CC BY
9
ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ
УДК 621.311+551.594.221:551.506
А. В. Бурцев, В. В. Ярошевич, Г. П. Фастий, А. С. Карпов
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕГИСТРАЦИИ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ ЗА 2014-2016 ГОДЫ
Аннотация
Приведены результаты обработки регистрации грозовой активности на Кольском полуострове за период 2014-2016 гг. Проведена корректировка отображения географической карты, используемой в разработанном приложении. Устранены отклонения при регистрации грозовых разрядов, вызванные конструктивной особенностью приемной антенны.
Ключевые слова:
Boltek StormTracker, разряды молнии, распределение разрядов молнии, плотность разрядов на землю.
A. V. Burtsev, V. V. Yaroshevich, G. P. Fastiy, A. S. Karpov
ANALYSIS OF REGISTRATION RESULTS OF LIGHTNING DISCHARGES ON THE KOLA PENINSULA IN 2014-2016
Abstract
Results of registration processing of storm activity in the Kola Peninsula during 2014-2016 are given. Correction of display of the map used in the application is carried out. The deviations when filing lightning discharges caused by design feature of a receiving antenna are eliminated.
Keywords:
Boltek StormTracker, lightning, lightning distribution, lightning strike density.
В процессе анализа регистраций грозовой активности 2014-2016 годов выявлены выраженные неравномерности распределения грозовых разрядов, имеющих системный характер в виде участков, расположенных по диагоналям, в которых не зарегистрированы разряды (пустоты). Данное обстоятельство определило задачу корректировки результатов регистрации атмосферных разрядов [1]. Наличие на карте данных пустот позволяет предположить о конструктивной и интерпретационной погрешности. К приборной погрешности можно отнести особенность приемной полярной антенны, конструкция которой экранирует указанные области. Так же одной из причин погрешности является сферическая поверхность Земли, поэтому используемая ранее карта подлежит корректировке. Возникающие погрешности можно устранить с помощью компенсации неточности карты методом корректировки равноугольной проекцией [2] и компенсацией вторым регистрирующим устройством.
Для мониторинга грозовой активности на территории Кольского полуострова изначально использовалась карта с равноугольной проекцией, изображенная на рисунке 1 (слева). Данная карта не приспособлена для анализа и регистрации разрядов, так как построена без учёта особенности земной поверхности, что приводит к получению некорректных данных. После несложных преобразований исследуемая карта, изображенная на рис.1, принимает более точный вид (рис.2).
Рис.1. Преобразование географической карты. Слева - ранее используемая карта, справа - реальная исследуемая площадь
Рис.2. Карта после проведенных преобразований
Для устранения выявленных диагональных пустот и реализации метода компенсации вторым устройством была установлена дополнительная система грозопеленгации с идиентичными компонентами. Ключевым параметром при корректировке результатов является точная синхронизация по времени двух установленных систем. Использование поставляемого в комплекте с антенной программного обеспечения (ПО) не позволяет использовать синхронизацию нескольких устройств. Для решения этой проблемы производитель предлагает установить GPS-синхронизатор на каждую из работающих систем, что в сумме обойдется в $3000. Поэтому выходом из сложившейся ситуации является разработка собственного ПО, которое будет построено по принципу клиент-сервер. Клиентский модуль будет регистрировать грозовые разряды так же, как и серверный модуль, но информацию о времени события будет брать с сервера.
Вертикальная и горизонтальная симметричность пустот позволяет рассматривать любую четверть полученной карты (рис.3). При детальном изучении пустых участков можно выделить несколько особенностей. Ширина указанной пустоты составляет около 6°. На границе между пустотой и областью с зарегистрированными разрядами находится область с пониженной концентрацией разрядов, ширина которой составляет 2°. Суммарно область в 10° является областью с нелинейным распределением. Остающиеся две области по 35° в рассматриваемой четверти для упрощения будем считать областями с линейным распределением.
Рис.3. Области, нуждающиеся в корректировке а) пустая область 6° и области пониженной концентрации 2°;б) суммарная нелинейная область 10°
Для корректировки полученных результатов вторая аналогичная система регистрации атмосферных разрядов установлена в том же месте, где установлена первая система, но с поворотом полярной антенны на 45° относительно первой. Наложив зарегистрированные разряды с одной системы на разряды со второй системы, полученные нелинейные и пустые области взаимно компенсируются (рис.4).
