Способ определения тропосферных возмущений

 

Изобретение относится к радиометеорологии . Оно может быть использовано для непрерывного слежения за координатами и направлением движения фронтальных систем, их масштабом и скоростью движения. Целью изобретения является повышение информативности и точности прогноза тропосферных возмущений По изменению характеристик во времени и пространстве фиксируют место возникновения тропосферных возмущений , их интенсивность, размеры и направление движения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ю» l63 68 (51)5 G 01 W 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я-1 Г P Я-1 2t — -„-; — b(EV)E + V - — + -- — аЕ

4 P t $ 4по (vV)E — d(EV)v = -4u G Е, — — + (vV)v

3v а. аЕ

=)gv - — + оt

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4461743/10 (22) 15.07.88 (46) 30.03.91. Бюл. У 12 (71) Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта (72) В.А.Дубровский и Н.Н.Русаков (53) 551,59.594(088.8) (56) Костыгов К.И., Кривошеин В,А, О применимости атмосфериков для получения геофизической и метереологической информации. Атмосферное электричество. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, Авторское свидетельство СССР

9 1497226, кл. С 01 V 3/08, 1987.

Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано для слежения за динамическими параметрами атмосферных фронтальных систем.

Целью изобретения является повышение информативности способа, На фиг.1 приведены примеры амплитудно-временных вариаций вертикальной компоненты электрического поля Е огибающей интенсивности низкочастотного (ОНЧ) излучения на частоте 8 кГц и вариаций атмосферного давления Р; на фиг.2 — амплитудно-временные хагде v — скорость течения воздушной среды плотности Р и вязкости 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРОПОСФЕРН11Х

ВОЗ%ЕЩЕ НИЙ (57) Изобретение относится к радиометеорологии. Оно может быть использовано для непрерывного слежения за координатами и направлением движения фронтальных систем, их масштабом и скоростью движения. Целью изобретения является повышение информативности и точности прогноза тропосферных возмущений. По изменению характеристик во времени и пространстве фиксируют место возникновения тропосферных возмущений, их интенсивность, размеры и направление движения. 3 ил. рактеристики Е», 4 P и ОНЧ-излучения на частоте 3 Гц; на фиг.3 — пример динамического спектра ОНЧ-излучения.

В основе генерации квазистатического поля E z и сопровождающего излучения может лежать механизм поляризации диэлектрической среды при ее сложном трехмерном движении. Диэлектрической средой с малой проводимостью в нашем случае является воздух. Уравнение электродинамики мы можем, пренебрегая сжимаемостью среды, записать в виде

E — напряженность электрического поля

Ь,а и d- безразмерные константы, за1638689

d Pv — — dQ. =—

dt 2

J1 v

+ Pv + -- — v.

Е -1 2

8 — Ь );D Å„dQ (3 J (rot ч) йЯ+

Е -1 2 Я-1 Е-1

+ — - aE v — — - — — - b(Ev)E ° — i)), ч rot ч; dS

1 (2) d Е-1

dt 87(1 Ь

+ -gТ. д

2 Я

J К-11Ь

Е dQ= — - Ь Е D Е йЯ. — — — 1 — 5 ) Е dQ,+

8н .1

EvdS (3) 45 г

2 к к — „Е D E dQ= (v Е rot Еl dg+ (чЕ)Š— — — Е чХ dS ° .

5 (5) висящие от электрических параметров среды.

Чтобы выяснить взаимное-. влияние течения воздушной среды и электрического поля, умножим первое из уравнегде D,„= 3 v, /3x + Э ч /Зх; ° уравнения (2) и (3) определяют изменение энергии движения среды и энергии электрического поля при взаимозависимом поведении среды и поля. Именно поверхностные интегралы в (2) и (3) характеризуют изменение энергии за счет ее приноса (выноса) через границу S в рассматриваемый элемент объема Q .Вторые объемные интегралы в (2) и (3) строго отрицательны и описывают поэтому уменьшение энергии в результате диссипации за счет вязкости и проводимости среды.

И только первые члены (объемные интегралы) справа в (2) и (3) описывают перекачку энергии между тече35 киями воздушной диэлектрической среды и электрического поля в замкнутой системе. Скорость перекачки энергии, характеризующая степень неустойчиВосТН или же генерации электрического 40 поля за счет движения среды (и наоборот), определяется величиной

Е D. Е . Отсюда следует важный вывод:

1 Г"- К е генерация (уничтожение) электрическоСледовательно, степень изменения

50 электрического поля в замкнутой системе оказывается пропорциональной

rot Е, т.е. генерация, например, наиболее легко имеет место для сильно вихревых электрических полей. Это означает, что процесс генерации

55 (уничтожения) кв азистатического электрического поля при движении диэлектрической среды неизбежно сопровожданий (1) на pv, а второе на

Е-1 Ь вЂ вЂ - — — Е и проинтегрируем по объе4ii d му g, ограниченного поверхностью

S. Тогда получаем го поля возможна только при наличии дифференцированного движения среды, поскольку в этом случае компоненты тонзора скоростей деформации D <= к

= 3v; /дх + Зчк/дх, отличны от нуля.

