в у ю щ и х наблюдений. О т м е ч а е т с я, что активная р а д и о л о к а ция в метровом (дециметровом) д и а п а з о н е д а е т н а д е ж н у ю и н ф о р м а ц и ю о к о о р д и н а т а х грозовых разрядов, что позволяет прямым:

способом определять грозоопасность о б л а к о в, судить об интенсив ности грозовой деятельности, д е т а л ь н о и с с л е д о в а т ь с т р у к т у р у и:

э в о л ю ц и ю грозовых очагов. П р и е м собственного нетеплового р а диоизлучения конвективных о б л а к о в в С В - и У К В - д и а п а з о н а х, длин волн позволяет з а д о л г о д о появления грозовых р а з р я д о в п р е д у п р е ж д а т ь о приближении грозы, о п р е д е л я т ь потенциальную грозоопасность облачности, а во время развившегося грозового процесса определять степень и тенденцию развития грозы. П о к а зано, что сочетание этих д в у х д о п о л н я ю щ и х д р у г д р у г а методов с традиционными н а б л ю д е н и я м и за о б л а ч н о с т ь ю с п о м о щ ь ю ме теорологических р а д и о л о к а т о р о в сантиметрового д и а п а з о н а с у щ е ственно р а с ш и р я е т в о з м о ж н о с т и дистанционного зондирования г р о з о в ы х и грозоопасных очагов.

В пятой и шестой г л а в а х и з л а г а ю т с я новые методы и приво д я т с я р е з у л ь т а т ы автоматической о б р а б о т к и и анализа активно пассивных р а д и о л о к а ц и о н н ы х измерений с целью оценки степени грозоопасности обозреваемого п р о с т р а н с т в а (в смысле о п а с н о с т и встречи Л А с молниевым р а з р я д о м, когда в данной о б л а с т и про с т р а н с т в а происходят р а з р я д ы молний, и опасности провокации" молниевого р а з р я д а л е т а т е л ь н ы м а п п а р а т о м в о б л а к е, в котором р а з р я д ы молний не н а б л ю д а ю т с я ). П р е д л а г а ю т с я оптимальные методы прогноза степени Грозоопасности и в ы б о р а наименее о п а с ной траектории полета в у с л о в и я х повышенной грозовой актив ности. Применение методики прогнозирования с использованием:

адаптивных и с т о х а с т и ч е с к и х моделей современно, и мы нашли:

н у ж н ы м поместить в книгу ее м а т е м а т и ч е с к о е обоснование и к р а т кие пояснения.

6.

С е д ь м а я г л а в а с о д е р ж и т рекомендации по с о в е р ш е н с т в о в а н и ю. а п п а р а т у р ы активно-пассивной р а д и о л о к а ц и и грозовых очагов при менительно к с и с т е м а м у п р а в л е н и я в о з д у ш н ы м д в и ж е н и е м в рай о н е к р у п н ы х аэропортов. П р и в о д я т с я основные технические пара м е т р ы р а з р а б о т а н н о г о в Л Г М И радиолокационного комплекса гро зообнаружения.

В о с ь м а я г л а в а п о с в я щ а е т с я в о п р о с а м определения с п о м о щ ь ю бортовой а п п а р а т у р ы опасности п о р а ж е н и я молниями Л А. Пред л а г а е т с я наиболее перспективный, по мнению авторов, метод опре д е л е н и я грозовой опасности по т р а с с е полета, основанный на при еме собственного радиоизлучения Л А при полете в мощных обла ках и осадках.

В д е в я т о й г л а в е приводятся р е з у л ь т а т ы исследований физиче с к о й природы нетеплового радиоизлучения конвективных о б л а к о в (используемого в. пассивной р а д и о л о к а ц и и грозовых о ч а г о в ), а т а к ж е д р у г и х природных о б ъ е к т о в.

Д е с я т а я г л а в а посвящена численному моделированию физиче с к и х процессов, п р о т е к а ю щ и х в и с с л е д у е м ы х о б л а к а х. И с п о л ь з у е т с я численная модель конвективного о б л а к а, с о з д а н н а я в Л Г М И.

П р и в о д я т с я р е з у л ь т а т ы численного моделирования п а р а м е т р о в об л а к а, х а р а к т е р и с т и к и т у р б у л е н т н о с т и.в нем.

В заключении и з л а г а ю т с я основные р е з у л ь т а т ы выполненных -экспериментов, ф о р м у л и р у ю т с я з а д а ч и д а л ь н е й ш и х исследований, н а п р а в л е н н ы х на повышение безопасности полетов в процессе управления воздушным движением.

ГЛАВА КРАТКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ГРОЗАМИ И РАДИОИЗЛУЧЕНИЕМ ОБЛАКОВ Р а д и о т е х н и ч е с к и е методы о б н а р у ж е н и я грозовых о б л а к о в стали:

широко применяться лишь в послевоенное время. В основном это пелегационные методы, основанные на, приеме радиоизлучения,, вызванного молниевыми р а з р я д а м и (пассивная р а д и о л о к а ц и я ),, а т а к ж е м е т о д ы активной радиолокации, основанные на приеме сигналов, о т р а ж е н н ы х от гидрометеоров. Этим вопросам п о с в я щено довольно много р а б о т, среди которых есть р я д о б о б щ а ю щих, но мы их р а с с м о т р и м несколько позже. В н а ч а л е о с т а н о в и м с я на и с с л е д о в а н и я х радиоизлучения о б л а к о в в УКВ-диапазоне радиоволн, п о с к о л ь к у эта т е м а, к а к нам п р е д с т а в л я е т с я, недо статочно освещена, а интерес к ней, особенно в последнее время,:, значительно возрос.

Одной из первых публикаций, посвященных и с с л е д о в а н и я м ра диоизлучения о б л а к о в в У К В - д и а п а з о н е, я в л я е т с я р а б о т а Д ж. Г и б сона [202], в которой приведены р е з у л ь т а т ы исследований сиг налов, и з л у ч а е м ы х конвективными о б л а к а м и в миллиметровом д и а п а з о н е радиоволн. А в т о р, по-видимому, первый отметил, что н а б л ю д а е м о е излучение имеет интенсивность слишком высокую в этом д и а п а з о н е д л я теплового излучения о б л а к а. П о р а с ч е т у т е м п е р а т у р а о б ъ е к т а д о л ж н а б ы т ь примерно на 150 К больше реальной, д л я того чтобы тепловое излучение о б л а к а имело реги с т р и р у е м у ю интенсивность. Д ж. Гибсон не в ы с к а з а л своих с о о б р а жений о природе н а б л ю д а е м ы х р а с х о ж д е н и й. Д. Х о г г и Р. Сем плак [207] о б н а р у ж и л и, что за нетепловое радиоизлучение ( Н Т Р И ) ответственны не т о л ь к о сильноточные а т м о с ф е р н ы е раз ряды. Н а р я д у с Н Т Р И молний н а б л ю д а е т с я т а к ж е возникновение излучения в сантиметровом д и а п а з о н е р а д и о в о л н и при о т с у т с т в и и молниевых разрядов. А в т о р ы [207] объяснили это излучение пе рераспределением з а р я д о в на д о ж д е в ы х и водяных внутриоблач ных к а п л я х. Измерения проводились в д и а п а з о н е 4-—6 Г Г ц (5— 7,5 с м ).

Д. С а р т о р [245] попытался объяснить природу Н Т Р И о б л а к о в в У К В - д и а п а з о н е столкновением з а р я ж е н н ы х капель. П о д т в е р ж д е нием правильности предположения о т а к о м механизме Н Т Р И с л у ж а т экспериментальные исследования, проведенные Ф. Дикеем:

[198]. В р е з у л ь т а т е этих р а б о т [198, 245] установлено, что макси м а л ь н а я энергия излучения приходится д л я з а р я ж е н н ы х к а п е л ь :на длину волны К, с в я з а н н у ю с д и а м е т р о м эмпирическим соотно ш е н и е м X ж 7 D. Э т о о б ъ я с н е н о наличием р е з о н а н с а на поверхно с т н ы х в о л н а х, при к о т о р ы х на половине длины большого к р у г а — сферической к а п л и — у м е щ а е т с я у 4 длины волны колебаний.

В д а л ь н е й ш е м Ф. Хорнер и П. Б р е д л и [208], Д. С а р т о р [246], А. К и м п а р а [217] показали, что столкновением з а р я ж е н н ы х ка пель нельзя о б ъ я с н и т ь всех явлений, с в я з а н н ы х с излучением кон в е к т и в н ы х о б л а к о в. Е с л и допустить, что причиной Н Т Р И о б л а к о в ^является т о л ь к о с о у д а р е н и е или р а з л е т з а р я ж е н н ы х капель, то -согласно [ 1 9 8 ], м а к с и м у м спектральной плотности излученного сигнала д о л ж е н н а б л ю д а т ь с я на длине волны, соизмеримой с раз м е р а м и капель. В действительности с п е к т р а л ь н а я плотность из л у ч е н н о г о сигнала монотонно н а р а с т а е т с у б ы в а н и е м частоты.

К. Зонге и В. Э в а н с [260] измеряли р а д и о ш у м о в о е излучение г р о з о в ы х о б л а к о в на ч а с т о т а х 12, 100 к Г ц ;

2,5, 10 и 110 М Г ц.

