detekcja i lokalizacja wyładowań atmosferycznych - Instytut ...

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH
energii zgromadzonej w polu elektrostatycznym chmury burzowej podczas gwałtownego jej
odpływu z chmury z powodu wystąpienia wyładowania. Inaczej mówiąc składowa
poddźwiękowa występuje na skutek upływu ładunku poprzez wyładowanie z dużej części
chmury burzowej. Jednakże część energii poszczególnych składowych może być generowana
w wyniku procesów przypisywanych głównie przeciwnej składowej. Techniki
wykorzystujące do detekcji i lokalizacji wyładowań atmosferycznych analizę promieniowania
akustycznego to wyłącznie techniki naziemne. Polegają głównie na rejestrowaniu dzięki
mikrofonom fali akustycznej. Dane z trzech stacji pomiarowych wystarczają do
zrekonstruowania całego kanału wyładowania.
Więcej informacji o grzmocie można znaleźć w m.in. [3, 7, 126, 128]
4.2. Propagacja fal elektromagnetycznych i akustycznych w atmosferze.
W poprzednich rozdziałach opisano trzy zjawiska generowane przez wyładowania
atmosferyczne, które wykorzystuje się do ich wykrywania. Są to: promieniowanie radiowe,
promieniowanie optyczne - błyskawica i fale akustyczne - grzmot. W tym podrozdziale
zostaną opisane zagadnienia związane z propagacją tych fal w atmosferze, a więc
zagadnienia, które należy brać pod uwagę przy wykrywaniu wyładowań atmosferycznych, w
szczególności zjawiska zaburzające ich rozchodzenie się. Ośrodkiem, w którym rozchodzą się
fale wytwarzane przez pioruny jest złożony twór, jakim jest atmosfera, dlatego różne efekty
tłumienia związane są z jej różnymi warstwami. Dwie główne warstwy, w których następują
zaburzenia rozchodzenie się fal to: jonosfera i troposfera.
Jeśli chodzi o fale elektromagnetyczne, czyli – promieniowanie radiowe i optyczne,
należy uwzględniać następujące efekty [3, 68, 125]:
• Tłumienie – zmniejszanie amplitudy fali spowodowane oddalaniem się fali od źródła,
amplituda maleje w przybliżeniu proporcjonalnie jak ~1/r, gdzie r to odległość od źródła.
• Odbicia od powierzchni Ziemi – czynnik, który zależy głównie od własności gruntu i
wód graniczących z przestrzenią rozchodzenia się fal. W szczególności czynnik ten jest
ważny dla obszarów górskich lub silnie zurbanizowanych. Jest to zasadniczy problem,
który warunkuje wybór lokalizacji miejsc przeprowadzania obserwacji.
• Odbicia od jonosfery – fale elektromagnetyczne oddziałują wzajemnie z górną warstwą
atmosfery o wysokim przewodnictwie – jonosferą. Dla fal o częstotliwości mniejszej niż
tzw. częstotliwość odcięcia jonosfery (ok. 5 MHz) w wyniku tego oddziaływania
następuje odbicie fali od warstwy jonosfery. W rezultacie fale długie rozchodzą się w
przewodniku falowym utworzonym przez powierzchnię Ziemi i jonosferę, dzięki czemu
- 70 -