Радиолокационное исследование физических характеристик молнии

• Автор: Михайлов, Михаил Степанович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 189 с. : ил.

Разработана улучшенная методика одновременной регистрации радиолокационного отражения от канала молнии и ее электромагнитного излучения; с помощью радиолокации впервые измерены токи, энерговыделение в канале молнии, подтверждены выводы численного моделирования физических параметров канала и радиоотражения на нем.
Разработана двумерная модель формирования канала молнии, учитывающая физические процессы, протекающие в канале молнии. Получены зависимости параметров тока в канале и электромагнитного излучения от величины переносимого заряда.
Выведены аппроксимационные формулы для проводимости и диэлектрической проницаемости слабоионизированной плазмы воздуха в области температур 1500- 5000 °К и плотностей 1СГ6- 101'5 от плотности воздуха при нормальных условиях, позволяющие сократить время численного расчета радиофизических эффектов и использовать их для физических оценок.
Рассмотрено излучение прямолинейного канала молнии при его произвольной ориентации относительно Земли. Показана возможность определения расположения молниевого канала в пространстве по измерениям электромагнитного излучения в одной точке.

СОДЕРЖАНИЕ'

ГЛАВА 1. ВВОДНАЯ ГЛАВА
1.1.Обзор радиолокационных исследований молнии и измерения электромагнитного излучения от ее канала
1.2.Математическая модель энерговыделения в канале молнии, газодинамического расширения и охлаждения газа
1.3.Модель отражения радиоволн от ионизированного канала молнии
1.4.Тема диссертации. Постановка задачи
ГЛАВА 2. СИНХРОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОТРАЖЕНИЯ ОТ МОЛНИИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛА МОЛНИИ
2.1 Схема эксперимента
2.2 Краткое описание программы регистрации
2.3 Результаты измерений и их теоретическая обработка по определению энерговыделений и токов
2.4 Исследование зависимости длительности радиоотражения от длины волны радиолокатора
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ДВУМЕРНОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА

3.1 Алгоритм распространения заряда
3.2 Результаты расчета
3.3 Аппроксимационные формулы для проводимости и диэлектрической проницаемости слабоионизированной плазмы воздуха
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИаТУЧЕНИЕ МОЛНИИ И ВОЗМОЖНОСТЬ ОЦЕНКИ ЕЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПО ИЗМЕРЕНИЮ И&ТУЧЕНИЯ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ПРОСТРАНСТВА
4.1 Основные уравнения
4.2 Границы применимости основных уравнений
4.3 Условие применимости приближения прямолинейного канала молнии
4.4 Оценка расположения молнии в пространстве
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Копия технического задания на разработку аппаратуры синхронной регистрации радиолокационного отражения
и электромагнитного излучения от канала молнии
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Общий вид и режимы работы блока АЦП
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа регистрации молний и просмотра файлов с результатами

2.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЙ И ТОКОВ.
Всего за время испытаний в течении августа 1991 г. было измерено пять вспышек молнии. Одна из них, сопровождаемая двумя импульсами ЭМИ, была численно промоделирована Э.И. Дубовым и В.И. Пряжинским по математической схеме работ /17, 18/. Данные измерений ЭМИ и радиолокационного отражения этой молнии сравниваются ниже с результатами численного моделирования.
На рис.2.6а-2.6в приведены осциллограммы двух импульсов ЭМИ вспышки молнии, наблюдавшейся на дальности около 30 км. На рис.2.6а временное разрешение составляет 1 мс, на рис.2.66, 2.6в форма каждого из двух импульсов приведена с разрешением 1 мкс. Интервал между возвратными ударами 35 мс.
Из рисунков видно, что оба импульса имеют времена подъема и спада около 5 и 10 мкс соответственно. Максимальные напряженности электрического поля равны 21 Вм для первого импульса и 11 Вм для второго.
Токи, которые соответствуют наблюдаемым импульсам электрического поля, можно найти с помощью модели линии передач для возвратного удара, предложенной Юманом и Маклэйном /30/ (в связи с задачей восстановления тока в канале по электромагнитному излучению молнии в экспериментах велась регистрация излучения в диапазоне частот до 1 МГц). В модели линии передач канал молнии считается прямой вертикальной линией, а земля рассматривается как плоская и идеально проводящая. Вверх от земли распространяется с постоянной скоростью V импульс тока неизменной формы 1(Ь-гУ) (Т- время, в-