Ağaçlar için paratonerler. Yıldırım deşarjlarının oluşumu Yıldırım akımlarının etkisi

Fırtına - nedir bu? Tüm gökyüzünü kesen şimşekler ve tehditkar gök gürültüsü nereden geliyor? Fırtına doğal bir olaydır. Şimşek adı verilen yıldırım, bulutların içinde (kümülonimbüs) veya bulutların arasında oluşabilir. Genellikle onlara gök gürültüsü eşlik eder. Şimşek şiddetli yağmur, kuvvetli rüzgarlar ve sıklıkla dolu ile ilişkilendirilir.

Aktivite

Fırtına en tehlikeli insanlardan biridir.Yıldırımın çarptığı insanlar yalnızca izole durumlarda hayatta kalır.

Gezegende aynı anda yaklaşık 1.500 fırtına yaşanıyor. Boşalmaların yoğunluğunun saniyede yüz yıldırım çarpması olduğu tahmin ediliyor.

Gök gürültülü fırtınaların Dünya üzerindeki dağılımı dengesizdir. Örneğin kıtalarda, okyanuslarda olduğundan 10 kat daha fazla var. Yıldırım deşarjlarının çoğunluğu (%78) ekvator ve tropik bölgelerde yoğunlaşmaktadır. Fırtınalar özellikle Orta Afrika'da sıklıkla kaydediliyor. Ancak kutup bölgeleri (Antarktika, Kuzey Kutbu) ve yıldırım kutupları pratikte görünmez. Fırtınanın şiddetinin gök cismi ile ilgili olduğu ortaya çıkıyor. Orta enlemlerde zirve yaz aylarında öğleden sonra (gündüz) saatlerinde meydana gelir. Ancak minimum miktar güneş doğmadan önce kaydedildi. Coğrafi özellikler de önemlidir. En güçlü fırtına merkezleri Cordillera ve Himalayalar'da (dağlık bölgeler) bulunur. Rusya'da yıllık "fırtınalı günlerin" sayısı da farklılık göstermektedir. Örneğin Murmansk'ta bunlardan sadece dördü var, Arkhangelsk'te - on beş, Kaliningrad - on sekiz, St. Petersburg - 16, Moskova - 24, Bryansk - 28, Voronej - 26, Rostov - 31, Soçi - 50, Samara - 25, Kazan ve Ekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Çita - 27, Irkutsk ve Yakutsk - 12, Blagoveshchensk - 28, Vladivostok - 13, Habarovsk - 25, Yuzhno-Sakhalinsk - 7, Petropavlovsk- Kamçatski - 1.

Fırtına gelişimi

Nasil gidiyor? yalnızca belirli koşullar altında oluşur. Nemin yukarıya doğru akışı olmalı ve parçacıkların bir kısmının buzlu, diğer kısmının sıvı halde olduğu bir yapı bulunmalıdır. Fırtınanın gelişmesine yol açacak konveksiyon birkaç durumda meydana gelecektir.

Yüzey katmanlarının eşit olmayan ısınması. Örneğin, önemli bir sıcaklık farkı olan su üzerinde. Büyük şehirlerde fırtınanın şiddeti çevredeki bölgelere göre biraz daha kuvvetli olacak.

Soğuk hava sıcak havanın yerini aldığında. Ön kongre genellikle örtü bulutları ve nimbostratus bulutlarıyla aynı anda gelişir.

Dağ sıralarında hava yükseldiğinde. Düşük rakımlar bile bulut oluşumlarının artmasına neden olabilir. Bu zorlanmış konveksiyondur.

Herhangi bir fırtına bulutu, türü ne olursa olsun mutlaka üç aşamadan geçer: kümülüs, olgunluk ve çürüme.

sınıflandırma

Bir süreliğine gök gürültülü fırtınalar yalnızca gözlem noktasında sınıflandırıldı. Örneğin ortografik, yerel ve ön kısımlara ayrıldılar. Artık gök gürültülü fırtınalar, geliştikleri meteorolojik ortamlara bağlı olarak özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. atmosferik kararsızlık nedeniyle oluşur. Gök gürültülü bulutların oluşmasının ana koşulu budur. Bu tür akışların özellikleri çok önemlidir. Güçlerine ve boyutlarına bağlı olarak sırasıyla farklı türde fırtına bulutları oluşur. Nasıl bölünmüşler?

1. Tek hücreli kümülonimbus (yerel veya kütle içi). Dolu veya fırtına etkinliği var. Enine boyutlar 5 ila 20 km, dikey boyutlar ise 8 ila 12 km arasındadır. Böyle bir bulut bir saate kadar "yaşar". Fırtınadan sonra hava neredeyse hiç değişmeden kalır.

2. Çok hücreli küme. Burada ölçek daha etkileyici - 1000 km'ye kadar. Çok hücreli küme, çeşitli oluşum ve gelişim aşamalarında olan ve aynı zamanda bir bütünü oluşturan bir grup fırtına hücresini kapsar. Nasıl inşa edilmişler? Olgun fırtına hücreleri merkezde, parçalanan hücreler merkezde bulunur ve enine boyutları 40 km'ye ulaşabilir. Küme çok hücreli gök gürültülü fırtınalar sert rüzgarlar (şiddetli ama kuvvetli değil), yağmur ve dolu üretir. Olgun bir hücrenin varlığı yarım saatle sınırlıdır, ancak kümenin kendisi birkaç saat "yaşayabilir".

3. Fırtına hatları. Bunlar aynı zamanda çok hücreli fırtınalardır. Bunlara doğrusal da denir. Katı veya boşluklu olabilirler. Buradaki rüzgarlar daha uzundur (ön kenarda). Yaklaşırken, karanlık bir bulut duvarı gibi çok hücreli bir çizgi belirir. Buradaki akışların sayısı (hem yukarı hem de aşağı) oldukça fazladır. Fırtına yapısı farklı olmasına rağmen böyle bir fırtına kompleksinin çok hücreli olarak sınıflandırılmasının nedeni budur. Bir fırtına hattı yoğun sağanak yağışlara ve büyük dolulara neden olabilir, ancak çoğunlukla güçlü aşağı yönlü hava akımları nedeniyle "sınırlanır". Genellikle soğuk bir cepheden önce meydana gelir. Fotoğraflarda böyle bir sistem kavisli bir yay şeklindedir.

4. Süper hücreli fırtınalar. Bu tür fırtınalar nadirdir. Özellikle mülk ve insan hayatı için tehlikelidirler. Bu sistemin bulutu, tek hücreli buluta benzer, çünkü her ikisi de bir yukarı çekiş bölgesinde farklılık gösterir. Fakat boyutları farklıdır. Süper hücreli bulut çok büyük - yarıçapı 50 km'ye yakın, yüksekliği - 15 km'ye kadar. Sınırları stratosferde olabilir. Şekil, tek bir yarım daire biçimli örse benzer. Yukarı doğru akışların hızı çok daha yüksektir (60 m/s'ye kadar). Karakteristik bir özellik rotasyonun varlığıdır. Tehlikeli, aşırı olayları (büyük dolu (5 cm'den fazla), yıkıcı kasırgalar) yaratan da budur. Böyle bir bulutun oluşmasındaki ana faktör çevre koşullarıdır. +27'den başlayan sıcaklıklar ve değişken yönlerde rüzgarla çok güçlü bir konvansiyondan bahsediyoruz. Bu tür koşullar troposferdeki rüzgar kaymaları sırasında ortaya çıkar. Yukarı yönlü havalarda oluşan yağış, aşağı yönlü hava bölgesine aktarılarak bulutun uzun ömürlü olması sağlanır. Yağış dengesiz dağılmıştır. Yukarıya doğru hava akımının yakınında sağanak yağışlar, kuzeydoğuya doğru ise dolu yağışı meydana geliyor. Fırtınanın kuyruğu değişebilir. O zaman en tehlikeli alan ana yukarı çekişin yanında olacaktır.

Bir de “kuru fırtına” kavramı var. Bu fenomen oldukça nadirdir ve musonların karakteristik özelliğidir. Böyle bir fırtınada yağış olmaz (yüksek sıcaklığa maruz kalma sonucu buharlaşarak ulaşmaz).

Hareket hızı

İzole bir fırtına için bu hız yaklaşık 20 km/saattir, bazen daha hızlıdır. Soğuk cephelerin aktif olması durumunda hızlar 80 km/saat'e ulaşabilir. Pek çok fırtınada eski fırtına hücrelerinin yerini yenileri alır. Her biri nispeten kısa bir mesafe (yaklaşık iki kilometre) kat ediyor, ancak toplamda mesafe artıyor.

Elektrifikasyon mekanizması

Şimşeklerin kendileri nereden geliyor? bulutların etrafında ve onların içinde sürekli hareket ediyor. Bu süreç oldukça karmaşıktır. Olgun bulutlarda elektrik yüklerinin çalışmasını hayal etmenin en kolay yolu. İçlerinde dipol pozitif yapı hakimdir. Nasıl dağıtılır? Pozitif yük en üstte, negatif yük ise onun altında, bulutun içinde bulunur. Ana hipoteze göre (bu bilim alanı hala çok az araştırılmış sayılabilir), daha ağır ve daha büyük parçacıklar negatif olarak yüklenirken, küçük ve hafif olanlar pozitif bir yüke sahiptir. Birincisi ikincisinden daha hızlı düşer. Bu, uzay yüklerinin uzaysal olarak ayrılmasına neden olur. Bu mekanizma laboratuvar deneyleriyle doğrulanmıştır. Buz taneleri veya dolu parçacıkları güçlü yük aktarımına sahip olabilir. Büyüklük ve işaret, bulutun su içeriğine, hava sıcaklığına (ortam) ve çarpışma hızına (ana faktörler) bağlı olacaktır. Diğer mekanizmaların etkisi göz ardı edilemez. Boşalmalar, yer ile bulut (veya nötr atmosfer veya iyonosfer) arasında meydana gelir. İşte tam bu sırada gökyüzünde şimşeklerin kesildiğini görüyoruz. Veya yıldırım. Bu sürece yüksek sesli çınlamalar (gök gürültüsü) eşlik eder.

Fırtına karmaşık bir süreçtir. Bunu incelemek onlarca yıl, hatta belki de yüzyıllar alabilir.

Ağaçlar genellikle yıldırım çarpmalarının hedefi haline gelir ve bu bazen çok ciddi sonuçlara yol açar. Yıldırım çarpmasının hem ağaçlar hem de yakınlarında yaşayan insanlar için tehlikelerinden ve bu olaydan kaynaklanan riskleri nasıl azaltabileceğinizden bahsedeceğiz.

Yıldırım nereye düşer?

Dünyanın büyük bir kısmı için fırtınalar oldukça yaygındır. Aynı zamanda, Dünya üzerinde yaklaşık bir buçuk bin fırtına kasıp kavuruyor. Örneğin Moskova'da her yıl 20'den fazla fırtınalı gün yaşanıyor. Ancak bu doğal fenomenin aşina olmasına rağmen, gücü şok etmekten başka bir şey yapamaz. Ortalama yıldırım akımı yaklaşık 100.000 volttur ve akım 20.000-50.000 amperdir. Yıldırım kanalının sıcaklığı 25.000 – 30.000 °C’ye ulaşır. Yıldırımın binalara, ağaçlara veya insanlara çarpması ve elektrik yükünü yayması çoğu zaman felaketle sonuçlanan sonuçlara yol açması şaşırtıcı değildir.

Yıldırımın bir bina, direk veya ağaç gibi tek bir yer nesnesine çarpması oldukça nadir bir olay olmasına rağmen, devasa yıkıcı gücü, fırtınaları insanlar için en tehlikeli doğa olaylarından biri haline getirir. Böylece, istatistiklere göre kırsal bölgelerdeki her yedinci yangın, yıldırım çarpması nedeniyle çıkıyor; doğal afetlerden kaynaklanan kayıtlı ölüm sayısı açısından yıldırım, selden sonra ikinci, ikinci sırada yer alıyor.

Yıldırım nedeniyle yerdeki nesnelere (ağaçlar dahil) zarar verme olasılığı çeşitli faktörlere bağlıdır:

• bölgedeki fırtına faaliyetinin yoğunluğu hakkında (iklim özellikleriyle ilgili);
• nesnenin yüksekliğine göre (ne kadar yüksek olursa, yıldırım çarpması olasılığı o kadar artar);
• nesnenin ve onun altındaki toprak katmanlarının elektrik direncinden (nesnenin ve altındaki toprak katmanlarının elektrik direnci ne kadar düşükse, yıldırım çarpması olasılığı da o kadar yüksek olur).

Yukarıdakilerden, ağaçların neden sıklıkla yıldırım hedefi haline geldiği açıktır: Bir ağaç genellikle rölyefin baskın yükseklik unsurudur; düşük elektrik direnciyle toprağın derin katmanlarına bağlanan neme doymuş canlı ahşap, genellikle iyi topraklanmış bir alanı temsil eder. doğal paratoner.

Moskova bölgesinin bazı yerleşim yerlerinde fırtına etkinliği

Yerellik	Fırtınaların yıllık ortalama süresi, saat	1 km² başına yıldırım çarpmasının özgül yoğunluğu	Fırtına aktivitesinin genel özellikleri
Volokolamsk	40–60	4	yüksek
Istra	40–60	4	yüksek
Yeni Kudüs	40–60	4	yüksek
Pavlovski Posad	20–40	2	ortalama
Moskova	20–40	2	ortalama
Kaşira	20–40	2	ortalama

Bir ağaca yıldırım çarpması tehlikesi nedir?

Bir ağaca yıldırım düşmesinin sonuçları genellikle hem kendisi hem de yakındaki binalar için yıkıcıdır ve aynı zamanda o anda yakınlarda bulunan insanlar için de önemli bir tehdit oluşturur. Güçlü bir elektrik yükü ahşabın içinden geçtiğinde, güçlü bir ısı salınımı ve gövde içindeki nemin patlayıcı bir şekilde buharlaşması meydana gelir. Bu, yüzeysel yanıklardan veya çatlaklardan gövdenin tamamen yarılmasına veya ağacın yanmasına kadar değişen şiddette hasara neden olur. Bazı durumlarda, gövde içinde önemli mekanik hasarlar meydana gelir (boyuna çatlaklar veya ahşabın yıllık halkalar boyunca bölünmesi), bunlar dış muayene sırasında pratik olarak görünmez, ancak yakın gelecekte ağacın düşme riskini önemli ölçüde artırır. Çoğu zaman, bir ağacın köklerinde ciddi, ancak görsel incelemede fark edilmeyen hasarlar meydana gelebilir.

