CC BY
58
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2017. № 4-1
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
УДК 551.594.21 DOI 10.23683/0321-3005-2017-4-1-128-138
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ И ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛНИЕВЫХ РАЗРЯДОВ ПО ТЕРРИТОРИИ АЛТАЕ-САЯНСКОГО РЕГИОНА*
© 2017 г С.Ю. Каранина1, Н.А. Кочеева1, А.В. Каранин1
1 Горно-Алтайский государственный университет, Горно-Алтайск, Россия
SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF LIGHTNING DISCHARGES ON THE TERRITORY OF THE ALTAI-SAYAN REGION
S.Yu. Karanina1, N.A. Kocheeva1, A.V. Karanin1
1Gorno-Altaisk State University, Gorno-Altaisk, Russia
Каранина Светлана Юрьевна - кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики и информатики, Горно-Алтайский государственный университет, ул. Ленкина, 1, г. Горно-Алтайск, Республика Алтай, 649000, Россия, e-mail: [email protected]
Кочеева Нина Алексеевна - кандидат геолого-минералогических наук, доцент, кафедра географии, Горно-Алтайский государственный университет, ул. Ленкина, 1, г. Горно-Алтайск, Республика Алтай, 649000, Россия, e-mail: [email protected]
Каранин Андрей Владимирович - кандидат географических наук, доцент, кафедра географии, Горно-Алтайский государственный университет, ул. Ленкина, 1, г. Горно-Алтайск, Республика Алтай, 649000, Россия, e-mail: [email protected]
Svetlana Yu. Karanina - Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Department of Physics and Informatics, Gorno-Altaisk State University, Lenkina St., 1, Gorno-Altaisk, Altai Republic, 649000, Russia, e-mail: krecheto-vas @yandex.ru
Nina A. Kocheeva - Candidate of Geology and Mineralogy, Associate Professor, Department of Geography, Gorno-Altaisk State University, Lenkina St., 1, Gorno-Altaisk, Altai Republic, 649000, Russia, e-mail: [email protected]
Andrey V. Karanin - Candidate of Geography, Associate Professor, Department of Geography, Gorno-Altaisk State University, Lenkina St., 1, Gorno-Altaisk, Altai Republic, 649000, Russia, e-mail: [email protected]
Целью работы является изучение динамики молниевой активности на территории Алтае-Саянского региона. Информационной базой исследований послужили данные о молниевых разрядах за 2011-2016 гг., регистрируемые WWLLN.
На территории Алтае-Саянского региона число молниевых разрядов начинает возрастать в мае, максимум достигается в июле, в августе происходит спад. Выявлено наличие двух суточных максимумов числа молниевых разрядов: первый - в 12-15 ч и второй - около 19 ч. В отдельные годы максимальное число разрядов в течение летнего сезона смещается на июнь, а в течение суток - на вечерние и ночные часы.
Установлено, что наибольшая плотность молниевых разрядов (более 0,35 разряда/км2 в год) свойственна территориям с высотами от 250 до 1500 м над уровнем моря, наименьшая (менее 0,15 разряда/км2 в год) - территориям выше 2000 м над уровнем моря. Максимизация молниевой активности происходит преимущественно за счет увеличения числа грозовых событий на территориях со средней плотностью молниевых разрядов (0,15-0,35 разряда/км2 в год). В годы минимальной грозовой активности количество грозовых разрядов снижается преимущественно на территориях с наибольшей плотностью молниевых разрядов.
Ключевые слова: WWLLN, Алтае-Саянский регион, молниевый разряд, плотность молниевых разрядов, суточный и сезонный ход молниевых разрядов.
The purpose of this paper is to study the dynamics of lightning activity in the Altai-Sayan Region. The information base was represented by data on lightning discharges in 2011-2016 using WWLLN data.
In the Altai-Sayan Region, the number of lightning discharges begins to increase in May, the maximum is observed in July, and in August a recession occurs. The occurrence of two daily maximum was revealed: the first maximum of number of lightning discharges is in the interval from to 12 o 'clock and the second is about 19 o 'clock of local time. In certain years the maximum of lightning discharges shifts to June, and during the day - to the evening and night hours.
It was found that the highest density of lightning discharges (more than 0.35 discharges/km2 per year) is typical for territories with altitudes from 250 to 1500 m asl, the smallest (less than 0.15 discharges/km2 per year) - to areas above 2000 m above the sea level. Maximization of lightning activity occurs, mainly, due to the increase in the number of thunderstorm events in areas with an average density of lightning discharges (0.15-0.35 discharges/km2 per year). In years of minimal thunderstorm activity, the amount of lightning discharges decreases mainly in areas with the highest density of lightning discharges.
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-47-040081 р_а.
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2017. № 4-1
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
Keywords: WWLLN, Altai-Sayan Region, lightning discharges, density of lightning discharges, diurnal and seasonal variations of lightning discharges.
