Анализ электрической активности грозовых облаков на Северном Кавказе и в Северо-Западном регионе Европейской территории России
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГРОЗОВЫХ ОБЛАКАХ 5
1.1 Образование и развитие грозовых облаков 6
1.2 Электрическая структура грозовых облаков 14
1.3 Процессы электризации грозового облака 14
1.3.1 Процессы микроэлектризации облаков 14
1.3.2 Макроэлектризация грозовых облаков 21
1.4 Современные методы оценки электрической активности грозовых
облаков 25
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ И КЛИМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
СЕВЕРНОГО КАВКАЗА И СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА 29
2.1 Регион Северного Кавказа 29
2.1.1 Физико-географическое описание Северного Кавказа 30
2.1.2 Климатическое описание Северного Кавказа 31
2.2 Северо-Западный регион 34
2.2.1 Физико-географическое описание Северо-Западного региона 35
2.2.2 Климатическое описание Северо-Западного региона 36
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГРОЗОВЫХ ОБЛАКОВ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ И В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ ЕТР 38
3.1 Анализ электрической деятельности в Санкт-Петербурге 38
3.2 Анализ электрической деятельности в Минеральных Водах 44
3.3 Анализ электрической деятельности в Ростове-на-Дону 49
3.4 Сравнительный анализ данных о грозовой деятельности 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
Список литературы 58
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГРОЗОВЫХ ОБЛАКАХ 5
1.1 Образование и развитие грозовых облаков 6
1.2 Электрическая структура грозовых облаков 14
1.3 Процессы электризации грозового облака 14
1.3.1 Процессы микроэлектризации облаков 14
1.3.2 Макроэлектризация грозовых облаков 21
1.4 Современные методы оценки электрической активности грозовых
облаков 25
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ И КЛИМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
СЕВЕРНОГО КАВКАЗА И СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА 29
2.1 Регион Северного Кавказа 29
2.1.1 Физико-географическое описание Северного Кавказа 30
2.1.2 Климатическое описание Северного Кавказа 31
2.2 Северо-Западный регион 34
2.2.1 Физико-географическое описание Северо-Западного региона 35
2.2.2 Климатическое описание Северо-Западного региона 36
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГРОЗОВЫХ ОБЛАКОВ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ И В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ ЕТР 38
3.1 Анализ электрической деятельности в Санкт-Петербурге 38
3.2 Анализ электрической деятельности в Минеральных Водах 44
3.3 Анализ электрической деятельности в Ростове-на-Дону 49
3.4 Сравнительный анализ данных о грозовой деятельности 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
Список литературы 58
Интерес ученых к изучению электрических явления очевиден, поскольку электричество нижней атмосферы, представляет некую опасность для современного технического мира и людей. Изучение электрических явления атмосфере имеет большое значение для технологического прогресса и для обеспечения безопасности населения Земли. Известно множество случаев, когда отсутствие предупреждений о приближающейся грозе приводило к ущербу здоровья и имущества.
В наше время наличие элементарной молниезащиты на предприятиях уже уменьшает риск катастрофы при ударе молнии. Однако необходимо учитывать, что проведение экспериментов непосредственно при грозе и в предгрозовой обстановке чрезвычайно опасно, потому что любой случайный удар молнии в установку приведет к ее неисправности, а в человека к его гибели. Именно поэтому атмосферное электричество является опасной и малоизученной частью науки метеорологии.
Актуальность и практическая значимость работы заключается в том, что происходящие в грозовом облаке процессы не изучены в полной мере, несмотря на многолетние исследования по этой теме. Грозовые облака являются источниками молниевых разрядов, которые в свою очередь считаются одними и самых опасных погодных явлений. Поэтому изучение и прогноз электрической активности облака чрезвычайно значимы.
Целью работы является изучение и анализ электрической активности облаков в различных регионах.
В задачи работы входят:
1. Изучить факторы образования кучево-дождевых облаков, процессы их электризации (микроэлектризация и макроэлектризация), современные методы оценки электрической активности облаков;
2. Исследовать физико-географические, климатические характеристики и особенности формирования облачности Северо-Западного региона и региона Северного Кавказа. Составить архив данных по наличию дней с грозой за теплый период (апрель-сентябрь) 2019-2022гг. по городам Санкт-Петербург, Минеральные Воды, Ростов-на-Дону.
