Сопоставление результатов регистрации различных систем грозопеленгации в Кольском регионе

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.48-52 УДК 621.311+551.594.221:551.506

А. В. Бурцев, Г. П. Фастий, В. В. Ярошевич

СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕГИСТРАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ГРОЗОПЕЛЕНГАЦИИ В КОЛЬСКОМ РЕГИОНЕ

Аннотация

В статье показаны особенности многопунктовой системы грозопеленгации Blitzortung при обнаружении молний в Мурманской области. Приведены сравнительные иллюстрации разрядов с двух систем за некоторые дни с различной грозовой активностью. Показано сходство распределения разрядов. Предложены перспективы развития грозопеленгации в регионе. Ключевые слова:

грозопеленгатор, сеть грозопеленгации, молния, распределение разрядов молнии, Кольский регион.

A. V. Burtsev, G. P. Fastiy, V. V. Yaroshevich

COMPARISON OF REGISTRATION RESULTS OF THE VARIOUS LIGHTNING DETECTION SYSTEMS IN THE KOLA REGION

Abstract

The article shows the features of Blitzortung lightning detection system for detecting lightning in the Murmansk region. Comparative illustrations of discharges from two systems for some days with different thunderstorm activity are given. Similarity of discharge distribution is shown. Prospects for the development of thunderstorm direction in the region are suggested. Keywords:

lightning detector, lightning detector network, Lightning, Lightning distribution, Kola Region.

Любая система пеленгации должна обеспечивать достаточную точность обнаружения искомого объекта. Не являются исключением и системы грозопеленгации. Например, в области электроэнергетики, обладая информацией о местах возникновения атмосферных разрядов, можно достаточно быстро находить повреждения, вызванные прямым попаданием молнии в элементы воздушных линий электропередачи. В случае накопления статистических данных по территориальному распределению молний за длительный период появляется возможность на основе этих данных проводить дополнительные молниезащитные мероприятия для объектов, расположенных в области с высокой плотностью распределения разрядов.

В настоящее время существует достаточно много систем грозопеленгации, в том числе коммерческие (Vaisala, Boltek и др.) и любительские. Коммерческие системы могут сосотоять из однопунктовых и многопунктовых грозопеленгаторов, и, как правило, предоставляют какую-то гарантированную точность обнаружения атмосферных разрядов. При этом, полученные данные о месте разряда молнии можно использовать в коммерческих

целях. Стоимость оборудования таких систем грозопеленгации достаточно высокая. Поэтому, для развитой системы грозопеленгации, охватывающей большую территорию и гарантирующей приемлемую точность, требуются серьезные финансовые вложения. В то же время, достаточно высокую популярность получила любительская система Blitzortung, состоящая из большого числа однопунктовых пеленгаторов, связанных в общую сеть. Принять участие в проекте регистрации молний может любой желающий, достаточно лишь приобрести стартовый набор электронных компонентов с примерной ценой в 250 евро, и подключить собранное устройство к серверу через интернет. Полноценное функционирование системы началось в Германии в 2012 году, когда в системе появилось достаточное число грозопеленгаторов. На данный момент сеть охватывает практически всю Европу, Азию и Северную Америку, где повсеместно установлены станции грозопеленгации системы Blitzortung. К сожалению, на данный момент в России данная система не развита. В северозападном округе России установлено лишь семь пеленгаторов этой системы, два из которых находятся в Мурманской области. Все семь установлены на подстанциях по заказу ПАО «ФСК ЕЭС»для определения места повреждения элементов ЛЭП от грозовых воздействий после аварийного отключения линий.

Принцип действия системы Blitzortung основан на методе Time-of-Arrival (ToA) [1], когда радиоволна от источника, попавшего в радиус действия точно синхронизированных между собой приемников, доходит до этих приемников, вследствие чего по времени события вычисляются координаты источника.Радиус действия такого грозопеленгатора делится на три зоны: до 150 км — уверенный прием любых атмосферных разрядов; от 150 до 500 км — хороший прием молний при наличии в радиусе других станций; от 500 до 2000 км — низкий уровень приема с вероятностью обнаружения молнии около 10-20%.

Часть зоны покрытия системы Blitzortung представлена на рис. 1 [2].

Рис. 1. Часть зоны покрытия системы Blitzortung на 1.05.2018 г.

На ней видно, что пересечение имеют зоны пеленгаторов, расположенных около г. Мурманска и п. Зеленоборского. Также есть пересечение с пеленгаторами, расположенными на территории Финляндии рядом с аэропортами Ivaloи Rovaniemi. Таким образом, образуется четырехугольник с уверенным приемом и средней точностью обнаружения. Однако при таком покрытии без мониторинга остается полностью северо-восточная, юго-восточная и восточная часть Кольского полуострова.

