Главная > Разное > Физика грозы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КУЧЕВО-ДОЖДЕВЫХ ОБЛАКОВ

Трудности, которые встречаются при изучении различных микрофизических характеристик кучево-дождевых облаков, особенно велики при исследовании электрических характеристик. Измерения некоторых из них являются сложной задачей даже в стационарных условиях; трудности еще более возрастают при исследованиях в свободной атмосфера с самолета или с помощью приборов, выпускаемых в свободный полет. Положение усложняется тем, что летательные аппараты оказывают значительное влияние на точность измерений, так как при полете в облаках они интенсивно заряжаются.

Этому вопросу уделено большое внимание, и в первую очередь в обстоятельных монографиях И. М. Имянитова [58, 63]. С другой стороны, измерения в облаках, проведенные горными обсерваториями, связаны со значительными ошибками, вносимыми влиянием подстилающей поверхности. Эти затруднения привели к тому, что, несмотря на крайнюю необходимость в информации об электрическом строении кучево-дождевых облаков, ее явно недостаточно для получения ответа на многие важные научные и практические вопросы, возникающие в связи с обеспечением безопасности полетов, грозозащитой, радиопомехами и т. п. Поэтому, здесь обращено большое внимание на возможно более полное представление сведений об электричестве кучево-дождевых облаков.

2.2.1. Заряды облачных частиц и гидрометеоров

Объемные электрические заряды кучево-дождевых облаков состоят в основном из зарядов облачных элементов и гидрометеоров и в какой-то степени из зарядов ионов. Хотя проводимость воздуха грозовых облаков значительно выше, чем свободной атмосферы, и содержание легких ионов велико, их вклад в объемные заряды сравнительно небольшой, так как разность между концентрациями положительных и отрицательных ионов также невелика. К сожалению, сейчас почти полностью отсутствуют сведения о зарядах облачных капелек и ледяных кристаллов в грозовых облаках.

Филипс и Кинцер [469] измеряли заряды облачных капелек в грозовых облаках на вершине горы в Северной Каролине (США), на высоте около 2000 м. Они получили данные для трех гроз при температуре воздуха от 10 до 15° С. В первой и второй грозах (табл. 24) заряды почти всех капелек были отрицательными. Среднее значение зарядов капелек оказалось несколько больше а максимальное третьей грозе сначала в течение нескольких минут наблюдалась смесь положительно и отрицательно заряженных капелек (За). Затем объем заменился другим, почти полностью состоящим из положительно заряженных капелек (36), а еще через несколько минут — объемом, в котором наблюдалось обычное для негрозовых облаков гауссовское распределение зарядов капель, с максимумом не выше Средние заряды капелек для третьей грозы также были большими: по абсолютному значению они превышали а максимальные достигали порядка

Из табл. 24 видно, что между средними радиусами капелек и средними зарядами отсутствует какая-либо связь.

Недавно Колгейт и Ромеро [271] с помощью привязного баллона измеряли заряды облачных капелек радиусом до 50 мкм в грозовом облаке на высоте 1200 м над вершиной горы высотой 3220 м. Баллон вошел в облако на несколько сотен метров. Распределение капелек по размерам имело максимум для радиуса 8 мкм.

Таблица 24 (см. скан) Средние заряды и средние радиусы облачных капелек в грозовых облаках. По Филипсу и Кинцеру [469]

В любом интервале размеров наблюдались как положительно, так и отрицательно заряженные капельки с некоторым превышением количества вторых над первыми. Почти для всех интервалов размеров встречались капельки с большими отрицательными зарядами — около . Максимальные положительные заряды капелек не превышали

Рис. 37. Ход напряженности электрического поля и полярных объемных зарядов (2 и 3) на вершине горы в грозе. По Филипсу и Кинцеру [469].

Колгейт и Ромеро установили, что между средним зарядом и радиусом капелек существует квадратичная связь. Необходимо отметить, что все полученные ими данные основывались на сравнительно малом числе измерений зарядов и размеров капелек и поэтому в какой-то степени являются случайными.

