Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

мого подхода рассмотрим на примере снижения гидрометеорологического риска поражения воздушного судна атмосферно-электрическим разрядом.

На территории России в среднем за год фиксируется около 60 случаев поражения самолетов атмосферно-электрическим разрядом (АЭР), при этом в 54 % случаев поражения различных частей летательного аппарата обнаруживалось при послеполетном осмотре.

Наибольшая опасность угрожает самолету при полетах в зонах активных грозовых облаков. Согласно действующим руководящим документам [1, 2], экипажу воздушного судна при визуальном обнаружении грозовых облаков разрешается обходить их на удалении не менее 10 км. Если полет проходит между двумя грозовыми облаками, то расстояние между ними должно быть не менее 30 км. При невозможности обхода указанных облаков на заданной высоте разрешается производить визуальный полет под облаками или выше их, согласно требований [1, 2]. При использовании бортовых и наземных радиолокационных станций разрешается обходить эти облака на удалении не менее 15 км, при пересечении фронтальной облачности с отдельными грозовыми очагами - не менее 50 км [2].

Доля поражений самолетов АЭР в этих зонах невелика и составляет несколько процентов от общего числа случаев. Длительное время случаи поражения самолетов молнией связывали с полетами в условиях развития кучево-дождевой (грозовой) облачности, которая в большинстве районов суши умеренных широт развивается в теплый период года. За последние десятилетия значительно увеличилось число случаев поражения самолетов электрическими разрядами. Анализ авиационных событий, связанных с поражением ВС электрическими разрядами, показывает, что большинство случаев отмечается в зимний и переходные периоды года. Если принять во внимание, что в летний период грозовая акти в- ность для умеренных широт в сотни раз больше, чем в холодный период, то оказывается, что вероятность поражения самолетов зимой гораздо больше, чем летом.

Такое обстоятельство подтверждает выводы, что электрические поражения самолетов молниями возможны в неконвективной облачности, т. е. в облачности слоистых форм (St, Ns, As, Sc). Этот факт в значительной степени противоречит представлениям о формировании электричества гроз и определяет необходимость пересмотра существовавших еще недавно взглядов на электрические свойства облаков слоистых форм. Подавляющее число поражений происходит в системах Ns-As, маскирующих конвективную облачность, или в слоисто-дождевых и слоисто-кучевых облаках с осадками. Статистические данные наблюдений за облаками позволили получить информацию о повторяемости форм облаков, в которых наблюдались АЭР (рис. 1).

Рис. 1. Повторяемость (%) возникновения АЭР в облаках различных форм облаков в осенне-зимний период [2]

Вероятность поражения воздушного судна АЭР напрямую связана с величиной напряженности электрического поля (Е), формирующегося в облаках данной формы. Закон распределения напряженности электрического поля в облаках данной формы подчиняется логарифмически нормальному:

86

Статистические данные для распределения напряженности электрического поля в облаках различных форм представлены в табл.

Статистические характеристики распределения максимальных значений Е [2]

По формуле (2) с использованием данных табл. 1 определяем вероятность появления напряженности электрического поля уровня Е, то есть Р2.

Степень ущерба, нанесенного ВС АЭР, пропорциональна энергии электрического поля (W), запасенной в облачном объеме. Энергия единичного элемента объема облака равна:

Т - абсолютная температура (температура в градусах Кельвина); q - удельная влажность

Вероятность ущерба воздушному судну (Р3) определяется как вероятность возникновения вредного эффекта под воздействием электрического поля с учетом распределения его напряженности, температуры, давления и влажности воздуха на эшелоне полета. Она будет пропорциональна электрической энергии, запасенной в облаках, и характеризовать тяжесть поражения ВС. При этом, как видно из формулы (3), тяжесть поражения будет зависеть от величины напряженности электрического поля и возрастать по квадратическому закону.

Таким образом, зная вероятность возникновения явления (Р1), вероятность формирования определенного уровня напряженности электрического поля в облаках данной формы, а, следовательно, и энергии воздействия на ВС (Р2), а также вероятность поражения воздушного судна при данном уровне напряженности электрического поля (энергии электрического поля) по формуле (1) можно определить величину гидрометеорологического риска.

Практика полетов показывает, что критическая напряженность электрического поля, при котором начинают проявляться действия электричества на летательный аппарат, равна 10000 В м . При этом гидрометеорологический риск поражения ВС АЭР представлен на рис.

2.