П р и е м сигналов производился на н е н а п р а в л е н н ы е антенны. Одно в р е м е н н о о с у щ е с т в л я л а с ь запись н а п р я ж е н н о с т и электростатиче ского поля, велись р а д а р н ы е н а б л ю д е н и я за облачностью и ви.зуальные н а б л ю д е н и я за грозовыми р а з р я д а м и. При проведении п о л е в ы х экспериментов в А р и з о н е а в т о р а м [260] у д а л о с ь т р и ж д ы "четко с в я з а т ь повышение интенсивности р а д и о ш у м а с развитием г р о з о в о г о о б л а к а, когда в о к р е с т н о с т я х станции н а б л ю д а л а с ь только одна г р о з о в а я ячейка. Р е з у л ь т а т ы их наблюдений подтвер д и л и ф а к т возникновения Н Т Р И грозового о б л а к а до появления л е р в о й молнии. В р е м я м е ж д у началом повышения интенсивности Зэадиошума и первой молнией с о с т а в л я е т 1 0 — 1 5 мин. П о мнению -авторов, измерения наиболее у д о б н о производить в д и а п а з о н е от •единиц д о 100 М Г ц. Н и к а к и х предположений о причинах, вызы в а ю щ и х повышение интенсивности р а д и о ш у м а, в ы с к а з а н о не было.

В п о с л е д у ю щ и е годы в ы д е л я ю т с я три н а п р а в л е н и я исследова ний Н Т Р И облаков в УКВ-диапазоне.

П е р в о е направление связано с исследованием р а д и о ш у м о в о г о :излучения конвективных о б л а к о в в У К В - д и а п а з о н е. З д е с ь с л е д у е т о т м е т и т ь р а б о т ы Д. С а р т о р а [246], а т а к ж е Р. Х а р в и и И. Л ь ю с а [204].

В т о р о е н а п р а в л е н и е с в я з а н о с исследованием У К В - и з л у ч е н и я м о л н и е в ы х р а з р я д о в. В хронологическом порядке в числе первых и з в е с т н ы х нам п у б л и к а ц и й в этой о б л а с т и с л е д у е т отметить ра б о т у Ф. Х о р н е р а и П. Б р е д л и [208], в которой приведены спек т р а л ь н ы е х а р а к т е р и с т и к и излучения близких молний д о ч а с т о т ы 450 М Г ц. А. К и м п а р а в р а б о т е [217] о б о б щ и л известные сведения и привел д а н н ы е об излучении д о ч а с т о т ы 500 М Г ц. М н о г о внима ния он у д е л и л с п е к т р а л ь н ы м х а р а к т е р и с т и к а м излучения молнии.

А. К и м п а р а у к а з а л на различие методик о б р а б о т к и информации и получения д а н н ы х разными и с с л е д о в а т е л я м и, что в конечном и т о г е п о р о ж д а е т различие числовых значений п о л у ч а е м ы х вели чин, х а р а к т е р и з у ю щ и х с п е к т р а л ь н у ю интенсивность излучения.

В 1967 г. И н с т и т у т о м физических проблем А Н С С С Р была «организована экспедиция по исследованию сигналов радиоизлуче ния молний в дециметровом д и а п а з о н е длин волн [ 1 5 0 ]. Она б ы л а о с н а щ е н а комплектом приемников и с п е к т р о а н а л и з а т о р о в, перекры в а ю щ и х д и а п а з о н 4 0 0 — 4 000 М Г ц. Приемники имели ч у в с т в и т е л ь ность Ю - 1 1 В т при соотношении сигнал/шум, близком к единице.

С п е к т р о а н а л и з а т о р ы при т о м ж е соотношении сигнал/шум имели:

чувствительность Ю - 1 0 — Ю - 9 В т и обеспечивали обзор спектра в д и а п а з о н е 5 5 0 — 3 0 0 0 М Г ц при р а з р е ш а ю щ е й способности 2 0 — 50 М Г ц. С и г н а л, излученный молнией, принимался обычно с р а с стояния в несколько километров, которое определялось по з а п а з д ы в а н и ю з в у к о в о г о сигнала относительно момента р а з р я д а. В ы ходные н а п р я ж е н и я приемников п о д а в а л и с ь на пятилучевой о с ц и л л о г р а ф и ф о т о г р а ф и р о в а л и с ь. Эти и с с л е д о в а н и я показали, что длительность излучения на ч а с т о т а х 100 и 400 М Г ц с о с т а в л я л а 0, 5 — 5 мс, при этом импульс с о с т о я л из непрерывной п о с л е д о в а тельности более коротких импульсов д л и т е л ь н о с т ь ю 5 0 — 1 0 0 мкс.

Н а ч а с т о т а х 800—1 300 М Г ц длительность излучения была 5 0 — 100 мкс. М о щ н о с т ь сигналов, принимавшихся на частоте 100 М Г ц, обычно р а в н я л а с ь Ю - 1 1 — Ю - 1 0 В т в полосе частот 100 кГц, а н а ч а с т о т а х 400—1300 М Г ц она с о с т а в л я л а ( 1 — 5 ) - 1 0 ~ 1 0 В т в п о л о с е частот 1 М Г ц.

В п о с л е д у ю щ и е годы в э к с п е р и м е н т а х использовались прием ники, настроенные на частоты 100, 400, 700, 900 и 1300 МГц..

С и г н а л, излученный линейной молнией, принимался р а м о ч н о й антенной, у с и л и в а л с я и запускал пятилучевой осциллограф.

Производилось фотографирование э к р а н а о с ц и л л о г р а ф а в тече ние примерно 100 мс с момента з а п у с к а развертки, после о к о н ч а ния которой о с у щ е с т в л я л а с ь смена к а д р а в ф о т о к а м е р е. Т а к и м о б р а з о м было получено около 200 о с ц и л л о г р а м м с с и г н а л а м и на ч а с т о т а х 100, 400, 700 и 900 М Г ц. Н а 20 о с ц и л л о г р а м м а х е с т ь т а к ж е сигналы на ч а с т о т е 1300 М Г ц. С а м ы й п р о д о л ж и т е л ь н ы й н а б л ю д а в ш и й с я сигнал — 10 мс на частоте 700 М Г ц. В р е з у л ь т а т е этих исследований [104] уточнена с п е к т р а л ь н а я плотность на ча с т о т а х 400, 700 и 900 М Г ц. В этой р а б о т е в ы с к а з ы в а ю т с я предпо л о ж е н и я о механизме излучения молнии в У К В - д и а п а з о н е, отлич ном от дипольного (приводящего в о б л а с т и более низких ч а с т о т к ш у м о в о м у с п е к т р у типа I// 2 ), и о том, что У К В - г е н е р а ц и я мо ж е т быть о б у с л о в л е н а магнито-тормозным излучением э л е к т р о н о в в магнитном поле, с о з д а в а е м о м током молнии.

С л е д у ю щ а я р а б о т а [105] посвящена и с с л е д о в а н и ю у з к о п о л о с ного радиоизлучения молний в д е ц и м е т р о в о м диапазоне. В тече ние сезона н а б л ю д е н и й а в т о р ы [105] отметили 39 случаев у з к о п о лосного излучения молнии. М а к с и м у м излучения о т м е ч а е т с я в диа пазоне 1 2 0 — 1 6 0 М Г ц. Одиночные а к т ы излучения н а б л ю д а л и с ь на ч а с т о т а х до. 600 М Г ц. С р е д н я я длительность излучения узкополос ного сигнала оценивается в 50 мс. К с о ж а л е н и ю, с и н у с о и д а л ь н ы й х а р а к т е р используемой в индикаторе развертки и, к а к следствие,, н е р а в н о м е р н а я скорость перемещения л у ч а по э к р а н у электронно лучевой т р у б к и (луч быстро проходил через ц е н т р а л ь н у ю ч а с т ь э к р а н а и д о л г о н а х о д и л с я в периферийных ч а с т я х развертки) мо г у т приводить к н е ж е л а т е л ь н ы м особенностям зарегистрирован н ы х и з о б р а ж е н и й сигналов. Д е й с т в и т е л ь н о, в момент появления ш и р о к о п о л о с н о г о излучения, и з о б р а ж е н и е б у д е т проходить через приемный т р а к т и проявляться в виде кратковременного импульса н а в ы х о д е приемного у с т р о й с т в а. П р и этом наиболее часто им п у л ь с б у д е т приводить к появлению с в е т я щ е й с я точки на к р а ю.линии развертки. Н а л о ж е н и е т а к и х с в е т я щ и х с я точек д р у г на.друга м о ж е т привести к появлению значительных з а с в е т о к у к р а е в р а з в е р т к и и с о з д а т ь впечатление длительного узкополосного сиг нала.

С 1967 г. получило развитие т р е т ь е направление в исследова ниях радиоизлучения грозовых о б л а к о в. В п е р в ы е, в отличие от п р е д ы д у щ и х, эти исследования были н а п р а в л е н ы на комплексное изучение сигналов, излученных и молниями, и о б л а к а м и в широ к о м д и а п а з о н е радиоволн на р а з н ы х с т а д и я х развития грозовой.деятельности. Д л я проведения экспериментов был создан специ а л ь н ы й комплекс высокочувствительной а п п а р а т у р ы, в к л ю ч а ю щ и й ш е с т ь радиоприемных к а н а л о в, н а с т р о е н н ы х на частоты 0,11;

0,5;

•3;

30;

101 и 300 М Г ц [77]. Ш и р и н а полосы пропускания приемных у с т р о й с т в в зависимости от частоты настройки н а х о д и л а с ь в интер в а л е 2 0 — 1 2 0 к Г ц, чувствительность с о с т а в л я л а 4 — 6 м к В. В ка честве антенн д л я приемников длинных и средних волн ( 0, 1 1 —.3 М Г ц ) использовались н е н а п р а в л е н н ы е в и б р а т о р ы Г е р ц а. При е м н и к, настроенный на ч а с т о т у 30 М Г ц, имел антенну типа вол новой к а н а л с шириной д и а г р а м м ы направленности в горизонталь н о й и вертикальной п л о с к о с т я х около 80°. Д л я приемников, на с т р о е н н ы х на частоты 101 и 300 М Г ц, использовались антенны т и п а волновой к а н а л с о т р а ж а т е л е м в виде п а р а б о л и ч е с к о г о ци л и н д р а. Ш и р и н а д и а г р а м м ы направленности д л я этих антенн рав н я л а с ь с о о т в е т с т в е н н о 30 и 12°. П р и н я т ы е сигналы регистрирова л и с ь на многоканальном магнитофоне с полосой з а п и с ы в а е м ы х ч а с т о т 11 кГц, а т а к ж е ф о т о г р а ф и р о в а л и с ь с э к р а н а осциллографа.