Филипс и Кинцер [469] приводят также ход напряженности электрического поля (рис. 37) во время наблюдений за третьей грозой (см. табл. 24). На рис. 37 представлены также приближенные данные о полярных объемных зарядах, вычисленных на основании измерений зарядов отдельных капелек в предположении, что их концентрация равна Величина объемного заряда оказалась

равной примерно Как видно из рис. 37, напряженность в нижней, положительной части грозовых облаков может несколько превышать и претерпевает сравнительно быстрые изменения. В области, где наблюдались положительные и отрицательные заряды капелек, обнаруживаются как положительные, так и отрицательные значения напряженности электрического поля. Возможно, что эти изменения поля происходят вследствие флуктуаций зарядов в области со смешанными зарядами.

Заряды жидких и твердых гидрометеоров в грозовых облаках и непосредственно под ними измеряются с самолетов, с помощью радиозондов специальной конструкции и на горных станциях. Однако сейчас еще сравнительно мало сведений, чтобы можно было построить однозначную модель распределения зарядов гидрометеоров в грозовых облаках. Более того, есть все основания полагать, что вследствие многообразия типов развития кучево-дождевых облаков грозы должны описываться несколькими моделями. Значительно более полные сведения имеются об измеряемых у поверхности земли зарядах капель грозовых дождей.

Измерения зарядов гидрометеоров в грозовых облаках были выполнены Ганном [324], Мак-Криди и Праудфитом [405]. Представляют также интерес измерения зарядов частиц, осуществленные Ганном [321], Н. В. Красногорской [90], И. М. Имянитовым и В. В. Михайловской [68], Мак-Криди и Праудфитом [405] в ливневых облаках смешанной структуры, близких по своему строению к грозовым облакам.

Ганн [324] измерял с самолета заряды и концентрацию капель дождя в грозовых облаках. Из табл. 25 следует, что почти на всех высотах в грозовом облаке существует смесь положительно и отрицательно заряженных капель. Однако если обратиться к распределению средних зарядов капель каждого знака по трассам

Таблица 25 (см. скан) Средние заряды капель в грозовом облаке 24 июля 1945 г. По Ганну [324]

полетов, то обнаружится весьма важное обстоятельство: положительно и отрицательно заряженные капли наблюдаются, как правило, не на одном, а на разных участках трассы (рис. 38). Так, на высоте 1500 м, в теплой части облака, на каждом участке были обнаружены капли с зарядами только одного знака. На высоте 3000 м уже есть участок со смесью положительно и отрицательно заряженных капель, а на высоте 4500 м участки только с одноименными зарядами капель вообще отсутствуют. В холодной части облака, на высоте 6000 м, встречаются участки как с одноименно заряженными каплями, так и с разноименно заряженными каплями. Однако эти участки менее хорошо выражены, чем на более низких уровнях. Ширина участков 2-4 км, что согласуется с шириной струй конвективных токов в кучево-дождевых облаках.

Рис. 38. Заряды капель на разных высотах в грозовом облаке 24 июля 1945 г. По Ганну [324].

Из табл. 25 также следует, что величина и плотность средних зарядов капель изменяются с высотой, причем различным образом для положительно и отрицательно заряженных капель. Величина средних зарядов в общем растет с уменьшением высоты, на высоте около 2000 м она наибольшая, а затем вниз уменьшается снова. Таким образом, при падении гидрометеоров происходит образование и разделение зарядов, причем даже средние заряды на отдельных частицах могут достигать весьма большой величины: Следует ожидать, что в более активных грозах максимальные заряды могут значительно превышать

Отметим измерения И. М. Имянитова и В. В. Михайловской [68] при двух полетах по периферии грозового облака 25 августа 1955 г. на трассе Кишинев-Киев. Они получили средние и максимальные заряды капель: соответственно.