С 2013 года в ЦЭС КНЦ РАН ведется мониторинг грозовой активности двумя однопунктовыми грозопеленгаторами Boltek Storm Tracker [3]. Принцип действия этих пеленгаторов основан на приеме радиоволн, возникающих вследствиеразряда молнии, в диапазоне очень низких частот (ОНЧ) с помощью EH-антенны [4]. По полученным данным рассчитываются координаты разряда в полярной системе координат. При этом, в отличие от ситемыBlitzortung, пеленгатор определяет тип разряда (междуоблачный или в землю) и его полярность.Радиус действия пеленгатора по паспортным данным составляет 480 км. Следовательно, пеленгатор, установленный в г. Апатиты, полностью покрывает Кольский полуостров.

Таким образом, рассматриваемый регион охвачен, хоть и частично, двумя различными системами грозопеленгации, что подталкивает к сопоставлению данных систем. Для сравнения результатов пеленгации молний выбраны несколько дней с различной грозовой активностью. На рис. 2-4 приведено сравнение двух систем в некоторые грозовые дни.Порисункам видно, что пеленгатор Storm Tracker регистрирует большее количество разрядов и по всем направлениям в радиусе действия, а система Blitzortung крайне редко улавливает разряды на востоке Кольского полуострова, что обусловлено отсутсвием достаточного количества пеленгаторов в данном регионе. По распределению разрядов молний от 19 июля 2017 года (рис. 2) можно заметить, что сеть Blitzortung показала себя слабо, т.к. большая часть разрядов происходила именно на востоке региона.

Рис. 2. Сопоставление распределения разрядов 19.07.2017: StormTracker — слева, Blitzortung — справа

Рис. 3. Сопоставление распределения разрядов 09.08.2017: StormTracker — слева, Blitzortung — справа

Рис.4. Сопоставление распределения разрядов 18.07.2017: StormTracker — слева, Blitzortung — справа

На рис. 3 прослеживается достаточно хорошее совпадение по южному направлению. При этом, крупная группа разрядов, расположенная с западной стороны на территории Финляндии, дополнительно улавливается с помощью пеленгаторов, которые расположены на Финской стороне и упоминались ранее. Эта же группа разрядов оказалась на границе диапазона пеленгатора StormTracker, поэтому на соответсвующей карте данная группа отсутствует.

Рис. 4 показывает хорошее совпадение по южному и северному направлению. При этом видно, что пеленгатор StormTrackerзарегистрировал больше разрядов, но радиуса его действия не хватило до Архангельска и северной части Норвегии, где зарегистрированы разряды сетью Blitzortung. Стоит

отметить, что на рисунках показаны все разряды, которые способен идентифицировать пеленгатор StormTracker — междуоблачные, в землю и различной полярности.

Из сказанного следует, что для более детального сравнения двух рассматриваемых систем следует увеличить количество пеленгаторов на изучаемой территории в обеих системах. Если увеличенить число грозопеленгаторов в сети Blitzortungra Кольском полуострове, установив по одному пеленгатору такие населенные пункты, как Апатиты, Кировск, Оленегорск, Кандалакша, Полярные зори и Ловозеро, то точность определения координат разрядов молний в регионе существенно вырастет. В то же время, установка в этих же населенных пунктах пеленгаторов типа StormTracker позволит определять еще и параметры разряда. А объединение двух систем, хотя бы в пределах одного региона, позволит увидеть полноценную картину грозовой активности, что, в свою очередь, даст предпосылки к разработке молниезащитных мероприятий с учетом всех доступных параметров.

Литература

1. R. W. Klebesadel, W. Doyle Evans, E. E. Fenimore, J. G. Laros, and J. Terrell, Time-of-arrival location technique, Los Alamos Science, vol. 3, pp. 10-23, 1982.

2. A community project with free lightning maps and apps: LightningMaps.org [электронный ресурс]: The Coverage Map. URL: http://www.lightningmaps.org/extra/coverage?lang=en (дата обращения: 15.04.2018).

3. Бурцев А. В., Невретдинов Ю. М., Сытина А. Н. Опыт регистрации грозовой активности на территории Кольского полуострова // Вестник Кольского Научного Центра РАН. 2014. № 2. С. 126-133.

4. A. D. Watt, VLF Radio Engineering, Vol. 14, International series of Monographs in Electromagnetic Waves. New York: Pergamon Press, Inc., 1967.

Сведения об авторах Бурцев Антон Владимирович,

младший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.

Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А Эл. почта:a.burtsev@tehnonord.ru

Фастий Галина Прохоровна,

научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru

Ярошевич Вера Васильевна,

научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: yaroshevich_vera@mail.ru