Д л я н а б л ю д е н и я за о б л а ч н о с т ь ю и коррекции положения в про с т р а н с т в е м а к с и м у м о в д и а г р а м м направленности антенных си с т е м применялась р а д и о л о к а ц и о н н а я станция ( P J I C ) трехсанти м е т р о в о г о д и а п а з о н а. П е р в ы е р е з у л ь т а т ы исследований, проведен н ы х в 1969 г. [74, 91, 1 1 4 ], показали, что Н Т Р И конвективных о б л а к о в в д и а п а з о н е 0, 1 1 — 3 0 0 М Г ц имеет нестационарный х а р а к т е р и п р о я в л я е т с я в виде совокупности импульсов, объединенных в отдельные «пакеты». Основное внимание б ы л о у д е л е н о времен ным и энергетическим х а р а к т е р и с т и к а м п а к е т а импульсов излу чения.

Д а л ь н е й ш и е и с с л е д о в а н и я напряженности электромагнитного поля излученных сигналов на разных с т а д и я х развития конвек т и в н ы х о б л а к о в п о к а з а л и [92], что во всем д и а п а з о н е частот 0, 1 1 — 3 0 0 М Г ц по мере приближения о б л а к а к грозовой фазе раз вития н а п р я ж е н н о с т ь у в е л и ч и в а е т с я, предгрозовое излучение об л а к о в имеет у р о в е н ь на один-два п о р я д к а в ы ш е у р о в н я непре р ы в н о г о ш у м о в о г о Н Т Р И и на д в а - т р и п о р я д к а н и ж е у р о в н я Н Т Р И, в о з н и к а ю щ е г о в грозовом о б л а к е от сильноточных а т м о сферных р а з р я д о в.

С 1973 г. дополнительно и с с л е д о в а л о с ь Н Т Р И молний в д и а пазоне 830 М Г ц [94]. Д л я этого использовались антенная с и с т е м а и приемный т р а к т Р Л С дециметрового д и а п а з о н а ( Р Л С Д М ), р а б о т а ю щ е й в пассивном р е ж и м е (с отключенным п е р е д а т ч и к о м ). Э т а станция и с п о л ь з о в а л а с ь т а к ж е в активном р е ж и м е д л я изучения сигналов, о т р а ж е н н ы х от к а н а л о в молний.

Р. Х а р в и и Е : Л ь ю и с [204] д л я изучения излучения о б л а к о в в д и а п а з о н а х 250 и 925 М Г ц использовали приемные у с т р о й с т в а с шириной полосы п р о п у с к а н и я 4 М Г ц (в д и а п а з о н е 925 М Г ц ) и.0,5 М Г ц (в д и а п а з о н е 250 М Г ц ) и остронаправленные антенные системы с. шириной у г л а д и а г р а м м ы направленности 4° (для:

925 М Г ц ) и 15° (для 250 М Г ц ). При сканировании п р о с т р а н с т в а, производимом в п р е д е л а х сектора 90°Х20° (азимутальный угол X Х у г о л м е с т а ) д л я д и а п а з о н а 925 М Г ц и 360° X 42° д л я д и а п а з о н а 250 М Г ц, о б н а р у ж и в а л о с ь распределение источников радиошума;

в пространстве. Б ы л о выявлено Н Т Р И о б л а к о в, хорошо с о в п а д а ю щее по своим у г л о в ы м к о о р д и н а т а м с о б л а с т ь ю наибольшей о т р а ж а е м о с т и облаков. Отмечено увеличение уровня радиошумового* излучения о б л а к а по мере приближения его к грозовой фазе р а з вития. Д а н н ы е наблюдений Подтвердили, что у р о в е н ь собственного^ ш у м о в о г о излучения о б л а к о в с у щ е с т в е н н о н и ж е у р о в н я излучения, в о з н и к а ю щ е г о при появлении в п р о с т р а н с т в е сигналов молний.

Количественные оценки принимаемого излучения в [204] не при водились.

В р а б о т е [72] с д е л а н а попытка объяснить природу непрерывно ш у м о в о г о радиоизлучения о б л а к о в. П о мнению авторов [72], к о а г у л я ц и я мелких частиц с п а д а ю щ е й крупной каплей сопрово ж д а е т с я в о з б у ж д е н и е м поверхностных колебаний капли. П о с к о л ь к у к а п л я з а р я ж е н а, колебания ее формы в ы з ы в а ю т генерацию э л е к тромагнитного излучения. Р а с с ч и т а н н ы е мощности р а д и о ш у м о в о г о излучения конвективного о б л а к а д и а м е т р о м 5 км, на наш взгляд,, слишком завышены. П о данным авторов [72], т а к о е о б л а к о об л а д а е т мощностью излучения п о р я д к а 3-10~ 2 В т (расчеты прово дились на ч а с т о т е около 120 к Г ц и. около 4 М Г ц, в з а в и с и м о с т и от р а з м е р о в с т а л к и в а ю щ и х с я к а п е л ь ).

В ы с о к а я точность определения местоположения источников из лучения д о с т и г н у т а Д. П р о к т о р о м [240]. Он использовал м е т о д гиперболической пеленгации сигналов, принимаемых пятью п у н к т а м и с приемниками, настроенными на частоту 250 М Г ц. П у н к т ы р а с п о л а г а л и с ь в т о ч к а х местности, расстояния м е ж д у которыми и у г л о в ы е к о о р д и н а т ы измерялись с высокой степенью точности.

Р а з н о с т ь моментов прихода сигналов на разные пункты приема измерялась с точность д о наносекунд. Э т о позволило рассчитать, местоположение источников в пространстве' с точностью д о ± 2 2, 5 м по к о о р д и н а т а м х;

у и z.

К с о ж а л е н и ю, д а н н ы е относятся только к излучению к а н а л о в молний. С п о м о щ ь ю этого метода Д. П р о к т о р измерил скоростй.

р а с п р о с т р а н е н и я ионизированного к а н а л а молнии [ 2 4 1 ], к о т о р а я о к а з а л а с ь ~ 100 к м / с., В р а б о т е [249] т а к ж е Определялись источники излучения гро з о в ы х р а з р я д о в. Д л я этого измерялись отношения н а п р я ж е н н о с т и горизонтальной и вертикальной с о с т а в л я ю щ и х электрического поля р а з р я д о в молний на ч а с т о т а х 30, 88 и 200 М Г ц. С о в м е с т н ы й ана лиз э к с п е р и м е н т а л ь н ы х и теоретических р е з у л ь т а т о в привел к вы в о д у, что основными источниками генерации радиоизлучения яв л я ю т с я группы мелких случайно ориентированных р а з р я д о в в об лаках.

И т а к, в н а ш е м обзоре мы подошли к м е т о д а м определения ко ординат молниевых р а з р я д о в. К а к у ж е говорилось, на эту т е м у в р а з н о е время о п у б л и к о в а н о несколько о б о б щ а ю щ и х р а б о т, в ко т о р ы х р а с с м а т р и в а л и с ь особенности методов и у с т р о й с т в пелен гации гроз (см., например, [26, 1 0 0 ] ). Н е д а в н о в ы ш л а моногра фия [102], подробно о с в е щ а ю щ а я современный уровень, достиг нутый в о б л а с т и д а л ь н о м е т р и и и грозопеленгации, в ней отмечены д о с т о и н с т в а и н е д о с т а т к и с у щ е с т в у ю щ и х пассивных радиотехни ческих систем г р о з о о б н а р у ж е н и я, применяемых д л я различных це лей, у к а з а н ы наиболее, по мнению авторов, перспективные си стемы. П о э т о м у мы не б у д е м з д е с ь о с т а н а в л и в а т ь с я на м е т о д а х грозопеленгации, в которых используется в основном д и а п а з о н с в е р х д л и н н ы х волн. О т м е т и м только, что, несмотря на широкое р а с п р о с т р а н е н и е и б о л ь ш о е р а з н о о б р а з и е грозопеленгаторов и д а л ь н о м е р о в, относительную п р о с т о т у изготовления и э к с п л у а т а ции многих однопунктных систем, они не у д о в л е т в о р я ю т многих потребителей. Причина этого — н е в ы с о к а я точность определения р а с с т о я н и я д о молниевого р а з р я д а. Д о с т а т о ч н у ю точность обеспе ч и в а ю т многопунктные системы грозопеленгации, но они т р е б у ю т с у щ е с т в е н н о г о у с л о ж н е н и я а п п а р а т у р ы, в п е р в у ю очередь — ка налов связи и систем ж е с т к о й синхронизации р а б о т ы. Н о д а ж е при этом они, к а к п о к а з а л и сравнительные н а б л ю д е н и я, выполнен ные в последние годы (о чем б у д е т с к а з а н о н и ж е ), позволяют о б н а р у ж и в а т ь лишь ч а с т ь в о з н и к а ю щ и х в о б л а к а х молний. По видимому, это с в я з а н о с тем, что грозопеленгаторы ч у в с т в и т е л ь н ы в основном к р а д и о и з л у ч е н и ю от в е р т и к а л ь н ы х к а н а л о в молний, т. е. от молний типа о б л а к о — земля, а значительная ч а с т ь разря д о в во время грозы п р е д с т а в л я е т собой преимущественно горизон т а л ь н ы е молнии типа о б л а к о — о б л а к о или в н у т р и о б л а ч н ы е раз ряды.