Введение
Изучение пространственно-временных особенностей проявления гроз имеет важное фундаментальное и прикладное значение. В последние годы планетарная активность гроз рассматривается не только как метеорологическое явление, но и как один из важных компонентов глобальной электрической цепи. Практическая значимость исследования региональной климатологии гроз связана с развитием инженерной инфраструктуры территорий (высотные здания, линии электропередачи, трубопроводы и т.п.), а также с охраной лесных массивов (природные пожары от действия молниевых разрядов).
Алтае-Саянский регион (АСР) расположен в центре Азиатского континента и занимает обширную площадь. Горные хребты региона являются самыми высокими в Северной Азии и выполняют роль водоразделов крупных сибирских рек - Енисея, Иртыша и Оби. Разнообразие природных условий обусловило богатство растительного и животного мира, а также привело к формированию множества видов ландшафтов - от пустынь до тундр. Пестрота местных геосистем, существенные различия природной среды и микроклимата делают данный регион интересным для исследования пространственных и временных особенностей возникновения грозовых явлений.
Изучение гроз на территории АСР в целом как горной страны не проводилось. Однако нужно отметить, что территориально регион относится к нескольким крупным административным единицам, в границах которых был осуществлен анализ площадного и временного распределения гроз [1-4]. Еще в 1970-х гг. было выявлено увеличение количества грозовых явлений в направлении с севера на юг, на территории Западной Сибири (Тюменская область, Томская область, Кемеровская область, Алтайский край и Республика Алтай) [2]. При этом широтная зональность распределения гроз характерна для северных районов, выше 63° с.ш., для остальной территории отмечается очаговость проявления гроз с абсолютным максимумом в предгорьях АСР. Данная пространственная закономерность была уточнена с помощью построения карт плотности молниевых разрядов, зарегистрированных спутником Мюш1аЬ-1 в период 1995-1999 гг. [5]. Ряд исследований показал, что очаговость грозовой активности обусловлена не только широтой места, но в значительной мере местными особенностями рельефа, направлением воздушных потоков, состоянием подстилающей поверхности [3, 5], геолого-геофизическими факторами и активностью Солнца [1, 4]. Отметим, что полученные оценки пространственного распределения гроз носили экспертный характер,
так как проводились на основе данных сети метеостанций, которая не в состоянии дать точное представление обо всех особенностях проявления активности гроз над горными территориями.
Более точные оценки пространственного распределения гроз в настоящее время получают с помощью инструментальных наблюдений, которые проводятся в отдельных регионах РФ. Наиболее полно инструментальными измерениями грозовой активности с помощью однопунктовых и многопункто-вых систем грозопеленгации охвачена территория европейской части России до Урала [6-9] и территория Восточной Сибири [10]. На территории Западной Сибири проводится регистрация молниевых разрядов в радиусе 480 км от г. Томска [11, 12].
Здесь важно подчеркнуть, что в границах названных регионов располагаются горные массивы различной площади и высоты. Для этих территорий установлено, что повышение грозовой активности как правило, происходит в предгорьях, при этом приурочено к определенным геоморфологическим элементам - речным долинам и котловинам (абсолютная высота колеблется в широких пределах, может быть от 100 до 2000 м), а также к территориям с высотами около 500 м над уровнем моря.
В последние годы для изучения пространственного и временного распределения гроз как в глобальном планетарном масштабе, так и для решения региональных задач оценки территорий по степени грозо-опасности, а также для оценки точности грозопелен-гационных систем [7] активно привлекаются данные Всемирной сети локализации молний (World Wide Lightning Location Network, WWLLN) [13, 14].
На основе данных WWLLN за 2009-2010 гг. впервые были построены карты плотности молниевых разрядов для всей территории Северной Азии (40°-80° с.ш. и 60°-180° в.д.) [15]. В дальнейшем была проведена корректировка данных о разрядах за 2009-2014 гг. согласно пространственному распределению эффективности детектирования сети и предложено аналитическое выражение пространственного распределения плотности грозовых разрядов для указанной территории [16]. В результате была получена интегральная характеристика грозовой активности на всей территории Северной Азии за 2009-2014 гг. и выявлены два мощных грозовых очага: в районе Западно-Сибирской равнины и между Становым хребтом и Малым Хинганом. Построены численные уравнения для плотности молниевых разрядов и определена зависимость их от широты и долготы местности.
Тем не менее представленные в работах [15, 16] карты плотности молниевых разрядов и анализ сезон-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-1
ного хода числа молниевых разрядов дают общую картину грозовой активности. По мнению авторов настоящей работы, для использования в практике грозозащиты в горных территориях Северной Азии, на примере Алтае-Саянского региона, необходимы дополнительное изучение и уточнение динамики грозовой активности, что и является целью данной работы.
Материал и методы исследования
В работе использованы данные Всемирной сети локализации молний WWLLN с июня по август за период с 2011 по 2016 г. Работа сети WWLLN основана на приеме радиосигналов от молний-атмосфе-риков и анализе разностей времени их прихода до как минимум 5 ближайших станций [13]. Подробное описание технологии регистрации молниевых разрядов сетью можно найти в ряде публикаций, представленных на сайте wwlln.net, а также в работе [15].