Мак-Криди и Праудфит [405] произвели два полета в грозовых

облаках — возле Флагстаффа (Аризона, США) 15 августа 1962 г. и близ Форта-Коллинса (Колорадо) 20 августа 1962 г. Заряды измерялись с самолета при полете по нисходящей спирали, во время которого наблюдался один грозовой разряд. Основание облака находилось на высоте 5570 м при температуре —8,8° С. В этом полете наблюдались весьма большие положительные заряды, связанные с градом умеренных размеров (рис. 39). При температуре около 9° С, когда отмечалось интенсивное таяние градин, положительный знак зарядов сменился отрицательным.

Рис. 39. Заряды гндрометеоров, измеренные при спиральном опускании самолета в кучево-дождевом облаке 15 августа 1962 г. в районе Флагстаффа. По Мак-Криди и Праудфнту [405]. 1 - много частиц с малыми зарядами.

Положительные заряды в большинстве своем находились в пределах от до смаксимумом Величины отрицательных зарядов почти все время колебались в тех же пределах, но одна частица имела заряд При температурах выше 15° С на частицах наблюдались слабые заряды обоих знаков. Таким образом, в области таяния градин обнаруживалось чуть ли не скачкообразное (на расстоянии 200- 300 м) изменение знаков зарядов частиц от весьма больших положительных к столь же большим отрицательным. Еще ниже при температуре около 14° С также весьма быстро, на расстоянии 200- 300 м, происходило исчезновение больших положительных зарядов и вместо них появлялись небольшие заряды обоих знаков. Такие быстрые смены знаков зарядов не могут произойти за счет медленных накопительных процессов электризации, например, при таянии, как это представляют себе Мак-Криди и Праудфит. По-видимому, здесь происходят какие-то весьма быстрые и интенсивные процессы электризации гидрометеоров. При полете вблизи Форта-Коллинса в грозовых осадках при температурах от 1 до наблюдались положительные заряды, а ниже при температурах от 7 до 19° С — отрицательные. К сожалению, в этом полете не были зафиксированы величины зарядов частиц.

При анализе данных Мак-Криди и Праудфита необходимо учитывать следующее обстоятельство: при спиральном опускании

или подъеме самолета нет уверенности, что самолет все время находится в одной и той же области осадков. При сопоставлении результатов наблюдений Мак-Криди и Праудфита, с одной стороны, и Ганна — с другой, необходимо также учитывать, что у первых двух авторов облака находились при отрицательных температурах и измерения производились под облаками, а у третьего — при отрицательных и положительных температурах, причем измерения производились в самом облаке.

Рис. 40. Ход заряда гидрометеоров, напряженности электрического поля и температуры при горизонтальном полете через небольшое кучево-дождевое облако. По Лезему и Стоу [390].

Лезем и Стоу [390] также провели в районе Флагстаффа исследования электрических зарядов в мощных конвективных облаках, в которых в последующем часто развивались интенсивные осадки и грозовые разряды. Одновременно измерялись напряженность электрического поля, водность, концентрация капель и ледяных кристаллов, фиксировалась форма ледяных частиц. Для иллюстрации приведем результаты полета в сравнительно небольшом облаке, соответствующем началу зрелой стадии развития кучево-дождевых облаков (рис. 40). Для таких облаков характерны частицы как с положительными, так и с отрицательными зарядами при некотором превышении числа отрицательных зарядов. Величина зарядов часто превышала Поле, как правило, имело положительное направление, его напряженность была не больше . В более развитых облаках наблюдалось такое же распределение зарядов частиц, но их величина часто превышала

Во всех случаях, когда наблюдались значительные заряды, встречались ледяные частицы с максимальными размерами до 2 мм. В полетах ниже основания облаков в осадках при температурах выше 0°С обнаруживались области протяженностью в несколько сотен метров с зарядами одного знака, которые сменялись областями со смешанными зарядами. Величина зарядов достигала

На основании полетов на разных высотах Лезем и Стоу пришли к выводу, что типичным для кучево-дождевых облаков в зрелой стадии является положительное поле, но встречаются случаи, когда поле имеет обратное направление. К сожалению, эти интересные исследования не сопровождались наблюдениями за вертикальными токами. Но так как полеты производились в кучево-дождевых облаках, находящихся в начале зрелой стадии развития, то можно заключить, что в них господствовали восходящие токи.