В послевоенные годы быстро р а з в и в а е т с я метеорологическая р а д и о л о к а ц и я о б л а к о в и с в я з а н н ы х с ними явлений [ 1 9, 2 7, 3 4, 3 7, 4 4, 136, 155, 165, 1 7 3 ]. П о я в и л о с ь много р а б о т, посвященных э т и й и с с л е д о в а н и я м в миллиметровом — дециметровом д и а п а з о н а х длин волн, в к о т о р ы х с р а в н и в а ю т с я радиолокационные х а р а к т е р и с т и к и л и в н е в ы х и г р о з о в ы х о б л а к о в (см., например, [40, 68, 124, 154] ), Н а основании статистической о б р а б о т к и б о л ь ш о г о числа д а н н ы х были р а з р а б о т а н ы р а д и о л о к а ц и о н н ы е критерии грозоопасности [68, 124, 152, 156], п о з в о л я ю щ и е с той или иной в е р о я т н о с т ь ю распо з н а в а т ь грозовые о б л а к а. П о мере накопления р е з у л ь т а т о в иссле д о в а н и й выяснилось, что эти критерии не в с е г д а себя оправды в а ю т. Особенно четко это проявилось в процессе у п р а в л е н и я воз д у ш н ы м д в и ж е н и е м в р а й о н а х аэропортов,, а т а к ж е при опера тивной р а б о т е по п р е д о т в р а щ е н и ю градобитий. Многочисленные уточнения т а к и х косвенных критериев м а л о что д а л и д л я оценки истинной грозоопасности облачности. П о э т о м у д л я повышения на д е ж н о с т и штормооповещения стали привлекать в дополнение к ин формации метеорологических р а д и о л о к а т о р о в д а н н ы е различных грозопеленгаторов-дальномеров (см., например, [ 1 0 3 ] ). О д н а к о и эти методы в последнее время перестали у д о в л е т в о р я т ь многих потребителей, т а к к а к н а д е ж н о с т ь их о к а з а л а с ь не совсем высо кой. Р а з в и т и е авиации, увеличение размеров с а м о л е т о в и тенден ция к всепогодным п о л е т а м привели к р о с т у количества летных происшествий, с в я з а н н ы х с грозовыми явлениями. В с е ч а щ е на б л ю д а ю т с я с л у ч а и п о р а ж е н и я самолетов молниями в о б л а к а х не грозовых форм. Н а I В с е с о ю з н о й научно-технической конференции « Б е з о п а с н о с т ь полета в у с л о в и я х опасных внешних воздействий»

( К и е в, 1981 г.) в ряде д о к л а д о в говорилось о недостаточном ме теообеспечении полетов, в п е р в у ю очередь современными опера тивными и н а д е ж н ы м и с р е д с т в а м и грозооповещения (см., например, [36,170,171]).

Р а з в и т и е метеорологической радиолокации привело к появле нию к о м п л е к с н ы х методов исследования грозовых о б л а к о в с по м о щ ь ю различных р а д и о л о к а ц и о н н ы х средств. При этом обычно р е ш а л с я широкий к р у г вопросов, в к л ю ч а ю щ и х в с е б я к а к наблю дения за радиоизлучением молний и мощных конвективных об л а к о в (пассивная р а д и о л о к а ц и я ), т а к и н а б л ю д е н и я за о б л а к а м и с п о м о щ ь ю р а д и о л о к а ц и о н н ы х станций ( а к т и в н а я р а д и о л о к а ц и я ) в р а з н ы х д и а п а з о н а х длин волн. П р и м е р о м т а к и х исследований м о г у т с л у ж и т ь у п о м я н у т ы е выше р а б о т ы [78, 91, 92].

А к т и в н о - п а с с и в н а я р а д и о л о к а ц и я с т а л а применяться д л я обна р у ж е н и я мелкокапельной облачности, определения интенсивности ж и д к и х о с а д к о в, водности о б л а к о в, а т а к ж е д л я индикации г р а д а.

Д л я этой цели р а з р а б о т а н ы комплексные методы наблюдений, основанные на одновременном измерении интенсивности собствен ного теплового радиоизлучения о б л а к о в с п о м о щ ь ю р а д и о м е т р о в (в д и а п а з о н а х 0,8;

1,35;

1,6;

3,2;

8,5 и 10 см, в зависимости от цели и с с л е д о в а н и я в ы б и р а е т с я тот или иной д и а п а з о н ) и р а д и о л о к а ционной о т р а ж а е м о с т и о б л а к о в с п о м о щ ь ю Р Л С сантиметрового д и а п а з о н а (3,2 или 10 см) (см., например, [1, 8, 79, 1 6 0 ] ).

В 50-х г о д а х появились сообщения о н а б л ю д е н и я х на э к р а н а х р а д и о л о к а т о р о в сигналов, о т р а ж е н н ы х от молниевых р а з р я д о в.

Б. М е й с о н [120] о т м е ч а е т р я д р а б о т, посвященных этому в о п р о с у |[205, 206, 209, 229, 236]. В п е р в ы е ф о т о г р а ф и ю радиолока ционного о т р а ж е н и я от молнии получил М. Л и г д а [229]. В Совет ском С о ю з е первые опыты по о б н а р у ж е н и ю молний с п о м о щ ь ю типовой радиолокационной а п п а р а т у р ы, р а б о т а ю щ е й на волне 150 см, были п о с т а в л е н ы в И н с т и т у т е земного магнетизма и рас пространения р а д и о в о л н А Н С С С Р [23, 2 4 ]. Эти опыты п о к а з а л и в о з м о ж н о с т ь р а д и о л о к а ц и и молний на р а с с т о я н и и 1 0 0 — 1 5 0 к м.

В п е р в ы е систематические ц е л е н а п р а в л е н н ы е н а б л ю д е н и я за грозо вой о б л а ч н о с т ь ю с п о м о щ ь ю р а д и о л о к а ц и о н н ы х станций, способных принимать сигналы, о т р а ж е н н ы е от к а н а л о в молниевых р а з р я д о в, начались в С С С Р в конце 60-х — н а ч а л е 70-х годов. В р а б о т а х [39, 47, 48, 165, 166] р а с с м а т р и в а ю т с я к а н а л ы молний к а к ра д и о л о к а ц и о н н а я цель и а н а л и з и р у ю т с я условия, при которых си г н а л,, о т р а ж е н н ы й от молнии, м о ж е т быть н а д е ж н о выделен из о б щ е г о р а д и о л о к а ц и о н н о г о сигнала, в к л ю ч а ю щ е г о в себя т а к ж е о т р а ж е н и я от частиц о б л а к о в и осадков. П о к а з а н о, что метровый и д л и н н о в о л н о в а я часть д е ц и м е т р о в о г о д и а п а з о н а я в л я ю т с я опти мальными д л я о б н а р у ж е н и я молний в грозовых о б л а к а х. Эффек т и в н а я п л о щ а д ь рассеяния ( Э П Р ) к а н а л о в молний по данным [39, 46, 83, 141, 165, 193, 197(] изменяется в б о л ь ш и х п р е д е л а х и сильно зависит от длины волны. В [ 4 7 — 4 9, 199] уточнена теоре тическая модель р а з р я д а молнии к а к о т р а ж а т е л я, у с т а н о в л е н о, что Э П Р в метровом д и а п а з о н е р а д и о в о л н м о ж е т д о с т и г а т ь не скольких сот к в а д р а т н ы х метров.

В р а б о т а х [144, 145] показано, что м а к с и м а л ь н а я о т р а ж а е мость грозовых о б л а к о в в с а н т и м е т р о в о м д и а п а з о н е р а д и о в о л н изменяется в широких п р е д е л а х ( Ю - 8 — Ю - 4 с м - 1 ), к т о м у ж е об л а с т ь м а к с и м а л ь н о й грозовой активности, определенная- с по м о щ ь ю Р Л С М, ч а с т о не с о в п а д а е т с м е с т о п о л о ж е н и е м зоны макси мальной о т р а ж а е м о с т и от г и д р о м е т е о р о в в сантиметровом д и а п а зоне. Г р о з о в а я активность п р о я в л я е т с я в основном на периферии о б л а к а. И з этого с л е д у е т вывод, что определение координат гро з о в ы х очагов по о т р а ж а е м о с т и о б л а к о в и о с а д к о в в сантиметро вом д и а п а з о н е недостаточно н а д е ж н о. В р а б о т а х отмечено, что ра диолокационные н а б л ю д е н и я в п е р в ы е п р я м ы м путем подтвердили модель.грозового о б л а к а к а к суперпозицию грозовых очагов (ячеек) различных размеров, ф л у к т у и р у ю щ и х во времени (по ин тенсивности) и в п р о с т р а н с т в е [64].

В р а б о т е [167] т а к ж е у к а з ы в а е т с я на н е д о с т а т о ч н у ю н а д е ж ность полученных р а н е е р а д и о л о к а ц и о н н ы х критериев р а с п о з н а вания ливней и гроз по н а б л ю д е н и я м в с а н т и м е т р о в о м д и а п а з о н е длин волн. Э т и критерии р а з д е л я ю т грозы и ливни по косвенным признакам (по о т р а ж а е м о с т и и геометрическим р а з м е р а м ), к т о м у ж е при их р а з р а б о т к е д а н н ы е р а д и о л о к а ц и о н н ы х наблюдений со п о с т а в л я л и с ь с в и з у а л ь н ы м и н а б л ю д е н и я м и за г р о з а м и на метео сети. З д е с ь в о з м о ж н ы о ш и б к и из-за т р у д н о с т и четкой синхрониза ции наблюдений. О ш и б к и т а к ж е м о г у т быть при н а х о ж д е н и и в районе метеостанции нескольких к у ч е в о - д о ж д е в ы х облаков, одни из к о т о р ы х грозовые, д р у г и е — нет. Е щ е одна принципиаль ная о ш и б к а м е т о д а — с у щ е с т в е н н о е о с л а б л е н и е радиоволн в сан тиметровом д и а п а з о н е в мощных конвективных о б л а к а х и интен сивных о с а д к а х. В с л е д с т в и е этого, при н а х о ж д е н и и в одном ази м у т е д в у х о б л а к о в на р а з н ы х р а с с т о я н и я х, более д а л ь н е е м о ж е т быть в о о б щ е не о б н а р у ж е н о, либо его радиолокационные п а р а метры б у д у т сильно занижены. С п е ц и а л ь н о организованные на б л ю д е н и я с п о м о щ ь ю Р Л С типа П - 1 2, П-35, П Р В - 1 0 д а л и возмож ность получить более н а д е ж н ы е х а р а к т е р и с т и к и о т р а ж а е м о с т и и геометрических р а з м е р о в ливней и гроз по сравнению с теми ж е х а р а к т е р и с т и к а м и в ранних р а б о т а х.