Рис.4. Компенсация областей с пустотами и нелинейным распределением
В линейных пересекающихся областях размером 35° результирующие значения координат атмосферных разрядов можно получить расчетом среднего арифметического значения. В областях шириной 2° и 6° результирующие значения принимаются с той антенны, которая полностью перекрывает эту область.
С учетом разработанного алгоритма проведена корректировка грозовых сезонов 2015 и 2016 годов. В связи с этим была полностью переработана географическая карта Мурманской области и прилежащих территорий и акваторий для точного визуального представляения распределения на ней атмосферных разрядов.
Статистика грозовых разрядов за сезоны 2014-2016 годов сведена в таблице 1. За указанный период представлены суммарные и среднеготовые карты распределения разрядов и грозовых часов (рис. 5-8). На картах распределения сознательно не учитываются междуоблачные разряды, т.к. принято считать, что они не представляют опасности для объектов электроэнергетики.
Таблица 1
Статистика грозовых разрядов за 2014-2016 годы
Период Разряды молнии на землю Междуоблачные разряды
ев+ ев- 1С+ 1С-
2014-2016 Всего разрядов молнии - 178930 (100%)
58366 (32,6%) / (100%) 120564 (67,4%) / (100%)
18320 (31,4%) 40046 (68,6%) 56234 (46,6%) 64330 (53,4%)
10,2% 22,4% 31,4% (36%)
'V Н 2|М16 ¿2? Э 11 10 7 11 8 6 10 Э 16 20 18 25 22 27 26 1 7 1
13 -12 Ж 2 •14 6 12 3 5 8 12 н 18 18 17 23 18 29 17 16 21 »
Щ 17 22" 16 15 1-9 21. 14 19 8 -6- 7 4 8 13 7 12 15 8 18 19 22 31 24 34 16 » 5
15 14 28 21 15 'Ц 15 9 6 8 5 11 8 12 16 10 17 22 23 34 15 18 17 1« 20
22 23 25-~21 26 17 5-11 6 6 6 3 7 9 5 6 13 7 17 21 24 18 18 19 и 20 17
25 34 2$ 20 27 15.__.14 <15 4 -Л 10 12 8 3 "1 10 5 5 9 11 10 20 17 18 19 21 23 и 29 26
28 27 19 2Г ¿го 21' -д 43 Ж 6 Г 6 10 * 5 3 15 13 16 18 24 18 у 19 Ш 28 36
"Иг
26 24 27 12 Ж 13 з" .4 5 л. 1~- ~2 5 Т" 13 15 16 23 23 17 19 26 28 34 34
26 ,_20 % 16 ¡12 г. 7', г" 6 / V 20 16 15 8 14 20 29 Я 18 37
26 33 16 24 .6,' 7. 4 8 <1 V 15 Ъ 18 11 15 22 35 42 38 39
20.. 25 Зг 20 17 33-20 10 10 9 5 Я .9 3 1 т 3 2 6 ; 19 15 1* 10 17 25 27 22 37 38 40 46
¥ "23 29 21 ч 1 16 * 10 8 17 43 50 ■т 24' 16 & 15 17 27 28 28 22 26 40
к 30. 19 30 16 24 .20 14 \ ,7 8 12 20:' 43 60 56 79" 49 1£ч 15 V и 13 7 12 23 ЗЙ 26 24 43
35 29 35 33 21 24_ 22 24 16 16 ^ 72 123 ,55 165 108 112 9 .11 9 и '14 21 14 26 24 36 49 55
40 34 34 34 28 28 Щ. 27 24 25 34 168 242- --330 145 88 81 15 15 8 ц 16 16 17 18 26 45 38 38
49 40 29 41 38 '-эа^ 39 ■29 34 28 29 65 1Й 145 Т01 Щ 20 6 15 13 14 11 16 13 ~18 27 '25, Ш 33
51 59 51 44 33 42 34 .31 31 33 -27 25 47 62 120 79 37 13 9 11 5 9 14 •9 17 17 26 * 26
63 72 ■я* 58 48 33 40 зо" 31' 48 36.. 30 38 32 35 8. 6 8 * 6 11 11 16 1Р 32 22 32 35
58 73 58 57 52 33 46 39 47 43 39 36 31 -34 37 14 -4-3 8 _н 2&. 17!.-14 20 10 18 20 37 35
Л 73 70 61 ео 57 49 50 36 49 31 51 43 39 -51 39" 16 2 5 т 22™ 21 13 15 18 14 22 ,26 28
•а 87 96 85 83 69 55 60 48 49 54 41 47 52....-20 - 14 Ф и 11 15 23 18 19 8 18 27 33 35 27'
9» 97 85 72 51 78 60 42 Т 73- 46 57 57 67 41" -25 * 7 18 13 Щ 20 13 31 26-'=37 27 47
