Поиск - новости науки и техники

Гроза в разрезе. Удары стихии будут не так страшны, если удастся понять их природу.

У некоторых наших знакомых, да и кого-то из нас есть своя фобия – навязчивый страх, вызываемый чем-то или кем-то. Одни боятся высоты, другие – замкнутого пространства, третьи чуть ли не падают в обморок при виде пауков. Правда, есть явления, которых действительно стоит бояться. Например, если речь идет о грозе. Но иные люди панически пугаются любого ее проявления. Это называется астрапофобией. Таким личностям путь в науку, которая изучает грозовые процессы и сопутствующие им опасные природные явления, заказан. Антон БОЛДЫРЕВ совсем из другого теста. По своему роду деятельности, а можно сказать, и призванию он, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Института нанотехнологий и приборостроения Южного федерального университета, имеет дело с грозной стихией постоянно. И не только исследует ее особенности, но и разрабатывает методики преду­преждения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций природного характера. Это направление его работы получило государственную поддержку – грант Президента РФ.
Наш корреспондент решил узнать, как молодой ученый собирается обу­здать небесный огонь.

 – Может показаться невероятным, но факт: на нашей планете одновременно гремят полторы тысячи гроз, и в секунду сверкает 100 молний, – начинает со статистики Антон Сергеевич. – Примерно 80% грозовых процессов приходятся на тропическую и экваториальную зоны. Например, в одном из регионов Венесуэлы наблюдается необычное природное явление – “Молнии Кататумбо” (название дали по реке, впадающей в этом месте в озеро Маракайбо). Почти постоянно (до 200 суток в год) небо озаряется вспышками. За это время происходит более миллиона грозовых разрядов. А их общая продолжительность составляет около 10 часов. Вспышки молний видны очень далеко, неудивительно, что когда-то они, как маяки, использовались для навигации.
– Как же вы предполагаете справиться с такой грозной стихией?
– Мы поставили перед собой цель провести комплексное исследование грозовых процессов и сопутствующих опасных природных явлений на территории Северного Кавказа. Кроме того, разрабатываем методики, которые позволят избежать рисков, связанных с чрезвычайными ситуациями природного характера. Чтобы решить эту фундаментальную для Северокавказского региона России проблему, мы проводим мониторинг и составляем прогноз экстремальных климатических явлений, изучаем динамику их воздействия на объекты жизнедеятельности человека (аэропорты, линии ЛЭП, сельхозугодья).
Природные особенности Северного Кавказа весьма разнообразны: обширные горные территории, предгорные леса, полупустыни и даже зоны, которые можно отнести к пустыням. Все это играет важную роль в теплообмене между атмо­сферой и подстилающей поверхностью и создает предпосылки для формирования уникальных климатических условий. Способствует этому и Кавказский хребет – естественный барьер на пути теплых воздушных масс с юга на север и источник холодного воздуха.
Сочетание своеобразных природных и климатических свойств региона приводит к тому, что здесь особенно ярко проявляются сопутствующие грозам явления: молнии, сильные ливни, грады, шквалистые ветра. В новостях местных средств информации часто сообщают о поражении молниями людей, хозяйственных объектов, самолетов, залитых водой населенных пунктов, о побитых градом растениях и автомобилях. И это еще раз свидетельствует о важности и актуальности наших исследований.
Фундаментальный подход к изучению особенностей и закономерностей климатических, грозовых, молниевых и других природных процессов Северокавказского региона, тщательное наблюдение за развитием в пространстве и времени грозовых облаков, своевременное обнаружение первых ударов стихии позволят во многих случаях избежать наиболее опасных последствий или существенно уменьшить ущерб от них.
– В чем суть разрабатываемой вами методики?
