CC BY
63
УДК 525.235
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР ШТОРМГЛАССА В КАЧЕСТВЕ ИНДИКАТОРА ПРИЗЕМНЫХ БАРИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ И ФРОНТОВ
Владимир Иванович Патерикин
Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, 630058, Россия, г. Новосибирск, ул. Русская, 41, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории 1-3, тел. (383)306-61-96, e-mail: vipater@yandex.ru
Показано, что штормгласс достаточно отчетливо реагирует на движение воздушных потоков с фронтами, разделяющими объемные барические образования с контрастной температурой. Форма новообразований может иметь вид кустов, плоской многослойной структуры, пучков или отдельных дендритов в виде мелких или крупных перьев, по ориентации которых можно определить направление перемещения воздушных потоков.
Ключевые слова: штормгласс, движение воздушных масс, кристаллические структуры, ориентация новообразований.
PRELIMINARY ANALYSIS OF THE SHTORMGLASS CRYSTAL STRUCTURES AS AN INDICATOR OF SURFACE PRESSURE SYSTEMS AND FRONTS
Vladimir I. Paterikin
Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630058, Russia, Novosibirsk, 41, Russkaya str., Ph. D., leader scientist, tel. (383)306-61-96, e-mail: vipater@yandex.ru
It is shown that shtormglass sharp reacts to the movement of airstreams with fronts which separate the surface pressure systems by contrast temperature. Permissible growth patterns are a bush, the flat multilayer structure, bunches or the single dendrites in the form of small or large feathers. There are reasons to believe that the airstream line can determine the orientation of dendrites.
Key words: shtormglass, crystal structures, airstream, indicator of surface pressure systems.
Введение
Отсутствие на сегодняшний день датчиков, позволяющих представлять данные в интегральном виде и в необходимом объеме о движении и перемещении воздушных масс на большой территории, существенно затрудняет решение задачи составления метеопрогноза. Возможно ли, в качестве такого датчика использовать штормгласс, который достаточно хорошо известен и описывается в многочисленных литературных и интернет источниках как устройство, якобы способное служить в роли «предсказателя» погоды? В настоящей работе делается попытка ответить на этот вопрос.
Из числа наиболее значимых работ, посвященных «разбору» проблем, накопившихся вокруг штормгласа, можно назвать одну из первых
публикаций в отечественной литературе В. Жвирблиса [1], а в последнее время - публикации Б.М. Владимирского [2] и сотрудников Крымской астрофизической обсерватории [3]. По результатам наблюдений сделан вывод о возможности существования зависимости рассматриваемых параметров штормгласса от фазы солнечного 11-летнего цикла. К сожалению, в указанных работах ничего не говорится об ориентационных эффектах в изменении кристаллических образований и их связи с направлением перемещения атмосферных фронтов. Но, тем не менее, результаты, представленные в этих работах, дают достаточное основание для продолжения исследований штормгласса с целью изучения физических механизмов кристаллообразования при внешних воздействиях окружающей среды. Сложность задачи, по нашему мнению, состоит в том, чтобы отделить влияние на штормгласс собственно метеорологических атмосферных и гелиогеофизические факторов, от вызванных изменениями параметров локальной физической среды в месте расположения прибора. Например, в работах [2, 3] высота столбика кристаллических образований в ампуле штормгласса взята в качестве одного из основных индикаторов воздействия гелиогеофизических факторов. Однако по результатам наших наблюдений высота столбика новообразований может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от режима изменения окружающей температуры. В общем случае, при уменьшении комнатной температуры происходит рост, а при увеличении - растворение кристаллообразований. В целом необходимо учитывать действие одновременно двух факторов: во-первых, величину текущего уменьшения или увеличения температуры и, во-вторых, амплитуду естественных суточных изменений температуры в цикле похолодания-потепления внутри помещения. Увеличение высоты столбика может происходить за счет роста нового на вершине предшествующего образования, не полностью растаявшего, и так до нескольких слоев. При постепенном повышении температуры и относительно малых ее понижениях в течение цикла общая высота столбика с каждым днем будет уменьшаться. Таким образом, на суммарное изменение высоты кристаллообразований в склянках влияет, кроме всего прочего, тренд температурных колебаний воздушной среды за несколько предыдущих суток.