Yıldırım hasarı ağacın anında tahrip olmasına veya ölümüne yol açmazsa, aldığı geniş çaplı yaralanmalar çürüme, damar hastalıkları gibi tehlikeli hastalıkların gelişmesine neden olabilir ve zayıflamış bitki kök zararlıları için kolay bir av haline gelir. Bu, ağacın güvensiz hale gelmesine veya kurumasına neden olabilir.

Ağaçlara (canlı olanlar dahil) yıldırım çarpması sıklıkla yangınların yakındaki binalara yayılmasına neden olur. Bazen üzerine bir paratoner takılı olsa bile, bir ağaçtan gelen yan akıntı binanın duvarına iletilir. Son olarak, etkilenen ağacın elektrik potansiyeli toprağın yüzey katmanlarına yayılır ve bu da bunun bir binaya taşınmasına, yer altı tesislerine zarar vermesine veya insanların veya evcil hayvanların elektrik çarpmasına neden olabilir.

Ağaca yıldırım çarpması, herhangi bir acil durum meydana gelmese bile ciddi maddi hasara neden olabilir. Sonuçta, böyle bir ağacın güvenliğini değerlendirmek, ona özel bakım yapmak, hatta kurumuş veya umutsuzca hastalıklı bir ağacın basit bir şekilde çıkarılması, önemli maddi maliyetlerle ilişkilendirilebilir.

Bazen üzerine bir paratoner takılı olsa bile, bir ağaçtan gelen yan akıntı binanın duvarına iletilir.

Mevzuat sorunları

Bu nedenle, özellikle değerli ağaçların (peyzaj kompozisyonlarının merkezi olan, tarihi ve nadir) veya konutların yakınında büyüyen ağaçların yıldırımdan korunması pratik olarak haklı gösterilebilir. Ancak ülkemizde ağaçların yıldırımdan korunmasını öngören veya düzenleyen düzenleyici çerçeve tamamen yoktur. Bu durum, kentleşmiş bir çevrede yıldırımın ağaçlara vereceği zararla ilgili risklerin yeterli bir şekilde değerlendirilmesinden çok, yerel düzenleyici çerçevenin eylemsizliğinin bir sonucudur.

Yıldırımdan korunmaya yönelik mevcut ana ulusal standart 1987 yılına dayanmaktadır. Bu belgede banliyö alanlarında yıldırımdan korunmaya yönelik tutum o zamanın gerçeklerini ve konumlarını yansıtmaktadır: çoğu banliyö binasının maddi değeri düşüktü ve devletin çıkarları özel mülkiyetten ziyade kamu mülkiyetini korumaya odaklanmıştı. Ek olarak, iç standartların derleyicileri, banliyö konutlarının inşası sırasında inşaat kurallarına ve düzenlemelerine uyulduğu varsayımından hareket etmiştir, ancak bu her zaman böyle değildir. Özellikle ağaç gövdesinden binanın duvarına kadar olan minimum mesafe en az 5 m olmalıdır Banliyö inşaatının gerçeklerinde evler genellikle ağaçlara yakın konumdadır. Üstelik bu tür ağaçların sahipleri, kural olarak, bunların kaldırılmasını kabul etmekte isteksizdir.

Diğer ülkelerde yıldırımdan korunmaya yönelik standartlar vardır: örneğin, Amerika - ANSI A 300 Parça 4 veya İngiliz – İngiliz Standardı 6651 aynı zamanda ağaçların yıldırımdan korunmasını da düzenlemektedir.

Ağaç gövdesinden binanın duvarına kadar olan minimum mesafe en az 5 m olmalıdır.

Korumaya ne zaman ihtiyaç duyulur?

Hangi durumlarda bir ağaç için yıldırımdan korunmayı düşünmek mantıklıdır? Böyle bir kararın tavsiye edilebileceği faktörleri listeliyoruz.

Ağaç açık alanlarda büyür veya komşu ağaçlardan, binalardan, yapılardan ve kabartma unsurlardan belirgin şekilde daha yüksekte büyür. Yüksekliği daha yüksek olan nesnelere daha sık yıldırım çarpmaktadır.

Fırtına aktivitesinin yüksek olduğu bir alan. Yüksek fırtına sıklığıyla birlikte ağaçlara (ve diğer nesnelere) zarar verme olasılığı artar. Fırtına aktivitesinin temel özellikleri, yıllık ortalama fırtına saatlerinin yanı sıra, dünya yüzeyinin zemine düşen ortalama spesifik yıldırım çarpması yoğunluğunun (1 km² başına ortalama yıllık yıldırım çarpması sayısı) olmasıdır. İkinci gösterge, bir nesneye (ağaç dahil) yıllık olarak beklenen yıldırım hasarı sayısını hesaplamak için kullanılır. Örneğin, ortalama fırtına süresinin yılda 40-60 saat olduğu bir bölgede (özellikle Moskova bölgesinin bazı bölgelerinde), 25 m yüksekliğinde bir ağacın her 20 yılda bir zarar görmesi beklenebilir.

Sahanın rezervuarlara yakın konumu, yer altı kaynakları, sahadaki yüksek toprak nemi . Bu düzenleme, yıldırımın ağaca çarpma riskini daha da artırır.

Uzun ağaç binadan üç metre veya daha az uzakta büyüyor. Ağacın bu düzeni yıldırım çarpması olasılığını etkilemez. Ancak binaların yakınında bulunan ağaçların zarar görmesi hem binaların kendisi hem de içindeki insanlar için önemli tehditler oluşturmaktadır. Aynı zamanda yandan boşalmanın binaya zarar verme riski artar; ağaç düştüğünde çatının hasar görmesi riski çok yüksektir; tutuşması halinde yangın binaya yayılabilir.

Ağaç dalları binanın çatısına asılır, duvarlarına, kanopilerine, oluklarına veya cephenin dekoratif elemanlarına dokunur. Bu durumda binanın zarar görmesi, yangın çıkması ve deşarjın eve geçmesi riski de artar.

Ağaç, sık sık veya düzenli olarak yıldırım çarpmasına maruz kalan bir türdür . Bazı ağaç türlerinin yıldırım çarpması ihtimali diğerlerine göre daha fazladır. Meşe ağaçlarına en çok yıldırım çarpıyor.

Bir binanın yanında büyüyen bir ağacın kökleri, eve giden yeraltı temelleri veya tesisatlarla temas edebilir.. Bu durumda, bir ağaca yıldırım çarptığında, deşarjın binaya “taşınması” veya iletişimde hasar (örneğin, sulama sistemi ve elektrik ağlarının sensörleri) olasılığı artar.

Binaların yıldırımdan korunma uzmanları, bağımsız bir paratoner kurulmasını tavsiye ederken, 3 ila 10 m mesafede bir paratoner ve iniş iletkeni kurmak için uygun yüksekliğe ve diğer parametrelere uygun ağaçlar bulunmaktadır.. Ayrı bir direk takmak oldukça pahalı olabilir. Birçok kır evi sahibi için bu tür direkler estetik açıdan da kabul edilemez. Ve son olarak, yapımı sırasında ağaç köklerine zarar vermeyecek veya gergi telleri insanların hareketini engellemeyecek şekilde bir orman alanına direk yerleştirmek çok zor olabilir.

Belirli türlerdeki korunmasız ağaçların zarar görme duyarlılığı
(standarttan ANSI A 300, Parça 4)

Çalışma prensibi

Yıldırımdan korunma sisteminin çalışma prensibi, yıldırım deşarjının paratoner tarafından “kesilmesi”, iniş iletkeni tarafından güvenli bir şekilde gerçekleştirilmesi ve topraklama kullanılarak toprağın derin katmanlarına iletilmesidir.

Ağaç yıldırımdan korunma sisteminin bileşenleri şunlardır: bir hava terminali (bir veya daha fazla), bir havai iniş iletkeni, bir yeraltı iniş iletkeni ve birkaç topraklama çubuğu veya plakasından oluşan bir topraklama sistemi.

Kendi yıldırımdan korunma planlarımızı geliştirirken, binaların ve yapıların yıldırımdan korunmasına yönelik yerel standartlar ile ağaçların yıldırımdan korunmasına ilişkin Batı standartlarını birleştirme ihtiyacıyla karşı karşıya kaldık. Böyle bir kombinasyona duyulan ihtiyaç, mevcut ulusal standartların ağaçlara yıldırımdan korunma sistemlerinin kurulmasına ilişkin tavsiyeler içermemesi ve eski düzenlemelerin ağacın sağlığını tehdit eden talimatlar içermesinden kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda sistemin bir ağaca montajı, kurulum ve bakım esasları hakkında ayrıntılı bilgi içeren Amerikan standardı ANSI A 300, sistemin elektriksel güvenliği konusunda yerli standartlara göre daha düşük gereksinimlere sahiptir.

Yıldırımdan korunma bileşenleri bakır veya paslanmaz çelikten yapılmıştır. Bu durumda korozyonu önlemek amacıyla iletken elemanlar arasındaki tüm bağlantı ve temaslarda seçilen malzemelerden yalnızca biri kullanılır. Ancak bakır kullanıldığında bronz sabitleme elemanlarının kullanımına izin verilir. Bakır bileşenler daha pahalıdır ancak daha fazla iletkenliğe sahiptir, bu da bileşenlerin daha küçük, daha az görünür olmasını sağlar ve sistem kurulum maliyetlerini azaltır.

İstatistiklere göre kırsal bölgelerdeki her yedinci yangın, yıldırım çarpması nedeniyle çıkıyor; doğal afetlerden kaynaklanan kayıtlı ölüm sayısı açısından yıldırım, selden sonra ikinci, ikinci sırada yer alıyor.

Sistem bileşenleri

Paratoner, ucu kapalı metal bir borudur. İniş iletkeni paratonerin içine girer ve ona cıvatalarla bağlanır.

Yayılan taçlı ağaçlar için ek akım toplayıcılar gerekli olabilir, çünkü bu durumda yıldırım deşarjı paratonerden uzaktaki dallara veya tepelere çarpabilir. Bir ağacın metal kablolara dayalı mekanik bir dal destek sistemi varsa, yıldırımdan korunma yapılırken de topraklanmalıdır. Bunu yapmak için, bir cıvata kontağı kullanılarak ona ek bir akım iletkeni bağlanır. Bakırın galvanizli kablo ile doğrudan temasının korozyona yol açması nedeniyle kabul edilemez olduğu dikkate alınmalıdır.

Paratonerlerden gelen iniş iletkenleri ve ek kontaklar, özel sıkıştırma kontakları veya cıvatalı bağlantılar kullanılarak bağlanır. ANSI A 300 standardına uygun olarak ağaçların yıldırımdan korunması için çeşitli örgülerden masif çelik kablolar formundaki iniş iletkenleri kullanılmaktadır. Ulusal standartlara uygun olarak bakır iniş iletkeninin minimum etkin kesiti 16 mm², çelik iniş iletkeninin minimum etkin kesiti 50 mm'dir. İletkenleri ahşaptan döşerken keskin kıvrımlardan kaçınmak gerekir. 900°'den daha az bir açıyla iniş iletkeni bükümleri kabul edilemez; kıvrımın eğrilik yarıçapı 20 cm'den az olmamalıdır.

İniş iletkenleri, gövdenin ahşap kısmına birkaç santimetre gömülen metal kelepçeler kullanılarak gövdeye bağlanır. Kelepçelerin malzemesi iniş iletkenine bağlandığında temas korozyonuna yol açmamalıdır. İletkenleri tel ile ağaca bağlayarak sabitlemek mümkün değildir, çünkü gövdenin radyal büyümesi halka yaralanmalarına ve ağacın kurumasına neden olacaktır. Aşağı iletkenlerin gövde yüzeyine (zımbalarla) sert bir şekilde sabitlenmesi, bunların gövdeye doğru büyümesine yol açacak, sistemin dayanıklılığını ve güvenliğini azaltacak ve gövdenin kapsamlı çürümesinin gelişmesine yol açacaktır. Sistemi sabitlemek için en uygun seçenek dinamik kelepçelerin takılmasıdır. Bu durumda gövde çapı arttıkça ahşap dokunun basıncıyla kablolu tutucular otomatik olarak çubuğun ucuna doğru bastırılır. Kelepçelerin pimlerinin ahşaba birkaç santimetre derinleştirilmesinin ve ardından bunların kısmen ahşapla kaplanmasının pratikte ona herhangi bir zarar vermediğini unutmayın.

İniş iletkenleri gövdeden tabanına kadar iner ve hendeğe gömülür.

ANSI A 300 standardına göre iniş iletkeninin yeraltı kısmı için minimum hendek derinliği 20 cm'dir Hendek, maksimum kök sayısı korunarak manuel olarak kazılır. Kök hasarının özellikle istenmediği durumlarda hendek inşa etmek için özel ekipman kullanılmalıdır. Örneğin hava bıçağı, ağaç gövdesi bölgesinde kazı çalışması yapmak için tasarlanmış bir kompresör aracıdır. Güçlü, odaklanmış bir hava akımı kullanan bu cihaz, en ince ağaç köklerine bile zarar vermeden toprak parçacıklarını ortadan kaldırabilir.

Topraklama cihazının tipi ve parametreleri ile iniş iletkeninin ona kadar uzanması gereken mesafe toprağın özelliklerine göre belirlenir. Bunun nedeni, darbe topraklama direncini gerekli seviyeye - topraklama elektrodundan bir elektrik akımı darbesinin yayılmasına karşı elektriksel direnç - azaltma ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Ulusal standartlara göre insanların düzenli olarak ziyaret ettiği yerlerde bu direncin 10 ohm'u geçmemesi gerekmektedir. Topraklama direncinin bu değeri, yeraltı iniş iletkeninden ve toprak elektrodundan toprak yüzeyine giden akımın kıvılcım arızalarını hariç tutmalı ve dolayısıyla elektrik akımının insanlara, binalara ve iletişimlere zarar vermesini önlemelidir. Topraklama şemasının seçimini belirleyen ana toprak göstergesi toprak direncidir - içinden akım geçtiğinde 1 m³ toprağın iki yüzü arasındaki direnç.

Toprağın direnci ne kadar yüksek olursa, elektrik yükünün güvenli akışını sağlamak için topraklama sistemi de o kadar kapsamlı olmalıdır. Direnci düşük olan topraklarda - 300 Ohm'a kadar (tın, kil, sulak alanlar), kural olarak, bir iniş iletkeni ile birbirine bağlanan iki dikey topraklama çubuğundan oluşan bir topraklama sistemi kullanılır. Çubuklar arasında en az 5 m mesafe bırakılır, çubukların uzunluğu 2,5-3 m, çubuğun üst ucu 0,5 m girintilidir.

Özdirenç değeri yüksek olan topraklarda (kumlu tınlı, kumlu, çakıllı) çok ışınlı topraklama sistemleri kullanılmaktadır. Olası topraklama derinliğini sınırlandırırken topraklama plakaları kullanılır. Topraklama güvenilirliğinin incelenmesi ve test edilmesi kolaylığı için, topraklama elemanlarının üzerine küçük kuyular yerleştirilir.

