detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych - Instytut ...

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH
charakterystyk oraz parametrów, będących aktualnie wzorcem dla wykonywanych obecnie
rutynowo pomiarów. [1]
Obecnie wykorzystywane techniki detekcji i lokalizacji piorunów bazują głównie na
wykrywaniu promieniowania generowanego przez wyładowania w różnych etapach ich
przebiegu. Wyładowania atmosferyczne z różnym natężeniem, w zależności od typu i fazy
przebiegu, generują promieniowanie elektromagnetyczne i fale akustyczne w różnych
formach [125]:
• Promieniowanie elektromagnetyczne w paśmie częstotliwości radiowych,
• Promieniowanie elektromagnetyczne w paśmie częstotliwości widzialnych -
promieniowanie „optyczne”, w postaci błyskawicy.
• Fale akustyczne w postaci grzmotu.
Do detekcji i lokalizacji wyładowań atmosferycznych obecnie najszerzej wykorzystuje się
dwa pierwsze „skutki” powstawania piorunów z tym, że promieniowanie o częstotliwościach
radiowych jest wykorzystywane głównie w naziemnych systemach wykrywania wyładowań,
natomiast promieniowanie optyczne jest wykorzystywane w systemach satelitarnych. Fale
akustyczne, ze względu na ograniczony zasięg, były wykorzystywane tylko w przypadku
krótkozasięgowych systemów badawczych [3].
Promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez wyładowania atmosferyczne
ma bardzo szerokie spektrum od bardzo niskich częstotliwości rzędu kilku herców (Hz) aż do
bardzo wysokich częstotliwości rzędu gigaherców (GHz) [7]. Ze względu na tak szeroki
zakres emitowanych częstotliwości różne techniki pomiarowe wykorzystują do wykrywania
różne pasma częstotliwości. Bardziej szczegółowe rozwinięcie tego zagadnienia można
znaleźć w Podrozdziale 4.3 Detekcja wyładowań atmosferycznych.
Promieniowanie optyczne jest generowane przez wyładowania atmosferyczne w
momencie powstawania w kanale wyładowania bardzo wysokiej temperatury rzędu 24 000 K
[126], dla porównania temperatura na powierzchni Słońca wynosi ok. 5800 K [43], czyli
ponad cztery razy mniej. Na skutek bardzo wysokiej temperatury zostają pobudzone do
świecenia poszczególne atomy gazów będących składnikami atmosfery ziemskiej, czyli: azot,
tlen, wodór. Wytworzone promieniowanie rozprzestrzenia się z prędkością światła, po drodze
jest rozpraszane przez gazy, aerozole, i cząsteczki chmur w atmosferze. Najbardziej
rozpraszającym czynnikiem, ze względu na ich liczbę, są cząsteczki chmur.
Fale akustyczne są generowane ze względu na nagły wzrost temperatury w kanale
wyładowania i jego sąsiedztwie do bardzo dużych wartości. Na skutek gwałtownego wzrostu
temperatury powietrza następuje także gwałtowny wzrost jego ciśnienia. Masa powietrza
- 66 -