Данные об атмосфериках, регистрируемых WWLLN, содержат следующие показатели: дату, время, широту, долготу, погрешность и количество станций, в которых был зарегистрирован электромагнитный импульс. Стоит отметить, что эффективность определения молниевых разрядов и точность определения их места (в среднем около 5,4 км) WWLLN не являются высокими, и сеть не обнаруживает все молниевые разряды, возникающие при грозе. В большей степени WWLLN определяет молниевый разряд в конвективной грозовой ячейке в грозовом фронте, при этом регистрируются наиболее сильные разряды в ней [17]. Тем не менее оценка активности гроз на основе данных WWLLN является лучшей по сравнению с данными сети метеорологических станций.
На основе данных WWLLN был проведен анализ суточного и сезонного хода активности молниевых разрядов. Для анализа особенностей площадного распределения грозовых событий были построены карты плотности молниевых разрядов, которые рассчитывалась для участков размером 10*10 км. Карты плотности молниевых разрядов для каждого года наблюдений послужили базой для вычисления и построения карт среднегодовой плотности, средне-квадратического отклонения и коэффициента вариации числа молниевых разрядов для участков исследуемой территории, соответственно, по формулам
X n
N
S ■■
X (n - nср)2
N
S
V = S-100% , где
пг - число молниевых разрядов в г-й год; N - число лет наблюдений.
Дополнительно было выполнено построение серии карт, позволяющих выявить участки АСР с наибольшими отклонениями годовой плотности молниевых разрядов от средней за исследуемый
период. Для каждого года наблюдений и для каждого участка размером 10*10 км было рассчитано нормированное отклонение числа молниевых разрядов от среднего, выраженное в процентах:
п. -п
Я =-р ■ 100 %, где Пг - число молниевых раз' п
ср
рядов за г год; Пср - среднегодовое число молниевых разрядов за период исследования. Отметим, что Яг для участков с малым числом молниевых разрядов, так же как и коэффициент вариации, может превышать 100 %, что снижает информативность показателя. Для исключения данного эффекта был рассчитан коэффициент изменчивости числа молниевых разрядов по сравнению со средним
k=R,
г V
(1)
где Яг - нормированное отклонение числа молниевых разрядов от среднегодового за г год; V- коэффициент вариации числа молниевых разрядов. Способ вычисления данного коэффициента позволяет проводить более наглядную по сравнению с коэффициентом вариации интерпретацию его значений. Если величина полученного коэффициента К попадает в диапазон от -1 до 1, то для данного участка территории число молниевых разрядов для заданного года было близким к среднегодовому. Если величина Кг ниже -1, то для таких участков характерно снижение числа молниевых разрядов относительно среднегодового, если больше 1 - то, соответственно, повышение.
Полученные результаты и их обсуждение
На территории АСР наименьшее число молниевых разрядов (86 521) было зафиксировано сетью WWLLN в 2011 г. В 2012, 2013 и 2015 гг. число зарегистрированных разрядов изменяется от 120 000 до 140 000. Наибольшее число молниевых разрядов отмечено в 2014 г. - 208 137 и в 2016 г. - 182 604.
Ход молниевой активности в течение летнего сезона соответствует выявленной ранее на основе данных метеонаблюдений тенденции: число молниевых разрядов начинает возрастать в мае, максимум достигается в июле, в августе происходит спад грозовой активности (рис. 1 а). Эта тенденция характерна для средних за период значений. В годы минимума (2011) и максимума (2014) молниевой активности наибольшее число молниевых разрядов отмечается в июне (рис. 1б). В августе наблюдается большее по сравнению с маем число грозовых разрядов.
Время регистрации молниевого разряда сетью WWLLN осуществляется по всемирному скоординированному времени. Территория АСР расположена в нескольких часовых поясах, поэтому для оценки суточного хода молниевых разрядов был выполнен пересчет времени для каждого разряда из
i=i
Пср =
n
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
всемирного скоординированного времени к местному солнечному времени.
Распределение числа молниевых разрядов в течение суток имеет явный минимум в интервале с 5 до 9 ч утра. К середине дня число разрядов нарастает и в интервале с 12 до 15 ч регистрируется в среднем наибольшее их число (рис. 2а). Обращает на себя внимание тот факт, что после плавного снижения грозовой активности в интервале 15-18 ч формируется второй максимум в 19 ч, после которого снижение
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
продолжается. Эта ситуация отмечается каждый год исследуемого периода (рис. 2б). При этом в 2011 г. второй 19-часовой максимум числа молниевых разрядов сравним с полуденным максимумом в 12-15 ч.
Для 2014-2016 гг. наблюдается более высокая интенсивность ночных грозовых событий по сравнению с предыдущими годами. В частности, в 2014 г. число молниевых разрядов в ночное время практически совпадает с таковым в дневные часы для других лет наблюдений.
