Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
импульсам /f-изменения такой же величины, как и микроволновая радиация К-
изменения разрядов на землю.
Предполагают [7], что измеренная микроволновая радиация возникает
преимущественно при процессах пробоя, и, за исключением ступенчатого
лидера, эти процессы протекают в облаке. Эти предположения подтверждаются
следующими наблюдениями. Микроволновая радиация часто отсутствует во
время распространения волнового фронта возвратного удара от земли к
облаку, и, следовательно, возвратный удар не является существенным
источником микроволновой радиации. Микроволновая радиация почти всегда
отсутствует в последние 50-М50 мкс фазы стреловидного лидера. Это говорит
о том, что вер-
310 Радиационные поля молнии
145
шины стреловидного лидера или канала не являются основным источником
микроволновой радиации, появляющейся во время фазы стреловидного лидера.
С другой стороны, микроволновая радиация, которая может быть связана с
процессом ступенеобразования, присутствует во время всего периода,
предшествующего первому возвратному удару.
Зависимость электрических компонентов радиационного поля, обусловленного
возвратным ударом, от времени показана на рис. 3.11. Если зависимость от
времени измерена или получена теоретически, анализ Фурье временной
зависимости позволит получить амплитудный спектр частот, присутствующих в
импульсе. Обычно используется теоретическое приближение, чтобы 1)
рассчитать эффективный электрический дипольный момент М возвратного
удара, 2) вывести напряженность электрического поля из М, используя
последний член в правой части (3.24), и 3) с помощью анализа Фурье
получить частотный спектр зависящей от времени напряженности
электрического поля. Анализы такого типа даны Хилом [25] и Денисом и
Пайер-сом [15]. Электрический дипольный момент М вычисляется при заданной
функции изменения тока молнии в зависимости от времени и высоты канала.
На основании разных скоростей нарастания тока (разд. 4.3) можно получить
теоретические различия между радиационными полями (частотные спектры)
первого и последующих импульсов. Некоторые экспериментальные данные
относительно различия в спектрах первого и последующих импульсов привели
Харт [21] и Бредли [5]. Вообще экспериментальный и теоретический
частотные спектры находятся в хорошем согласии. Максимальная амплитуда
для частотного спектра возвратного удара обычно появляется между 5 и 10
кГц. Амплитуда частотного спектра типичного возвратного удара
относительно мала: ниже 1 и выше 30 кГц.
Арнольд и Пайерс [3] вычислили, что последовательности импульсов
ступенчатого лидера или импульсов А-изменения будут иметь частотный
спектр с максимальными амплитудами в области очень низких частот (3-г-4-
30 кГц). Они нашли, что максимальные амплитуды частотных спектров
радиации ступенчатого лидера, радиа-
146 3. Измерения электрического и магнитного полей
ции /^-изменения и радиации возвратного удара равны 20; 8 и 5 кГц
соответственно и относятся как 1 : 2 : 10. Арнольд и Пайерс сравнили свои
вычисления с экспериментами Степто [79].
Обзорные работы, содержащие ссылки на измерения электромагнитного
излучения, испускаемого молнией и грозами в диапазоне частот от герц до
сотен мегагерц, опубликовали Хорнер [28], Тейлор 183], Кимпара [35] и
Пайерс [64]. Очевидны следующие общие черты. На очень низких частотах
испускается несколько дискретных радиационных импульсов, и они связаны с
макроскопическими характеристиками (возвратныйудар, Х-изме-нение и т. д.)
разряда молнии. При увеличении частоты число импульсов в разряде
возрастает, а максимальная амплитуда импульсов уменьшается. Примерно от
10 кГц до 100 МГц и выше максимальная напряженность электрического поля
изменяется приблизительно обратно пропорционально частоте.
В табл. 3.1 приведены величины максимальной напряженности электрического
поля в зависимости от частоты. Величины получены Пайерсом [64] путем
усреднения результатов различных исследователей. Результаты любого
отдельного исследования могут отличаться от среднего значения более чем
на порядок. Хорнер [28] и Кимпара [35] представили измерения частотного
спектра различных исследователей в графическом виде.
Таблица 3.1
Максимальная напряженность электрического поля вертикально поляризованной
радиации от молнии
Напряженность нормирована относительно расстояния 10 км и ширины полосы
пропускания детектора 1 Гц. Чтобы получить напряженность поля для ширины
полосы пропускания детектора В в герцах, необходимо умножить данные
величины на В для частот выше 50 кГц и на В для частот ниже 50 кГц. По
всему частотному интервалу этой таблицы напряженность электрического поля
изменяется примерно обратно пропорционально частоте, однако могут быть
большие отклонения от этой зависи-мости в ограниченных спектральных
зонах.
Частота, МГц 10"а ю-i 1 10 102 103
Поле, мкВ/м 2-10* 2-10s 2-10а 10 2 3 10"1
3.10. Радиационные поля молнии
147
Хорнер [28] дал обзор литературы, касающейся отражения электромагнитных
