Излучение разрядов молнии Текст научной статьи по специальности «Физика»

© В.К. Балханов, Ю.Б. Башкуев, В.И. Козлов, В. А. Муллаяров 2008

УДК 538

В.К. Балханов, Ю.Б. Башкуев, В.И. Козлов,

В.А. Муллаяров

ИЗЛУЧЕНИЕ РАЗРЯДОВ МОЛНИИ*

Установлена пространственная степенная зависимость электромагнитного излучения разрядов молнии. Из результатов измерений следует, что электропроводность участке г. Улан-Удэ - озеро Байкал распределена самоподобным образом с фрактальной размерностью О =0.82

Самоподобное распределение

электропроводности на поверхности земли приводит к степенным спектральным и пространственным характеристикам физических и геометрических величин, описывающие электромагнитные процессы [1, 2]. Если I) — фрактальная размерность распределения проводящих участков, то электрическое Е и магнитное Я компоненты поля удовлетворяют следующим закономерностям [3]:

^ 1 „ 1

Я

(1)

Г? Я

О физическом смысле показателя Д можно предложить следующее объяснение. Электрическое поле точечного излучателя в свободном пространстве удовлетворяет закономерности Е 2

~ 1/ /? . Поле бесконечного по длине линейного излучателя описывается зависимостью Е ~ 1I 13. Очевидно, что для излучателя, ограниченного по длине и зигзагообразного по форме, степенной показатель Д должен быть заключен в пределах от 1 до 2. Если возможны независимые измерения Е и Я , то можно определить А и I). В статье для этого

использовано излучение разрядов молнии.

Нами было использовано устройство для регистрации излучений разрядов молнии, в которой одновременно измеряются две горизонтальные компоненты магнитного поля и вертикальная компонента электрического поля [4]. Это позволяет измерить амплитуду полей и направление на источник. Разряд молнии имеет два последовательно идущих импульса, связанные с прямой волной и волной, отраженной от ионосферы. Устройство регистрирует оба импульса и это позволяет по разности времени их прихода определить расстояние до источника.

В один из июльских дней 2007 г. в течение 1 часа с 15 ЬТ до 16 ЬТ было зарегистрировано 34 разряда молнии. Все разряды приходили из сектора раствором ~ 90° и ограниченного радиусами ~ 30 -г- 300 км. В результате было установлено следующее:

1

Я

1

*Работа частично поддержана грантами РФФИ №№: 08-01-98006, 08-02-98007. 386

Рис. 1. Широкополосный сигнал от разряда молнии (рядом кадр с экрана компьютера)

Рис. 2. Геометрия трактов импульсов разряда

Сравнивая с (1), находим Л = 1.5,0 = 0.82. Значение Б < 1 означает, что распределение проводящих участков описывается канторовским множеством [1].

На рис. 1 показан типичный широкополосный сигнал в виде двух импульсов от разряда молнии. Отмечено At - разность времени прихода обоих импульсов и 1000 мкс - маркер. На рис. 2 показаны оба тракта, по которым импульсы от разряда молнии приходят к измерительному устройству. Здесь Я - расстояние до разряда молнии, к - высота ионо-

а)

іопорИеге

4)

>

4)

и

4>

и

I*

Ь)

іп К, кт

Іп Л, кт

Рис. 3. Результаты измерений зависимости уровней электрического Е и магнитного Н полей (в относительных единицах) от расстояния И измерительной установки до разрядов молнии; Ф - измеренные значения, я -линейнаярегрессия

сферы. Поскольку высота ионосферы известна, то К можно найти из следующей формулы:

где с - скорость света. Мы не учитываем высоту подъема разряда молнии и кривизну поверхности Земли. Их учет привел бы только к несущественным поправкам к измеряемым величинам.

На рис. 3 представлены результаты измерений. Видим, что в билогарифми-ческом масштабе зависимости Е от Я и

1. Федер Е. Фракталы. - М.: Мир, 1991. 262 с.

2. Балханов В.К., Багикуев Ю.Б. Фрактальный метод решения задачи распространения земных радиоволн // Электромагнитные волны и электронные системы, 2006. № 6. С. 39-45.

3. Балханов В.К., Багикуев Ю.Б. Фрактальные методы решения радиофизических за-

Н от Я с хорошей точностью ложатся на прямую линию. Отсюда следуют результаты, даваемые формулами в (2).

В результате измерений установлена степенная пространственная характеристика электромагнитного поля, распространяющегося вдоль неоднородной по электрическим параметрам земной поверхности. В предположении фракталь-ности среды можно прогнозировать степенные зависимости радиофизических и геометрических величин друг от друга.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

дач. Часть I. Пространственное и частотное поведение электрических параметров земли // Сборник трудов 6 Международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург. 21-24 июня 2005 г. С. 265-268.

4. Козлов В.И., Муллаяров В.А. Грозовая активность в Якутии. - Изд-во Якутского научного центра СО РАН, 2003. 97 с. ши=1

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Балханов В.К. - кандидат технических наук, Отдел физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН, г. Улан-Удэ.

Башку ев Ю.Б. - доктор технических наук, профессор,

Козлов В.И. — кандидат физико-математических наук,

Муллаяров В.А. - кандидат физико-математических наук,

Статья представлена Бурятским научным центром СО РАН.

В.К. Балханов, 2008