Toprak direnci sabit bir değer değildir; değeri büyük ölçüde toprak nemine bağlıdır. Bu nedenle kurak mevsimde topraklamanın güvenilirliği azalabilir. Bunu önlemek için çeşitli teknikler kullanılmaktadır. İlk olarak sulama alanına mümkün olduğunca topraklama çubukları yerleştirilir. İkinci olarak, çubuğun üst kısmı toprak yüzeyinin 0,5 m altına gömülür (toprağın üst 0,5 m'si kurumaya en yatkındır). Üçüncüsü, gerekirse, doğal bir nem tutucu bileşen olan toprağa bentonit eklenir. Bentonit, gözenek alanı nemi iyi tutan ve toprak nemini stabilize eden küçük kolloidal mineral kil parçacıklarıdır.

Düşük elektrik direnciyle toprağın derin katmanlarına bağlanan neme doymuş canlı ahşap, genellikle iyi topraklanmış bir doğal paratoner iletkenini temsil eder.

Yaygın hatalar

Evsel uygulamada ağaçların yıldırımdan korunması nadiren kullanılır ve yine de uygulandığı durumlarda tasarımında bir takım ciddi hatalar yapılır. Bu nedenle, kural olarak, metal çubuklar, tel veya metal halkalar kullanılarak bir ağaca sabitlenen paratoner olarak kullanılır. Bu sabitleme seçeneği, gövdede ciddi halka şeklinde yaralanmalara yol açar ve bu da zamanla ağacın tamamen kurumasına neden olur. Bir iniş iletkeninin bir ağaç gövdesine doğru büyümesi de belirli bir tehlike oluşturur ve bu da gövdede geniş açık uzunlamasına yaraların ortaya çıkmasına neden olur.

Ağaçlara yıldırımdan korunma kurulumu elektrikçiler tarafından gerçekleştirildiğinden, bir ağaca tırmanmak için genellikle ağaçta ciddi yaralanmalara neden olan metal sivri uçlu botlar (krampon) kullanırlar.

Ne yazık ki, ağaç tepesinin özellikleri de göz ardı ediliyor: Kural olarak, geniş taçlı çok tepeli ağaçlara birkaç paratoner takma ihtiyacı dikkate alınmıyor; ağacın dallanmasında yapısal kusurlar da dikkate alınmıyor. Bu durum çoğunlukla paratoner takılıyken üst kısmın kırılmasına ve düşmesine neden olur.

Ağaçların yıldırımdan korunması yaygın bir uygulama olarak adlandırılamaz. Orta derecede fırtına aktivitesi olan bölgelerde bunun uygulanmasına yönelik endikasyonlar oldukça nadirdir. Ancak ağaçların yıldırımdan korunmasının gerekli olduğu durumlarda bunun doğru uygulanması son derece önemlidir. Bu tür sistemleri tasarlarken ve kurarken, yalnızca paratonerin güvenilirliğini değil, aynı zamanda korunan ağaç için sistemin güvenliğini de dikkate almak önemlidir.

Yıldırımdan korunmanın nihai güvenilirliği hem malzemelerinin, kontaklarının ve topraklamasının doğru seçimine hem de ağacın stabilitesine bağlı olacaktır. Sadece taç yapısının özellikleri, radyal büyüme ve ağacın kök sisteminin konumu dikkate alınarak güvenilir ve ağaca tehlikeli yaralanmalara neden olmayan ve dolayısıyla yaratmayan bir yıldırımdan korunma sistemi oluşturmak mümkündür. yakınlarda yaşayan insanlar için gereksiz riskler.

Rusya Federasyonu Eğitim Bakanlığı
Kazan Devlet Üniversitesi
Coğrafya ve Ekoloji Fakültesi
Meteoroloji, Klimatoloji ve Atmosfer Ekolojisi Bölümü
P'de fırtına etkinliğiredkamye
Ders çalışması
3. sınıf öğrencisi, gr. 259 Khimchenko D.V.

Bilimsel danışman Doçent Tudriy V.D. ________
Kazan 2007
İçerik

giriiş
1. Fırtına etkinliği
1.1. Fırtınaların özellikleri
1.2. Fırtına, insanlar ve ulusal ekonomi üzerindeki etkisi
1.3. Fırtınalar ve güneş aktivitesi
2. İlk verileri elde etme ve işleme yöntemleri
2.1. Başlangıç ​​malzemesinin elde edilmesi
2.2. Temel istatistiksel özellikler
2.3. Fırtına aktivite indekslerinin istatistiksel özellikleri
2.4. Temel istatistiksel özelliklerin dağılımı
2.5. Moda analizi
2.6. Fırtınalı gün sayısının Wolf sayılarına regresyon bağımlılığı
Çözüm
Edebiyat
Uygulamalar
giriiş

Kümülonimbus bulutlarının ve onlardan gelen yağışların tipik gelişimi, atmosferik elektriğin güçlü tezahürleriyle, yani bulutlardaki veya bulutlar ile Dünya arasındaki çoklu elektrik deşarjlarıyla ilişkilidir. Bu tür kıvılcım boşalmalarına şimşek, eşlik eden seslere ise gök gürültüsü adı verilir. Genellikle rüzgar fırtınalarında kısa süreli artışların eşlik ettiği tüm sürece fırtına denir.
Fırtınalar ülke ekonomisine büyük zarar veriyor. Araştırmalarına çok dikkat ediliyor. Örneğin, 1986-1990 yılları arasında SSCB'nin ekonomik ve sosyal gelişiminin ana yönleri. 2000 yılına kadar olan dönemde ise büyük olaylar öngörülüyordu. Bunlar arasında, ulusal ekonomi için tehlikeli olan hava olaylarının araştırılması ve gök gürültülü sağanak yağışlar ve ilgili sağanak yağışlar, dolu ve fırtınalar da dahil olmak üzere bunları tahmin etmeye yönelik yöntemlerin geliştirilmesi özel bir önem kazanmıştır. Günümüzde fırtına faaliyetleri ve yıldırımdan korunma ile ilgili sorunlara da büyük önem verilmektedir.
Fırtına etkinliğine ülkemizden ve yurt dışından çok sayıda bilim insanı katıldı. 200 yıldan fazla bir süre önce B. Franklin gök gürültülü fırtınaların elektriksel doğasını belirledi ve 200 yıldan fazla bir süre önce M.V. Lomonosov, gök gürültülü fırtınalardaki ilk elektriksel süreçler teorisini ortaya attı. Buna rağmen, fırtınalarla ilgili tatmin edici genel bir teori hala mevcut değildir.
Seçim bu konuya tesadüfen düşmedi. Son zamanlarda fırtına faaliyetlerine olan ilgi birçok faktörden dolayı artmaktadır. Bunlar arasında: fırtına fiziğinin daha derinlemesine incelenmesi, fırtına tahminlerinin iyileştirilmesi ve yıldırımdan korunma yöntemleri vb.
Bu ders çalışmasının amacı, Predkamye bölgesinin farklı dönemlerinde ve farklı bölgelerinde orajlı fırtına aktivitesinin Wolf sayıları ile dağılımının ve regresyon bağımlılığının zamansal özelliklerini incelemektir.
Kurs hedefleri
1. Gök gürültülü fırtınalı günlerin sayısını, fırtınalı fırtına aktivitesinin temel özellikleri olarak on günlük ayrıklaştırma ve güneş aktivitesinin ana özelliği olarak Wolf sayılarını içeren teknik medyada bir veri bankası oluşturun.
2. Fırtına rejiminin temel istatistiksel özelliklerini hesaplayın.
3. Fırtınalı gün sayısındaki trendin denklemini bulun.
4. Fırtınalı gün sayısı için Predkamye ve Wolf sayılarındaki regresyon denklemini bulun.
Bölüm 1. Fırtına etkinliği
1.1 Fırtınaların özellikleri

Gök gürültülü fırtınaların temel özellikleri şunlardır: fırtınalı günlerin sayısı ve fırtınaların sıklığı.
Fırtınalar özellikle tropikal enlemlerde karada yaygındır. Yılda 100-150 gün veya daha fazla fırtınanın yaşandığı alanlar var. Tropik bölgelerdeki okyanuslarda yılda yaklaşık 10-30 gün çok daha az fırtına görülür. Tropikal siklonlara her zaman şiddetli fırtınalar eşlik eder, ancak rahatsızlıkların kendisi nadiren gözlemlenir.
Yüksek basıncın hakim olduğu subtropikal enlemlerde çok daha az fırtına görülür: karada yılda 20-50 gün, denizde ise 5-20 gün fırtına görülür. Ilıman enlemlerde karada 10-30 gün, denizde ise 5-10 gün fırtına görülür. Kutup enlemlerinde fırtınalar izole bir olgudur.
Alçak enlemlerden yüksek enlemlere doğru gök gürültülü sağanak yağış sayısının azalması, sıcaklığın düşmesi nedeniyle enlemle birlikte bulutların su içeriğinin azalmasıyla ilişkilidir.
Tropik ve subtropik bölgelerde, fırtınalar çoğunlukla yağışlı mevsimde görülür. Karadaki ılıman enlemlerde, gök gürültülü fırtınaların en büyük sıklığı, yerel hava kütlelerindeki konveksiyonun güçlü bir şekilde geliştiği yaz aylarında meydana gelir. Kışın ılıman enlemlerde fırtınalar çok nadirdir. Ancak okyanus üzerinde, aşağıdan ılık suyla ısıtılan soğuk hava kütlelerinde ortaya çıkan fırtınalar, kışın maksimum görülme sıklığına sahiptir. Avrupa'nın uzak batısında (Britanya Adaları, Norveç kıyıları) kış fırtınaları da yaygındır.
Dünya üzerinde aynı anda 1.800 fırtınanın meydana geldiği ve saniyede yaklaşık 100 yıldırımın düştüğü tahmin edilmektedir. Fırtınalar dağlarda ovalara göre daha sık görülür.
1.2 Fırtına, insanlar ve ülke ekonomisi üzerindeki etkisi

Fırtına, en dikkatsiz kişinin bile fark edebileceği doğal olaylardan biridir. Tehlikeli etkileri yaygın olarak bilinmektedir. Önemli bir rol oynamalarına rağmen faydalı etkileri hakkında daha az şey biliniyor. Şu anda, gök gürültülü fırtınaları ve buna bağlı tehlikeli konvektif olayları tahmin etme sorunu, meteorolojideki en acil ve en zor sorunlardan biri gibi görünüyor. Bunu çözmedeki ana zorluklar, gök gürültülü fırtınaların dağılımının ayrıklığı ve fırtınalar ile bunların oluşumunu etkileyen çok sayıda faktör arasındaki ilişkinin karmaşıklığında yatmaktadır. Gök gürültülü fırtınaların gelişimi, zaman ve mekan açısından çok değişken olan konveksiyonun gelişimi ile ilişkilidir. Gök gürültülü fırtınaları tahmin etmek de karmaşıktır çünkü sinoptik durumu tahmin etmenin yanı sıra, rakımlardaki havanın katmanlaşmasını ve nemini, bulut katmanının kalınlığını ve yukarı yönlü hava akımının maksimum hızını da tahmin etmek gerekir. İnsan faaliyeti sonucunda fırtına faaliyetinin nasıl değiştiğini bilmek gerekir. Fırtınanın insanlar, hayvanlar ve çeşitli faaliyetler üzerindeki etkisi; Yıldırımdan korunmayla ilgili konular meteorolojiyle de ilgilidir.
Gök gürültülü fırtınaların doğasını anlamak sadece meteorologlar için önemli değildir. Laboratuvar ölçeğine kıyasla bu kadar devasa hacimlerdeki elektriksel süreçlerin incelenmesi, yüksek voltajlı deşarjların ve aerosol bulutlarındaki deşarjların doğasına ilişkin daha genel fiziksel yasaların oluşturulmasını mümkün kılmaktadır. Şimşek topunun gizemi ancak gök gürültülü fırtınalarda meydana gelen süreçlerin anlaşılmasıyla ortaya çıkarılabilir.
Kökenlerine göre gök gürültülü fırtınalar intramass ve frontal olarak ikiye ayrılır.
Kütle içi gök gürültülü fırtınalar iki türde gözlenir: sıcak dünya yüzeyine hareket eden soğuk hava kütlelerinde ve yaz aylarında aşırı ısınan topraklarda (yerel veya termal fırtınalar). Her iki durumda da, bir fırtınanın ortaya çıkması, konveksiyon bulutlarının güçlü gelişimi ve sonuç olarak atmosferik tabakalaşmanın güçlü dengesizliği ve güçlü dikey hava hareketleriyle ilişkilidir.
Ön fırtınalar öncelikle sıcak havanın ilerleyen soğuk hava tarafından yukarı doğru zorlandığı soğuk cephelerle ilişkilidir. Yaz aylarında karada genellikle sıcak cephelerle ilişkilendirilirler. Yazın sıcak bir cephenin yüzeyi üzerinde yükselen kıtasal sıcak hava çok dengesiz tabakalı olabilir, dolayısıyla cephenin yüzeyinde güçlü bir konveksiyon meydana gelebilir.
Yıldırımın aşağıdaki eylemleri bilinmektedir: termal, mekanik, kimyasal ve elektriksel.
Yıldırımın sıcaklığı 8.000 ila 33.000 santigrat dereceye ulaşır, dolayısıyla çevre üzerinde büyük bir termal etkiye sahiptir. Örneğin yalnızca ABD'de yıldırım her yıl yaklaşık 10.000 orman yangınına neden olmaktadır. Ancak bazı durumlarda bu yangınlar faydalıdır. Örneğin, Kaliforniya'da sık sık çıkan yangınlar, ormanların büyümesini uzun süredir ortadan kaldırıyor: Bunlar önemsizdi ve ağaçlara zarar vermiyordu.
Yıldırım çarpması sırasında mekanik kuvvetlerin ortaya çıkmasının nedeni, yıldırım akımının geçtiği noktada ortaya çıkan sıcaklıktaki, gaz basıncındaki ve buharlardaki keskin bir artıştır. Yani örneğin bir ağaca yıldırım düştüğünde ağacın özsuyu içinden akım geçtikten sonra gaz haline dönüşür. Üstelik bu geçiş doğası gereği patlayıcıdır ve bunun sonucunda ağaç gövdesi bölünür.
Yıldırımın kimyasal etkisi küçüktür ve kimyasal elementlerin elektrolizinden kaynaklanmaktadır.
Canlılar için en tehlikeli eylem elektriksel etkidir, çünkü bu eylem sonucunda yıldırım çarpması canlının ölümüne yol açabilir. Yıldırım, korunmasız veya zayıf korunan bina veya ekipmanlara çarptığında, bireysel nesnelerde yüksek voltaj oluşması sonucu insanların veya hayvanların ölümüne yol açar, bunun için bir kişinin veya hayvanın yalnızca onlara dokunması veya yakınında olması yeterlidir. Yıldırım, küçük fırtınalarda bile bir kişiye çarpar ve her doğrudan vuruş genellikle onun için ölümcül olur. Dolaylı bir yıldırım çarpmasından sonra kişi genellikle ölmez, ancak bu durumda bile hayatını kurtarmak için zamanında yardım gereklidir.
Orman yangınları, hasar gören elektrik ve iletişim hatları, hasar gören uçak ve uzay araçları, yanan petrol depolama tesisleri, dolu nedeniyle tahrip olan tarımsal ürünler, fırtına rüzgarları tarafından parçalanan çatılar, yıldırım çarpması nedeniyle ölen insanlar ve hayvanlar - bu, ilgili sonuçların tam bir listesi değildir. fırtına durumuyla.
Yıldırımın dünya genelinde sadece bir yılda neden olduğu hasarın milyonlarca dolar olduğu tahmin ediliyor. Bu bağlamda, yıldırımdan korunma için yeni, daha gelişmiş yöntemler ve daha doğru fırtına tahminleri geliştirilmekte ve bu da fırtına süreçlerinin daha derinlemesine incelenmesine yol açmaktadır.
1.3 Fırtınalar ve güneş aktivitesi