Так как мы полагаем, что различия между процессами, обусловливающими электризацию в грозовых и ливневых облаках, в основном количественные, а не качественные, то приведем также данные наблюдений над зарядами в ливневых облаках. Заметим, что еще Ганн [321] пришел к выводу, что если бы разделить заряды разных знаков, наблюдаемые на частицах в ливневых облаках, то их количества хватило бы для возникновения грозового разряда.

Ганн [321] наблюдал заряды гидрометеоров в ливневом облаке 27 июля 1945 г. в штате Миннесота (США). На высотах 6000 м и выше обнаруживались только положительные заряды, тогда как ниже 3000 м - только отрицательные. В пределах высот 3000- 6000 м находилась смесь положительно и отрицательно заряженных капель, в том числе и на уровне изотермы 0°С (около 3300 м). На высоте 1200 м средний заряд оказался равным на на Если сопоставить данные для ливня с данными для отдельных струй в грозовом облаке (см. рис. 38), то подобие в распределении выступает довольно отчетливо. Вместе с тем заряды капель в грозовых облаках заметно больше, чем в ливневых. Так, число частиц с зарядами, превышающими в ливневых облаках сравнительно мало.

Н. В. Красногорская [90] провела ряд измерений зарядов капель с самолета в кучево-дождевых облаках в районе г. Бологое Калининской области. При сопоставлении данных за 21 июля 1954 г. и за 21 июля 1955 г. (табл. 26) обнаруживается, что в первом случае имело место многократное превышение количества отрицательно заряженных капель над числом положительно заряженных капель, тогда как во втором случае такое соотношение встречалось только на некоторых, преимущественно низких уровнях. На уровнях выше изотермы 0°С наблюдалось значительное превышение числа положительно заряженных капель над количеством отрицательно заряженных капель. Это указывает на вероятность существования разных процессов электризации в кучево-дождевых облаках. Основная масса капель имела заряды около

а отдельные заряды достигали больших значений: отрицательные положительные даже Данные Красногорской подтверждают, что на гидрометеорах в кучево-дождевых облаках негрозового характера могут образоваться большие заряды. Имянитов и В. В. Михайловская [68] считают, что из-за малого входного отверстия использованного прибора результаты, полученные Красногорской, могут быть искажены.

Таблица 26 (см. скан) Средние заряды капель в кучево-дождевых (негрозовых) облаках. По Н. В. Красногорской [90]

Наблюдения при полетах в ливневых осадках были проведены Имянитовым и Михайловской [68] на юге Европейской территории Советского Союза. Полеты осуществлялись через центральные части кучево-дождевого облака, где наблюдались наиболее интенсивные ливни. Из табл. 27 следует, что средние заряды на каплях негрозовых ливней лежат в пределах Даже при граде средние значения зарядов не выходят за указанные пределы. Эти данные согласуются с данными, полученными Красногорской [90]. Максимальные заряды капель часто превышают причем заряды обоих знаков. В соседних облаках, согласно данным за 13 августа (табл. 27), на одной и той же высоте

как концентрации заряженных капель, так и величины зарядов могут значительно отличаться друг от друга. Причина этих различий заключается, по-видимому, в том, что соседние облака в одно и то же время находятся в разных стадиях развития и, кроме того, они развиваются с различной интенсивностью. Средний заряд капель, как правило, уменьшается при падении из облака. В облаках имеются как положительно, так и отрицательно заряженные капли, но обычно средний заряд отрицательных капель несколько превышает средний заряд положительных. Отдельные участки ливневых дождей заметно различаются по концентрации заряженных капель и величине зарядов, однако эти различия значительно меньше, чем различия между данными для разных ливневых дождей. Спектр зарядов в искусственно вызванных ливнях из конвективных облаков практически ничем не отличается от спектра зарядов естественных ливней.