Рис. 1. Распределение числа молниевых разрядов в течение грозового сезона: a - среднее за месяц за период с 2011 по 2016 г.; б - по каждому году / Fig. 1. Distribution of the number of lightning discharges during the thunderstorm season: a - average per month for the period from 2011 to 2016; b - for each year
Анализ суточного распределения числа молниевых разрядов по месяцам летних сезонов выявил тенденцию расширения интервала молниевой активности к ночному времени в июле и августе по сравнению с маем и июнем. Так, в начале сезона в мае наибольшее число молниевых разрядов прослеживается в интервале от 11 до 19 ч, в июне интервал расширяется с 10 до 24 ч, в июле и августе - с 10 до 2 и 4 ч соответственно. При этом в июле и августе 2011 г. максимум числа грозовых разрядов приходился на 18-24 ч, что обусловило существование в этом году двух практически равновеликих максимумов активности молниевых разрядов в 14 и 19 ч (рис. 2б). Таким образом, именно тенденция смещения активности интенсивных гроз, определяемых по числу молниевых разрядов, на ночное время в течение летнего сезона определяет наличие второго максимума в 19 ч (рис. 2а).
Характер суточного хода числа молниевых разрядов на территории АСР в общем соответствует результатам исследований для других территорий Западной и Восточной Сибири [3, 15], а также суточной периодичности гроз на суше [18, 19], однако есть некоторые отличия. Так, для Восточной Сибири максимум гроз приходится на послеполуденное время, преимущественно с 15 до 20 ч, а для Евразии в целом - с 13 до 17 ч. Как мы отмечали выше, для АСР макси-
мум грозовой активности приходится на более ранний срок - с 12 до 15 ч. Минимумы грозовой активности во всех случаях совпадают.
Несмотря на некоторые различия во временных интервалах максимумов, для территории Восточной Сибири и территории АСР наблюдается общая закономерность смещения молниевой активности на более поздние часы суток, свойственная концу летнего сезона в августе.
Формирование грозовых облаков и порядок распределения гроз по территории АСР во многом определяется микроклиматическими условиями, которые носят мозаичный характер. АСР представляет собой сложное сочетание горных хребтов субширотного и субмеридионального простирания. Наиболее низко опущенные блоки земной коры формируют межгорные котловины. Реки выработали широкие долины, а на отдельных участках сформировали котловинооб-разные расширения долин. Абсолютные отметки таких участков не превышают на севере 250 м над уровнем моря, максимальная высота хребтов в северных физико-географических провинциях составляет 1500 м, высота вершин в горных цепях находится в широких пределах (около 2000 м). Максимальная отметка 4500 м - г. Белуха (Центрально-Алтайская провинция).
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-1
Час (местное солнечное время) a / а
Час (местное солнечное время)
■2013 —•—2014
б/Ь
Рис. 2. Суточный ход молниевой активности: a - среднее за за период с 2011 по 2016 г.; б - по каждому году / Fig. 2. Daily rate of thunderstorm activity: a - average for the period from 2011 to 2016; b - for each year
На рис. 3 представлена карта плотности молниевых разрядов на рассматриваемой территории. В целом полученные величины среднегодовой плотности молниевых разрядов совпадают с значениями, вычисленными для периода с 2009 по 2014 г. и представленными в работе [15].
К районам с повышенной плотностью разрядов (более 0,35 разряда/км2 в год) нами были отнесены три достаточно крупные территории:
1) приграничные районы Восточного Казахстана и России;
2) северо-западная часть АСР - дуга Горно-Алтайск - Таштагол - Новокузнецк, включая западную часть Западного Саяна;
3) юго-восточная часть Восточного Саяна - участок в пределах 52°-53° с.ш., 101°-103° в.д, вдоль границы Республики Бурятия и Иркутской области.
Средняя плотность молниевых разрядов (0,150,35 разряда/км2 в год) характерна для следующих районов:
1) район озера Маркаколь - часть Восточного Казахстана южнее 49° с.ш.;
2) бассейн р. Чарыш к юго-западу от Горно-Алтайского максимума;
3) район вокруг г. Кемерово;
4) северная и северо-восточная часть АСР вдоль границы региона в пределах 90°-101° в.д.;
5) Восточный и Западный Танну-Ола - участок вдоль южной границы России в пределах 90°-95° в.д.;
6) бассейн р. Эгийн-Гол - участок в пределах 49°-52° с.ш., 101°-102° в.д., включая часть территории Республики Бурятия до хр. Тункинские Гольцы;
7) восток Западного Саяна - участок в пределах 52°-54° с.ш., 92°-96° в.д.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-1
Условные обозначения: ----границы Алтае-Саянского региона -границы государств
о города
Среднегодовая плотность грозовых событий на 1 км2:
менее 0,01; 0,15; 0,20;
0,25; □ 0,30; □ более 0,35
Рис. 3. Плотность молниевых разрядов - средняя за 2011-2016 гг. / Fig. 3. Density of lightning discharges - average for 2011-2016
Участки с числом молниевых разрядов менее 0,15 разряда/км2 в год нами были определены как минимумы молниевой активности:
1) монгольский минимум - Монголия, включая китайскую часть территории региона и юг Республики Алтай;
2) хакасский минимум - участок в пределах 53°-54° с.ш. 89°-91° в.д., к юго-западу от г. Абакана;
3) тувинский минимум - участок в пределах 51°-52° с.ш. 91°-96° в.д., южнее и западнее г. Кызыла;
3) бассейн Большого и Малого Енисея - участок в пределах 50°-54° с.ш., 96°-100° в.д.