Bilim adamları uzun zamandır güneş-karasal bağlantıları inceliyorlar. Mantıksal olarak Güneş'i yalnızca radyant enerji kaynağı olarak değerlendirmenin yeterli olmadığı sonucuna vardılar. Güneş enerjisi atmosferde, hidrosferde ve litosferin yüzey katmanındaki çoğu fizikokimyasal olayın ana kaynağıdır. Doğal olarak bu enerji miktarındaki keskin dalgalanmalar bu olayları etkiler.
Zürihli gökbilimci R. Wolf (R. Wolf, 1816-1893), güneş aktivitesine ilişkin verilerin sistematik hale getirilmesinde rol aldı. Aritmetik ortalamada, güneş lekelerinin maksimum ve minimum sayısının (güneş aktivitesinin maksimum ve minimumları) periyodunun on bir yıla eşit olduğunu belirledi.
Leke oluşturma sürecinin minimum noktadan maksimuma doğru büyümesi keskin yükseliş ve düşüşlerle sıçramalar, kaymalar ve kesintilerle gerçekleşir. Sıçramalar sürekli büyüyor ve maksimum anında en yüksek değerlerine ulaşıyor. Noktaların ortaya çıkması ve kaybolmasındaki bu sıçramalar, görünüşe göre Dünya üzerinde gelişen etkilerin çoğundan sorumludur.
Rudolf Wolf tarafından 1849'da önerilen, güneş aktivitesinin yoğunluğunun en belirleyici özelliği Wolf sayısı veya Zürih güneş lekesi sayısı olarak adlandırılan sayıdır. W=k*(f+10g) formülüyle hesaplanır; burada f, güneş diskinde gözlemlenen nokta sayısı, g, bunların oluşturduğu grup sayısı, k, her bir gözlemci ve teleskop için elde edilen normalizasyon katsayısıdır. Wolf sayıları tarafından bulunan göreceli değerleri paylaşabilmek için. F hesaplanırken, bitişik çekirdekten bir yarı gölge ile ayrılan her çekirdek ("gölge") ve ayrıca her gözenek (yarı gölge olmayan küçük bir nokta) noktalar olarak kabul edilir. g hesaplanırken tek bir nokta ve hatta tek bir gözenek bir grup olarak kabul edilir.
Bu formülden Wolf endeksinin, güneşin güneş lekesi aktivitesinin genel karakteristiğini veren toplam bir endeks olduğu açıktır. Güneş aktivitesinin niteliksel yönünü doğrudan hesaba katmaz; Noktaların gücü ve zaman içindeki stabiliteleri.
Mutlak Wolf sayısı, yani Belirli bir gözlemci tarafından sayılan sayı, her bir güneş lekesi bir grup olarak sayılmak üzere güneş lekeleri gruplarının toplam sayısına ve hem tekli hem de güneş lekesi gruplarının toplam sayısına on sayısının çarpımının toplamı ile belirlenir. Göreceli Wolf sayısı, mutlak Wolf sayısının her gözlemci ve onun teleskopu için belirlenen bir normalizasyon faktörü ile çarpılmasıyla belirlenir.
Güneş lekelerinin sayısına ilişkin hesaplamaların başladığı 16. yüzyılın ortalarından itibaren tarihi kaynaklardan elde edilen bilgiler, geçen her ay için ortalama Wolf sayılarının elde edilmesini mümkün kıldı. Bu, o zamandan günümüze kadar olan güneş aktivite döngülerinin özelliklerini belirlemeyi mümkün kıldı.
Güneş'in periyodik aktivitesinin gök gürültülü fırtınaların sayısı ve görünüşe göre yoğunluğu üzerinde çok belirgin bir etkisi vardır. İkincisi, genellikle gök gürültüsünün eşlik ettiği, atmosferdeki gözle görülür elektrik deşarjlarıdır. Yıldırım, elektrostatik bir makinenin kıvılcım boşalmasına karşılık gelir. Fırtına oluşumu suyun yoğunlaşması ile ilişkilidir. atmosferdeki buharlar. Yükselen hava kütleleri adyabatik olarak soğutulur ve bu soğutma genellikle doyma noktasının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleşir. Bu nedenle buhar yoğunlaşması aniden meydana gelebilir, damlacıklar oluşturarak bir bulut oluşturabilir. Öte yandan buhar yoğunlaşmasının meydana gelmesi için atmosferde çekirdeklerin veya yoğunlaşma merkezlerinin varlığı gereklidir ve bunlar öncelikle toz parçacıkları olabilir.
Havanın üst katmanlarındaki toz miktarının kısmen Güneş üzerindeki güneş lekesi oluşum sürecinin yoğunluk derecesine göre belirlenebileceğini yukarıda gördük. Ayrıca güneş lekelerinin güneş diskinden geçtiği dönemlerde Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyon miktarı da artar. Bu radyasyon havayı iyonize eder ve iyonlar aynı zamanda yoğunlaşma çekirdeği haline gelir.
Bunu su damlacıklarındaki elektrik yükü kazanan elektriksel işlemler takip eder. Bu yüklere neden olan sebeplerden biri de hafif hava iyonlarının su damlacıkları tarafından adsorbe edilmesidir. Ancak bu adsorpsiyonun önemi ikincildir ve çok önemsizdir. Güçlü bir elektrik alanının etkisi altında bireysel damlaların bir jet halinde birleştiği de fark edildi. Sonuç olarak, alan gücündeki dalgalanmalar ve işaretindeki değişiklik damlacıklar üzerinde belirli bir etkiye sahip olabilir. Fırtına sırasında muhtemelen bu kadar yüksek yüklü damlacıklar oluşuyor. Güçlü bir elektrik alanı damlaların da elektrikle yüklenmesine neden olur.
Gök gürültülü fırtınaların periyodikliği sorunu Batı edebiyatında geçen yüzyılın 80'li yıllarında gündeme geldi. Zenger, Krassner, Bezold, Ridder vb. gibi birçok araştırmacı, çalışmalarını bu konuyu açıklığa kavuşturmaya adadı. Böylece Bezold, fırtınaların 11 günlük periyodikliğine ve ardından 1800-1887 için Güney Almanya için fırtına olaylarının işlenmesine işaret etti. . 25,84 günlük bir süre aldı. 1900lerde Ridder, 1891-1894 yılları arasında Ledeberg'deki gök gürültülü fırtınaların sıklığı için iki dönem buldu: 27,5 ve 33 gün. Bu dönemlerden ilki, Güneş'in kendi ekseni etrafında dönme dönemine yakındır ve neredeyse ayın tropik dönemine (27.3) denk gelir. Aynı zamanda gök gürültülü fırtınaların periyodikliğini güneş lekesi oluşum süreciyle karşılaştırmaya yönelik girişimlerde bulunuldu. Hess, İsviçre için fırtına sayısında on bir yıllık bir dönem keşfetti.
Rusya'da, D. O. Svyatsky, fırtınaların periyodikliği üzerine yaptığı çalışmalara dayanarak, geniş Avrupa Rusya'sı için sözde fırtına dalgalarının tekrarlama dönemlerinin her ikisinin de açıkça görülebildiği tablolar ve grafikler elde etti; ilki - 24 - 26'da, ikincisi - 26 - 28 gün içinde, fırtına fenomeni ile güneş lekesi aktivitesi arasındaki bağlantı da öyle. Ortaya çıkan dönemlerin o kadar gerçekçi olduğu ortaya çıktı ki, bu tür "fırtına dalgalarının" geçişini birkaç yaz ayı önceden planlamak mümkün hale geldi. Hata 1-2 günden fazla sürmez, çoğu durumda tam bir eşleşme elde edilir.
Son yıllarda Faas tarafından gerçekleştirilen fırtına faaliyeti gözlemlerinin işlenmesi, SSCB'nin Avrupa kısmının tüm bölgesi için 26 ve 13 (yarım dönem) günlük dönemlerin en sık ve yıllık olarak meydana geldiğini göstermektedir. Birincisi yine Güneş'in kendi ekseni etrafında dönüşüne çok yakın bir değerdir. Moskova'daki fırtına olaylarının güneş aktivitesine bağımlılığı üzerine araştırma, son yıllarda 1915'ten 1926'ya kadar güneş lekelerinin ve gök gürültülü fırtınaların oluşumunu dikkatle gözlemleyen A.P. Moiseev tarafından yürütüldü ve gök gürültülü fırtınaların sayısı ve yoğunluğunun şu sonuca vardığı sonucuna vardı: ortalama olarak Güneş'in merkezi meridyeninden geçen güneş lekelerinin alanıyla doğrudan uyumludur. Güneş lekelerinin sayısının artmasıyla birlikte gök gürültülü fırtınalar daha sık ve şiddetlendi ve büyük güneş lekesi gruplarının güneş diskinin ortasından geçmesiyle en büyük yoğunluğuna ulaştı. Dolayısıyla fırtına frekans eğrisinin uzun vadeli seyri ile güneş lekesi sayısı eğrisinin seyri oldukça örtüşmektedir. Moiseev daha sonra başka bir ilginç gerçeği, yani fırtınaların saatlere göre günlük dağılımını araştırdı. İlk günlük maksimum, yerel saatle 12 - 13:00 arasında gerçekleşir. Daha sonra 14-15 arası hafif bir düşüş olur, 15-16 saatte ana maksimum ortaya çıkar ve ardından eğri azalır. Büyük olasılıkla, bu olaylar hem Güneş'ten gelen doğrudan radyasyonla hem de havanın iyonlaşmasıyla ve sıcaklık değişimleriyle ilgilidir. Moiseev'in araştırmasından, fırtına aktivitesinin maksimum güneş aktivitesinin olduğu anlarda ve minimum anına yakın anlarda en yoğun olduğu ve maksimum anlarında çok daha belirgin olduğu açıktır. Bu, Betzold ve Hess'in desteklediği, fırtına frekansının minimumunun güneş aktivitesinin maksimumuyla örtüştüğü yönündeki görüşle bir şekilde çelişiyor; Faas, 1996 yılındaki fırtınaları ele alırken, büyük fırtınaların geçişiyle fırtına aktivitesinin artıp artmadığına özellikle dikkat ettiğini gösteriyor. Güneş'in merkezi meridyenindeki güneş lekeleri. 1926 yılı için olumlu bir sonuç elde edilememiş, ancak 1923 yılında olaylar arasında çok yakın bir bağlantı gözlemlenmiştir. Bu, maksimum yıllarda güneş lekelerinin ekvatora daha yakın gruplanması ve güneş diskinin görünen merkezinin yakınından geçmesiyle açıklanabilir. Bu durumda bunların Dünya üzerindeki rahatsız edici etkisinin en büyük olduğu düşünülmelidir. Pek çok araştırmacı fırtınaların diğer dönemlerini bulmaya çalıştı ancak elimizdeki materyallerden fırtına aktivitesindeki dalgalanmaları ayırt etmek hala çok zor ve herhangi bir genel model oluşturmayı mümkün kılmıyor. Her halükarda bu soru zamanla artan sayıda araştırmacının dikkatini çekmiştir.
Gök gürültülü sağanak yağışların sayısı ve şiddeti belli bir şekilde kişiye ve onun malına yansır. Dolayısıyla Budin'in aktardığı istatistiksel verilerden, yıldırım çarpmasından kaynaklanan maksimum ölümlerin Güneş'in aktivitesinde maksimum stresin olduğu yıllarda, minimumlarının ise minimum güneş lekelerinin olduğu yıllarda düştüğü açıktır. Aynı zamanda Rus ormancı Tyurin, kitlesel malzeme üzerinde yaptığı araştırmaya göre Bryansk orman bölgesindeki yangınların 1872, 1860, 1852, 183b, 1810, 1797, 1776 ve 1753 yıllarında kendiliğinden bir karaktere büründüğünü belirtiyor. Kuzey ormanlarında, ortalama 20 yıllık bir periyodikliğe de dikkat çekilebilir ve birçok durumda kuzeydeki orman yangınlarının tarihleri ​​​​aynı nedenin etkisini gösteren belirtilen tarihlerle örtüşmektedir - kurak dönemler, bazıları bunlar maksimum güneş aktivitesinin olduğu yıllara denk gelir. Fırtına faaliyetinin günlük seyri ile yıldırımdan kaynaklanan yangın sayısının günlük seyri arasında da iyi bir ilişkinin gözlemlendiği not edilebilir.
Bölüm 2. İlk verileri elde etme ve işleme yöntemleri
2.1 Başlangıç ​​materyalinin elde edilmesi

Bu çalışmada Tataristan Cumhuriyeti'nin yedi istasyonundaki fırtına aktivitesine ilişkin meteorolojik veriler kullanılmıştır: Tetyushi (1940-1980), Laishevo (1950-1980), Kazan-Opornaya (1940-1967), Kaybitsy (1940-1967), Arsk (1940). -1980), Agryz (1955-1967) ve Kazan Devlet Üniversitesi meteoroloji istasyonu (1940-1980). Veriler on günlük örneklemeyle sağlanmaktadır. Fırtına aktivitesinin indeksi olarak on yıl başına fırtınalı gün sayısı alındı. Güneş aktivitesine ilişkin aylık verilerin yanı sıra - 1940-1980 yılları arasındaki Wolf sayıları.
Belirtilen yıllara ait verilere dayanarak fırtına aktivite endekslerinin temel istatistiksel özellikleri hesaplandı.
2.2 Temel istatistiksel özellikler