Интересно, что, несмотря на значительные заряды на каплях, напряженность электрического поля сравнительно невелика, как отмечал еще Ганн [321]. Это указывает на то, что заряды капель одного знака в значительной степени компенсируются зарядами противоположного знака, находящимися на дождевых каплях и облачных капельках.

Измерения зарядов отдельных частиц в кучево-дождевых облаках, развивающихся выше уровня изотермы 0°С, были выполнены Мак-Криди и Праудфитом [405] вблизи Флагстаффа (Аризона, США). Почти во всех случаях наблюдалась снежная и ледяная крупа и только в одном — снежные хлопья. За четыре дня полетов было получено, что в вершинах облаков при отрицательных температурах и под облаками при положительных температурах примерно до 2° С наблюдаются положительно заряженные частицы. При положительных температурах выше 2° С происходит резкая смена положительных зарядов отрицательными примерно одного и того же порядка по величине. Положительные заряды в основном не превышали тогда как большинство отрицательных зарядов не превышало Наблюдается также заметное количество частиц со сравнительно большими зарядами: Максимальный отрицательный заряд оказался равным . В один из дней при грозовой деятельности в атмосфере в ливневом облаке при температурах под ним от 2 до 4° С наблюдались максимальные положительные заряды на крупе до а в другой день при температуре под облаком около 8° С в смеси крупы с дождем максимальные положительные заряды достигали Максимальные отрицательные заряды во всех случаях наблюдений не превышали . В облаке, в котором образование крупы было вызвано искусственным образом при температуре в вершине —17,5° С, на крупе оказались весьма большие отрицательные заряды, до Это наблюдение было выполнено во время грозовой деятельности в атмосфере. Поэтому возможно, что измерения производились в неопознанном грозовом облаке.

(см. скан)

Совершенно неожиданные результаты были получены при полетах в тонких переохлажденных облаках, в которых наблюдались небольшие хлопья снега. При температурах от С на хлопьях оказались положительные заряды в пределах Под облаками при температуре 3°С были измерены весьма большие заряды в тающем снеге. Еще ниже при температурах от 11 до 13° С на каплях дождя также оказались большие отрицательные заряды: от до Это наблюдение также было выполнено в день с грозовой деятельностью. Возможно, что описанные облака являлись периферией грозового облака.

Такахаши и Хасеми [542] выполнили ряд измерений зарядов капель в облаках с помощью специального радиозонда, выпускаемого в свободный полет. Среди приведенных ими данных имеются два случая, когда зонд входил в грозовые кучево-дождевые облака с хорошо выраженными наковальнями. 11 августа 1967 г. зонд был выпущен, когдз наковальня грозового облака находилась над станцией. До высоты 8 км заряды гидрометеоров вообще не наблюдались. На этой высоте были обнаружены частицы с зарядами до которые с высотой несколько уменьшались. Слой положительно заряженных частиц простирался до высоты 14 км. Такое же наблюдение было выполнено 13 августа, но в этом случае заряды были обнаружены на меньшей высоте. В пределах 4-6 км наблюдались положительные заряды до Затем примерно с 9 км появились большие отрицательные заряды, наблюдавшиеся до высоты 15 км, соответствующей высоте радиоэхо. На высоте около 9 км отрицательные заряды достигали с высотой они уменьшались. Наблюдения Такахаши и Хасеми интересны в первую очередь следующим установленным ими фактом: в наковальнях грозовых облаков, которые имеют кристаллическое строение, могут быть не только положительные заряды, как это обычно предполагается, но и отрицательные.