Методика и результаты исследования
Начиная с июля 2011 г. по август 2012 г., мы провели наблюдения за ориентацией новообразований в штормглассе и их общей динамикой (г. Новосибирск). Под наблюдением находились четыре образца штормгласа в стеклянных мерных пробирках диаметром 30 и высотой 250 мм (номера 7, 8, 9 и 11), изготовленные по рецептам [1]. Образцы 8, 9 и 11 содержали по 100 мл смеси растворов аптечной камфоры, калиевой селитры и хлористого аммония в пропорции 4-3-2 соответственно (образец 7 содержал 100 мл смеси в пропорции 4-1-1). Для краткости все образцы штормглассов будем называть «склянками» с указанием, по мере необходимости, их номера.
Склянки установлены на подоконнике на деревянной подставке в один ряд на расстоянии 100 мм друг от друга и в 200 мм от оконного стекла. Окно в пластиковой раме ориентировано на северо-запад и прямыми солнечными лучами не освещается. На каждой из склянок установлена метка, которая позволяет однозначно устанавливать ориентацию склянок по сторонам света.
Основной задачей являлось исследование пространственной ориентации кристаллических структур в качестве индикатора направления перемещения атмосферных воздушных масс, поэтому необходимо было устранить влияние на склянки локальных конвективных и любых других воздушных потоков внутри помещения. Для этого все склянки были закрыты картонными или металлическими цилиндрическими экранами-тубусами. Кроме того один из тубусов постоянно вращался (5 оборотов в минуту). Металлический экран заземлялся.
Каждая из склянок фотографировалась один раз в сутки в 8-00 часов в 4-х положениях: 1 и 2 - вся целиком - в направлении с юга на север (ю—с) и с запада на восток (з—в); 3 и 4 - только верхней части склянок в направлении с юга на север и с запада на восток соответственно. Первые два снимка использовались для сравнительного анализа изменения высоты столбиков в склянках за все периоды наблюдений и в связи с их ориентаций по сторонам света. 3 и 4-й снимки представляли изображение кристаллических структур в том виде, в каком они сформировались за прошедшие сутки в ориентациях (ю—>с) и (з—>в) и предназначались для последующей детальной проработки.
Для окончательного анализа были взяты результаты наблюдения, полученные за период с 1 марта по 31 августа 2012 г., в примерно одинаковых условиях содержания склянок, в том числе и при включенном кондиционере.
По показателям внешней среды велись ежедневные записи по следующим параметрам:
1. Атмосферное давление и температура в месте расположения склянок и снаружи помещения.
2. Синоптические параметры воздушной среды на территории Западной Сибири: по картам распределения температуры, осадков и состояния облачности, направления и перемещения фронтов воздушных масс, картам скорости ветра и направления перемещения воздуха в приземном слое - по данным электронных ресурсов: http://www.meteonovosti.ru, http://www.gismeteo.ru и др.
3. Визуальное наблюдение и описание кристаллических новообразований: высота, размеры, характерное расположение и направление структур в склянке по сторонам света.
4. Погода на месте: облачность, осадки, направление перемещения облаков, приземного ветра и скорость перемещения.
За период наблюдений и в результате анализа около 480 образцов кристаллических образований в сопоставлении с синоптическими данными
сформировалось следующее представление о возможности использования штормгласса в качестве индикатора:
1. Активная среда штормгласса достаточно отчетливо реагирует на движение воздушных потоков с фронтами, разделяющими контрастные и объемные барические образования. Форма новообразований может иметь вид кустов, пучков или отдельных дендритов в виде мелких или крупных перьев, собранных в пучок, или в виде многослойной плоской структуры. Но в любом случае, если происходит движение воздушных масс, по их ориентации можно определить направление перемещения.