АСР располагается на пути западного переноса воздушных масс. Обращают на себя внимание субмеридиональность распределения плотности грозовых разрядов и приуроченность максимальной
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-1
плотности к предгорным и низкогорным территориям. Стоит отметить, что пограничные северо-западные территории АСР с высотами 250-1500 м над уровнем моря характеризуются наибольшей плотностью населения и уровнем освоенности. Именно здесь отмечается наибольшая плотность молниевых разрядов, что создает повышенную угрозу для инженерных сооружений.
При продвижении вглубь горной страны активность проявления грозовых событий несколько снижается. На территориях с высотами от 800 до 2500 м наибольшее число молниевых разрядов приурочено к западным и северо-западным макросклонам хребтов. Также наибольшей плотностью разрядов харак-
теризуются наветренные склоны хребтов, ограждающих межгорные котловины в Северо-Западном, Северном, Центральном Алтае, Туве и Хакасии. Территория Восточного Саяна и монгольской части АСР существенно отличается по этому показателю от остальной части АСР. Плотность молниевых разрядов уменьшается, а на высотах более 2000 м снижается, достигая минимума в опустыненных частях Монголии и Алтая.
Для определения характера изменения грозовой активности на отдельных участках территории АСР была построена карта распределения коэффициента вариации числа молниевых разрядов для участков 10*10 км (рис. 4).
----границы Алте-Саянского региона
Коэффициент вариации:
-границы государств о города
<= 50; 50-100; □ >100
Рис. 4. Коэффициент вариации числа молниевых разрядов за 2011-2016 гг. / Fig. 4. Coefficient of variation of the number lightning's discharges for 2011-2016
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-1
Наиболее стабильно (коэффициент вариации меньше 50 %) молниевая активность проявлялась на тех территориях, которые отнесены авторами к категории высокой и средней плотности грозовых разрядов:
1) приграничные районы Восточного Казахстана и России, включая район озера Маркаколь;
2) северо-западная часть АСР - западнее Горно-Алтайска и западная часть Западного Саяна;
3) Восточный и Западный Танну-Ола - участок вдоль южной границы России в пределах 90°-95° в.д.;
4) бассейн р. Эгийн-Гол - участок в пределах 49°-52° с.ш., 101°-102° в.д., включая часть территории Республики Бурятия до хр. Тункинские Гольцы.
Также невысокий уровень вариации числа молниевых разрядов наблюдается на территории хакасского минимума и бассейна Большого и Малого Енисея, имеющих низкую плотность молниевых разрядов.
Молниевая активность на большей части горной страны испытывает значительные колебания. Это
подтверждается значением коэффициента вариации, которое превышает 50 %. На обширных пространствах Монгольского Алтая (высоты около 2000 м), в долинах рек Томь, Кан и Мана, в северных предгорьях Восточного Саяна коэффициент вариации превышает 100 %. Это связано с низкой среднегодовой плотностью молниевых разрядов, свойственной данным территориям. Любое незначительное увеличение или снижение абсолютного количества гроз приводит к кратному изменению относительного показателя. Поэтому карта вариативности числа гроз, построенная на основе расчета коэффициента вариации для 2011-2016 гг., имеет экс-пертно-оценочный характер.
Несмотря на некоторую территориальную лими-тированность полезности показателя вариативности, имеющиеся данные позволяют отследить тенденцию пространственной изменчивости активности гроз в отдельные годы по сравнению со среднегодовым показателем. На рис. 5 представлено распределение значений коэффициента изменчивости числа молниевых разрядов, вычисленного по формуле (1).
Условные обозначения: ----границы Алтае-Саянского региона —
Коэффициент изменчивости
<= -1;
границы государств H -1 - 1; H >1
Рис. 5. Распределение коэффициента изменчивости числа молниевых разрядов относительно среднегодовой плотности / Fig. 5. The distribution of the coefficient of variability of the number lightning's discharges relative to the average annual density
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
В 2011 г. (минимум грозовой активности по числу молниевых разрядов) практически повсеместно активность гроз сравнима со средней. При этом снизилось число молниевых разрядов относительно среднего за рассматриваемый период преимущественно на территориях наибольшей плотности молниевых разрядов в приграничных районах Восточного Казахстана и России и в северо-западной части АСР.
Для 2012 и 2013 гг. выявлен рост числа молниевых разрядов в основном в южном и центральном районах АСР, на территории монгольского и тувинского минимума активности молний соответственно (рис. 5). Снижение числа разрядов отмечается в 2012 г. в основном в нижнем течении реки Катунь, реки Томь северо-западнее г. Новокузнецка, на востоке и юго-востоке Восточного Саяна, в 2013 г. - на юго-западе Республики Алтай в приграничной зоне с Казахстаном, а также на севере Восточного Саяна (участок в пределах 54°-56° с.ш., 96°-98° в.д.).
В 2014 г., когда наблюдалась максимальное число молниевых разрядов за рассматриваемый период, наибольший рост их числа обнаруживается преимущественно на территориях со средней и низкой активностью молний на северо-востоке АСР и на территории Республики Алтай, а также частично в районе районе наибольшей плотности молниевых разрядов в северо-западной части АСР (дуга Горно-Алтайск - Таштагол - Новокузнецк).