Из сопоставления результатов наблюдений над зарядами гидрометеоров в грозах и кучево-дождевых облаках без гроз можно заключить, что в общем случае в грозах заряды больше, чем в ливнях без гроз. Вместе с тем в кучево-дождевых облаках смешанного строения наблюдаются весьма большие заряды, указывающие на то, что процессы электризации в них протекают весьма интенсивно. Зарядов, накопленных на гидрометеорах в ливневых облаках, достаточно для возникновения грозовых разрядов, которые, однако, не наблюдаются из-за того, что в этих облаках отсутствуют необходимые условия для эффективного разделения зарядов и создания заряженных областей достаточной плотности. В ливневых облаках заряды на гидрометеорах в значительной степени компенсируются зарядами, находящимися на облачных капельках, и зарядами противоположно заряженных гидрометеоров.

Перейдем теперь к рассмотрению результатов наблюдений над зарядами грозовых дождей на высокогорных станциях. Необходимо учесть, что, с одной стороны, вследствие большой высоты,

на которой производятся наблюдения, измеренные в этом случае заряды капель должны лучше характеризовать их значения в облаках, но, с другой стороны, высокие горы вносят большие искажения в электрические характеристики атмосферы и могут привести к заметному изменению зарядов капель.

Н. В. Красногорская [91] приводит данные об измерениях зарядов капель грозового дождя 16 июля 1954 г. в обсерватории Терскол в долине р. Азау (Эльбрус) на высоте 2140 м. Максимальная интенсивность дождя не превышала 14 мм/ч, так что, скорее всего, над обсерваторией проходила периферия грозового облака. Основная часть капель имела диаметр до 3 мм, максимальный диаметр 5,7 мм. Нулевая изотерма располагалась на высоте 3800-3900 м. Заряды капель в основном находились в пределах от до т. е. были сравнительно небольшими. Отдельные заряды достигали Средние полярные заряды капель оказались равными Примерно такое же распределение зарядов наблюдалось в ливневом дожде 28 июля. Какой-либо четкой связи между зарядами и размерами капель обнаружить не удалось.

Заряды капель дождей у поверхности земли должны претерпевать значительное изменение вследствие поглощения ионов в приземных слоях атмосферы, концентрация которых при коронирова-нии остроконечных предметов в электрическом поле грозы может быть сравнительно большой. Поэтому по зарядам капель у поверхности земли нельзя, по-видимому, однозначно судить о величине зарядов капель в грозовых облаках. Из того, что заряды капель у поверхности земли всегда меньше их значений в облаках, следует, что, как показал Симпсоч [522], ток коронирования и ток зарядов капель имеют противопоюжные знаки.

Материалов наблюдений над суммарными зарядами капель грозовых дождей и зарядами отдельных капель в разных климатических районах накоплено довольно много. Первые измерения суммарного заряда дождей были выполнены Эльстером и Гейтелем [290]. Они установили, что возможны три типа распределения суммарных зарядов при грозах: 1) все заряды отрицательные; 2) отрицательные заряды сменяются положительными; 3) положительные заряды сменяются отрицательными. В дальнейшем результаты этих наблюдений были многократно подтверждены и получены количественные данные для разных климатических районов. Некоторые из этих результатов приведены в табл. 28.

Из табл. 28 следует, что средние значения суммарных зарядов капель грозовых дождей находятся в основном в пределах от до воды, а максимальные примерно на порядок больше. Как правило, отрицательные средние суммарные заряды превышают положительные.

Симпсон [518] установил, что в Шимле (Индия) положительные заряды связаны с наиболее интенсивной частью дождей. Марвик 1426] в Новой Зеландии обнаружила, что при выпадении града положительные заряды почти полностью преобладают над отрицательными (94,6%).

Таблица 28 (см. скан) Суммарные заряды капель грозовых дождей

Банержи [221] определил, что в Колаба (Индия) общий заряд, переносимый грозовыми дождями, является отрицательным. Один грозовой дождь в среднем приносит

А. X. Филиппов [182] в Иркутске для восьми случаев грозовых ливней получил, что среднее абсолютное значение объемного заряда равно воды, а отношение суммарных зарядов составляет 6,6, т. е. наблюдается многократное превышение положительных зарядов над отрицательными.