Meteoroloji, atmosferik süreçlerde var olan kalıpları açıklığa kavuşturmak için analiz edilmesi gereken çok miktarda gözlemle ilgilenir. Bu nedenle, geniş gözlem dizilerini analiz etmeye yönelik istatistiksel yöntemler meteorolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Güçlü modern istatistiksel yöntemlerin kullanılması, gerçeklerin daha net bir şekilde sunulmasına ve aralarındaki ilişkilerin daha iyi keşfedilmesine yardımcı olur.
Zaman serisinin ortalama değeri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
? = ?Gi/N
nerede 1< i Varyans, verilerin ortalama değere göre dağılımını gösterir ve aşağıdaki formülle bulunur:
?І = ?(Gi - ?)2 / N, burada 1< i Standart sapma adı verilen miktar, varyansın kareköküdür.
? = ?(Gi - ?)2 / N, burada 1< i Rastgele bir değişkenin en olası değeri olan mod, meteorolojide giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Ayrıca meteorolojik büyüklükleri karakterize etmek için asimetri ve basıklık kullanılır.
Ortalama değer moddan büyükse frekans dağılımının pozitif çarpık olduğu söylenir. Ortalama moddan küçükse negatif asimetriktir. Asimetri katsayısı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır
A = ?(Gi - ?)3 / N?3, burada 1< i Asimetri katsayısı |A|?0,25 ise asimetri küçük kabul edilir. Asimetri 0,25 ise orta düzeydedir<|А|>0,5. Asimetri 0,5 ise büyüktür<|А|>1.5. |A|>1,5 ise olağanüstü derecede büyük asimetri. |A|>0 ise dağılım sağ taraflı asimetriye sahiptir; |A| ise dağılım sağ taraflı asimetriye sahiptir.<0, то левостороннюю асиметрию.
Aynı ortalama değerlere sahip frekans dağılımları için asimetriler basıklık değerinde farklılık gösterebilir
E = ?(Gi - ?)? /N?? , nerede 1< i |E|?0.5 ise basıklık küçük kabul edilir; 1?|E|?3 ise orta ve |E|>3 ise büyük. -0.5?E?3 ise basıklık normale yaklaşır.
Korelasyon katsayısı, birbiriyle ilişkili iki seri arasındaki ilişkiyi gösteren bir değerdir.
Korelasyon katsayısı formülü aşağıdaki gibidir:
R = ?((Xi-X)*(Yi-Y))/ ?x?y
burada X ve Y ortalama değerler, ?x ve ?y standart sapmalardır.
Korelasyon katsayısının özellikleri:
1. Bağımsız değişkenlerin korelasyon katsayısı sıfırdır.
2. Korelasyon katsayısı, x ve y'ye herhangi bir sabit (rastgele olmayan) terimin eklenmesiyle değişmez ve ayrıca x ve y değerlerinin pozitif sayılarla (sabitlerle) çarpılmasıyla da değişmez.
3. Korelasyon katsayısı x ve y'den normalleştirilmiş değerlere geçerken değişmez.
4. -1'den 1'e kadar değişim aralığı.
Bağlantının güvenilirliğini kontrol etmek gerekir, korelasyon katsayısı ile sıfır arasındaki farkın önemini değerlendirmek gerekir.
Ampirik R için ¦R¦vN-1 çarpımı belirli bir kritik değerden büyük çıkarsa, o zaman S güvenilirliği ile korelasyon katsayısının güvenilir olacağını (sıfırdan güvenilir bir şekilde farklı) iddia edebiliriz.
Korelasyon analizi, test sırasında gözlemlenen, ölçülen bir rastgele değişkendeki değişikliklerin öneminin (rastgele olmadığının) belirlenmesini mümkün kılar ve özellikler arasındaki mevcut bağlantıların biçimini ve yönünü belirlememize olanak tanır. Ancak ne korelasyon katsayısı ne de korelasyon oranı, değişen, etkili bir özelliğin, onunla ilişkili faktöriyel özellik değiştiğinde ne kadar değişebileceği hakkında bilgi vermez.
Bir korelasyonun varlığında bir özelliğin değerine göre başka bir özelliğin beklenen değerlerini bulmayı sağlayan fonksiyona regresyon denir. Regresyonun istatistiksel analizine regresyon analizi denir. Bu, kitle olaylarının daha yüksek düzeydeki istatistiksel analizidir. Regresyon analizi, X'e dayalı olarak Y'yi tahmin etmenizi sağlar:
Yx-Y=(Rxy* ?y*(X-X))/ ?x (2.1)
Xy-X=(Rxy* ?x*(Y-Y))/ ?y (2.2)
burada X ve Y ortalamaya karşılık gelir, Xy ve Yx kısmi ortalamalardır, Rxy korelasyon katsayısıdır.
Denklemler (2.1) ve (2.2) şu şekilde yazılabilir:
Yx=a+by*X (2.3)
Xy=a+bx*Y (2,4)
Doğrusal regresyon denklemlerinin önemli bir özelliği ortalama kare hatasıdır. Şuna benziyor:
denklem (2.3) için Sy= ?y*v1-RIxy (2.5)
denklem (2.4) için Sx= ?x*v1-RIxy (2.6)
Regresyon hataları Sx ve Sy, içinde gerçek regresyon çizgisi Yx'in (veya Xy) bulunduğu doğrusal regresyonun olası (güven) bölgesini belirlemeyi mümkün kılar; nüfus regresyon çizgisi.
Bölüm 3. Hesaplamaların analizi
3.1 Temel istatistiksel özelliklerin dağılımı

Predkamye'de yedi istasyondaki fırtınalı günlerin sayısının bazı istatistiksel özelliklerini ele alalım (Tablo 1-7). Kışın fırtınalı günlerin çok az olması nedeniyle bu çalışmada Nisan'dan Eylül'e kadar olan dönem ele alınacaktır.
Tetyushi istasyonu:
Nisan ayında on günlük ortalama değer en fazla ayın 3. on günlük döneminde görülür? = 0,20. Tüm onyıllardaki modal değerler sıfırdır, dolayısıyla fırtına aktivitesi zayıftır. Maksimum dağılım ve standart sapma 3. dekadda da gözlemleniyor mu? 2 =0,31; ? =0,56. Asimetri, ikinci on yılda A = 4,35 gibi olağanüstü büyük bir değerle karakterize edilir. Ayrıca 2. dekatta büyük bir basıklık değeri vardır: E = 17,79.
Mayıs ayında artan ısı akışı nedeniyle fırtına aktivitesi artar. Maksimum on günlük ortalama değer 3. on yılda gözlemlendi ve ne kadardı? =1.61. Tüm onyıllardaki modal değerler sıfırdır. Maksimum dağılım ve standart sapma değerleri 3. on yılda gözleniyor mu? 2 =2,59; ?=1.61. Asimetri ve basıklık değerleri ilk on yıldan üçüncü on yıla doğru azalmaktadır (ilk on yılda A = 1,23; E = 0,62; üçüncü on yılda A = 0,53; E = -0,95).
Haziran ayında ortalama on günlük değerin en yüksek değeri üçüncü on günlük dönemde ortaya çıkar? = 2,07. Dağılım ve standart sapma değerlerinde Nisan ve Mayıs aylarına göre artış var: Maksimum ikinci on yılda (? 2 = 23,37; ? = 1,84), minimum ilk on yılda (? 2 = 1,77; ? = 1,33) . İlk yirmi yılda modal değerler sıfıra eşitken, üçüncü on yılda M=2 oldu. Tüm dekadlardaki asimetri, üçüncü on yılda büyük ve pozitiftir. İlk yirmi yılda basıklık küçük değerlerle karakterize edilirken, üçüncü on yılda değeri E = 0.67'ye yükseldi.
Temmuz ayında en yüksek on günlük ortalama değer? =2.05 ikinci on yılda. İlk yirmi yıldaki modal değerler üçüncü sıfırda sırasıyla 1 ve 2'dir. Maksimum dağılım ve standart sapma değerleri ikinci on yılda gözlenir ve ne kadardır? İlk on günde minimum sırasıyla 2=3.15 ve ?=1.77 mi? Sırasıyla 2=1.93 ve?=1.39. Asimetri büyük, pozitif değerlerle karakterize edilir: ilk on yılda maksimum A = 0,95, ikinci on yılda minimum A = 0,66. İkinci ve üçüncü dekatlardaki basıklık küçüktür ve ikinci on yılda negatif bir değere sahiptir; ilk on yılda maksimum E = 1,28, ikinci on yılda minimum E = -0,21 vardır.
Ağustos ayında fırtına aktivitesi azalır. En yüksek on günlük ortalama değer ilk on günde mi gözleniyor? =1.78, en küçüğü üçüncüde mi? =0,78. Birinci ve üçüncü onyıllardaki modal değerler, ikincisinde sıfıra eşittir. Dağılım ve standart sapma değerlerinde bir azalma var: ilk on yılda maksimum (? 2 = 3,33; ? = 1,82), üçüncü on yılda minimum (? 2 = 1,23; ? = 1,11). Asimetri ve basıklık değerlerinde ilk on yıldan üçüncü on yıla kadar hafif bir artış vardır: üçüncü on yılda maksimumlar A = 1,62, E = 2,14, ikinci on yılda minimumlar A = 0,40, E = -0,82.
Eylül ayında en yüksek on günlük ortalama değer ne kadar oldu? =0,63 ayın ilk on gününde. Modal değerler sıfırdır. İlk on yıldan üçüncü on yıla kadar dağılım ve standart sapma değerlerinde azalma görülmektedir (? 2 =0,84; ? =0,92 - ilk on yılda ve ? 2 =0,11;? =0,33 - üçüncü on yılda).
Yukarıdakileri özetleyerek, mod, dağılım ve standart sapma gibi istatistiksel özelliklerin değerlerinin fırtına aktivitesindeki artışla birlikte arttığı sonucuna varıyoruz: maksimum değerler Haziran sonu - Temmuz başında gözlenir (Şekil 1).
Şekil 1
Asimetri ve basıklık, aksine, minimum fırtına aktivitesi sırasında (Nisan, Eylül) en büyük değerleri alır; maksimum fırtına aktivitesi döneminde, asimetri ve basıklık büyük değerlerle karakterize edilir, ancak Nisan ve Eylül aylarına göre daha küçüktür ( İncir. 2).
İncir. 2
Maksimum fırtına aktivitesi Haziran sonu - Temmuz başında gözlemlendi (Şekil 3).
Şek. 3
Geriye kalan istasyonları bu istasyonlarda hesaplanan istatistiksel değerler kullanılarak oluşturulan grafiklere göre analiz edelim.
Laişevo istasyonu:
Şekilde fırtınalı günlerin on günlük ortalama sayısı gösterilmektedir. Grafik, sırasıyla ?=2,71 ve ?=2,52'ye eşit olan Haziran sonu ve Temmuz ayı sonunda meydana gelen iki maksimum fırtına aktivitesinin olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda ani bir artış ve azalış da görülebilir; bu da bu bölgedeki hava koşullarının güçlü bir değişkenliğine işaret eder (Şekil 4).
Şekil 4
Mod, dağılım ve standart sapma, en büyük fırtına faaliyeti dönemine karşılık gelen Haziran sonundan Temmuz sonuna kadar olan dönemde en yüksektir. Maksimum dağılım Temmuz ayının üçüncü on gününde gözlemlendi ve ne kadardı? 2= ​​4.39 (Şekil 5).
Şekil 5
Asimetri ve basıklık en büyük değerlerini Nisan ayının ikinci on gününde alır (A = 5.57; E = 31), yani. minimum fırtına aktivitesi sırasında. Maksimum fırtına aktivitesi döneminde ise düşük değerlerle karakterize edilirler (A = 0,13; E = -1,42) (Şekil 6).
Şekil 6
Kzan destek istasyonu:
Bu istasyonda fırtına aktivitesinde yumuşak bir artış ve azalma var. Maksimum değer, ? = 2,61 mutlak değeriyle Haziran sonundan Ağustos ortasına kadar sürer (Şekil 7).
Şekil 7
Modal değerler önceki istasyonlara göre oldukça belirgindir. Haziran ayının üçüncü on gününde ve Temmuz ayının ikinci on gününde M=3'ün iki ana maksimumu gözlenir. Aynı zamanda dağılım ve standart sapma da maksimumlarına ulaşır (? 2 = 3,51; ? = 1,87) (Şekil 8).
Şekil 8
Maksimum asimetri ve basıklık Nisan ayının ikinci on gününde (A=3.33; E=12.58) ve Eylül ayının üçüncü on gününde (A=4.08; E=17.87) görülmektedir. Minimum Temmuz ayının üçüncü on gününde görüldü (A=0,005; E=-1,47) (Şekil 9).
Şekil 9
Kaybitsi istasyonu:
Haziran ayının ikinci on gününde maksimum ortalama değer = 2,79. Fırtına aktivitesinde ani bir artış ve yumuşak bir azalma gözlenmektedir (Şek. 10).
Pirinç. 10
Modal değeri maksimum değerini Haziran ayının ikinci on gününde alır M=4. Aynı zamanda dağılım ve standart sapma da maksimumdur (? 2 = 4,99; ? = 2,23) (Şekil 11).
Şekil 11
Asimetri ve basıklık, Nisan ayının ikinci on gününde (A=4.87; E=24.42) ve Eylül ayının üçüncü on gününde (A=5.29; E=28.00) olağanüstü büyük değerlerle karakterize edilir. Minimum haziran ayının ilk on gününde gözlendi (A = 0,52; E = -1,16) (Şekil 12).
Şekil 12
Arsk istasyonu:
Bu istasyonda Haziran ayının ikinci on günü ve Temmuz ayının üçüncü on günü meydana gelen iki maksimum fırtına aktivitesi gözlenmiştir? = 2,02 (Şekil 13).
Şekil 13
Maksimum dağılım ve standart sapma Haziran ayının ikinci on gününde meydana gelir ve bu da fırtına aktivitesinin ortalama değerinin maksimumuna denk gelir (? 2 = 3.97; ? = 1.99). İkinci maksimum fırtına aktivitesine (Temmuz ayının üçüncü on günü) aynı zamanda büyük dağılım ve standart sapma değerleri de eşlik etmektedir (γ2 = 3,47; δ = 1,86) (Şekil 14).
Şekil 14
Nisan ayının ilk on gününde olağanüstü derecede büyük asimetri ve basıklık değerleri vardır (A=6.40; E=41.00). Eylül ayında bu değerler de büyük değerlerle karakterize edilir (Eylül ayının üçüncü on gününde A = 3,79; E = 13,59). Minimum Temmuz ayının ikinci on günüdür (A = 0,46; E = -0,99) (Şekil 15).
Şekil 15
Agryz istasyonu:
Bu istasyondaki örneklem büyüklüğünün küçük olması nedeniyle, yıldırım aktivitesini yalnızca koşullu olarak değerlendirebiliyoruz.
Fırtına aktivitesinde ani bir değişiklik gözleniyor. Maksimum seviyeye Temmuz ayının üçüncü on gününde ulaşılır? = 2,92 (Şekil 16).
Şekil 16
Modal anlam iyi ifade edilmiştir. Mayıs ayının üçüncü on gününde, Haziran ayının üçüncü on gününde ve Temmuz ayının ikinci on gününde M=2'nin üç maksimumu gözlenir. Dağılım ve standart sapmanın her birinin iki ana maksimumu vardır; Haziran ayının ikinci on gününde ve Temmuz ayının üçüncü on gününde meydana gelir ve eşit midir? 2 =5,08; ? =2.25 ve? 2 =4,91; ?=2.22, sırasıyla (Şekil 17).
Şekil 17
Nisan ayının tüm on gününde olağanüstü derecede büyük asimetri ve basıklık değerleri vardır (A=3.61; E=13.00). İki ana minimum: Mayıs ayının ikinci on gününde (A=0,42; E=-1,46) ve Temmuz ayının ilk on gününde (A=0,50; E=-1,16) (Şekil 18).
Şekil 18
KGU istasyonu:
Ortalama değerin en yüksek değeri Haziran ayının ikinci on gününde gerçekleşmekte olup ?=1,90'dır. Ayrıca fırtına aktivitesinde yumuşak bir artış ve azalma da görülebilir (Şekil 19).
Şekil 19
Mod maksimum değerlerine Haziran ayının ikinci on gününde (M=2) ve Temmuz ayının ilk on gününde (M=2) ulaşır. Dağılım ve standart sapma en büyük değerlerini Temmuz ayının üçüncü on gününde alır (? 2 = 2,75; ? = 1,66) (Şekil 20).
Şekil 20
Nisan ve Eylül aylarında asimetri ve basıklık son derece büyük değerlerle karakterize edilir: Nisan ayının ilk on gününde - A = 6,40; E=41.00, Eylül ayının üçüncü on gününde - A=4.35; E=17.79. Minimum asimetri ve basıklık Temmuz ayının ikinci on günündedir (A = 0,61; E = -0,48) (Şekil 21).
Şekil 21
3.2 Trend analizi