Генерация или уничтожение квазистатического электрического поля зависит от положительности или отрицательности интегрального значения Е;Э„Е g u определяется, следовательно, взаимной конфигурацией течения среды и электрического поля. Например, можно утверждать, что будут генерировать электрические поля, направленные вдоль собственных векторов матрицы 0;к, отвечающих положительным собственйым значением (. При этом для замкнутой системы (когда поверхностные интегралы исчезают) рост поля определяется, как это следует.из (3), уравнением ар 2 -(4) 2 — — J Е dQ= (9, d -4иб)) Е dg, (4) гдеУ = jе E dQ/ jЕ dQ.

Качественный характер генерируемого электрического поля можно оценить, воспользовавшись тождеством ется электромагнитным излучением.

Частоту такого излучения можно оценить в случае замкнутой системы, исходя из (3), (5) и уравнения Э Н/Qt +

+ crot Е = О, так с 1 d — ч.

И Е (6)

V Е ЙС где 7 — характерная величина скорости дифференцированного течения среды;

1638689 с — скорость света;

Š— интегральное значение квад2 рата напряженности электрического поля, Таким образом, частота электромагнитного излучения из области дифференцированного движения диэлектрической среды (области генерации квазистатического электрического поля) меняется со временем, Такое изменение выявляется достаточно уверенно на сонограммах, В качестве примера приведена на фиг.3 сонограмма, определяющая в каждый момент времени l5 спектр частот регистрируемых электромагнитных сигналов. Кривые, отмеченные стрелками, дают зависимость частоты от времени для некоторого сигнала. 20

Существует взаимосвязь движений диэлектрической среды (в данном случае воздушной) с генерацией квазистатического электрического поля и электромагнитного излучения. Уравне- 25 ния (4) и (6) устанавливают связь параметров движения в очаге, таких как характерная скорость V дифференцированного течения среды и характерные размеры, этого течения, со степенью роста (dE !dt)/Е квазистатиа ческого электрического поля и частотой Я электромагнитного излучения, поскольку можно утверждать, что ф V/L н Е;Р, Е k (V/L)E .При этом 35

2 поляризация электромагнитйого излучения задается направлением генерируемого квазистатического электрического поля и тем самым главными осями дифференцированного движения среды в щ очаге, а направление на очаг есть направление прихода электромагнитного излучения.

Способ прогнозирования тропосфер- 45 ных возмущений осуществляется следующим образом.

Определяют направление прихода электромагнитного излучения, что дает направление на очаг возмущения.

Место возмущения засекают по двум приемным станциям. Изменение частоты излучения со временем с помощью сонограмм (фиг.3) позволяет определить характерную скорость движения среды в очаге и интенсивность изменения генерируемого квазистатического электрического поля. По измерению поляризации электромагнитного излучения судят о главных направлениях дифференцированного движения среды в очаге.

Независимое измерение электрического поля и степени его изменения дает информацию о характерных скоростях и характерных размерах возмущений в соответствии с выражением (4).

Независимое измерение перепада давлений (фиг.1 и 2) позволяет дополнительно определять характерную скорость и тем самым точнее фиксировать интенсивность и размеры тропосферных возмущений.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения тропосферных возмущений, при котором производят непрерывный прием электромагнитного излучения в двух направлениях, пересекающихся в тропосфере, определяют зависимость амплитуды электромагнитйого излучения от час готы и обрабатывают результаты измерений, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения информативности способа, дополнительно измеряют величины атмосферного давления, вертикальной компоненты электрического поля в воздухе и поляризации электромагнитного излучения, определяют изменения измеренных величин, а при обработке результатов измерений оценивают интенсивность, размер и направление движения тропосферного возмущения.

1638689 иг часа \/Т

1 ььь!н

1 юпаьаа

19лЪ ц /а

И 0 !4 6 часвгУГ Риг. М б.jD85 от

9 !0 Н 12 15 14 6

Ч иг. 2

1638689 (58 02 С.ы ЗВ гО 8

Составитель Е.Трофимов

Техред С.Мигунова Корректор ФОсауленко

Редактор M.Öèòêèíà

Заказ 927

Тираж 270

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101