Файл: Мучник, В. М. Физика грозы.pdf

Но, по-видимому, представляют интерес и такие воздействия, при которых в конвективных облаках электрические процессы усили­ ваются вплоть до возникновения грозовых разрядов. Сейчас уже имеются некоторые достаточно убедительные данные о возмож­ ности таких воздействий.

В естественных условиях образование грозы сопровождается кристаллизацией вершин мощных кучевых облаков и ростом гидро­ метеоров. Поэтому при искусственной кристаллизации мощных ку­ чевых облаков можно ожидать быстрого роста напряженности электрического поля и в некоторых случаях возникновения грозо­

Рис. 77. Изменение хода вертикального градиента потенциала электрического поля после воздействия на мощное кучевое облако в районе Нижнеилимска 21 июня 1969 г. По Ю. П. Су­ мину и Я. М. Шварцу [176].

Время траверсов ближней точки облака при проходах: а — 14 ч 32 мин

30 с, б — 14 ч 37 мин, в — 14 ч 42 мин 30 с, г — 14 ч 45 мин 30 с. Стрел« камн показано направление полета самолета. А — воздействие.

Н. В. Красногорская [94], Ю. П. Сумин и Я. М. Шварц [176], при воздействии на вершины переохлажденных мощных кучевых обла­ ков твердой углекислотой, РЫ или Agl, вызывающими их кристал­ лизацию, происходит значительный рост напряженности электриче­ ского поля облака. Так, максимальная напряженность поля в обла­ ках до воздействия колебалась от —2 -ІО2 до 2,4-ІО3 В/м, после воздействия она оказалась в пределах от —7 -ІО3 до 1,3-ІО4 В/м. Время, в течение которого наблюдался рост напряженности поля, колебалось от 4 до 25 мин. Рисунок 77 иллюстрирует действие за­ сева иодистыми соединениями серебра или свинца на электриче­ ское поле мощного кучевого облака. Через 5 мин после засева наблюдалось изменение напряженности поля от 50 до —90 В/м, т. е. на 140 В/м. Из этих данных следует, что рост поля обусловлен не только самим эффектом электризации при кристаллизации ка­ пель с разделением зарядов, но и электризацией при росте гидро­ метеоров, так как за 5—10 мин должен произойти значительный рост

319

замерзших частиц. Указанные авторы не наблюдали случаев, когда засеянные мощные кучевые облака преобразовывались в грозовые.

Ряд наблюдений дает основание предполагать, что в результате воздействия кристаллизующими реагентами на мощные кучевые облака последние развивались в грозовые облака. В таких случаях после воздействия наблюдался рост вершины облака до значи­ тельной высоты. Правда, к этим сообщениям необходимо отно­ ситься с некоторой осторожностью, так как возможно, что эти об­ лака и без засева превратились бы в грозовые. Нередко засевались мощные кучевые облака, которые в действительности уже явля­ лись кучево-дождевыми, так как в облаках к моменту засева уже обнаруживалось радиоэхо. В частности, такие случаи наблюдались автором книги в 1962—1965 гг. при воздействиях на мощные ку­ чевые облака на экспериментальном метеорологическом полигоне УкрНИГМИ в районе Днепропетровска. На это же указывал и Г. Ф. Прихотько [157]. Случаи, когда в результате воздействий на­ блюдались грозовые разряды, приводит, например, Лэнгмюр [372] Мак-Криди [403], Мак-Криди и Праудфит [405].

Мак-Криди [403] при воздействиях на мощные кучевые облака обнаружил, что в течение 4—6 мин после воздействия происходит полная кристаллизация вершин, температура на уровне которых не ниже —12° С, с развитием осадков, усилением электрического поля, а иногда и с грозовыми разрядами. В то же время облака, которые не засевались, давали осадки и грозовые разряды не ра­ нее чем через 15 мин после достижения вершиной облака уровня изотермы —18° С.

5.3. ИНИЦИИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ТЕЛ, ВНОСИМЫХ В ОБЛАКА

Существует еще один вид воздействий на облака, не проявляю­

грозовые разряды при их отсутствии не обнаруживаются. Из ана­ лиза 150 случаев поражений самолетов Харрисон (см. в [298]) по­ лучил, что в 55% случаев до и после удара молнии в самолет естественные разряды не наблюдались. Возникло представление о том, что самолет своим присутствием вызывает грозовой разряд, который естественным образом не мог бы произойти.

Наблюдения Фицджеральда [298], Кобба и Холитца [268] пока­ зали, что фактическая вероятность поражения самолета в грозовых облаках, особенно находящихся в стадии диссипации, больше рас­ считанной.

Брук и др. [245] приводят данные о поражении молниями раке­ ты-носителя космического корабля «Аполлон-12» при полете через конвективное негрозовое облако на высотах 2 и 4,2 км.

«Спусковое» действие самолета или ракеты, приводящее к воз­ никновению разряда, заключается в изменении напряженности

320

поля до критических значений. Оно может быть вызвано измене­ ниями, которые происходят в поле при внесении в него проводящего продолговатого тела. При этом необходимо учитывать, что выхлоп­ ные газы, имеющие высокую проводимость, как бы удлиняют тело; это особенно характерно для ракет. Кроме того, изменения поля могут иметь своей причиной интенсивную электризацию самолета в облаках.

Изучение избирательности точек поражения самолетов уда­ рами молнии показало, что не было случаев поражения выхлопных дюз, хотя этого, казалось, следовало бы ожидать, поскольку вы­ хлопные газы значительно увеличивают зону проводимости [63]. Ин­ тересно, что, согласно опытам И. С. Стекольникова [173], иониза­ ция воздуха, при которой число ионов обоих знаков примерно оди­ наковое, почти не влияет на условия распространения длинных искровых разрядов; это может быть причиной отсутствия пораже­ ний выхлопных дюз.