Bir zaman serisinin rastgele olmayan, yavaşça değişen bileşenine trend denir.
Verilerin işlenmesi sonucunda yedi istasyonda aylık veriler için trend denklemleri elde edildi (Tablo 8-14). Hesaplamalar üç ay boyunca yapıldı: Mayıs, Temmuz ve Eylül.
Tetyushi istasyonunda uzun süredir fırtına aktivitesinde ilkbahar ve sonbahar aylarında artış, temmuz ayında ise azalma kaydedildi.
İstasyonda Mayıs ayında Laishevo'da uzun vadeli bir dönemde fırtına aktivitesinde bir artış var (b = 0,0093) ve Temmuz ve Eylül aylarında azalıyor.
Kazan-Opornaya, Kaybitsy ve Arsk istasyonlarında b katsayısı her üç ayda da pozitiftir, bu da fırtınalardaki artışa karşılık gelir.
İstasyonda Agryz, örneklem büyüklüğünün küçük olması nedeniyle fırtına aktivitesinin yoğunluğundaki değişikliklerin doğası hakkında konuşmak zor ancak mayıs ve temmuz aylarında fırtınada azalma, eylül ayında ise fırtınada artış olduğu not edilebilir. aktivite.
Kazan Devlet Üniversitesi istasyonunda Mayıs ve Temmuz aylarında b katsayısı pozitif, Eylül ayında ise eksi işaretine sahiptir.
B katsayısı istasyonda Temmuz ayında maksimumdur. Kaybitsy (b=0,0577), minimum - Temmuz ayında istasyonda. Laishevo.
3.3 Fırtınalı gün sayısının Wolf sayılarına regresyon bağımlılığının analizi

Hesaplamalar yaz aylarının merkezi ayı olan Temmuz için yapıldı (Tablo 15), dolayısıyla örneklem 1940'tan 1980'e kadar N = 40 Temmuz idi.
Uygun hesaplamaları yaptıktan sonra aşağıdaki sonuçları elde ettik:
Tüm istasyonlarda a katsayısının güven olasılığı neredeyse sıfırdır. Çoğu istasyonda b katsayısı için güven olasılığı da sıfırdan çok az farklılık gösterir ve 0,23±b?1,00 aralığında yer alır.
İstasyon hariç tüm istasyonlardaki korelasyon katsayısı. Agryz negatiftir ve r=0.5 değerini aşmaz, bu istasyonlardaki belirleme katsayısı r 2 =20.00 değerini aşmaz.
İstasyonda Agryz korelasyon katsayısı pozitif olup en büyük r=0,51, güven olasılığı r2=25,90'dır.
Çözüm

Sonuç olarak, hakkında vb..................

Gök gürültüsü bulutu nasıl oluşur?

Fırtına bulutu hakkında ne biliyorsun?

Ortalama olarak bir fırtına bulutunun çapının 20 km, ömrünün ise 30 dakika olduğuna inanılmaktadır. Çeşitli tahminlere göre yerküre üzerinde her an 1800 ile 2000 arasında fırtına bulutu bulunmaktadır. Bu, gezegende her yıl 100.000 fırtınaya karşılık geliyor. Bunların yaklaşık %10'u son derece tehlikeli hale geliyor.

Genel olarak atmosfer kararsız olmalıdır - dünyanın yüzeyine yakın hava kütleleri, daha yüksek katmanlarda bulunan havadan daha hafif olmalıdır. Bu, alttaki yüzey ve ondan gelen hava kütlesi ısındığında ve en yaygın olanı olan yüksek hava neminin varlığında mümkündür. Belki bazı dinamik nedenlerden dolayı, daha soğuk hava kütlelerinin üstteki katmanlara girmesi. Sonuç olarak, atmosferde daha sıcak ve daha nemli hava hacimleri, kaldırma kuvveti kazanarak yukarı doğru fırlar ve üst katmanlardan gelen daha soğuk parçacıklar aşağıya doğru çöker. Bu sayede dünya yüzeyinin güneşten aldığı ısı, atmosferin üst katmanlarına aktarılır. Bu konveksiyona serbest denir. Atmosfer cephelerinin olduğu bölgelerde, dağlarda, yükselen hava kütlelerinin zorlamalı mekanizması ile yoğunlaşır.

Yükselen havanın içerdiği su buharı soğuyup yoğunlaşarak bulutları oluşturur ve ısı açığa çıkar. Bulutlar yukarıya doğru büyüyerek negatif sıcaklıkların gözlemlendiği yüksekliklere ulaşır. Bazı bulut parçacıkları donar, bazıları ise sıvı kalır. Her ikisinde de elektrik yükü var. Buz parçacıkları genellikle pozitif yüke sahipken, sıvı parçacıklar genellikle negatif yüke sahiptir. Parçacıklar büyümeye devam ediyor ve yerçekimi alanına yerleşmeye başlıyor - yağış oluşuyor. Uzay yükleri birikir. Bulutun tepesinde pozitif bir yük, altında ise negatif bir yük oluşur (aslında daha karmaşık bir yapıya dikkat çekilir, 4 uzay yükü olabilir, bazen ters olabilir vb.). Elektrik alan kuvveti kritik bir değere ulaştığında, bir deşarj meydana gelir - yıldırım görürüz ve bir süre sonra ondan çıkan bir ses dalgası veya gök gürültüsü duyarız.

Tipik olarak bir fırtına bulutu, yaşam döngüsü boyunca üç aşamadan geçer: oluşum, maksimum gelişme ve dağılma.

İlk aşamada kümülüs bulutları yukarı doğru hava hareketlerinden dolayı yukarı doğru büyür. Kümülüs bulutları güzel beyaz kuleler gibi görünür. Bu aşamada yağış yok ancak yıldırım ihtimali de göz ardı edilmiyor. Bu yaklaşık 10 dakika sürebilir.

Maksimum gelişme aşamasında bulutta yukarı doğru hareketler hala devam ediyor ancak aynı zamanda buluttan yağış da düşmeye başlıyor ve güçlü aşağı doğru hareketler ortaya çıkıyor. Ve aşağıya doğru soğuyan bu yağış akışı yere ulaştığında, bir fırtına cephesi veya fırtına hattı oluşur. Maksimum bulut gelişimi aşaması, şiddetli yağmur, dolu, sık sık şimşek, fırtına ve kasırga olasılığının en yüksek olduğu zamandır. Bulutun rengi genellikle koyudur. Bu aşama 10 ila 20 dakika sürer, ancak daha uzun da olabilir.

Sonunda yağış ve aşağıya doğru hava akımları bulutu aşındırmaya başlar. Dünyanın yüzeyinde fırtına çizgisi buluttan uzaklaşarak onu sıcak ve nemli havanın besleme kaynağından keser. Yağmurun şiddeti azalıyor ancak yıldırım tehlikesi hâlâ devam ediyor.

Tamamen öngörülemezliği ve muazzam gücü nedeniyle yıldırım(yıldırım deşarjları) birçok enerji tesisi için potansiyel tehlike oluşturmaktadır. Modern bilim, konuyla ilgili büyük miktarda teorik bilgi ve pratik veri biriktirmiştir. yıldırımdan korunma ve fırtına faaliyeti ve bu, endüstriyel ve sivil enerji altyapısının yıldırımdan korunmasıyla ilgili ciddi sorunların çözülmesini mümkün kılar. Bu makalede fiziksel fırtına fenomeninin doğası ve yıldırımın davranışı, bunların bilgisi, etkili yıldırımdan korunmanın düzenlenmesi ve elektrik trafo merkezleri için entegre bir topraklama sisteminin oluşturulması için faydalı olacaktır.

Şimşek ve fırtına bulutlarının doğası

Orta enlemlerdeki sıcak mevsimde, bir siklonun hareketi sırasında, yeterli nem ve kuvvetli yukarı doğru hava akımları ile, genellikle fırtına deşarjları (yıldırım) meydana gelir. Bu doğal olgunun nedeni, gök gürültülü bulutlardaki atmosferik elektriğin (yüklü parçacıklar) büyük konsantrasyonudur; burada, yukarı yönlü hava akımlarının varlığında, yüklü parçacıkların bulutun farklı kısımlarında birikmesiyle negatif ve pozitif yüklerin ayrılması meydana gelir. Günümüzde, kapsamlı yıldırımdan korunma ve enerji tesislerinin topraklanmasının tasarımı ve oluşturulması üzerinde doğrudan etkisi olan en önemli faktörler olarak atmosferik elektrik ve fırtına bulutlarının elektrifikasyonu ile ilgili çeşitli teoriler bulunmaktadır.

Modern kavramlara göre, bulutlarda yüklü parçacıkların oluşumu, Dünya'nın yakınında negatif yüke sahip bir elektrik alanının varlığıyla ilişkilidir. Gezegenin yüzeyine yakın elektrik alan şiddeti 100 V/m'dir. Bu değer hemen hemen her yerde aynıdır ve ölçümlerin zamanına ve yerine bağlı değildir. Dünyanın elektrik alanı, atmosferik havada sürekli hareket halinde olan serbest yüklü parçacıkların varlığından kaynaklanır.

Örneğin 1 cm3 havada 600'den fazla pozitif yüklü parçacık ve bir o kadar da negatif yüklü parçacık bulunur. Dünyanın yüzeyinden uzaklaştıkça havadaki yüklü parçacıkların yoğunluğu keskin bir şekilde artar. Yere yakın yerlerde havanın elektriksel iletkenliği ihmal edilebilir düzeydedir, ancak zaten 80 km'nin üzerindeki yüksekliklerde elektriksel iletkenlik 3.000.000.000 (!) kat artar ve tatlı suyun iletkenliğine eşit hale gelir. Bir benzetme yaparsak, ilk yaklaşım olarak gezegenimizi top şeklindeki devasa bir kapasitöre benzetebiliriz.

Bu durumda Dünya'nın yüzeyi ve dünya yüzeyinden seksen kilometre yükseklikte yoğunlaşan hava tabakası örtü olarak alınır. Atmosferin 80 km kalınlığındaki elektrik iletkenliği düşük olan kısmı yalıtkan görevi görüyor. Sanal bir kapasitörün plakaları arasında 200 kV'a kadar bir voltaj ortaya çıkar ve akım 1.400 A'ya kadar çıkabilir. Böyle bir kapasitörün inanılmaz bir gücü vardır - yaklaşık 300.000 kW (!). Gezegenin elektrik alanında, dünya yüzeyinden 1 ila 8 kilometre yükseklikte, yüklü parçacıklar yoğunlaşır ve elektromanyetik ortamı kötüleştiren ve enerji sistemlerinde darbe gürültüsünün kaynağı olan fırtına olayları meydana gelir.

Fırtına olayları ön ve termal fırtınalar olarak sınıflandırılır. İncirde. Şekil 1, termal fırtınanın görünümünün bir diyagramını göstermektedir. Güneş ışınlarının yoğun ışınlaması sonucunda dünya yüzeyi ısınır. Termal enerjinin bir kısmı atmosfere geçer ve alt katmanlarını ısıtır. Sıcak hava kütleleri genişler ve yükselir. Zaten iki kilometre yükseklikte, nemin yoğunlaştığı ve gök gürültülü bulutların ortaya çıktığı düşük sıcaklıkların olduğu bir bölgeye ulaşıyorlar. Bu bulutlar yük taşıyan mikroskobik su damlalarından oluşur. Kural olarak, gök gürültülü bulutlar sıcak yaz günlerinde öğleden sonra oluşur ve boyutları nispeten küçüktür.

Ön fırtınalar, farklı sıcaklıktaki iki hava akışının önden çarpışmasıyla oluşur. Düşük sıcaklığa sahip hava akışı yere yaklaşarak aşağıya doğru iner ve sıcak hava kütleleri yukarı doğru akar (Şekil 2). Gök gürültülü bulutlar, nemli havanın yoğunlaştığı düşük sıcaklıktaki rakımlarda oluşur. Ön fırtınalar oldukça uzun olabilir ve önemli bir alanı kaplayabilir.

Aynı zamanda, arka plandaki elektromanyetik ortam gözle görülür biçimde bozularak elektrik ağlarında darbe gürültüsüne neden olur. Bu tür cepheler 5 ila 150 km/saat ve daha yüksek hızlarda hareket eder. Termal fırtınalardan farklı olarak ön fırtınalar neredeyse günün her saati aktiftir ve yıldırımdan korunma sistemi ve etkili topraklama ile donatılmamış endüstriyel tesisler için ciddi tehlike oluşturur. Soğuk hava bir elektrik alanında yoğunlaştığında polarize su damlaları oluşur (Şekil 3): damlaların alt kısmında pozitif yük, üst kısmında ise negatif yük vardır.