87

Рис. 2. Значение гидрометеорологического риска поражения воздушного судна АЭР при полетах в облаках различных форм

Анализ рис. 2 показывает, что, несмотря на наличие в кучево-дождевых облаках больших значений напряженности электрического поля, гидрометеорологический риск попадания в них невелик и составляет 3 % (связанно с запретом полетов в этих облаках). При этом облака слоистых форм: слоистые, слоисто-кучевые, слоисто-дождевые имеют наибольшее значение гидрометеорологического риска, что обусловлено высокой повторяемостью в них АЭР. При увеличении электрического поля в облаках свыше критических значений, величина электрической энергии, воздействующей на ВС будет возрастать, что может привести к катастрофическим последствиям. Оценку гидрометеорологического риска оперативно можно проводить с использованием метеорологических радиолокационных средств. Для этого предлагается дистанционный метод оценки электрической активности облаков и осадков, который заключается в следующем. Исследуемую область атмосферы последовательно облучают электромагнитной волной с длинной волны λ1, незатухающей при распространении в облаках и осадках, и волной с λ2, испытывающей пренебрежительно малое затухание; принимают отраженные электромагнитные сигналы от двух объемов, лежащих внутри исследуемой области, измеряют раздельно мощности электромагнитного сигнала, отраженного от первого и второго объемов, а также величину сдвига фаз между данными сигналами и по результатам измерений определяют заряд частиц облаков и осадков исследуемой области.

Метод получения информации о заряде аэрозольных частиц облаков и осадков базируется на известной из теории Максвелла - зависимости величины поглощения электромагнитной волны исследуемым объемом облачной атмосферы от электрофизических свойств аэрозольных частиц данного объема, с одной стороны. А также зависимости электрофизических свойств аэрозольных частиц от их зарядов - с другой стороны.

Вероятность обнаружения метеоцели на заданном удалении будет зависеть от следующих факторов:

-от соотношения мощности отраженного сигнала и мощности шума станции (определяется вероятностью превышения порога чувствительности МРЛ);

-от вероятности появления в облаках или осадках минимального значения радиолокационной отражаемости, регистрируемой МРЛ на заданном расстоянии;

-от высоты верхней границы облачности (определяет максимальную дальность проводимых наблюдений из-за наличия радиогоризонта).

Таким образом, вероятность обнаружения ЭАЗ будет определяться выражением:

где Робнзад (R) - заданная вероятность обнаружения метеоцели на расстоянии R, обеспечиваемая техническими характеристиками РЛС, при условии, что радиолокационная отражаемость метеоцели равна Zmin (R); Zmin (R) - минимальное значение отражаемости метеоцели,

88

ical risks

Key words: safety, risks, hydro-meteorological, atmospheric electric discharge

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

УДК 551.501.81

И.Е. Кузнецов, А.С. Белинский

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МОНИТОРИНГА МОЛНИЕОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

В статье предлагается технология построения системы для локализации молниеопасных объектов на основе их характеристик электромагнитного излучения

Ключевые слова: грозопеленгатор, грозовые очаги, грозовые разряды, радиолокационные станции, опасное метеообразование

Процессы молниеобразования сопровождают многие опасные атмосферные явления: облака, мезомасштабные конвективные комплексы, циклоны умеренных и тропических широт. Электрические процессы в облаке являются индикаторами не только его существенной микрофизической перестройки, но и предшествуют опасным явлениям погоды. Предвестниками образования опасных гидрометеорологических явлений в атмосфере можно отнести: начало развития в облаке облачных и наземных разрядов, интенсивность разрядов в единицу времени, значения амплитуды тока молний, время нарастания волны тока, знак разряда молнии, местоположение разрядов в облаке [1-3]. Поэтому информация об электрическом состоянии атмосферы играет важную роль при метеорологическом обеспечении авиационных формирований, а также любого другого потребителя. Для обнаружения гроз в мировой практике используют различные радиотехнические комплексы (радиолокационные станции (РЛС) различных диапазонов радиоволн, системы и датчики типа ALDF, LDAR, SAFIR, LIS и др.), рис. 1. Вместе с тем, методики, заложенные в них, далеко не совершенны [2].

Существующая в настоящее время в России система штормооповещения об опасных явлениях (грозы, град, ливни) погоды (ОЯП) основана на использовании метеорологических радиолокаторов различных типов [4]. В их основе лежат методики, учитывающие влияние микрофизических процессов (зарождение капель воды, замерзание водных капель) на образование ОЯП. Рост замерзших капель, образование градин, столкновение облачных частиц

90