3. Провести анализ неэлектрических метеорологических параметров и электрической активности грозовых облаков;
4. Сравнить характер поведения неэлектрических и электрических параметров грозового облака для городов Санкт-Петербург, Минеральные Воды, Ростов-на-Дону, сделать вывод по проделанной работе.
Структура работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 3 глав, разбитых на разделы, заключения и списка использованной литературы. Выпускная квалификационная работа включает в себя 59 стр.
В наше время наличие элементарной молниезащиты на предприятиях уже уменьшает риск катастрофы при ударе молнии. Однако необходимо учитывать, что проведение экспериментов непосредственно при грозе и в предгрозовой обстановке чрезвычайно опасно, потому что любой случайный удар молнии в установку приведет к ее неисправности, а в человека к его гибели. Именно поэтому атмосферное электричество является опасной и малоизученной частью науки метеорологии.
Актуальность и практическая значимость работы заключается в том, что происходящие в грозовом облаке процессы не изучены в полной мере, несмотря на многолетние исследования по этой теме. Грозовые облака являются источниками молниевых разрядов, которые в свою очередь считаются одними и самых опасных погодных явлений. Поэтому изучение и прогноз электрической активности облака чрезвычайно значимы.
Целью работы является изучение и анализ электрической активности облаков в различных регионах.
В задачи работы входят:
1. Изучить факторы образования кучево-дождевых облаков, процессы их электризации (микроэлектризация и макроэлектризация), современные методы оценки электрической активности облаков;
2. Исследовать физико-географические, климатические характеристики и особенности формирования облачности Северо-Западного региона и региона Северного Кавказа. Составить архив данных по наличию дней с грозой за теплый период (апрель-сентябрь) 2019-2022гг. по городам Санкт-Петербург, Минеральные Воды, Ростов-на-Дону.
3. Провести анализ неэлектрических метеорологических параметров и электрической активности грозовых облаков;
4. Сравнить характер поведения неэлектрических и электрических параметров грозового облака для городов Санкт-Петербург, Минеральные Воды, Ростов-на-Дону, сделать вывод по проделанной работе.
Структура работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 3 глав, разбитых на разделы, заключения и списка использованной литературы. Выпускная квалификационная работа включает в себя 59 стр.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра были выполнены все поставленные задачи, а соответственно достигнуты цели работы.
В работе был описан процесс формирования электрической структуры грозового облака, подробно рассмотрены процессы микроэлектризации и макроэлектризации облаков. Показано, какие факторы определяют особенности слоя генерации основных зарядов. Представлены современные методы оценки молниевой активности грозового облака.
Были исследованы климатические и физико-географические параметры Северо-Западного региона Европейской территории России и Северно-Кавказского региона. Рассмотрены условия формирования облаков над равнинными и горными территориями, описаны особенности процессов облакообразования в горной местности. Более подробно описано местоположение и характерные признаки городов - Санкт-Петербурга, Ростова- на-Дону и Минеральных Вод.
Составлен архив погоды, представляющий собой список дней с грозой и включающий в себя данные о времени начала, окончания и продолжительности грозы, дополнительные явления при наличии, температура начала и окончания, давление начала и окончания. За четыре года количество дней с грозой в Санкт - Петербурге составило 22, в Минеральных Водах - 67, в Ростове - 53. Самые первые грозы в Санкт-Петербурге наблюдались в мае, в южных городах в апреле, концом сезона гроз получился сентябрь. Рассмотрены графики годового и суточного хода гроз - самым интенсивным по грозовой деятельности стал июль во всех городах, а самым частым временем начала гроз 15:00 и 18:00.
Проведен анализ неэлектрических метеорологических параметров, то есть зависимость повторяемости гроз от температуры воздуха у поверхности земли и показательный график минимальной и максимальной температуры относительно повторяемости числа гроз в месяц. Было обнаружено, что несмотря на более высокие максимальные температуры июня (в случае Минеральных Вод августа), самым грозодеятельным месяцем остается июль. Минимальная температура, при которой фиксировались грозы 9,2-9,3°С (14,3 для Минеральных Вод).
Максимальная температура появления грозы в Ростове 32,0°С, в Минеральных Водах - 28,8°С, в Санкт-Петербурге - 25,6°С.
Выполнен анализ молниевой активности грозовых облаков, находившихся на территории северо-западного и южного регионах Российской Федерации. Для получения количественных характеристик молниевой активности был использован подход Прайса - нахождение числа молниевых зарядов в минуту по высоте верхней границы облака. Самый большой показатель числа молниевых разрядов составил 6,68 в минуту при температуре -57°С в Санкт-Петербурге. Максимум разрядов в Минеральных Водах - 4,76 в минуту, в Ростове - 5,42. Диапазон температур верхней границы облака, при котором подтверждалось большинство случаев гроз, составил от -33°С до -61°С в Санкт-Петербурге, от - 15°С до -40°С в Минеральных Водах, а в Ростове-на-Дону нет ярко-выраженной кучности числа гроз, но прослеживается диапазон от -25°С до - 50°С.
Существует проблема отсутствия оперативного глобального сбора данных о молниях, поэтому было бы практично использовать взаимосвязь грозовой активности с различными метеорологическими параметрами в крупном масштабе. Таким образом, можно было бы не только рассчитать грозовую активность по всему земному шару, но и такую взаимосвязь, возможно, использовать в глобальных климатических моделях для моделирования глобальной грозовой активности.
В работе был описан процесс формирования электрической структуры грозового облака, подробно рассмотрены процессы микроэлектризации и макроэлектризации облаков. Показано, какие факторы определяют особенности слоя генерации основных зарядов. Представлены современные методы оценки молниевой активности грозового облака.
Были исследованы климатические и физико-географические параметры Северо-Западного региона Европейской территории России и Северно-Кавказского региона. Рассмотрены условия формирования облаков над равнинными и горными территориями, описаны особенности процессов облакообразования в горной местности. Более подробно описано местоположение и характерные признаки городов - Санкт-Петербурга, Ростова- на-Дону и Минеральных Вод.
Составлен архив погоды, представляющий собой список дней с грозой и включающий в себя данные о времени начала, окончания и продолжительности грозы, дополнительные явления при наличии, температура начала и окончания, давление начала и окончания. За четыре года количество дней с грозой в Санкт - Петербурге составило 22, в Минеральных Водах - 67, в Ростове - 53. Самые первые грозы в Санкт-Петербурге наблюдались в мае, в южных городах в апреле, концом сезона гроз получился сентябрь. Рассмотрены графики годового и суточного хода гроз - самым интенсивным по грозовой деятельности стал июль во всех городах, а самым частым временем начала гроз 15:00 и 18:00.
Проведен анализ неэлектрических метеорологических параметров, то есть зависимость повторяемости гроз от температуры воздуха у поверхности земли и показательный график минимальной и максимальной температуры относительно повторяемости числа гроз в месяц. Было обнаружено, что несмотря на более высокие максимальные температуры июня (в случае Минеральных Вод августа), самым грозодеятельным месяцем остается июль. Минимальная температура, при которой фиксировались грозы 9,2-9,3°С (14,3 для Минеральных Вод).
Максимальная температура появления грозы в Ростове 32,0°С, в Минеральных Водах - 28,8°С, в Санкт-Петербурге - 25,6°С.
Выполнен анализ молниевой активности грозовых облаков, находившихся на территории северо-западного и южного регионах Российской Федерации. Для получения количественных характеристик молниевой активности был использован подход Прайса - нахождение числа молниевых зарядов в минуту по высоте верхней границы облака. Самый большой показатель числа молниевых разрядов составил 6,68 в минуту при температуре -57°С в Санкт-Петербурге. Максимум разрядов в Минеральных Водах - 4,76 в минуту, в Ростове - 5,42. Диапазон температур верхней границы облака, при котором подтверждалось большинство случаев гроз, составил от -33°С до -61°С в Санкт-Петербурге, от - 15°С до -40°С в Минеральных Водах, а в Ростове-на-Дону нет ярко-выраженной кучности числа гроз, но прослеживается диапазон от -25°С до - 50°С.
Существует проблема отсутствия оперативного глобального сбора данных о молниях, поэтому было бы практично использовать взаимосвязь грозовой активности с различными метеорологическими параметрами в крупном масштабе. Таким образом, можно было бы не только рассчитать грозовую активность по всему земному шару, но и такую взаимосвязь, возможно, использовать в глобальных климатических моделях для моделирования глобальной грозовой активности.