В процессе с о в е р ш е н с т в о в а н и я систематических к о м п л е к с н ы х исследований радиоизлучения молний и конвективных о б л а к о в впервые с т а л применяться р а д и о л о к а т о р дециметрового д и а п а з о н а д л я о б н а р у ж е н и я координат молний и приема сигналов Н Т Р И [94]. В развитие более ранних р а б о т в [133] предложено исполь з о в а т ь радиоизлучение к у ч е в о - д о ж д е в ы х о б л а к о в к а к способ оцен ки грозоопасности. М о м е н т наступления грозовой стадии опреде л я л с я с п о м о щ ь ю РЛСдм. К р о м е того, в комплект а п п а р а т у р ы входили флюксметр и г р о з о р е г и с т р а т о р ы с р а д и у с о м действия и 100 км. Э т о позволило с большой н а д е ж н о с т ь ю определять мо менты появления молниевых р а з р я д о в в о б л а к е и их координаты.

Р Л С д м и с п о л ь з о в а л а с ь и д л я пассивной р а д и о л о к а ц и и о б л а к о в.

Н а б л ю д е н и я показали, что предгрозовое излучение в этом д и а п а зоне о б н а р у ж и в а е т с я за 5 — 1 5 мин до появления молниевых раз рядов. П о мнению авторов |[133], грозовые р а з р я д ы возникают л и ш ь т о г д а, когда в е р х н я я граница р а д и о э х а о б л а к а д о с т и г а е т у р о в н я — 20 °С, при этом м а к с и м а л ь н а я о т р а ж а е м о с т ь (по д а н н ы м М Р Л ) д о л ж н а быть не менее 10~8 с м - 1. М а к с и м а л ь н а я частота молниевых р а з р я д о в в грозовом процессе, как правило, наблю д а е т с я в момент наибольшей скорости роста м а к с и м а л ь н о й ра диолокационной о т р а ж а е м о с т и. В некоторых с л у ч а я х м а к с и м у м грозы приходится на то время, когда в е р х н я я граница р а д и о э х а о б л а к а начинает о п у с к а т ь с я. В ы л и проведены д в е серии опытов с целью оценки изменения степени грозоопасности при воздействии на конвективные о б л а к а к р и с т а л л и з у ю щ и м и р е а г е н т а м и. П е р в а я серия опытов проводилась на м о щ н ы х г р а д о в ы х о б л а к а х. В о в с е х с л у ч а я х о б н а р у ж и в а л о с ь заметное увеличение интенсивности ра диоизлучения (частоты появления с и г н а л а ), но не изменялась ин тенсивность молниевых разрядов. М а к с и м у м частоты с л е д о в а н и я пакетов импульсов приблизительно с о в п а л с моментом выпадения г р а д а. В т о р а я серия опытов п р о в о д и л а с ь с более с л а б ы м и обла ками, в которых не было ни грозы, ни собственного радиоизлуче ния. П р и внесении определенного количества реагента в т а к и е о б л а к а о б н а р у ж и в а л о с ь с л а б о е радиоизлучение.

В р а б о т е [157] предпринята попытка с в я з а т ь м а к с и м а л ь н у ю ч а с т о т у р а з р я д о в с м а к с и м а л ь н о й радиолокационной о т р а ж а е м о с т ь ю на уровне нулевой изотермы, а т а к ж е на 2 и 4 км выше нее.

П р и этом т а к ж е замечено, что зона м а к с и м а л ь н о й о т р а ж а е м о с т и не с о в п а д а е т в п р о с т р а н с т в е с зоной м а к с и м а л ь н о г о числа раз рядов.

Р а з в и т и е к о м п л е к с н ы х исследований грозовых очагов с по м о щ ь ю различных радиотехнических средств ( Р Т С ) п о т р е б о в а л о р а з р а б о т к и специальных методик использования т а к и х Р Т С. В ра боте [122] п р е д л а г а е т с я одна из т а к и х методик для изучения пара м е т р о в р а д и о э х а атмосферных р а з р я д о в ( А Р ) и их электромагнит н о г о излучения при более д о с т о в е р н о м определении у д а л е н и я А Р о т пункта наблюдений, чем это могут с д е л а т ь на метеостанциях.

В комплект а п п а р а т у р ы входили РЛСсм типа П-35 для о б н а р у ж е ния о б л а к о в, РЛС М типа П - 1 2, о п р е д е л я в ш а я к о о р д и н а т ы атмо с ф е р н ы х р а з р я д о в и местоположение их в о б л а к а х.


П р о и з в о д и л а с ь т а к ж е регистрация атмосфериков в непрерывном д и а п а з о н е частот 0,3—60 кГц, а т а к ж е собственного излучения а т м о с ф е р н ы х разря д о в д и с к р е т н о на ч а с т о т а х от 150 д о 600 кГц. Д л я этого исполь з о в а л с я регистратор формы и м п у л ь с о в (РФИ), а т а к ж е три-че т ы р е приемника с полосой пропускания около 1 кГц. Д л я привязки сигналов радиоизлучения к с о о т в е т с т в у ю щ е м у им а т м о с ф е р н о м у р а з р я д у применялось с т р о б и р о в а н и е по д а л ь н о с т и видеосигналов А Р на в ы х о д е д е т е к т о р а Р Л С П - 1 2. Е с л и появление р а д и о э х а А Р в стробе с о в п а д а л о с записью его электромагнитного излучения ( Э М И ), считалось, что д а н н о е Э М И принято с расстояния, на ко т о р о м н а х о д и т с я с т р о б и р у ю щ и й импульс. С п о м о щ ь ю созданного к о м п л е к с а Р Т С было определено, что в р е м я с у щ е с т в о в а н и я радио э х а А Р на в ы х о д е Р Л С метрового д и а п а з о н а в среднем в 1,5 р а з а •больше времени с у щ е с т в о в а н и я р а з р я д а, у с т а н о в л е н н о г о ранее •оптическими с р е д с т в а м и н а б л ю д е н и я. П р о м е ж у т о к времени м е ж д у соседними в о з в р а т н ы м и у д а р а м и в одной молнии в 80 % случаев ^.оказался менее 100 мс. Э т о с о в п а д а е т с ранее полученными значе ниями в р а б о т е [188]. Многочисленные н а б л ю д е н и я за А Р с по Чч^мощью активных и пассивных Р Т С, к а к у т в е р ж д а ю т авторы [122], г, позволили у с т а н о в и т ь, что р а д и о э х о РЛС М во времени всегда со в п а д а е т с Э М И а т м о с ф е р н ы х р а з р я д о в, принимаемым на ч а с т о т а х V \ 2 0 0 — 6 0 0 к Г ц при чувствительности приемников (с полосой про ^rv пускания 1 к Г ц ) порядка нескольких микровольт и в с л у ч а я х, о-если грозы у д а л е н ы от пункта наблюдений на р а с с т о я н и е менее 200 км. Именно это д а е т основание считать, что э х о с и г н а л ы гро з о в ы х р а з р я д о в, о б н а р у ж и в а е м ы е РЛС М, всегда о б у с л о в л и в а ю т с я электрическими процессами в о б л а к а х.

Д л и т е л ь н о с т ь излучения А Р в метровом д и а п а з о н е радиоволн р а с с м а т р и в а е т с я в р а б о т е [ 1 3 7 ]. И с с л е д о в а н и е т а к о г о излучения, по мнению а в т о р о в [ 1 3 7 ], п р е д с т а в л я е т интерес для оценки элек т р и ч е с к о г о состояния грозовых о б л а к о в с использованием т о л ь к о п а с с и в н ы х Р Т С. П р и исследовании предгрозового излучения с по мощью т а к и х Р Т С сигналы радиоизлучения р а з р я д о в молний по з в о л я т отделить п р е д г р о з о в у ю с т а д и ю от стадии активной грозы.

Д л я исключения приема наиболее интенсивных сигналов, прини м а е м ы х боковыми лепестками антенны, о б р а б а т ы в а л и с ь т о л ь к о и м п у л ь с ы, с о в п а д а ю щ и е во времени с э х о с и г н а л а м и а т м о с ф е р н ы х р а з р я д о в. В р а б о т е у к а з а н о, что д л и т е л ь н о с т ь собственного излу чения А Р в метровом д и а п а з о н е к о л е б л е т с я от 100 мс д о несколь ких с е к у н д и з а в и с и т от числа в о з в р а т н ы х у д а р о в молнии. Отме чено т а к ж е увеличение д л и т е л ь н о с т и излучения А Р при увеличе нии частоты р а з р я д о в, что с о г л а с у е т с я с р е з у л ь т а т а м и, приведен ными в [ 2 3 1 ]. Излучение от р а з р я д а п р е д с т а в л я е т собой серии импульсов, и н т е р в а л ы м е ж д у сериями в 90 % с л у ч а е в не превы ш а ю т 60 мс. И н т е р в а л времени м е ж д у в о з в р а т н ы м и у д а р а м и в 90 % с л у ч а е в менее 120 мс, о т с ю д а д е л а е т с я вывод, что о д н о м у в о з в р а т н о м у у д а р у с о о т в е т с т в у е т несколько серий излучения.

А н а л и з у х а р а к т е р и с т и к собственного радиоизлучения кучево д о ж д е в ы х о б л а к о в и а т м о с ф е р н ы х р а з р я д о в в д е ц и м е т р о в о м и мет ровом д и а п а з о н а х посвящены р а б о т ы [75, 115, 1 1 7 ]. В них отме чено, что х а р а к т е р н о й о с о б е н н о с т ь ю развития грозы я в л я е т с я по степенное увеличение линейного р а з м е р а электрических р а з р я д о в.

