Введение к работе
Актуальность темы. Теоретические интересы физики и метеорологи настоятельно требуют более углубленных исследований в вопросах электризации конвективных облаков. В частности, возрастает интерес к роли электрических сил в процессах в облаке, их влиянию на динамику и осадкообразование. Простейшие оценки, сделанные на основании реально измеренных в облаках размеров и зарядов частиц и напряженностей электрического поля показывают, что электрические силы, действующие на заряженные частицы, становятся сравнимы с гравитационными уже на ранних стадиях электризации конвективных облаков, до появления разрядов молний.
При решении задач активных воздействий на облака часто пользуются электрическими параметрами, являющимися хорошим индикатором развития и диссипации облаков. По измерению электрических параметров развивающихся конвективных облаков при воздействии на них можно осуществить подбор подходящих реагентов для воздействия на мощные конвективные облака.,
Целью данной работы является разработка аппаратуры и методики для прямых измерений микроэлектрических и микрофизических параметров внутри активных грозо-градовых облаков, недоступных для пилотируемых аппаратов и исследование электрических и.микрофизических параметров грозовых облаков на различных стадиях их развития во взаимосвязи с синхронными измерениями радиолокационных, конвективных (динамических) характеристик этих облаков. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
разработка аппаратуры и методики для измерений размеров и электрических зарядов гидрометеоров внутри грозо-градовых облаков;
выполнить анализ метрологических характеристик разработанной аппаратуры и достоверности измерений с ее помощью в облаках;
разработка аппаратуры и методики для комплексных измерений электрической и динамической структуры грозо-градовых облаков;
эксперпменкип.пые іісслеловлішн изанмосиязи между размерами и о.чск-і'ріі'іескіїми і.іря.'іами і и;і|шмсїі'(чн'::;
- исследование распределения электрически неоднородных зон и зон турбулентностей, а также их взаимосвязь внутри грозо-градовых облаков на различных стадиях развития.
Научная новизна. Проведенные разработки и экспериментальные исследования позволили впервые создаїь ракеїную радиоіелемсірическую аппаратур) я .методику, позволяющую проводить прямые измерения микроэлектрических и микрофизических параметров и получить новые данные об электрических зарядах и размерах гидрометеоров и динамической структуре в активных грозовых облаков на Северном Кавказе, а также о физических условиях формирования и развития молниевых разрядов.
6 работе впервые получены следующие результаты:
-
Впервые разработана и создана ракетная радиотелеметрическая система для измерения спектра размеров и электрических зарядов гидрометеоров в активной зоне грозо-градовых облаков при их вертикальном зондировании вдоль контролируемых траекторий.
-
Разработана методика измерений вертикального профиля спектра размеров и электрических зарядов гидрометеоров в грозо-градовых облаках, совмещенных с синхронными измерениями напряженности электрического поля, радиолокационных параметров, структуры воздушных потоков, а также с величинами основных источников методических помех (собственные заряды и токи электризации ракеты в полете). '. . -.
-
Впервые выполнены прямые измерения вертикальных профилей спектра размеров и электрических зарядов гидрометеоров в активной зоне грозо-градовых оолаков, совмещенных с другими параметрами.
-
Получены змпирические зависимости, связывающие размеры гидрометеоров с их электрическими зарядами.
-
Получены статистические данные о распределении зон неоднородностей зарядов и турбулентности по размерам на различных стадиях развития грозо-градовых облаков.
Практическая ценность. Разработанная и использованная в работе ракетная радиотелеметрическая аппаратура:
1. Впервые позволила получить путем прямых наиболее достоверных измерений экспериментальные данные об электрических зарядах и размеров гидрометеоров их вертикальных профилях, привязанные к микроэлектрическим, радиолокационным я динамическим параметрам, необходимые для построен::» модели грозо-фадового облака и активных воздействий на фозу, град, по вызыванию осадков,, молниевых разрядов и т.д.
'. 2. Использована как средство контроля эффективности активных воздействий на грозо-градовые облака при выполнении работ по решению прикладных задач по обеспечению безопасности полетов летательных аппаратов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Методика и ракетная радиотелеметрическая аппаратура для измерения
электрических зарядов и размеров гидрометеоров.
-
Методика комплексных экспериментов по зондированию электрических и микрофизических параметров активных зон грозо-градовых облаков, совмещенных с исследованием структуры потоков и радиоэхо.
-
Впервые полученные прямыми измерениями экспериментальные данные о вертикальных сечениях спектров размеров и электрических зарядов гидрометеоров в активной зоне грозо-градовых облаков, совмещенные с синхронными измерениями макрофизйческих, радиолокационных и динамических параметров электрических зарядов и размеров.
-
Результаты исследований вертикальных профилей напряженности электрического поля, скоростей воздушных потоков и размеров зон неоднородностеи в фозо-фадовых облаках на разных стадиях развития.
-
Результаты анализа взаимосвязи между электрическими зарядами и размерами гидрометеоров внутри фозо-градовых облаков.
-
Гипотеза о роли зон неоднородностеи в зарождении линейных молниевых разрядом.
-:1|!Ч11Ы|"| !'....'..: І ;|Ц'!(1!\:.
1. Разработана аппаратура и методика для ракетных измерений размеров и
электрических зарядов гидрометеоров, адаптированная к радиотелеметрической
' системе на базе ракетной передающей части и РЛС "Шквал".
-
Выполнен анализ метрологических характеристик разработанной аппаратуры и обоснована достоверность резульгатов измерений с ее помощью вну;;ш грозо-градовых облаков.
-
Проведены натурные комплексные эксперименты по измерениям спектра размеров и электрических зарядов гидрометеоров внутри грозо-градовых облаков, совмещенные с одновременными измерениями других параметров этих облаков.'.
-
Проведен анализ полученных экспериментальных данных, на его основе теоретически обоснована роль обнаруженных мезонеоднородностей в зарождении молнии.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Ш-IV Всесоюзных симпозиумах по атмосферному электричеству, Ленинград, 1988 г., Нальчик 1990 г.; на Всесоюзной конференции "Долгоживущие плазменные образования и малоизученные формы электрических разрядов в атмосфере" Ярославль, 1990 г.; на DC Международной конференции по атмосферному электричеству. С-Петербург, 1992 г.; на Международном симпозиуме по атмосферному электричеству, Франция, 1-5 июня 1997 г.; а также на проблемных семинарах по физике облаков Высокогорного геофизического института.
По теме диссертации опубликовано 15 работ и получено одно авторское сви детельство на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из ведения, трех глав, выводов и содер жит 113 страницы машинописного текста, 22 рисунков, 3 таблицы, список литера туры, включающей 297 наименований.