И. М. Имянитов [63] произвел оценку зависимости вероятности поражения самолета от его конфигурации, которая для простоты аппроксимировалась вытянутым эллипсоидом, и от его заряда. Ока­ залось, что первый фактор может привести к увеличению вероят­ ности на один порядок, а второй — даже на два порядка. Эти расчеты дают для заряженного современного самолета значение вероятности Р = 10~2, что находится в согласии с данными, получен­ ными Фицджеральдом в полетах: Р — 2-10“2. Существование боль- \ шого влияния зарядов самолета на вероятность его поражения еле- ] дует и из того, что перед ударом молнии с самолета начинается интенсивный коронный разряд, о котором сообщают некоторые ав­ торы [63, 268].

21 Заказ № 584

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние 10—15 лет значительно расширились исследования физики процессов в грозовых облаках. Из этих исследований с оче­ видностью следует, что построение теорий образования ливней, града и грозы немыслимо без учета электрических сил. Не менее очевидна необходимость в развитии представлений о стохастичности процессов роста гидрометеоров и зарядов на них в грозовых об­ лаках.

Как следует из проведенного обзора, объем исследований воз­ можных механизмов электризации в грозовых облаках сравни­ тельно большой. Это позволяет осуществить контрольные опыты

вгрозовых облаках с целью установить наиболее существенные для них механизмы электризации. Контрольные опыты необходимо выполнить в кучево-дождевых облаках, находящихся на разных стадиях развития. В частности, следует решить один из фундамен­ тальных вопросов теории грозового электричества: какие процессы электризации являются основными — накопительного действия или мгновенного?

Для решения уравнений баланса электрических зарядов необ­ ходимо выяснить механизмы, приводящие к высокой проводимости

вгрозовых облаках. До сих пор этому вопросу уделялось сравни­ тельно мало внимания. Кроме того, почти полностью отсутствуют прямые наблюдения за проводимостью в грозовых облаках.

Как лабораторные, таки натурные исследования условий возник­ новения грозовых разрядов находятся еще в зачаточном состоянии.

Нет достаточной ясности и в вопросе о локализации разрядов в грозовых облаках. По-видимому, получение таких сведений яв­ ляется одним из необходимых условий для успешной разработки теории грозового электричества. Насколько можно судить по ли­ тературным источникам, такие исследования планируются на бли­ жайшие годы.

Таким образом, для построения теории грозового электричества, сравнительно правильно описывающей процессы образования и разделения зарядов в кучево-дождевых облаках, потребуется при­ ложить еще много усилий. И чем быстрее и полнее будет выпол­ нена программа требуемых исследований, тем скорее будут решены многие важные вопросы, имеющие большое практическое значение. Например, для разработки методов активных воздействий на грозы весьма важно определить, какие процессы электризации являются

доминирующими в грозовых облаках — накопительные или мгно­ венные. Действительно, если основное значение имеют накопитель­ ные процессы, то имеет смысл только воздействие в начале разви­ тия грозовых облаков, прерывающее естественный ход накопления зарядов в кучево-дождевых облаках. Если же основными являются процессы мгновенного действия и необходим определенный уро­ вень генерации зарядов для поддержания их положительного ба­ ланса, то воздействия могут привести к нарушению динамического равновесия в любой момент развития грозовых облаков.

Так как мы не сомневаемся в том, что в ближайшее время будут развернуты многочисленные исследования грозовых облаков с целью получения необходимых сведений для построения теорий ливней, града и грозы, то мы надеемся, что настоящая книга ока­ жется полезной для исследователей. Именно с этой целью в книге приведен сравнительно полный список литературных источников (особенно за последнее десятилетие), касающихся вопросов элект­ ризации и влияния электрических сил на элементарные процессы в облаках.

SUMMARY

Thunderstorm affects, as a rule, unfavourably many sides of hu­ man activities. The thunderstorm is usually undesirable for safe flights of aircraft, it causes great radio interference, fires particularly in forests, etc. However, thunderstorm forecasting still remains a bottle neck in the entire problem of weather forecasting. So far no sufficient progress in developing the methods of control of thunder­ storm electricity has been achieved. To exclude unfavourable effects of thunderstorms and to develop methods for their forecasting, to solve many other problems of practical importance it is necessary to obtain information on the electrical structure of thunderstorm clouds, on processes of electrification in clouds and to create a re­ liable theory of thunderstorm electricity. Though the date accumula­ ted by the present time are comparatively numerous they are scatte­ red in many sources. Therefore muchis spoken in the book about generalization of experimental date of electrification mechanisms and natural observations in thunderstorm clouds.

In thunderstorm clouds many electrification mechanisms are pos­ sible. Historically almost each of them has been taken for a basic one, which causes a thunderstorm. This consideration and great dif­ ficulties confronted in the research of microphysical processes in cumulonimbus clouds have caused a great number of schemes of thunderstorm development to appear in the literature. Therefore a careful analysis of a number of thunderstorm theories has been car­ ried out to estimate them for reliability.

ЛИ ТЕРАТУРА

капель и градин в мощном кучевом облаке с учетом изменения скорости верти­ кальных потоков по высоте и физические основы воздействия на градовые про­

ния ледяных частиц и профили радиолокационной отражаемости в моделях ку­ чево-дождевых облаков. — Труды УкрНИГМИ, 1972, вып. 114, с. 14—28.

325