Yükselen hava akımları nedeniyle su damlacıkları ayrılır: küçük olanlar yukarı doğru yükselir ve büyük olanlar aşağıya düşer. Damla yukarı doğru hareket ettikçe damlanın negatif yüklü kısmı pozitif yükleri çeker ve negatif yükleri iter. Sonuç olarak damla pozitif yüklü hale gelir çünkü yavaş yavaş pozitif bir yük toplar. Düşen damlalar negatif yükleri çeker ve düştükçe negatif yüklenirler.

Fırtına bulutundaki yüklü parçacıkların bölünmesi de benzer şekilde gerçekleşir: Pozitif yüklü parçacıklar üst katmanda, negatif yüklü parçacıklar ise alt katmanda birikir. Fırtına bulutu pratikte iletken değildir ve bu nedenle yükler bir süre korunur. Bulutun daha güçlü bir elektrik alanı “açık hava” elektrik alanını etkilerse bulunduğu yerde yönünü değiştirecektir (Şekil 4).

Yüklü parçacıkların bulut kütlesindeki dağılımı son derece dengesizdir:
yoğunluk bazı noktalarda maksimum değere sahipken bazı noktalarda küçük bir değere sahiptir. Çok sayıda yükün biriktiği ve kritik şiddeti 25-30 kV/cm civarında kuvvetli bir elektrik alanın oluştuğu yerde, yıldırımın oluşması için uygun koşullar ortaya çıkar. Yıldırım deşarjı, elektriği iyi ileten elektrotlar arasındaki boşlukta gözlenen kıvılcıma benzer.

Atmosfer havasının iyonlaşması

Atmosfer havası bir gaz karışımından oluşur: nitrojen, oksijen, inert gazlar ve su buharı. Bu gazların atomları güçlü ve kararlı bağlar oluşturarak molekülleri oluşturur. Her atom pozitif yüke sahip protonlardan oluşan bir çekirdektir. Negatif yüklü elektronlar (“elektron bulutu”) çekirdeğin etrafında döner.

Niceliksel olarak çekirdeğin yükü ile elektronların toplam yükü birbirine eşittir. İyonlaşma sırasında elektronlar bir atom (molekül) bırakır. Atmosferik iyonizasyon işlemi sırasında 2 yüklü parçacık oluşur: pozitif iyon (elektronlu çekirdek) ve negatif iyon (serbest elektron). Birçok fiziksel olay gibi iyonlaşma da hava iyonlaşma enerjisi adı verilen belirli bir miktarda enerji gerektirir.

2 iletken elektrotun oluşturduğu hava katmanında yeterli voltaj oluştuğunda, elektrik alan kuvvetinin etkisi altında tüm serbest yüklü parçacıklar düzenli bir şekilde hareket etmeye başlayacaktır. Bir elektronun kütlesi, çekirdeğin kütlesinden birçok kez (10.000 ... 100.000 kat) daha azdır. Sonuç olarak serbest bir elektron hava tabakasının elektrik alanında hareket ettiğinde bu yüklü parçacığın hızı çekirdeğin hızından çok daha fazladır. Önemli bir momentuma sahip olan elektron, yeni elektronları moleküllerden kolaylıkla uzaklaştırır, böylece iyonlaşmayı daha yoğun hale getirir. Bu olguya darbe iyonizasyonu denir (Şekil 5).

Ancak her çarpışma molekülden bir elektronun çıkarılmasıyla sonuçlanmaz. Bazı durumlarda elektronlar çekirdekten uzaktaki kararsız yörüngelere doğru hareket ederler. Bu tür elektronlar enerjinin bir kısmını çarpışan elektrondan alır ve bu da molekülün uyarılmasına yol açar (Şekil 6.).

Uyarılmış bir molekülün "yaşam" süresi yalnızca 10-10 saniyedir, bundan sonra elektron önceki, enerji açısından daha kararlı yörüngesine geri döner.

Elektron kararlı bir yörüngeye döndüğünde, uyarılmış molekül bir foton yayar. Foton da belirli koşullar altında diğer molekülleri iyonlaştırabilir. Bu işleme fotoiyonizasyon adı verildi (Şekil 7). Fotoiyonizasyonun başka kaynakları da vardır: yüksek enerjili kozmik ışınlar, ultraviyole ışık dalgaları, radyoaktif radyasyon vb. (Şekil 8).

Kural olarak, hava moleküllerinin iyonlaşması yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Sıcaklık arttıkça termal (kaotik) harekete katılan hava molekülleri ve serbest elektronlar daha yüksek enerji kazanır ve birbirleriyle daha sık çarpışır. Bu tür çarpışmaların sonucu, termal iyonlaşma adı verilen havanın iyonlaşmasıdır. Ancak yüklü parçacıklar kendi yüklerini nötralize ettiğinde (rekombinasyon) ters süreçler de meydana gelebilir. Rekombinasyon işlemi sırasında yoğun foton emisyonu gözlenir.

Flamaların oluşumu ve korona deşarjı

Yüklü plakalar arasındaki hava boşluğundaki elektrik alan kuvveti kritik değerlere yükseldiğinde, darbeli yüksek frekanslı girişimin yaygın bir nedeni olan darbe iyonizasyonu gelişebilir. Özü şu şekildedir: Bir molekülün bir elektron tarafından iyonlaştırılmasından sonra, iki serbest elektron ve bir pozitif iyon ortaya çıkar. Sonraki çarpışmalar 4 serbest elektronun ve pozitif yüklü 3 iyonun ortaya çıkmasına neden olur.

Böylece iyonlaşma çığ benzeri bir karakter kazanır ve buna çok sayıda serbest elektron ve pozitif iyon oluşumu eşlik eder (Şekil 9 ve 10). Pozitif iyonlar negatif elektrotun yakınında birikir ve negatif yüklü elektronlar pozitif elektrota doğru hareket eder.

İyonizasyon işlemi sırasında, serbest elektronlar iyonlara kıyasla daha fazla hareketlilik kazanır, bu nedenle ikincisi şartlı olarak hareketsiz parçacıklar olarak kabul edilebilir. Elektronlar pozitif elektrota doğru hareket ettiğinde, kalan pozitif yükler elektrik alanının durumu üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir ve bu da elektrik alanının gücünde bir artışa yol açar. Çok sayıda foton, anot yakınındaki havanın iyonlaşmasını hızlandırır ve tekrarlanan çığların kaynağı olan ikincil elektronların (Şekil 11) oluşumuna katkıda bulunur (Şekil 12).

Ortaya çıkan ikincil çığlar, pozitif yükün yoğunlaştığı anoda doğru hareket eder. Serbest elektronlar pozitif uzay yükünü kırarak, içinde plazmanın bulunduğu oldukça dar bir kanalın (flama) oluşmasına yol açar. Mükemmel iletkenliği nedeniyle, flama anodu "uzatır", serbest elektron çığlarının oluşma süreci hızlanır ve flama kafasına doğru hareket ederek elektrik alan kuvvetinde daha fazla bir artış meydana gelir (Şekil 13 ve 14). . Ek elektronlar pozitif iyonlarla karışarak yine flama kanalını uzatan plazma oluşumuna yol açar.

Pirinç. 13. Elektrik alan gücündeki artışa artan fotoiyonizasyon eşlik eder ve yeni yüklü parçacık çığları oluşur

Streamer serbest boşluğu doldurduktan sonra, alanın süper güçlü termal iyonizasyonu ve plazma kanalının ultra iletkenliği ile karakterize edilen deşarjın kıvılcım aşaması başlar (Şekil 15).

Açıklanan şerit oluşturma işlemi, düzgün bir elektrik alanıyla karakterize edilen küçük boşluklar için geçerlidir. Bununla birlikte, formlarına göre, tüm elektrik alanları homojen, hafif homojen olmayan ve kuvvetli homojen olmayan olarak bölünmüştür:

• Düzgün bir elektrik alanı içinde, alan çizgileri boyunca yoğunluk sabit bir değerle karakterize edilir. Örneğin paralel plakalı kondansatörün orta kısmındaki elektrik alan tipi.
• Zayıf derecede homojen olmayan bir alanda, alan çizgileri boyunca ölçülen kuvvet değerleri 2...3 kattan fazla farklılık göstermez; böyle bir alanın zayıf derecede homojen olmadığı kabul edilir. Örneğin, 2 küresel kıvılcım aralığı arasındaki elektrik alanı veya blendajlı bir kablonun kabuğu ile çekirdeği arasında ortaya çıkan elektrik alanı.
• Bir elektrik alanı, yoğunlukta önemli sıçramalar ile karakterize edilirse, elektromanyetik ortamın ciddi şekilde bozulmasına yol açarsa, oldukça homojen olmayan olarak adlandırılır. Endüstriyel elektrik tesislerinde, kural olarak, elektrik alanları oldukça düzgün olmayan bir şekle sahiptir ve bu, elektromanyetik uyumluluk için kontrol cihazları gerektirir.

Oldukça homojen olmayan bir alanda iyonlaşma süreçleri pozitif veya negatif elektrotun yakınında toplanır. Bu nedenle deşarj kıvılcım aşamasına ulaşamaz ve bu durumda yük korona (“korona deşarjı”) şeklinde oluşur. Elektrik alan kuvvetinin daha da artmasıyla hava boşluğunda şeritler oluşur ve bir kıvılcım deşarjı meydana gelir. Yani, eğer aralığın uzunluğu bir metre ise, kıvılcım deşarjı yaklaşık 10 kV/cm'lik bir alan kuvvetinde meydana gelir.

Yıldırım deşarjının lider formu

Birkaç metrelik bir hava boşluğu boyutuyla ortaya çıkan şeritler, tam teşekküllü bir deşarj geliştirmek için yeterli iletkenliğe sahip değildir. Flama hareket ettikçe lider şeklini alan bir yıldırım deşarjı oluşur. Kanalın lider adı verilen kısmı termal olarak iyonize parçacıklarla doludur. Önemli miktarda yüklü parçacık, yoğunluğu flama ortalamasından çok daha yüksek olan lider kanalda yoğunlaşmıştır. Bu özellik, bir flama oluşumu ve onun bir lidere dönüşmesi için iyi koşullar sağlar.

Pirinç. 16. Flama hareketi süreci ve negatif bir liderin ortaya çıkışı (AB – ilk çığ; CD – oluşturulmuş flama).

İncirde. Şekil 16, negatif bir liderin ortaya çıkmasına ilişkin klasik şemayı göstermektedir. Serbest elektron akışı katottan anoda doğru hareket eder. Gölgeli koniler sonuçta ortaya çıkan elektron çığlarını gösteriyor ve yayılan fotonların yörüngeleri dalgalı çizgiler biçiminde gösteriliyor. Her çığda elektronlar çarpıştığında hava iyonlaşır ve ortaya çıkan fotonlar daha sonra diğer hava moleküllerini iyonlaştırır. İyonlaşma kütlesel bir karakter kazanır ve çok sayıda çığ tek bir kanalda birleşir. Fotonların hızı 3*108 m/s, çığın ön kısmında serbestçe hareket eden elektronların hızı ise 1,5*105 m/s'dir.

Bir flama gelişimi, bir elektron çığının ilerlemesinden daha hızlı gerçekleşir. İncirde. Şekil 16, ilk çığın AB mesafesini kat ettiği süre boyunca, CD segmenti üzerinde tüm uzunluğu boyunca ultra iletkenliğe sahip bir akış kanalının oluştuğunu göstermektedir. Standart bir flama ortalama 106-107 m/s hızla hareket eder. Serbest elektronlar yeterince yüksek bir konsantrasyona sahipse, flama kanalında yoğun termal iyonizasyon meydana gelir ve bu da bir liderin (plazma bileşenli doğrusal bir yapı) ortaya çıkmasına yol açar.

Lider hareket ettikçe uç kısmında yeni şeritler oluşur ve bunlar daha sonra lider haline gelir. İncirde. Şekil 17, düzgün olmayan bir elektrik alanına sahip bir hava boşluğundaki negatif liderin gelişimini göstermektedir: lider, şerit kanalı boyunca hareket eder (Şekil 17a); Yayıncının kanalının lidere dönüşümü tamamlandıktan sonra yeni çığlar ortaya çıkıyor.

Pirinç. 17. Negatif bir liderin uzun bir süre boyunca oluşma ve gelişme şeması.

Elektron çığları hava boşluğu boyunca hareket eder (Şekil 17b) ve yeni bir şerit oluşur (Şekil 17c). Kural olarak, flamalar rastgele yörüngeler boyunca hareket eder. Uzun hava boşluklarında oluşan bu yıldırım deşarjı ile, düşük elektrik alan kuvvetlerinde (1.000 ila 2.000 V/cm) bile lider, önemli mesafeleri hızla kat eder.

Lider karşı elektroda ulaştığında yıldırım deşarjının lider aşaması sona erer ve ters (ana) deşarj aşaması başlar. Bu durumda, liderin potansiyeli sıfıra düştüğü için dünya yüzeyinden liderin kanalı boyunca bir elektromanyetik dalga yayılır. Böylece elektrotlar arasında içinden yıldırım deşarjının geçtiği süper iletken bir kanal oluşur.

Yıldırım deşarjının gelişim aşamaları

Yıldırım bulutunun yüklü parçacıkların birikmesinin ve elektrik alan şiddetinin eşik değerlere ulaştığı kısmında yıldırımın oluşması için koşullar oluşur. Bu noktada, darbe iyonizasyonu gelişir ve elektron çığları oluşur, ardından foto ve termal iyonizasyonun etkisi altında şeritler belirerek liderlere dönüşür.

a – görsel gösterim; b – akım karakteristiği.

Yıldırımın uzunluğu yüzlerce metre arasında değişir ve birkaç kilometreye ulaşabilir (yıldırım deşarjının ortalama uzunluğu 5 km'dir). Lider gelişim sayesinde yıldırım, saniyeden çok kısa bir sürede önemli mesafeler kat edebilir. İnsan gözü, yıldırımı bir veya daha fazla parlak beyaz, açık pembe veya parlak mavi şeritten oluşan sürekli bir çizgi olarak görür. Aslında, bir yıldırım deşarjı iki aşamayı içeren çeşitli darbelerden oluşur: bir lider ve bir ters deşarj aşaması.

İncirde. Şekil 18, adımlar şeklinde gelişen ilk darbenin lider aşamasının deşarjını gösteren yıldırım darbelerinin zaman taramasını göstermektedir. Ortalama olarak sahne çizgisi elli metredir ve bitişik aşamalar arasındaki gecikme 30-90 μs'ye ulaşır. Ortalama lider yayılma hızı 105...106 m/s'dir.