2. При приближении фронта с холодной областью рост кристаллических образований происходит наиболее интенсивно. В склянках формируются кусты и пучки дендритных образований, прижатые к стороне склянки, которая обращена навстречу холодному фронту. Дендриты и перья в целом направлены от стенки снизу вверх и в сторону - по ходу движения фронта.
3. При приближении фронта с теплой областью рост кристаллических образований практически прекращается. Могут образоваться полупрозрачные мелкие структуры с ориентацией в обратную от движения фронта сторону.
4. В ситуации, когда место наблюдения оказывается в центре обширного антициклона, в склянках образуются кусты и пучки новообразований, направленные вертикально или не имеющие какой-либо определенной ориентации.
В качестве примера можно рассмотреть ситуацию с реакцией склянок на перемещение воздушных потоков, происходивших в период с 23 по 24 апреля 2012 г. В ночь с 23-го на 24-е апреля теплый воздушный поток сменился холодным. Воздушные потоки и разделяющая их граница 23-го апреля перемещались с северо-запада на юго-восток, совершая вращательное движение против часовой стрелки в регионе с радиусом 650-700 км, а затем 24-го апреля ведущий воздушный поток изменил направление на западное.
Рост кристаллических образований в виде кустов и перьев во всех склянках с вечера 23-го на утро 24-го составил в среднем 30-35 мм. Новые кусты, образовавшиеся в склянках, прижаты к северо-западной и западной стороне склянок - навстречу атмосферному фронту (кроме №11, в которой пучки прижаты к юго-восточной стороне, но их ориентация - как у остальных). Направление перьев - дендритов снизу вверх с ориентацией на юго-восток и восток, то есть по ходу движения воздушных потоков.
На рис. 1 сверху над фотографиями большими стрелками показано направление перемещения фронтов атмосферных потоков, внизу -фотографии кристаллических образований в склянках: тонкими стрелками отмечены направления съемок изображения - вид с юга на север - «ю^с» и вид с запада на восток - «з^в».
По состоянию ориентации перьев и кустов новообразований, произошедших в склянках за период с 23 по 24 апреля, можно сделать вывод о том, что формирование структур, по всей вероятности, происходит под
воздействием прифронтовой массы воздушного потока, а не той его части, что находится вблизи места наблюдения. Кроме того на фото склянок хорошо видно, что в них образовалось по два пучка с различной ориентацией перьев в соответствии с тем, что за истекшие сутки произошло изменение направления движения потока с северо-западного на западное.
Рис. 1. Фото склянок №№ 7, 8, 9 и 11 по состоянию на 24 апреля 2012 г.
Заключение
1. Феномен ориентации кристаллических структур практически всегда присутствует, если в период наблюдения имеют место суточное циклическое колебание температуры внутри помещения с амплитудой в несколько градусов и перемещение атмосферного воздушного фронта. Размеры вновь образовавшихся кристаллических структур и их ориентация определяются контрастностью температуры на границе фронта и направлением движения барических образований.
2. Требуется продолжение изучения возможных корреляционных связей атмосферных и гелиогеофизических параметров окружающей среды с параметрами кристаллообразования в активной среде штормгласса. От качественной оценки феномена необходимо перейти к количественной - к инструментальному наблюдению за параметрами формообразования кристаллических структур.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жвирблис В. Что такое штормглас // Химия и жизнь. - 1979. №6. - С. 73-76.
2. Владимирский Б. М. Загадочный штормгласс и погода - земная и космическая // Пространство и время. - 2013. №2 (12). - С. 173-182.
3. Барановский Э. А., Таращук В. П., Владимирский Б. М. Влияние солнечной активности и геофизической возмущенности на физико-химические процессы в жидкой среде: предварительный анализ показаний штормгласса // Геофизические процессы и биосфера. - 2010. Т. 9, №1. - С. 19-33.
© В. И. Патерикин, 2014