О б этом с в и д е т е л ь с т в у е т, к а к считают авторы, увеличение длитель ности пакетов импульсов радиоизлучения молниевых р а з р я д о в и времени с у щ е с т в о в а н и я сигналов, о т р а ж е н н ы х от к а н а л о в молний..

В р е з у л ь т а т е о б л а ч н ы х т у р б у л е н т н ы х пульсаций возникают элек трические р а з р я д ы разного линейного р а з м е р а, ответственные за радиоизлучение с с о о т в е т с т в у ю щ е й д л и т е л ь н о с т ь ю п а к е т о в им пульсов. Р а з р я д н ы е п р о м е ж у т к и постепенно у в е л и ч и в а ю т с я п о мере приближения с л е д у ю щ е г о р а з р я д а.

В [76] у к а з ы в а е т с я, что специально поставленные опыты по' и с с л е д о в а н и ю радиоизлучения ( Р И ) г р а д о в ы х очагов показали:

б о л ь ш у ю интенсивность и б о л ь ш у ю л о к а л и з о в а н н о с т ь временных:

х а р а к т е р и с т и к р Н в т а к и х о ч а г а х, чем в грозовых без г р а д а.

И с с л е д о в а н и ю электрической активности г р а д о о п а с н ы х о б л а ков посвящена р а б о т а [ 1 1 6 ]. В ней отмечено, что во в с е х с л у ч а я х во время выпадения г р а д а на землю э л е к т р и ч е с к а я активность, о б л а к а м а к с и м а л ь н а. А в т о р ы [116] считают, что если конвектив ное о б л а к о д а е т около 20 и более молниевых р а з р я д о в в 1 мин,, то, к а к правило, оно я в л я е т с я г р а д о о п а с н ы м. С л е д о в а т е л ь н о, уси ление электрической активности (числа импульсов Р И и молние в ы х р а з р я д о в в единицу времени) м о ж е т с л у ж и т ь одним из при знаков наличия или выпадения т в е р д ы х о с а д к о в из к о н в е к т и в н ы х о б л а к о в, т. е. рост и выпадение т в е р д ы х о с а д к о в (интенсивность, г р а д о о б р а з о в а н и я ), по мнению авторов, играет р е ш а ю щ у ю р о л ь в продолжительности и интенсивности гроз в конвективном о б л а к е.

В р а б о т е [ 1 1 7 ] отмечено, что у п р а в л е н и е п р о ц е с с а м и кристал лизации к у ч е в о - д о ж д е в ы х о б л а к о в вызывает существенное изме нение интенсивности Р И. С другой стороны, у к а з ы в а ю т авторы, п о изменению излучения м о ж н о с у д и т ь об эффективности у п р а в л е ния кристаллизационными процессами и другими, которые я в л я ю т с я их следствием. В одной из своих с л е д у ю щ и х р а б о т [70] а в т о р ы предприняли попытку использовать радиоизлучение для^ оценки эффективности к р и с т а л л и з у ю щ е г о действия реагентов. Н а основании того, что Р И возникает лишь в случае, если верхняя' граница р а д и о э х а о б л а к а д о с т и г а е т уровня естественной к р и с т а л лизации о б л а ч н ы х капель ( — 2 0 °С) [133], авторы [70] д е л а ю т вывод, что о б р а з о в а н и е л е д я н ы х кристаллов и их в з а и м о д е й с т в и е с п е р е о х л а ж д е н н ы м и облачными каплями с о з д а ю т условия для:

возникновения м е л к о м а с ш т а б н ы х электрических р а з р я д о в, с л е д ствием которых я в л я е т с я появление сигналов Р И. Р а з в и т и е кри сталлизационных процессов в к у ч е в о - д о ж д е в ы х о б л а к а х п р и в о д и т к изменению с т р у к т у р н ы х х а р а к т е р и с т и к Р И. С л е д о в а т е л ь н о, ис к у с с т в е н н а я интенсификация кристаллизационных процессов в об л а к е, з а в и с я щ а я от эффективности к р и с т а л л и з у ю щ е г о действия реагентов, приведет к изменению а м п л и т у д н о - ч а с т о т н ы х и времен н ы х х а р а к т е р и с т и к Р И. Е с л и ж е воздействие на о б л а к о не при в о д и т к изменению х а р а к т е р и с т и к Р И, то либо в к л а д искусствен ной кристаллизации ничтожно м а л по сравнению с естественной, л и б о л ь д о о б р а з у ю щ а я активность реагента в д а н н ы х конкретных у с л о в и я х низка. П р и в е д е н ы примеры увеличения интенсивности излучения ( а м п л и т у д ы и ч а с т о т ы с л е д о в а н и я импульсов Р И ) после внесения реагента.

В к а ч е с т в е примера одной из методик, р а з р а б о т а н н ы х для кон т р о л я р е з у л ь т а т о в активного воздействия на конвективные о б л а к а в ц е л я х п р е д о т в р а щ е н и я грозовой активности, м о ж е т с л у ж и т ь ра б о т а [55]. В ней п р е д л а г а е т с я метод о б н а р у ж е н и я и исследования Р И конвективных о б л а к о в в метровом д и а п а з о н е радиоволн, опи с ы в а е т с я необходимый д л я этого комплекс а п п а р а т у р ы и приво д я т с я некоторые п р е д в а р и т е л ь н ы е р е з у л ь т а т ы наблюдений, прове д е н н ы х по этой методике. Р а с с м а т р и в а ю т с я несколько с л у ч а е в на б л ю д е н и й за предгрозовым излучением, о т м е ч а е т с я сравнительно п л а в н о е н а р а с т а н и е ш у м о в в предгрозовой стадии и значительные п у л ь с а ц и и числа импульсов Р И в активной стадии грозы.

В р а б о т е [257] с ц е л ь ю оценки роли о с а д к о в в о б л а с т и грозо в о г о о б л а к а изучалось относительное положение источников У К В я з л у ч е н и я и о б л а с т е й с повышенной радиолокационной о т р а ж а е м о с т ь ю. Д л я этого и с п о л ь з о в а л а с ь н а з е м н а я система с р а з р е ш а ю щ е й способностью 600 м, в к л ю ч а ю щ а я сеть У К В - п р и е м н и к о в и р а д а р о в. П р е д в а р и т е л ь н ы е р е з у л ь т а т ы показали, что источники У К В - и з л у ч е н и я л о к а л и з у ю т с я не в о б л а с т и с м а к с и м а л ь н о й радио л о к а ц и о н н о й о т р а ж а е м о с т ь ю, а в о б л а с т и, где 10 l g 2 2 0 д Б.


В. Тейлор [251] провел одновременные н а б л ю д е н и я за электриче с к о й активностью, о т р а ж а е м о с т ь ю и полем в е т р а в нескольких сильных и у м е р е н н ы х г р о з а х в О к л а х о м е. П о л о ж е н и е р а з р я д о в о п р е д е л я л о с ь по д а н н ы м широкополосных У К В - п р и е м н и к о в, раз несенных на р а с с т о я н и е 40 км, с точностью -±0,5 км. Д и н а м и к а г р о з ы к о н т р о л и р о в а л а с ь доплеровскими р а д и о л о к а т о р а м и. А в т о р о б н а р у ж и л, что р а з р я д ы р а с п о л а г а ю т с я в непосредственной бли зости, но не в п р е д е л а х о б л а с т и высокой о т р а ж а е м о с т и. Большин с т в о р а з р я д о в начиналось вблизи о б л а с т и в о с х о д я щ е г о потока или с л а б о й о т р а ж а е м о с т и и р а с п р о с т р а н я л о с ь в д р у г и е о б л а с т и грозы с н а р а с т а ю щ е й с к о р о с т ь ю п о р я д к а 105 м/с. Источники У К В - и з л у ч е н и я, связанные с р а з р я д а м и на З е м л ю, н а х о д и л и с ь ниже, чем при р а з р я д а х типа о б л а к о — о б л а к о. О б л а с т ь наибольшей молние в о й активности р а с п о л а г а л а с ь м е ж д у изотермами — 1 0... — 2 0 ° С, В р а б о т е [231] т а к ж е и с п о л ь з о в а л а с ь система определения р а з р я д о в по Р И в д и а п а з о н е частот 20—80 М Г ц, с о с т о я в ш а я из д в у х радиоприемников, р а с п о л о ж е н н ы х в 40 км д р у г от д р у г а и т а м ж е р а с п о л о ж е н н ы х д о п л е р о в с к и х локаторов. П о л у ч а л а с ь т р е х м е р н а я к а р т и н а поля в е т р а. И с с л е д о в а л и с ь три грозы 1979 г.

2* Замечено, что молнии часто в о з н и к а ю т вблизи конвективных ячеек,, но за пределами о б л а с т и повышенной о т р а ж а е м о с т и на в ы с о т а х вблизи или в ы ш е изотермы 0 ° С и вблизи наибольшей горизон тальной изменчивости поля горизонтальных с о с т а в л я ю щ и х скорости, В [142] у к а з ы в а е т с я, что вопреки у с т а н о в и в ш е м у с я мнению Р Л С М в некоторых с л у ч а я х о б н а р у ж и в а е т грозовые о б л а к а, а н е т о л ь к о к а н а л ы молний. К а к правило, т а к и е о б л а к а с в я з а н ы с ин тенсивной грозовой деятельностью, при которой радиоэхо атмо сферных р а з р я д о в м о ж е т с л е д о в а т ь с интервалом 2, 5 — 3, 5 с. Т е о ретические р а с ч е т ы показали, что к у ч е в о - д о ж д е в ы е о б л а к а могут о б н а р у ж и в а т ь с я в метровом д и а п а з о н е за счет коронирования и очень сильных д о ж д е й (интенсивностью более 50 мм/ч) до р а с с т о я ний 3 5 — 4 0 кМ, а т а к ж е при о с а д к а х в виде г р а д а д о р а с с т о я н и й 7 0 — 8 0 км. В р е м я с у щ е с т в о в а н и я р а д и о э х а т а к и х о б л а к о в (в мет ровом д и а п а з о н е радиоволн) от 5 д о 52 мин.