– Методика заключается в скоординированном использовании данных сети метеорадиолокаторов и грозопеленгаторов, а также других приборов в составе автоматизированного измерительного комплекса. Метеорадиолокатор – это специализированный радиолокатор, предназначенный для наблюдения за грозовыми облаками, грозопеленгатор – прибор, позволяющий получать данные о молниях благодаря регистрации источников электромагнитных полей разряда. Совместное использование такой аппаратуры уникально в своем роде и дает возможность избежать ряда проблем и ошибок, случающихся при измерениях устаревшими методами. Мы планируем получить новую информацию о параметрах молний (типах, длительности и знаках их разрядов, местоположении в облаке, значениях токов различной полярности), о микроструктурных характеристиках облаков (их водности и ледности, предполагаемой интенсивности осадков) и об их взаимосвязи.
В последнее время с появлением исследовательской аппаратуры нового поколения в физике грозового электричества наибольший интерес ученых вызывают инструментальные измерения активно-пассивными радиотехническими средствами, совместимыми с современными информационно-аналитическими технологиями параметров молний и грозовой активности. Это вызвано возрастанием требований к эффективности защиты объектов жизнедеятельности человека от воздействия грозовых явлений: разрядов молний, повышенных электрических полей, электромагнитного излучения. Используемый для этой цели визуально-слуховой метод наблюдений за грозами дает вероятность их обнаружения не более 60%. Он не позволяет оценить интенсивность грозовых явлений, их пространственно-временное развитие, грозопоражаемость.
Несмотря на сокращение количества метеостанций, достаточно плотная их сеть сосредоточена на европейской территории России. Только на Северном Кавказе их количество достигает 700. Повышение эффективности обнаружения и распознавания гроз возможно с помощью грозопеленгационных систем, работа которых основана на регистрации источников электромагнитных полей. Современная система мониторинга гроз должна предоставить сведения о местоположении разряда (с погрешностью не более 2-3 км), электрических характеристиках (токов молний, их полярностей) и обеспечить информацией для дальнейшего картирования грозовой деятельности по плотности числа ударов молний с приложением статистических сведений об электрических грозовых разрядах. Все это – предмет исследования в нашей работе. Они не могут быть решены ни системой визуально-слухового наблюдения за грозовой деятельностью, ни с помощью системы радиолокационных метеорологических наблюдений.
В России для обнаружения опасных явлений в атмосфере используют метеорологические радиолокаторы типа МРЛ-5. Но грозовые облака приходится распознавать по косвенным (вероятностным) критериям, которые основаны на измерениях ряда параметров радиоэха облаков. Это связано с тем, что метеорадиолокаторы не способны обнаруживать молнию, которая и является основным признаком принадлежности облака к грозовому.
Актуальные задачи метеорологии решаются благодаря объединению многочисленных локальных и региональных систем в единые комплексы с расширенной зоной оперативного обслуживания. Примером может служить североамериканская сеть NALDN, включающая около 130 пунктов регистрации на территории США и Канады (в настоящее время эксплуатируется фирмой “Vaisala”) и использующая в качестве подсистем практически все системы местоопределения гроз (разностно-дальномерные системы LPATS, LDAR, пеленгационные системы LLP & IMPACT, SAFIR). Большое количество пунктов регистрации позволяет выбирать в зависимости от текущего развития грозовой активности оптимальную конфигурацию датчиков, обеспечивающую точность определения координат молнии не больше одного километра. Такие системы работают в Финляндии, Японии, Китае и других странах. В России подобная система развернута и введена в эксплуатацию в 2008 году на Северном Кавказе на базе Высокогорного геофизического института (город Нальчик).
– С кем вы сотрудничаете, обмениваетесь опытом?
– В первую очередь с учеными только что упомянутого Высокогорного геофизического института, где работает заведующим отделом стихийных явлений мой научный консультант, Заслуженный метеоролог России, профессор Анатолий Хабасович Аджиев. Мы также сотрудничаем и готовим совместную заявку на конкурс проектов с Институтом метеорологии Лейпцигского университета (Германия). Кроме того, развиваем связи с бразильскими учеными из Университета Сан-Пауло и другими зарубежными коллегами. Надеюсь, совместными усилиями мы сможем понять язык опасных стихий.

 

Василий ЯНЧИЛИН
Иллюстрации
предоставлены А.Болдыревым и worldis.org

Нет комментариев