В 2015 на территории Монголии и в приграничных с ней районах России (участок хребтов Западный и Восточный Танну-Ола, верховье Малого и Большого Енисея, а также район озера Хубсугул в пределах 50°-52° с.ш., 90°-102° в.д.) число молниевых разрядов ниже среднегодового. Увеличение числа разрядов характерно для западной (участок Республики Алтай в пределах 50°-51° с.ш., 82°-86° в.д.) и центральной (участок Западного Саяна в пределах 51°-54° с.ш., 88°-94° в.д.) частей АСР.
В 2016 г., год второго максимума числа молниевых разрядов, отмечается усиление активности гроз практически на всей территории АСР. При этом выделяются западные (участок в пределах 49°-52° с.ш., 82°-86° в.д.) и северные районы (участок в пределах 53°-56° с.ш., 84°-94° в.д.), которые характеризуются повышенным и среднем уровнем грозовой активности.
Таким образом, территории наибольшей плотности молниевых разрядов имеют преимущественно невысокий уровень изменчивости числа молниевых разрядов. Наибольшая вариативность числа молниевых разрядов наблюдается в районах, расположенных в северной и южной частях АСР и имеющих среднюю и низкую плотность разрядов соответственно. В годы минимальной молниевой активности снижение интегрального числа грозовых событий по
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
исследуемому региону происходит главным образом за счет уменьшения их количества на территориях с наибольшей плотностью молниевых разрядов, в то время как участки со средней и низкой плотностью молниевых разрядов подвержены изменениям в меньшей степени. Годы максимальной молниевой активности, напротив, характеризуются в основном активизацией грозовых событий на территориях со средней плотностью молниевых разрядов.
Выводы
В целом полученные результаты согласуются с известными к настоящему времени закономерностями пространственно-временного распределения числа молниевых разрядов на материках. При этом в пространственном распределении молниевой активности на территории АСР имеется ряд особенностей, которые удалось выявить впервые:
1. Число молниевых разрядов начинает возрастать в мае, максимум достигается в июле, а в августе происходит спад грозовой активности. В отдельные годы максимальное число молниевых разрядов смещается на июнь.
2. В суточном ходе развития молниевой активности отмечается первый полуденный максимум числа молниевых разрядов в 12-15 ч и второй максимум (в среднем меньший по числу разрядов) - около 19 ч по местному времени. Наличие второго максимума обусловлено увеличением числа молниевых разрядов в вечернее время к концу летнего сезона. В отдельные годы и месяцы летнего сезона первый максимум числа молниевых разрядов может наблюдаться в вечерние и ночные часы.
3. Наибольшая плотность молниевых разрядов (более 0,35 разряда/км2 в год) отмечается на территориях с высотами от 250 до 1500 м над уровнем моря, наименьшая (менее 0,15 разряда/км2 в год) -на территориях выше 2000 м над уровнем моря.
4. В годы максимальной молниевой активности интегральное число молниевых разрядов растет главным образом за счет увеличения количества грозовых событий на территориях со средней плотностью грозовых разрядов. Напротив, в годы минимальной молниевой активности наибольшее уменьшение количества грозовых событий отмечается на территориях с высокой плотностью грозовых разрядов. Выявленный эффект имеет предварительный характер и требует подтверждения при увеличении временного ряда исходных данных о грозовых разрядах.
Литература
1. Дмитриев А.Н., Кречетова С.Ю., Кочеева Н.А. Грозы и лесные пожары от гроз на территории Республики Алтай. Горно-Алтайск : Изд-во ГорноАлтайского госуниверситета, 2011. 195 с.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
2. Опасные явления погоды на территории Сибири и Урала / под ред. С.Д. Кошинского. Ч. 1 : Алтайский край, Кемеровская, Новосибирская и Томская области. Л. : Гидрометеоиздат, 1979. 383 с.
3. Горбатенко В.П., Ершова Т.В. Молния как звено глобальной электрической цепи. Томск : Изд-во ТГПУ, 2011. 204 с.
4. Кочеева Н.А., Кречетова С.Ю. Особенности внутрисезонного распределения гроз и грозовые очаги на территории Республики Алтай // Казанская наука.
2011. № 1. С. 460-462.
5. Горбатенко В.П., Ершова Т.В., Константинова Д.А. Пространственное распределение плотности разрядов молнии в землю над территорией Западной Сибири // Вестн. Томского гос. ун-та. 2009. № 329. С. 251-256.
6. Бурцев А.В., Невретдинов Ю.М., Сытина А.Н. Опыт регистрации грозовой активности на территории Кольского полуострова // Вестн. Кольского науч. центра РАН. 2014. № 2. C. 130-137.
7. Мареев Е.А., Стасенко В.Н., Булатов АА., Дементьева С.О., Евтушенко А.А., Ильин Н.В., Кутерин Ф.А., Слюняев Н.Н., Шаталина М.В. Российские исследования атмосферного электричества в 2011-2014 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 2. С. 175-186.