В [243] приведены некоторые р е з у л ь т а т ы наблюдений за т р е м я грозами -с п о м о щ ь ю уникального комплекса радиотехнической и метеорологической а п п а р а т у р ы. И з у ч а л а с ь л о к а л и з а ц и я молний в с т р у к т у р е грозовых облаков. И с п о л ь з о в а л а с ь т а ж е а п п а р а т у р а, что и в [231, 251, 2 5 7 ], кроме того, Р Л С сантиметрового (10 см) и дециметрового (23 см) диапазонов, а п п а р а т у р а д л я регистрации изменений электрического поля на земной поверхности, д л я изме рения токов коронирования и токов, переносимых о с а д к а м и. П р о изводилась регистрация а к у с т и ч е с к и х сигналов от грома, теле- и киносъемка о б л а к о в и молний. И с п о л ь з о в а л и с ь д а н н ы е наземной метеосети и радиозондирования. С п о м о щ ь ю У К В - с и с т е м ы п р о с т -, ранственно-временного к а р т и р о в а н и я р а з р я д а после о б р а б о т к и ре з у л ь т а т о в измерений были в о с с о з д а н ы м е с т о п о л о ж е н и я в о б л а к е к а н а л о в молний и процессы развития этих к а н а л о в (в какой части о б л а к а появились, к у д а продвигались в д а л ь н е й ш е м ). А н а л и з по к а з а л, что молнии возникали в о б л а с т я х с большим циклониче ским сдвигом ветра или рядом с ними. О б н а р у ж е н ы молнии с гори зонтальной п р о т я ж е н н о с т ь ю • до 90 км. П о л о ж и т е л ь н ы е р а з р я д ы в з е м л ю исходили из нескольких идентифицируемых о б л а с т е й мощного грозового очага. О т р а ж е н н ы е от к а н а л а молнии сигналы, к о т о р ы е н а б л ю д а л и с ь с п о м о щ ь ю Р Л С Д М, обычно превышали на 1 0 — 2 5 д Б самое сильное радиоэхо от в ы п а д а ю щ и х во время г р о з ы осадков.

В последнее время появился р я д р а б о т, в которых п р и в о д я т с я сведения о д а л ь н е й ш е м совершенствовании методики н а б л ю д е н и й, р а с ч е т о в п а р а м е т р о в сигналов Р И о б л а к о в, с о д е р ж а т с я практиче ские р е з у л ь т а т ы использования методов активной и активно-пас сивной р а д и о л о к а ц и и грозовых о б л а к о в (см., например, [5, 6, 9, 10, 21, 76, 1 3 4 ] ). С л е д у е т отметить книгу [168], в которой с д е л а н а одна из первых Попыток систематизировать м а т е р и а л по активной радиолокации грозовых облаков. Т а м ж е и з л а г а ю т с я н е к о т о р ы е Методики измерения радиоизлучения молний и с о в м е с т н ы х н а б л ю дений за р а з р я д а м и с п о м о щ ь ю а к т и в н ы х и пассивных р а д и о т е х н и ческих средств, о б о б щ а ю т с я р е з у л ь т а т ы выполненных в Г л а в н о й геофизической о б с е р в а т о р и и им. А. И. В о е й к о в а в течение р я д а л е т э к с п е р и м е н т а л ь н ы х исследований грозовых о б л а к о в р а д и о т е х ническими методами.

В [146] приведены р е з у л ь т а т ы с р а в н и т е л ь н ы х наблюдений за близкими г р о з а м и с п о м о щ ь ю г р о з о р е г и с т р а т о р о в С Д В - и У К В д и а п а з о н о в. И х д а н н ы е с о п о с т а в л я л и с ь с к а р т а м и M P J I и сообще ниями метеостанций. У с т а н о в л е н ы ф а к т ы наличия р а з р я д о в в У К В д и а п а з о н е, когда по д а н н ы м метеостанций в р а д и у с е д о 150 км грозы не отмечались, а по д а н н ы м M P J I о т м е ч а л а с ь облачность негрозового х а р а к т е р а на р а с с т о я н и я х 50 и 80 км. В этих с л у ч а я х С Д В - р е г и с т р а ц и я не п о к а з ы в а л а наличия каких-либо б л и ж н и х гроз. Б ы л о о б н а р у ж е н о, что отметки о наличии р а з р я д о в в д и а п а зоне У К В п о я в л я ю т с я за 1 5 — 2 0 мин д о того, к а к м е т е о с л у ж б ы д а ю т штормовое предупреждение.

М ы у ж е у п о м и н а л и о с р а в н и т е л ь н ы х н а б л ю д е н и я х за грозо выми о б л а к а м и с п о м о щ ь ю грозопеленгаторов-Дальномеров и средств активной р а д и о л о к а ц и и молний. Эти исследования пока зали (см., например, [102, 1 6 8 ] ), что грозопеленгаторы-дально меры о б н а р у ж и в а ю т примерно 3 0 % молниевых р а з р я д о в из тех, что р е г и с т р и р у ю т с я р а д и о л о к а т о р а м и метрового д и а п а з о н а.

Одной из последних з а р у б е ж н ы х публикаций, посвященных ис с л е д о в а н и ю радиоизлучения м о л н и е в ы х р а з р я д о в в У К В - д и а п а з о н е, я в л я е т с я р а б о т а [224]. В ней по р е з у л ь т а т а м измерений с по м о щ ь ю с е л е к т и в н ы х приемников в о б л а с т и 60—900 М Г ц получены с п е к т р а л ь н ы е и временные х а р а к т е р и с т и к и радиоизлучения мол ний, очень в а ж н ы е для з а щ и т ы различных современных высоко ч у в с т в и т е л ь н ы х радиосистем, а т а к ж е д л я понимания тонких ме х а н и з м о в радиоизлучения молний. В э т у р а б о т у включен о б ш и р ный обзор м а т е р и а л а, к а с а ю щ е г о с я радиоизлучения г р о з о в ы х о б л а к о в в различных д и а п а з о н а х длин волн. С о в е т с к и е а в т о р ы п р е д с т а в л е н ы т о л ь к о [92] и [221]. В с л е д у ю щ е й р а б о т е [225] приведены р е з у л ь т а т ы д а л ь н е й ш и х исследований радиоизлучения молний в метровом и д е ц и м е т р о в о м д и а п а з о н а х.

В монографии [200] п о к а з а н Современный у р о в е н ь р а з в и т и я метеорологической радиолокации. Н а д о отметить, что на З а п а д е в н а с т о я щ е е время все более широкое применение н а х о д я т допле ровские р а д и о л о к а ц и о н н ы е станции. В одной из глав книги пред ставлен краткий обзор р а б о т, посвященных р а д и о л о к а ц и о н н о м у о б н а р у ж е н и ю молний, х а р а к т е р и с т и к а м эхосигналов от кана лов молний, а т а к ж е связи молниевых р а з р я д о в со с т р у к т у р о й о б л а к а и о с а д к а м и. Т у д а включена ранее п у б л и к о в а в ш а я с я ра б о т а [242].

В с т а т ь е [187] приведены сведения о р а з р у ш е н и и с а м о л е т а «Боинг-707» в р е з у л ь т а т е у д а р а молнии на в ы с о т е 1500 м, а т а к ж е описаны с л у ч а и инициирования молний р а к е т а м и Н А С А, прохо дившими через о б л а к а, в к о т о р ы х п р е ж д е естественная молния н е возникала (с к а т а с т р о ф и ч е с к и м и последствиями в одном с л у ч а е ).

Т а м ж е д а е т с я д о с т а т о ч н о подробный обзор современных пред ставлений о естественно и искусственно инициированных молниях :и анализ в ы з ы в а е м ы х молнией повреждений, о п и с ы в а ю т с я методы, п о з в о л я ю щ и е у м е н ь ш и т ь негативные последствия молниевых раз р я д о в. Р а с с м а т р и в а ю т с я с т а н д а р т ы на методику испытаний, не о б х о д и м ы х д л я оценки эффективности этих методов. О т м е ч а ю т с я недостатки современных подходов к проблеме молниезащиты и. д а ю т с я рекомендации по их совершенствованию.

Выводы Р е з у л ь т а т ы многолетних наблюдений за грозовыми и ливне выми о б л а к а м и с п о м о щ ь ю М Р Л показали н е д о с т а т о ч н у ю н а д е ж н о с т ь в интерпретации д а н н ы х измерений, к о т о р а я не у д о в л е т в о р я е т в н а с т о я щ е е время многих потребителей в различных о т р а с л я х народного хозяйства.

Попытки дополнить сведения об облачности, полученные с помощью М Р Л, данными различных грозопеленга -торов-дальномеров т о ж е не увенчались успехом, т а к как одно з н а ч н о й информации о действительной грозоопасности конкретной • облачности они не д а ю т. У ч а с т и в ш и е с я в последние годы с л у ч а и поражений л е т а т е л ь н ы х а п п а р а т о в молниями в негрозовых об. л а к а х т р е б у ю т совершенствования а п п а р а т у р ы и методов обна р у ж е н и я молниеопасных зон. Р а з в и т и е метода активно-пассивной радиолокации грозовых и грозоопасных очагов в широком диапа з о н е длин волн п о к а з ы в а е т большие в о з м о ж н о с т и этого нового с п о с о б а дистанционного зондирования природной среды.

ГЛАВА АКТИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИЯ ГРОЗОВЫХ ОЧАГОВ К а к у ж е отмечалось, р а д и о о т р а ж е н и е от молний о б н а р у ж е н о ' в 50-х г о д а х, после чего интерес к р а д и о л о к а ц и и молнии не у г а сает. В конце 60-х — н а ч а л е 70-х годов в СССР начались с и с т е м а тические комплексные н а б л ю д е н и я за грозовыми п р о ц е с с а м и с ис пользованием РЛСсм в сочетании с РЛС М или РЛС ДМ [48, 94, 122,.

