РОЛЬ МОЛНИЙ В ПЕРЕХОДЕ ОБЛАКА ИЗ ГРОЗОВОГО СОСТОЯНИЯ В ГРАДОВОЕ И ИХ ИСКУССТВЕННОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГРАДООБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАДКОВ
Аннотация
Переход грозового состояния облака, сопровождаемого интенсивными молниевыми разрядами, в градовое происходит в результате зарождения и роста в нём зародышей града в капельной и крупяных формах. Вертикальная протяжённость объёма, где образуются зародыши на гигантских частицах микропримеси атмосферы (ГАЧ), находится между изотермами от -2 0С до -15 0С. Ледяные кристаллы растут за счёт сублимации и коагуляции с переохлаждёнными облачными каплями. В этом же объёме между изотермами температур от -5 0С до -16 0С происходят разряды с максимальным количеством молний на высоте с температурой -10 0С. Молниевый разряд внедряет в облачное пространство избыточный объёмный заряд с концентрацией ионов порядка 1017 см-3. Положительные молнии внедряют положительные ионы, а отрицательные-отрицательные ионы. Эти ионы осаждаются на ГАЧ, концентрации которых в предградовых ситуациях составляют около 105 м-3. Избыточные заряды на частицах превращают ГАЧ в зародыши града. Отрицательный заряд на ГАЧ, способствуя зарождению на частице плоскостных кристаллических структур, образует крупяной зародыш града. Положительный заряд на ГАЧ образует нитевидные структуры, которые обламываются, и фрагменты, контактируя с переохлаждёнными крупными каплями и замораживая их, приводят к образованию капельных зародышей града. Для предотвращение града, наземных молний и перераспределение осадков предложен метод, основанный на инициирование искусственных молний. Приведены способы инициирования искусственных молний с помощью: плазменных образований, получающихся при подрыве в грозоградовых облаках 100 мм артиллерийских снарядов, специальной ракеты с детонирующим шнуром, противоградовой ракеты с токопроводящей поверхностью. Установлено значительное изменение радиолокационной отражаемости грозоградового облака, под действием искусственно инициированной молнии. По результатам предварительных экспериментов по предотвращению града, предложен методом предотвращения и прерывания града «реагент плюс искусственно инициированные молнии». Исходя из установленного факта о выпадении около 10 т осадков при каждом молниевом разряде с помощью искусственно инициируемых молний можно перераспределять осадки, предотвращать наземные молнии и т.д. В перспективе для инициирования искусственных молний внутри грозоградовых облаков следует использовать беспилотные летательные системы, а в около облачном пространстве - квадрокоптеры
Список литературы
1. Bazelyan E.M., Gorin B.N., Levitov V.I. Fizicheskie i inzhenernye osnovy molniezashchity [Physical and engineering fundamentals of lightning protection]. Moscow: Gidrometeoizdat, 1978, 202 p.
2. Petrov N.I., Petrova G.N. Fizicheskie mekhanizmy razvitiya molnievykh razryadov mezhdu grozovym oblakom i ionosferoy [Physical mechanisms of lightning discharges development between a thunder-cloud and the ionosphere], ZhTF [Journal of Technical Physics], 1999, Vol. 69, Issue 4, pp. 134-137.
3. Khorguani V.G. Mikrofizika zarozhdeniya i rosta grada [Microphysics of hail origin and growth]. Mos-cow: Gidoometioizdat, 1984, 184 p.
4. Blevins L.L., Marwitz J.D. Visual observations of lightning in Some Great Plains hailstorms, Weather, 1968, 23, pp. 192-194.
5. Branick M.L., and Deswell C.A. III. An observation of the relationship between supercell structure and lightning ground strike polarity, Weather Forecast, 1992, 7, pp. 143-149.
6. Carey L.D., and Rutledge S.A. Electrical and multipara meter Radar observations of a severe hailstorm, J. Geophys. Res., 1998, 103, pp. 13,979-14,000.
7. Williams E.R., et al. The behavior of total lightning activity in Severe Florida thunderstorms, J Atmos. Res., 1999, 51, pp. 245-264.
8. Proctor D.E. Lighting and precipitation in Small Multicellular Thunderstorm, J. Geophys. Res., 1983, Vol. 88, n. C9, pp. 5421-5440.
9. Proctor D.E. Radar Observations of Lightening, J. Geophys. Res., 1981, Vol. 86, C12, pp. 12109-12114.
10. Iudin D.I., Rakov V.A., Syssoev A.A., Bulatov A.A., M. Hayakawa M. Formation of decimeter-scale, long-lived elevated ionic conductivity regions in thunderclouds, Climate and Atmospheric Science, 2019, pp. 1-10.