» "117 114 90. -■75 91 59 71 78 69 53 51 49 71 74 44 24 18 10 13 20 11 32 40 39 26 22 25 29 37
я, „;85 81 91 78 74 73 70 71 75 76 58 64 57 52 44 28 22 16 22 17 16 17 20 50 27 32 27 32 41
87 94 80 71 48 51.. ЭР 96 66. 76 64 60 68 68 99- 46 10_ 23- 33 36 51 32 31 30 21
6 76 92 90 64 53 90 77 90 94 73 74 56 73 75 54 31 33 23 12 23 27 .24 35 29 45 44 33. _26 1
38 61 84 ■84 90 78 7?. 80 ~77, 80 82 86 69 54 42 26 24 23 Ж 32 26 24 28 35 "28 —3
.1 68 68 74 73 86 84 78. 102 82 87 60 68 71 64 35 1» 24 24 26 28 « 1? 30 21 4 -
'3 47 92 92 87 91 Щ $4 93 94 87 64 61 - 52 37 41 26 21 24 13. 1. 29 22 2 >
Рис.5. Суммарное распределение разрядов за 2014-2016 годы
Рис.6. Суммарное распределение грозовых часов за 2014-2016 годы
Рис.7. Среднегодовое распределение разрядов за 2014-2016 годы
Рис.8. Среднегодовое распределение грозовых часов за 2014-2016 годы Выводы
1. Произведена корректировка географической карты для точного представления визуальной информации по распределению атмосферных разрядов.
2. Выявленные отклонения при регистрации в виде пустот по диагоналям квадрата карты, получаемые из-за конструктивной особенности приемной антенны, полностью устранены с помощью дополнительного грозопеленгатора и специально разработанного алгоритма корректировки.
3. Проведен анализ грозовой активности за 2014-2016 годы и представлены карты распределения атмосферных разрядов и грозовых часов за каждый год, среднегодовые и суммарные значения распределения за три года. Предполагается использование полученных карт для выявления участков, представляющих особую грозовую опасность для объектов электроэнергетики.
Также, при возможном дальнейшем сотрудничестве с геофизическими и геологическими институтами региона, имеющиеся устройства грозопеленгации и полученные карты можно применить, например, для геофизического мониторинга геологической среды, при котором дистанционно отслеживаются процессы в земной коре. На данный момент установлена физическая природа электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород в условиях изменяющегося деформационного процесса недр Земли [3].
Литература
1. Бурцев А.В., Невретдинов Ю.М. Задача корректировки результатов регистрации разрядов молний на территории Кольского полуострова. Математические исследования в естественных науках Труды XII Всероссийской (с международным участием) научной школы, посвящённой 100-летию со дня рождения д.г.-м.н. А.Б. Вистелиуса. 2015. С. 26-29.
2. Родыгин А. И. Азимутальные проекции в структурной геологии. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1992.
3. Воробьев А.А. Равновесие и преобразование видов энергии в недрах. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1980. - 211 с.
Сведения об авторах
Бурцев Антон Владимирович,
младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А Эл. почта: a.burtsev@tehnonord.ru
Ярошевич Вера Васильевна,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: yaroshevich_vera@mail.ru Фастий Галина Прохоровна,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru
Карпов Алексей Сергеевич,
старший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: info@ien.kolasc.net.ru