145,167].

Р а с с м о т р и м к р а т к о особенности применяемой а в т о р а м и а п п а р а т у р ы, предназначенной д л я о б н а р у ж е н и я и регистрации грозовых, разрядов.

2.1. Аппаратура активной радиолокации грозовых очагов В связи с тем что специализированных Р Л С д л я обнаружения:

г р о з о в ы х р а з р я д о в не с у щ е с т в у е т, д л я исследований ч а щ е всего и с п о л ь з у ю т р а д и о л о к а т о р ы метрового или д е ц и м е т р о в о г о д и а п а зонов, предназначенные д л я д р у г и х целей, например, д л я о б н а р у ж е н и я с а м о л е т о в. В эти станции в н о с я т с я с о о т в е т с т в у ю щ и е изме нения, чтобы приспособить их д л я наблюдений и регистрации:

сигналов, о т р а ж е н н ы х о т к а н а л о в молний. Т р е б о в а н и я, предъяв л я е м ы е к специальным Р Л С г р о з о о б н а р у ж е н и я, и оптимальные,, с точки зрения авторов, п а р а м е т р ы этих Р Л С п р е д с т а в л е н ы в с е д ь мой главе. З д е с ь ж е к р а т к о о п и с ы в а е т с я а п п а р а т у р а, и с п о л ь з у е м а я на экспериментальном учебно-научном полигоне ( У Н П ) в В о сточной Грузии.

Д л я о б н а р у ж е н и я сигналов, о т р а ж е н н ы х от к а н а л о в молний,, использовалась Р Л С М.

П е р е д а т ч и к Р Л С М генерирует и м п у л ь с ы на частоте 155 М Г ц,, д л и т е л ь н о с т ь ю 6 мкс с частотой повторения 2 1 3 Гц. М о щ н о с т ь ге нерируемых импульсов 150—180 кВт.

А н т е н н а я система Р Л С М имеет ширину у г л а д и а г р а м м ы на правленности в горизонтальной плоскости 11°, в вертикальной 38°;

коэффициент усиления антенной с и с т е м ы — примерно 140.

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь радиоприемного у с т р о й с т в а — 5 - Ю - 1 3 В т (при:

соотношении сигнал/шум, равном 3 ), ширина полосы пропускае мых частот около 460 кГц. В р а д и о л о к а т о р е имеется система се лекции п о д в и ж н ы х целей и с и с т е м а накопления сигналов.

2$ Д л я наблюдения за о б л а к а м и и о с а д к а м и, д л я определения :их местоположения и основных х а р а к т е р и с т и к (радиолокационной •отражаемости,- вертикальной мощности и др.) применялся стан д а р т н ы й метеорологический р а д и о л о к а т о р М Р Л - 2 (длина волны X = 3,2 с м ). С 1979 г. использовалось у с т р о й с т в о о б р а б о т к и радио л о к а ц и о н н о й информации, п о з в о л я ю щ е е получить на и н д и к а т о р а х М Р Л и з о б р а ж е н и я облачности в виде совокупности изолиний ра д и о л о к а ц и о н н о й о т р а ж а е м о с т и — у с т р о й с т в о многоконтурного изо эха.

У п р а в л е н и е р а б о т о й всего радиотехнического комплекса осуще ствлялось с командного пункта управления, к у д а был вынесен контроль всех средств н а б л ю д е н и я за грозовыми процессами. По с к о л ь к у при проведении экспериментальных исследований приме нялось б о л ь ш о е число р е г и с т р а т о р о в различных сигналов, которые •будут описаны ниже, для полной взаимной привязки по времени всех экспериментальных д а н н ы х о с у щ е с т в л я л а с ь фиксация момен тов включения и выключения всех р е г и с т р и р у ю щ и х средств, ис пользуемых при исследованиях. В о с с т а н о в и т ь моменты р а б о т ы лю б о г о р е г и с т р а т о р а м о ж н о было с точностью долей секунды.

Д е й с т в и я всех операторов радиотехнического комплекса коор д и н и р о в а л и с ь системой с л у ж е б н о й связи, созданной на основе са молетного переговорного у с т р о й с т в а. П е р е г о в о р ы операторов за п и с ы в а л и с ь на магнитную ленту. Н а нее ж е поступали з в у к о в ы е сигналы в р е м е н н ы х меток от электронного датчика единого вре м е н и, з а д а ю щ и м элементом которого я в л я л с я в ы с о к о с т а б и л ь н ы й к в а р ц е в ы й генератор.

В а ж н е й ш и м и з а д а ч а м и активной радиолокации грозовых оча гов я в л я ю т с я : 1) исследование молний как радиолокационной цели, т. е. определение условий, при которых н а б л ю д а е т с я сигнал, • о т р а ж е н н ы й от к а н а л а молнии, 2) количественная оценка эффек тивной о т р а ж а ю щ е й поверхности (эффективной поверхности об ратного рассеяния) к а н а л а, 3) определение длительности суще ствования о т р а ж е н н о г о от молнии сигнала, 4) поиск способов повышения эффективности выделения сигналов, о т р а ж е н н ы х от к а н а л а молнии. При молниевом р а з р я д е возникает радиоизлуче ние в широком диапазоне частот, в том числе и в спектре частот, п р о п у с к а е м ы х приемным т р а к т о м Р Л С. Э т о излучение о к а з ы в а е т м а с к и р у ю щ е е действие, м е ш а ю щ е е принимать сигналы, обуслов л е н н ы е о т р а ж е н и я м и от к а н а л о в молний. В связи с этим необхо д и м о определить особенности п р о х о ж д е н и я излученных сигналов через приемный т р а к т радиолокационной станции и исследовать в о з м о ж н ы е с п о с о б ы их подавления.

При исследованиях р а д и о л о к а ц и о н н ы х х а р а к т е р и с т и к молние в ы х р а з р я д о в с л е д о в а л о учитывать, что к а н а л молнии с у щ е с т в у е т -очень ограниченное время. П о э т о м у э к с п л у а т а ц и я радиолокацион ной станции в х а р а к т е р н о м д л я нее р е ж и м е обзора п р о с т р а н с т в а -с в р а щ а ю щ е й с я антенной о к а з а л а с ь невозможной. При относи тельно малой скорости в р а щ е н и я антенны и узкой д и а г р а м м е на правленности вероятность того, что в момент возникновения мол ниевого р а з р я д а б у д е т выполняться зондирование именно той о б л а с т и п р о с т р а н с т в а, в которой р а с п о л о ж е н к а н а л молнии, очень невелика. Д л я радиолокационной станции типа П - 1 2 эта величина примерно р а в н а 1/30, т. е. при в р а щ а ю щ е й с я антенне в среднем принимается о т р а ж е н н ы й сигнал лишь от одного из 30 молние в ы х р а з р я д о в. П о э т о м у р а д и о л о к а ц и о н н ы е измерения в ы п о л н я лись в основном при неподвижной антенной системе, м а к с и м у м д и а г р а м м ы направленности которой ориентировался в с е г д а на т у о б л а с т ь п р о с т р а н с т в а, где н а и б о л е е вероятно появление м о л н и е вых р а з р я д о в — на центр грозового очага.

• Н а первом э т а п е исследований применялся простейший метод, регистрации сигналов, о т р а ж е н н ы х от к а н а л о в м о л н и й, — обычная киносъемка э к р а н а индикатора д а л ь н о с т ь — а м п л и т у д а ( И Д А ). ' Т а к о й метод позволял получить ограниченную информацию об особенностях сигналов, н а б л ю д а е м ы х на в ы х о д е приемного т р а к т а :

Р Л С, т а к к а к экспозиция ф о т о м а т е р и а л а с о с т а в л я л а 1/30 с и за это время на один к а д р экспонировалось примерно семь о т р а ж е н н ы х :

сигналов, н а б л ю д а е м ы х на экране индикатора. З а т е м за 1/30 с осу щ е с т в л я л а с ь смена к а д р а в к и н о а п п а р а т е и примерно семь циклов зондирования не регистрировались. В полученном изображении:

(рис. 2. 1 а ) з а т р у д н и т е л ь н о проследить д и н а м и к у о т р а ж е н н ы х, сигналов, значительная часть информации не регистрировалась,, что приводило к низкой точности оценок в р е м е н н ы х х а р а к т е р и с т и к о т р а ж е н н ы х от к а н а л о в молний сигналов. В з а и м н о е н а л о ж е н и е большого числа излученных сигналов т а к ж е не позволяло оценить.

особенности радиоизлучения молниевых разрядов,;

т а к к а к в ы д е лить отдельный излученный импульс было практически н е в о з можно.

Т е м не менее п о д о б н а я система регистрации позволила у с т а н о вить, что на частоте 155 М Г ц у р о в е н ь сигнала, о т р а ж е н н о г о от к а п а л а молнии, с р а в н и м с с и г н а л а м и нетеплового радиоизлучения ( Н Т Р И ), в о з н и к а ю щ е г о в о время формирования сильноточного атмосферного р а з р я д а (молнии). Н Т Р И, г е н е р и р у е м о е молниевым р а з р я д о м, имеет з н а ч и т е л ь н у ю интенсивность, и его.сигналы в р я д е с л у ч а е в м о г у т д а ж е с у щ е с т в е н н о п р е в ы ш а т ь по а м п л и т у д е о т р а ж е ние от к а н а л а молнии. Н о если р а д и о э х о молнии х а р а к т е р и з у е т с я относительной у с т о й ч и в о с т ь ю п о л о ж е н и я по д а л ь н о с т и на индикаторе, то сигналы Н Т Р И я в л я ю т с я несинхронно возникаю щими, р а с п о л а г а ю щ и м и с я в произвольных м е с т а х линии развертки..



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.