ПредгрозовАЯ ситуация и СОГЛАСОВАННые ВАРИАЦИи метеорологических, актинометрических
и атмосферно-электрических ПОЛЕЙ

Нагорский П. М., Ипполитов И. И., Кабанов М. В., Смирнов С. В.

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,Томск, Россия

e-mail: npm_sta@mail.ru

Результаты исследований сложных динамических систем (биологических, социальных и иных), находящихся под воздействием низкоинтенсивных внешних факторов свидетельствуют о том, что получаемые закономерности во ряде случаев сложны и неоднозначны. В этом плане атмосферные факторы следует выделить особо. Обусловлено это тем, что мы сталкиваемся с ансамблем неповторяющихся ситуаций, каждая из которых является в некотором роде уникальной, а сам ансамбль, воздействующий на анализируемые системы, не является всеобъемлющим. Кроме того, на биологические системы воздействует, как правило, изменения не одной метеорологической величины, а их совокупности.

Цель работы заключалась в спектрально-временном анализе согласованных вариаций электрических, метео- и актинометрических параметров для случаев предгрозовой атмосферы в диапазоне периодов от единиц до сотен минут и выявлению тех волновых процессов, которые характерны для рассматриваемого явления [1]. В предгрозовых ситуациях развитие конвективных восходящих и нисходящих потоков приводит к взаимодействию нейтральных и заряженных частиц в слабо ионизированной плазме, эволюции спектра размеров аэрозоля, эффективной трансформации тепловой и механической энергии в энергию электрическую и волновую (акустико-гравитационные волны, АГВ). Последнее представляет наибольший интерес, поскольку область воздействия волновых процессов на сложные динамические системы существенно превышает площадь, занимаемую отдельной грозовой ячейкой (либо их совокупностью).

Исходные данные для анализа были получены в 2006–2008г.г. в обсерватории ИМКЭС СО РАН с помощью автоматизированной информационно-измерительной системы [2]. Анализировались временные вариации электрических, метео- и актинометрических величин в диапазоне периодов от единиц до сотен минут. Основное внимание было обращено на выявление тех волновых процессов, которые свойственны анализируемому явлению в целом.

На первом этапе был проведен анализ регистрограмм анализируемых величин для случая предгрозовой атмосферы, который позволил отобрать из всего массива данных не менее 50 сеансов, длительностью от 10 часов и более, в течение которых в предгрозовой атмосфере отсутствовали другие грозы и ливневые осадки. На втором этапе проводилась спектрально-временная обработка отобранных сеансов длительностью 480 минут при помощи вейвлет-преобразования. Грозовой интервал с интенсивными вариациями напряженности электрического поля из анализа был исключён. Перед обработкой из данных были удалены линейные тренды.

На третьем этапе полученные матрицы вейвлет-коэффициентов для каждой из исследуемых величин усреднялись методом наложения эпох.

Проведенная обработка позволила установить следующее:

-         за ~ 7 и ~ 1-2 часа до начала грозы в среднем вейвлет-спектре напряженности электрического поля появляются спектральные составляющие в диапазоне периодов 20-40 минут (усредненный по 42 случаям вейвлет-спектр колебаний напряженности электрического поля атмосферы в координатах время-период представлен на рис. 1);

-         зарегистрированы в вейвлет-спектрах электрического поля, приходящей радиации, температуре приземной атмосферы, других метеовеличинах волновые возмущения с периодами в диапазоне АГВ (60-80 и 100 минут);

-         выявлено появление волновых возмущений с изменяющимся со временем периодом.

Общей причиной появления волновых вариаций в исследуемых метеопараметрах могут быть бароклинная неустойчивость или интенсивная конвекция в предгрозовой атмосфере. Выявленные особенности частотно-временной организации вариаций электрических и других метеовеличин в предгрозовой атмосфере могут быть полезны при анализе временных особенностей «поведения» сложных динамических систем, поскольку такие системы, как правило, обладают спектром собственных колебаний (ритмов) в очень широком диапазоне периодов (для человеческого организма – от долей секунды до многих лет, например).

Выполнено при поддержке проекта СО РАН № 7.10.1.1 «Исследование климатообразующих атмосферных процессов с учетом воздействия глобальных и региональных факторов».

Литература

1.Ипполитов И.И., Кабанов М.В., Нагорский П.М., Смирнов С.В. Изменчивость метеорологических и атмосферно-электрических величин в приземном слое атмосферы в предгрозовых ситуациях // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 1. С. 11-16.

2.Ипполитов И.И., Кулаков Ю.И., Нагорский П.М., Смирнов С.В. Локальные наблюдения с высоким временным разрешением изменений основных атмосферно-электрических, актинометрических и метеорологических величин // VI Всероссийская конференция по Атмосферному электричеству. Сб. тр. Н.-Новгород: ИПФ РАН. 2007. С. 221-222.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592