Большое значение для характеристики электричества грозовых дождей имеют измерения зарядов отдельных капель. Данные табл. 29 позволяют сделать некоторые общие выводы. В грозовых дождях у поверхности земли всегда наблюдаются капли с зарядами обоих знаков, даже средние величины которых могут колебаться в значительной степени. Однако только Гшвенд [319], В. П. Колоколов и К. А. Семенов [85] отмечают преобладание средних положительных зарядов отдельных капель над отрицательными. Во всех остальных случаях в разных климатических районах средние отрицательные заряды капель больше положительных. Как правило, также наблюдается превышение суммарного отрицательного заряда над положительным. Это находится в согласии с данными измерений суммарных зарядов. При оценке достоверности средних необходимо учитывать, что в основном они получены из ограниченного числа случаев. Для большинства гроз средние положительные заряды капель находятся в пределах а отрицательные до . В активных грозах средние заряды значительно больше: соответственно

и от до Максимальные заряды отдельных капель могут, по-видимому, достигать значений, на порядок меньших тех, которые наблюдаются на высотах внутри грозовых облаков.

Таблица 29 (см. скан) Средние и максимальные заряды отдельных капель грозовых дождей

Ганн [323] предпринял попытку найти связь между размерами капель грозовых дождей и величиной электрических зарядов. Он пришел к выводу, что

Более полно этот вопрос был исследован Хатчинсоном и Чалмерсом [343]. Они получили, что для дождей, при которых наблюдается коронный разряд с острий, значение коэффициента в (39) может меняться в самых широких пределах. Однако среднее значение оказалось равным т. е. очень близким к значению, полученному Ганном для гроз. Из этого можно сделать вывод, что условия заряжения капель при коронировании с острий близки к условиям при грозах.

Вопрос о связи между электрическими зарядами осадков и электрическим полем был поставлен Симпсоном [522], который обнаружил, что при градиентах потенциала свыше существует «зеркальный» эффект, заключающийся в том, что знак заряда

осадков противоположен знаку электрического поля. Симпсон пытался объяснить этот эффект захватом ионов, возникающих при корони-ровании острий на поверхности земли в сильном электрическом поле. Для Кью (Англия) была получена следующая корреляционная связь между плотностью заряда и током корониро-вания с отдельного острия

где интенсивность дождя в мм/ч.

Хатчинсон и Чалмерс [343] установили, что почти всегда одновременно с каплями, заряды которых соответствуют зеркальному эффекту, имеются капли с зарядами противоположного знака. Сопоставляя заряды, вычисленные в предположении, что они образуются в результате захвата ионов, и измеренные, Хатчинсон и Чалмерс не получили ожидаемого согласия между ними. В связи с этим Ганн и Девин [329] считают, что не поле и токи коронирова-ния обусловливают заряды капель в приземных слоях воздуха, а объемный заряд капель создает электрическое поле. Действительно, сопоставляя токи конвекции и токи проводимости у поверхности земли, они пришли к выводу, что первые могут значительно превышать вторые.

Одновременные наблюдения над зарядами капель и напряженностью поля, выполненные Магоно и Ориказа [415] возле Саппоро (Япония), показали, что между ними нет какой-либо четкой связи. Наблюдаемая при грозах смесь положительно и отрицательно заряженных капель практически не зависит от напряженности поля, которое претерпевает значительные колебания в период интенсивного дождя. Магоно и Ориказа считают, что колебания поля обусловлены не грозовыми разрядами, а флуктуациями объемного заряда капель интенсивного ливня; при этом они отмечают, что сильные и частые колебания поля в ливнях и снеге наблюдаются и при отсутствии грозовых явлений.

Одновременные измерения зарядов отдельных капель, тока коронирования и напряженности электрического поля при грозах были выполнены Коббом и др. [267] на горе Уошберн (Вайоминг, США) на высоте около 3 км. Было получено, что между зарядом капель, напряженностью электрического поля и током коронирования существует весьма тесная, а в отдельные дни даже функциональная связь. В то же время обнаружился и параллелизм в ходе напряженности поля и зарядов отдельных капель.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление