Файл: Мучник, В. М. Физика грозы.pdf

напряженностью в момент удара молнии 3,4- ІО5 В/м. Средняя на­

в 2,1 раза, если отсутствует горизонтальная компонента поля. Од­ нако имеются все основания полагать, что таковая в грозах суще­ ствует. 24 июля 1945 г. производились полеты на разных высотах (рис. 41). На высоте 3000 м при положительной температуре поле было слабым и отрицательным, хотя встречались большие заряды капель разных знаков на разных участках трассы. Так что непо­ средственная связь между зарядами капель и полем на данном уровне не обнаруживается. На высоте 4000—4500 м, где темпера­ тура воздуха была близка к 0°С, наблюдались сильные колебания

Рис. 41. Напряженность электрического поля на разных высотах в грозовом облаке 24 июля 1945 г.

По Ганну [322].

Высота (км): 1) 1.5. 2) 3, 3) 4,5, 4) 6.

•напряженности поля вплоть до перемены его знака и смесь капель с большими положительными и отрицательными зарядами.

И. М. Имянитов и др. [65] при полетах в районе Гадяча (Ук­ раина) и Батайска (Ростовская область) на высотах 5000—6000 м по перифериям грозовых облаков в полосах падения ледяных кри­ сталлов из наковален наблюдали поля как с положительной, так и с отрицательной напряженностью более 104 В/м с некоторым пре­ обладанием положительных полей. В зонах осадков под грозовыми облаками на высотах 200—500 м были обнаружены поля с положи­ тельной и отрицательной напряженностью, максимум которой до­ стигал (3-4-4) • ІО4 В/м.

Исследования поля грозовых облаков на Дальнем Востоке были выполнены И. М. Имянитовым и Т. В. Лободиным [66]. При полетах над вершинами грозовых облаков были зафиксированы как положительные, так и отрицательные поля (рис. 42). Так как кривые хода напряженности поля не меняли своего знака, можно сде­ лать вывод, что эти облака то ли однозарядные, то ли биполярные или многополярные, но со значительным избытком зарядов одного

135

знака. Имянитов и Лободин получили, что в 40 случаях (69%) из 58 поле над облаками оказалось отрицательным, т. е. у боль­ шинства облаков вверху находился положительный заряд или они имели избыточный положительный заряд. Большой интерес пред­ ставляют случаи, когда при полетах над грозовым облаком наблю­

мощного кучевого облака в кучево-дождевое были зарегистриро­ ваны грозовые разряды (рис. 43). В течение примерно еще 10 мин происходило увеличение размеров радиолокационного ядра, накоп­ ление зарядов и усиление электрического поля, которое сопровож­ далось грозовыми разрядами. Следовательно, грозовые разряды сами по себе не служили причиной уменьшения скорости накопле­ ния зарядов. Затем следовала стадия разрушения, которая прояв­ лялась в уменьшении радиолокационного ядра и средней макси­ мальной напряженности поля. В этой стадии также обнаружива-

136

лись грозовые разряды, указывающие на то, что продожалось значительное разделение зарядов. Возможно, что и в этот период происходило образование зарядов. Время диссипации грозового облака составило около 10 мин. Таким образом, общее время гро­ зовой деятельности в облаке составило около 30 мин.

Результаты наблюдения вертикальной и горизонтальной состав­ ляющих электрического поля в верхней части изолированного раз­ вивающегося грозового облака высотой до 13 км приводит Фицдже­ ральд [183]. При полете вблизи радиолокационного ядра наблюда­

ками во Флориде (США) с самолета, летевшего на высоте 21 км. Наковальни грозовых облаков находились на высоте около 15 км. При полете над ними наблюдалось увеличение напряженности поля, вызванное в первую очередь конвективными башнями, купола ко­ торых прорывались сквозь наковальни. Во всех случаях поле было отрицательным, что указывает на существование в верхней части грозовых облаков области положительных зарядов. Одновременно производились измерения вертикальной и горизонтальной состав­ ляющих электрического поля внутри грозовых облаков (Фицдже­ ральд [298]). Из табл. 30 следует, что при ударах молнии в само­ лет наблюдаются весьма значительные скачки как вертикальной, так и горизонтальной составляющей поля. При этом может изме­ няться и знак поля.

137

Т а б л и ц а 30

Изменения градиентов потенциала и максимальный ток при ударах молнии в самолет. Август 1965 г. По Фицджеральду [298]

12 августа 1965 г. в относительно простом грозовом облаке с вер­ шиной на высоте тропопаузы (околе 15 км), находящемся в ста­ дии диссипации, на высоте 4,8 км наблюдалось максимальное отри­ цательное значение вертикальной составляющей градиента потен­ циала— около —ІО5 В/м, а под наковальней — положительное с максимумом около 1,2-ІО5 В/м. При ударах молнии в самолет наблюдался максимальный ток, превышающий 12ІО3 А.

Весьма большой материал наблюдений за электрическим полем, полученный при полетах над кучево-дождевыми облаками, был обо­ бщен И. И. Камалдиной [78]. Она определила, что в 64% случаев вертикальный градиент потенциала был отрицательным, т. е. в большинстве случаев в верхней части облаков находился положи­ тельный заряд. Рассмотрев три стадии развития кучево-дождевых облаков — роста, зрелости и диссипации (по Шметеру [205]), Камалдина определила для них повторяемость обоих знаков градиен­ тов потенциала.

Как следует из табл. 31, большая часть случаев с положитель­ ным градиентом потенциала соответствует стадии роста кучево­ дождевых облаков, а большая часть с отрицательным градиен­ том— стадиям зрелости и диссипации. При развитии облаков про­ исходит, как правило, смена положительного градиента отрица­ тельным. Из 19 случаев, когда удалось проследить ход градиента от начала развития кучево-дождевых облаков до диссипации, в 14 (74%) наблюдалось изменение знака. При образовании новых конвективных башен в облаках, находящихся в стадии зрелости или диссипации, наблюдалась смена отрицательного градиента по­ тенциала положительным.

Особый интерес для понимания процессов, происходящих в гро­ зовых облаках, представляют случаи многократного изменения знака градиента потенциала над облаками. Трудно представить себе такие изменения в течение жизни грозового облака при про-

138

Т а б л и ц а 31

Повторяемость (% ) случаев с градиентом потенциала положительного и отрицательного направления в зависимости от стадии развития

цессах электризации, которые никак бы не зависели от самих за­ рядов в облаках, точнее, от электрического поля, обусловленного этими зарядами. Камалдина считает, что перемены знака поля обу­ словлены смещением гидрометеоров, несущих заряды определен­ ного знака, восходящими токами.

Изучая вопрос о величине максимальных градиентов потенциала в зависимости от расстояния над вершиной облаков, Камалдина приходит к выводу, что их изменение непосредственно вблизи вер­ шины нельзя объяснить только изменением расстояния. Она счи­ тает, что причиной этого эффекта является экранирующий объем­ ный заряд, создаваемый токами проводимости. Воннегут и др. [561] также считают, что на границах облака существует экранирующий заряженный слой. Однако, в отличие от этих авторов, Камалдина не придает этому слою столь большого значения в изменении знака поля при его разрушении. Она справедливо указывает, что для изменения знака поля необходимо, чтобы исчез источник поля, а не экранирующий заряд.

Обобщив данные измерений электрического поля в Советском Союзе, проведенных при полетах самолетов, И. М. Имянитов и др. [74] получили распределение градиента потенциала в облаках раз­ ных форм (рис. 44). Как следует из рисунка, эти данные доста­ точно хорошо аппроксимируются логарифмически-нормальным распределением.

■Авторы считают, что существует определенная, хотя и неболь­ шая вероятность того, что в слоисто-дождевых облаках абсолютные значения градиента потенциала могут быть достаточными для воз­ никновения грозовых разрядов.

Представляют значительный интерес сведения об абсолютных максимальных значениях напряженности поля, измеренной в грозо­ вых облаках (табл. 32). На основании этой таблицы можно счи­ тать, что для возникновения грозовых разрядов достаточно, чтобы в облаках напряженность поля достигла (3,0ч-3,5) • ІО5 В/м. По-ви­ димому, эти или близкие к ним значения напряженности поля представляют собой напряженность инициирования молнии, а для ее распространения достаточны напряженности значительно мень­ шие, но охватывающие большое пространство.

139