8. Аджиев А.Х., Князева З.М., Думаева Л.В. Анализ грозовой активности на территории Западного Кавказа по данным инструментальных регистраций и наблюдений на метеостанциях // Изв. Кабардино-Балкарского науч. центра РАН. 2013. № 3 (53). С. 31-37.
9. Аджиев А.Х., Юрченко Н.В., Князева З.М. Создание для Северного Кавказа карты поражаемости территории разрядами молнии и карты районирования по опасности возникновения чрезвычайных ситуаций при грозах // Изв. Кабардино-Балкарского науч. центра РАН. 2013. № 3 (53). С. 38-44.
10. Козлов В.И., Муллаяров В.А. Грозовая активность в Якутии. Якутск : ЯФ Изд-ва СО РАН, 2004. 104 с.
11. Константинова Д.А., Горбатенко В.П. Молнии над юго-востоком Западной Сибири // VII Всерос. конф. по атмосферному электричеству : сб. тр. : в 2 т. СПб. : Главн.геофиз.обсерватория им. А.И. Воейкова,
2012.С. 133-135.
12. Константинова Д.А., Горбатенко В.П. Результаты регистрации молний над юго-восточной территорией Западной Сибири // Изв. вузов. Физика. 2011. № 11/3. C. 156-162.
13. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites // J. Atmos. Solar.-Terr. Phys. 2002. Vol. 64, № 7. Р. 817-830. URL: http://wwlln.net/publications/dowden.toga. article.pdf (дата обращения: 22.05.2017).
14. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Brundell J.B., Rodger C.J. Relative detection efficiency of the World Wide Lightning Location Network // Radio Science. 2012. Vol. 47, № RS6005. DOI : 10.1029/2012RS005049. URL: https ://wwlln.net/pubhcations/Hutchins_Detection_Efficien-cy_RadioSci_2012.pdf (дата обращения: 22.05.2017).
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
15. Козлов В.И., Муллаяров В.А., КаримовР.Р. Пространственное распределение плотности грозовых разрядов на Востоке России по данным дистанционных наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8, № 3.
C. 257-262.
16. Тарабукина Л.Д., Козлов В.И., Каримов Р.Р. Аналитическое выражение для распределения плотности грозовых разрядов по территории Северной Азии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 3. С. 184-191.
17. Jacobson A.R., Holzworth R., Harlin J., Dowden R., Lay E. Performance assessment of the World Wide Lightning Location Network (WWLLN), using the Los Alamos Sferic Array (LASA) as ground truth // J. Atmos. Oceanic Technol. 2006. Vol. 23. Р. 1082-1092. URL: https ://wwlln. net/publications/j acobson.jtech.2006.pdf (дата обращения: 20.06.2017).
18. Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit // Atmospheric research. 2014. Vol. 135-136. Р. 228-243. DOI 10.1038/srep20874. URL: https ://www.ncbi.nlm.nih.gov /pmc/articles/PMC4750006/ (дата обращения: 10.09.2017).
19. HutchinsM.L., Holzworth R.H., Brundell J.B. Diurnal variation of the global electric circuit from clustered thunderstorms // J. of Geophysical Research : Space Physics, 2014. Vol. 119, № 1. Р. 620-629. DOI 10.1002/2013JA019593. URL: http ://onlinelibrary.wiley. com/doi/10.1002/2013JA019593/full (дата обращения: 10.09.2017).
References
1. Dmitriev A.N., Krechetova S.Yu., Kocheeva N.A. Grozy i lesnyepozhary otgroz na territorii Respubliki Altai [Thunderstorms and forest fires from thunderstorms on the territory of the Altai Republic]. Gorno-Altaisk : Izd-vo Gorno-Altaiskogo gosuniversiteta, 2011, 195 p.
2. Opasnye yavleniya pogody na territorii Sibiri i Urala [Dangerous weather phenomena in the territory of Siberia and the Urals]. Ed. S.D. Koshinskii. Ch. 1: Altaiskii krai, Kemerovskaya, Novosibirskaya i Tomskaya oblasti [Altai Territory, Kemerovo, Novosibirsk and Tomsk regions]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1979, 383 p.
3. Gorbatenko V.P., Ershova T.V. Molniya kak zveno global'noi elektricheskoi tsepi [Lightning as a link in the global electrical circuit]. Tomsk : Izd-vo TGPU, 2011, 204 p.
4. Kocheeva N.A., Krechetova S.Yu. Osobennosti vnutrisezonnogo raspredeleniya groz i grozovye ochagi na territorii Respubliki Altai [Features of intraseasonal distribution of thunderstorms and thunderstorm foci in the territory of the Altai Republic]. Kazanskaya nauka. 2011, No. 1, pp. 460-462.
5. Gorbatenko V.P., Ershova T.V., Konstantinova
D.A. Prostranstvennoe raspredelenie plotnosti razryadov molnii v zemlyu nad territoriei Zapadnoi Sibiri [The spatial distribution of the density of lightning discharges into the
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
earth above the territory of Western Siberia]. Vestn. Tomskogo gos. un-ta. 2009, No. 329, pp. 251-256.