11. Beytuganov M.N. Elektricheskie razryady razlichnykh tipov i molniy kak prichina prevrashcheniya chas-tits mikroprimesi atmosfery v zarodyshi grada [Electrical discharges of various types and lightning as the cause of the transformation of atmospheric microparticles into hail nuclei], Doklady Vserossiyskoy kon-ferentsii pot fizike oblakov i aktivnym vozdeystviyam na gidrometeorologicheskie protsessy: Sb. nauch-nykh trudov [Reports of the All-Russian Conference on Cloud Physics and Active Influences on Hy-drometeorological Processes. Collection of Scientific Papers]. Part 2. Nal'chik, 2017, pp. 249-256.
12. Rayst P. Aerozoli. Vvedenie v teoriyu [Aerosols. Introduction to the theory]. Moscow: Mir, 1987, 277 p.
13. Distller G.I. Kobzreva S.A. Dal'nodeystvie aktivnykh tsentrov kristallicheskikh poverkhnostey [Long-Range action of active centers of crystalline surfaces], DAN SSSR [Proceedings of the Academy of Sci-ences of USSR], 1967, Vol. 172, No. 5, pp. 1069-1071.
14. Medaliev Kh.Kh., Sizhazhev S.M. Izuchenie stepeni grozoopasnosti oblakov i opredelenii vremeni i mes-ta vozniknoveniya kanala molnii [Study of the degree of thunderstorm danger of clouds and determina-tion of the time and place of the lightning channel occurrence], Tr. Vysokogornogo geofizicheskogo insti-tuta. Vyp. 29. Fizika oblakov i aktivnykh vozdeystviy na gradovye protsessy [Proceedings of the High-Mountain Geophysical Institute. Issue 29. Physics of clouds and active influences on hail processes]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1975, pp. 3-11.
15. Soula S., Seity Y., Féral L., Sauvageot H. Cloud-to-ground lightning activity in hail-bearing convective storms, Journal of Geophysical Research, 2004, 109 (D2), pp. D 2101.
16. Beytuganov M.N., Chochaev Kh.Kh. Predotvrashchenie i preryvanie grada kombinirovannym metodom «reagent plyus iskusstvenno initsiiruemye molnii» [Prevention and interruption of hail by the combined method of "reagent plus artificially initiated lightning"], Tr. Voenno-kosmicheskoy akademii im. A.F. Mozhayskogo. Problemy voenno-prikladnoy geofiziki i kontrolya sostoyaniya prirodnoy sredy [Proceed-ings of the Military Space Academy named after A.F. Mozhaysky. Problems of Military Applied Geo-physics and Control of the Natural Environment]. St. Petersburg, 2022, Issue 685, pp 19-27.
17. Beytuganov M.N. Metod predotvrashcheniya grada initsiirovaniem iskusstvennykh molniy [The method of preventing hail by initiating artificial lightning], Sb. nauchnykh trudov 5 Rossiyskoy konferentsii po atmosfernomu elektrichestvu [Collection of scientific papers of the 5th Russian Conference on Atmos-pheric Electricity]. Vladimir, 2003, Vol. 1, pp. 204-207.
18. Beytuganov M.N., Chochaev Kh.Kh. Opyty po predotvrashcheniyu grada initsiirovaniem iskusstvennykh molniy s pomoshch'yu protivogradovykh raket s tokoprovodyashchey poverkhnost'yu [Experiments on preventing hail by initiating artificial lightning using anti-hail rockets with a conductive surface], VII Vse-rossiyskaya konferentsiya po atmosfernomu elektrichestvu: Sb. trudov. Nal'chik 23-27 sentyabrya 2019 [VII All-Russian Conference on Atmospheric Electricity. Collection of papers. Nalchik, September 23-27, 2019]. St. Petersburg, 2019, pp. 63-72.
19. Beytuganov M.N. Nesmeyanov P.A. Issledovanie vozmozhnosti provotsirovaniya elektrorazryadnykh yavleniy plazmennymi obrazovaniyami [Research on the possibility of provoking electric discharge phe-nomena by plasma formations], Sb. trudov 6 Rossiyskoy konferentsii po atmosfernomu elektrichestvu [Collection of papers of the 6th Russian Conference on Atmospheric Electricity]. Nizhniy Novgorod, 2007, pp. 142-144.
20. Beytuganov M.N. Initsiirovanie iskusstvennykh molniy kak metod predotvrashcheniya grada [Initiation of artificial lightning as a method of preventing hail], Izvestiya Kabardino-Balkarskogo nauchnogo tsen-tra RAN [Izvestiya Kabardino-Balkarskogo Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2013, No. 1 (51), pp. 38-43.