6. Burtsev A.V., Nevretdinov Yu.M., Sytina A.N. Opyt registratsii grozovoi aktivnosti na territorii Kol'skogo poluostrova [Experience in recording thunderstorm activity in the Kola Peninsula]. Vestn. Kol'skogo nauch. tsentra RAN. 2014, No. 2, pp. 130-137.
7. Mareev E.A., Stasenko V.N., Bulatov A.A., De-ment'eva S.O., Evtushenko A.A., Il'in N.V., Kuterin F.A., Slyunyaev N.N., Shatalina M.V. Rossiiskie issledovaniya atmosfernogo elektrichestva v 2011-2014 gg. [Russian studies of atmospheric electricity in 2011-2014]. Izv. RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2016, vol. 52, No. 2, pp. 175-186.
8. Adzhiev A.Kh., Knyazeva Z.M., Dumaeva L.V. Analiz grozovoi aktivnosti na territorii zapadnogo Kavkaza po dannym instrumental'nykh registratsii i na-blyudenii na meteostantsiyakh [Analysis of thunderstorm activity in the territory of the Western Caucasus according to instrumental registrations and observations at weather stations]. Izv. Kabardino-Balkarskogo nauch. tsentra RAN. 2013, No. 3 (53), pp. 31-37.
9. Adzhiev A.Kh., Yurchenko N.V., Knyazeva Z.M. Sozdanie dlya Severnogo Kavkaza karty porazhaemosti territorii razryadami molnii i karty raionirovaniya po opasnosti vozniknoveniya chrezvychainykh situatsii pri grozakh [Creation of a map of the region's damage to the territory by lightning discharges and a map of regionali-zation for the danger of emergencies during thunderstorms for the North Caucasus]. Izv. Kabardino-Bal-karskogo nauch. tsentra RAN. 2013, No. 3 (53), pp. 3844.
10. Kozlov V.I., Mullayarov V.A. Grozovaya ak-tivnost' v Yakutii [Thunderstorm activity in Yakutia]. Yakutsk : YaF Izd-va SO RAN, 2004, 104 p.
11. Konstantinova D.A., Gorbatenko V.P. [Lightning over the south-east of Western Siberia]. VII Vseros. konf. po atmosfernomu elektrichestvu [VII All-Russian Conference on Atmospheric Electricity]. Saint Petersburg, 2012, pp. 133-135.
12. Konstantinova D.A., Gorbatenko V.P. Rezul'taty registratsii molnii nad yugo-vostochnoi territoriei Zapad-noi Sibiri [The results of recording lightning over the southeastern territory of Western Siberia]. Izv. vuzov. Fizika. 2011, No. 11/3, pp. 156-162.
Поступила в редакцию /Received_
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-1
13. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites. J. Atmos. Solar.-Terr. Phys. 2002, vol. 64, No. 7, pp. 817-830. Available at: http://wwlln.net/publica-tions/dowden.toga. article.pdf (accessed 22.05.2017).
14. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Brundell J.B., Rodger C.J. Relative detection efficiency of the World Wide Lightning Location Network. Radio Science. 2012, vol. 47, No. RS6005. DOI 10.1029/2012RS005049. Available at: https//wwlln.net/publications/Hutchins_Detection_Efficien-cy_RadioSci_2012.pdf (accessed 22.05.2017).
15. Kozlov V.I., Mullayarov V.A., Karimov R.R. Pros-transtvennoe raspredelenie plotnosti grozovykh razryadov na Vostoke Rossii po dannym distantsionnykh nablyudenii [Spatial distribution of the density of lightning discharges in the East of Russia according to remote observations]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2011, vol. 8, No. 3, pp. 257-262.
16. Tarabukina L.D., Kozlov V.I., Karimov R.R. Analiticheskoe vyrazhenie dlya raspredeleniya plotnosti grozovykh razryadov po territorii Severnoi Azii [Analytical expression for the distribution of the density of lightning discharges over the territory of North Asia]. Sov-remennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2016, vol. 13, No. 3, pp. 184-191.
17. Jacobson A.R., Holzworth R., Harlin J., Dowden R., Lay E. Performance assessment of the World Wide Lightning Location Network (WWLLN), using the Los Alamos Sferic Array (LASA) as ground truth. J. Atmos. Oceanic Technol. 2006, vol. 23, pp. 1082-1092. Available at: https ://wwlln.net/publications/jacobson.jtech.2006.pdf (accessed 20.06.2017).
18. Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmospheric research. 2014, vol. 135-136, pp. 228-243. DOI 10.1038/srep20874. Available at: https ://www.ncbi.nlm. nih.gov/pmc/articles/PMC4750006/ (accessed 10.09.2017).
19. Hutchins M.L., Holzworth R.H., Brundell J.B. Diurnal variation of the global electric circuit from clustered thunderstorms. J. of Geophysical Research : Space Physics. 2014, vol. 119, No. 1, pp. 620-629. DOI 10.1002/2013JA019593. Available at: http ://onlineli-brary.wiley. com/doi/10.1002/2013JA019593/full (accessed 10.09.2017).
_3 сентября 2017 г. /September 3, 2017