Lider gelişiminin aşamalı biçimi, öncü bir yayıncı oluşturmanın (adımlar arasında bir duraklama) biraz zaman almasıyla açıklanmaktadır. Sonraki darbeler iyonize kanal boyunca hareket eder ve açıkça ok şeklinde bir öncü aşamaya sahiptir. Lider, dünya yüzeyinin 1. darbesine ulaştıktan sonra, yükün içinden geçtiği iyonize bir kanal belirir. Bu anda yıldırım deşarjının 2. aşaması başlıyor (ters deşarj).

Ana deşarj, fırtına bulutları ile yer arasındaki boşluğu (doğrusal yıldırım) delen, sürekli, parlak ışıklı bir çizgi şeklinde görülebilir. Ana deşarj buluta ulaştıktan sonra plazma kanalının parlaklığı azalır. Bu aşamaya gün batımı sonrası kızıllık denir. Bir yıldırım deşarjında ​​yirmiye kadar tekrarlanan darbe gözlenir ve deşarjın süresi 1 saniye veya daha fazlasına ulaşır.

On vakadan dördünde, enerji ağlarında darbe gürültüsüne neden olan birden fazla yıldırım deşarjı gözlemlenmektedir. Ortalama olarak 3...4 dürtü gözlenir. Tekrarlanan darbelerin doğası, fırtına bulutunda kalan yüklerin plazma kanalına kademeli olarak akışıyla ilişkilidir.

Yıldırım deşarjının seçici eylemi

Lider kanal yeni gelişmeye başladığında, baş kısmındaki elektrik alan kuvveti, liderin yükünün hacmi ve fırtına bulutunun altında bulunan hacimsel yüklü parçacıkların birikimleri tarafından belirlenir. Deşarjın öncelik yönü maksimum elektrik alan kuvvetlerine bağlıdır. Önemli bir yükseklikte bu yön yalnızca lider kanal tarafından belirlenir (Şekil 19).

Bir yıldırım deşarjının lider kanalı dünya yüzeyine doğru hareket ettiğinde, elektrik alanı, dünyanın alanı ve yerdeki devasa güç tesisleri tarafından bozulur. Yıldırım liderinin maksimum yoğunluk değerleri ve yayılma yönü, hem kendi yükleri hem de zeminde yoğunlaşan yüklerin yanı sıra yapay yapılar tarafından belirlenir (Şekil 20).

Liderin elektrik alanı üzerinde önemli bir etkinin, yerde ve güç tesislerinde önemli miktarlarda biriken, hareket yönünü değiştirebilen yük alanları tarafından ortaya çıktığı, liderin başının dünya yüzeyi üzerindeki yüksekliği H. lider, yıldırım deşarjı yönlendirme yüksekliği olarak adlandırılır.
Lider kanalda ne kadar çok elektrik yükü varsa, yıldırım yörüngesindeki değişikliğin ortaya çıkabileceği yükseklik de o kadar yüksek olur.

Şekil 21, ana deşarjın dünya yüzeyinden fırtına bulutuna doğru hareketini ve liderin yere (düz yüzey) doğru yayılmasını göstermektedir.

Bir yıldırım deşarjı, yüksek katlı bir yer yapısına (güç hattı desteği veya kule) doğru, fırtına bulutundan dünya yüzeyine yayılan lider deşarjına doğru ilerlediğinde, yer desteğinden bir karşı lider gelişir (Şekil 22.). Bu durumda ana deşarj, liderler arasındaki bağlantı noktasında ortaya çıkar ve her iki yönde hareket eder.

Pirinç. 22. Yıldırım deşarjı metal bir desteğe çarptığında lider aşamanın (üstte) ve ana deşarj aşamasının (altta) geliştirilmesi

Yıldırım oluşumu süreci, yıldırım deşarjının spesifik konumunun lider aşamada belirlendiğini göstermektedir. Fırtına bulutunun hemen altında yüksek katlı bir zemin yapısı varsa (örneğin bir televizyon kulesi veya elektrik hattı desteği), o zaman ortaya çıkan lider en kısa yol boyunca yere, yani yukarı doğru uzanan lidere doğru hareket edecektir. zemin yapısından.

Pratik deneyime dayanarak, yıldırımın çoğunlukla etkili topraklamaya sahip olan ve elektriği iyi ileten enerji tesislerine çarptığı sonucuna varabiliriz. Aynı yükseklikte, topraklaması daha iyi ve elektrik iletkenliği yüksek olan bir nesneye yıldırım deşarjı çarpar. Güç tesislerinin farklı yükseklikleri varsa ve yanlarındaki toprak da farklı dirence sahipse, yıldırım daha iyi iletkenliğe sahip toprak üzerinde bulunan daha alçaktaki bir nesneye çarpabilir (Şekil 23).

Pirinç. 23. Yıldırım deşarjlarının seçici duyarlılığı: yüksek elektrik iletkenliğine sahip toprak (a); iletkenliği azalmış toprak (b).

Bu gerçek, lider aşamasının gelişimi sırasında iletim akımlarının artan iletkenliğe sahip bir yol boyunca akması, dolayısıyla belirli alanlarda liderle ilgili yüklerin yoğunlaşması ile açıklanabilir. Sonuç olarak, dünya yüzeyindeki yüklerin elektrik alanının, ortaya çıkan liderin elektrik alanı üzerindeki etkisi artar. Bu, yıldırımın seçiciliğini açıklar. Kural olarak, yüksek iletkenliğe sahip toprak alanları ve yer üstü yapay yapılar en çok etkilenir. Uygulamada, yüksek gerilim elektrik hatlarında, kesin olarak tanımlanmış yerlerde bulunan desteklerin üçte birinden fazlasının yıldırım çarpmadığı tespit edilmiştir.

Yıldırım deşarjları nedeniyle dünyevi nesnelere seçici hasar verilmesi teorisi, yıldırımdan korunmanın düzenlenmesinde ve elektrik trafo merkezlerinin güç tesislerinin topraklanmasında pratik bir onay bulmuştur. Düşük iletkenlik ile karakterize edilen alanların yıldırım çarpması ihtimali çok daha düşüktü. İncirde. Şekil 24 yıldırım çarpmasından önce yer ile fırtına bulutu arasındaki elektrik alanını göstermektedir.

Fırtına bulutunun elektrik alan kuvvetinin kademeli olarak değişmesiyle, toprağın iletkenliği, bulutun elektrik alanı değiştiğinde yük sayısında denge oluşmasını sağlar. Yıldırım deşarjı sırasında alan kuvveti o kadar hızlı değişir ki, toprağın düşük iletkenliği nedeniyle yükün yeniden dağılımının gerçekleşmesi için zaman kalmaz. Yüklerin ayrı yerlerde yoğunlaşması, karakteristik yerler ile fırtına bulutu arasındaki elektrik alan kuvvetinin artmasına neden olur (Şekil 25), böylece yıldırım deşarjı seçici olarak bu yerlere çarpar.

Bu, benzer koşullar altında yıldırımın her zaman toprağın elektriksel iletkenliğinin arttığı yerlere çarptığı yıldırım deşarjı seçiciliği teorisini açıkça doğrulamaktadır.

Yıldırımın ana parametreleri

Yıldırım akımlarını karakterize etmek için aşağıdaki parametreler kullanılır:

• Yıldırım akımı darbesinin maksimum değeri.
• Yıldırım akımı cephesinin diklik derecesi.
• Akım darbesinin ön süresi.
• Tam darbe süresi.

Yıldırım akımı darbesinin süresi, geri dönüş deşarjının yer ile fırtına bulutu arasındaki mesafeyi (20...100 μs) kat etmesi için gereken süredir. Yıldırım akımı darbesinin önü 1,5 ila 10 μs aralığındadır.

Yıldırım akımı darbesinin ortalama süresi 50 μs'dir. Bu değer, korumalı kabloların dielektrik dayanımını test ederken yıldırım akımı darbesinin standart değeridir: doğrudan yıldırım çarpmasına dayanmalı ve yalıtımın bütünlüğünü korumalıdır. Yıldırım voltajı darbelerine maruz kaldığında yalıtım gücünü test etmek için (testler GOST 1516.2-76 tarafından düzenlenir), Şekil 2'de gösterilen standart bir yıldırım voltajı akım darbesi benimsenir. 26 (hesaplamaların kolaylığı için, gerçek ön cephe eşdeğer bir eğik cepheye indirgenmiştir).

Darbe aşırı gerilim taramasının dikey ekseninde, 0,3 Umax ve 0,9 Umax'a eşit bir seviyede, düz bir çizgiyle bağlanan kontrol noktaları işaretlenir. Bu düz çizginin zaman ekseniyle ve Umax'a teğet yatay düz çizgiyle kesişmesi, Tf darbesinin süresini belirlememizi sağlar. Standart bir yıldırım darbesinin değeri 1,2/50'dir: burada Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (tam darbe süresi).

Yıldırım darbesinin bir diğer önemli özelliği darbe önündeki gerilim akımındaki artış hızıdır (ön diklik, A*μs). Tablo 1 düz arazilerde yıldırım deşarjının ana parametrelerini göstermektedir. Dağlarda, ovalara göre yıldırım akımı dalgalanmalarının genliğinde (neredeyse iki kat) bir azalma vardır. Bu, dağların bulutlara daha yakın olması, dolayısıyla dağlık bölgelerde gök gürültülü bulutlarda yüklü parçacıkların çok daha düşük yoğunluğunda yıldırım meydana gelmesi ve bu da yıldırım akımlarının genlik değerlerinde bir azalmaya yol açmasıyla açıklanmaktadır.

Tabloya göre, yüksek gerilim elektrik hatlarının desteklerine yıldırım çarptığında, 200 kA'dan fazla büyük akımlar üretiliyor. Bununla birlikte, önemli akımlara neden olan bu tür yıldırım deşarjları son derece nadir görülür: 100 kA'nın üzerindeki akımlar, toplam yıldırım deşarjı sayısının en fazla% 2'sinde meydana gelir ve 150 kA'nın üzerindeki akımlar, vakaların% 0,5'inden daha azında meydana gelir. Yıldırım akımlarının genlik değerlerinin, akımların genlik değerlerine bağlı olarak olasılık dağılımı Şekil 2'de gösterilmektedir. 27. Tüm yıldırım deşarjlarının yaklaşık %40'ı 20 kA'yı aşmayan akımlara sahiptir.

Pirinç. 28. Yıldırım akımı darbesi cephesinin dikliğinin olasılık dağılımının (% cinsinden) eğrileri. Eğri 1 – düz alanlar için; eğri 2 – dağ koşulları için.

Enerji tesislerinde meydana gelen darbe gürültüsünün ve aşırı voltajın seviyesi, yıldırım deşarjının darbeli akımının ön kısmının gerçek dikliğine bağlıdır. Diklik derecesi geniş bir aralıkta değişiklik gösterir ve yıldırım akımlarının genlik değerleriyle zayıf bir korelasyona sahiptir. İncirde. Şekil 28, düzlükteki (eğri 1) ve dağlardaki (eğri 2) ön yıldırım akımı darbesinin diklik düzeyinin olasılık dağılımının bir resmini göstermektedir.

Yıldırım akımlarının etkisi

Yıldırım akımlarının çeşitli nesnelerden geçişi sırasında, ikincisi mekanik, elektromanyetik ve termal etkilere maruz kalır.
Önemli miktarda ısı oluşumu, küçük kesitli metal iletkenlere (örneğin sigorta bağlantıları veya telgraf telleri) zarar verebilir. İletkenin erimesinin ve hatta buharlaşmasının meydana geldiği yıldırım akımının Im (kA) kritik değerini belirlemek için aşağıdaki formül kullanılır.

k – iletken malzemeye bağlı özel katsayı (bakır 300...330, alüminyum 200...230, çelik 115...440).
Q – iletken kesiti, mm2;
tm, yıldırım akımı darbesinin süresidir, μs.

Bir enerji tesisine yıldırım düşmesi sırasında güvenliğini garanti eden bir iletkenin (paratoner) en küçük kesiti 28 mm2'dir. Maksimum akım değerlerinde, benzer kesite sahip bir çelik iletken mikrosaniyeler içinde yüzlerce dereceye kadar ısınır, ancak bütünlüğünü korur. Yıldırım kanalına maruz kaldığında metal parçalar 3-4 mm derinliğe kadar eriyebilir. Güç hatlarındaki yıldırımdan korunma kablolarındaki tek tek tellerin kopması, genellikle yıldırım kanalı ile kablo arasındaki temas noktalarında yıldırım deşarjının neden olduğu yanma nedeniyle meydana gelir.

Bu nedenle çelik paratonerler geniş kesitlere sahiptir: Yıldırımdan korunma kabloları en az 35 mm2, paratonerler ise en az 100 mm2 kesite sahip olmalıdır. Bir yıldırım kanalı yanıcı ve yanıcı maddelere (tahta, saman, yakıtlar ve yağlayıcılar, gazlı yakıt vb.) çarptığında patlamalar ve yangınlar meydana gelebilir. Yıldırım akımının mekanik etkisi, yıldırımdan korunma ve uygun topraklaması olmayan ahşap, tuğla ve taş yapıların tahrip edilmesiyle kendini gösterir.

Ahşap elektrik hattı direklerinin bölünmesi, ahşabın iç yapısından geçen yıldırım akımının, basıncıyla ahşap liflerini kıran bol miktarda su buharı salınımı oluşturmasıyla açıklanmaktadır. Yağmurlu havalarda ahşabın çatlaması kuru havaya göre daha azdır. Islak ahşap daha iyi iletkenliğe sahip olduğundan, yıldırım akımı ahşap yapılara önemli bir zarar vermeden esas olarak ahşabın yüzeyi boyunca geçer.

Yıldırım deşarjı sırasında, ahşap desteklerden genellikle üç santimetre kalınlığa ve beş santimetre genişliğe kadar tahta parçaları kopar ve bazı durumlarda yıldırım, topraklama ile donatılmamış desteklerin dikmelerini ve çapraz kollarını ikiye böler. . Bu durumda izolatörlerin metal elemanları (cıvata ve kancalar) yerlerinden fırlayarak yere düşer. Bir gün yıldırım o kadar şiddetli çarptı ki, yaklaşık 30 m yüksekliğindeki devasa bir kavak, küçük bir yığın yığına dönüştü.

Yıldırım deşarjları dar çatlaklardan ve küçük açıklıklardan geçerek ciddi tahribatlara neden olur. Örneğin yıldırım akımları, elektrik hatlarına monte edilen boru şeklindeki parafudrları kolaylıkla deforme eder. Klasik dielektrikler (taş ve tuğla) bile güçlü deşarjların yıkıcı etkilerine maruz kalır. Kalan yüklerin oluşturduğu elektrostatik darbe kuvvetleri, kalın duvarlı tuğla ve taş binaları kolaylıkla tahrip edebilir.

Ana yıldırım deşarjı aşamasında, çarpma noktasına yakın, enerji tesislerinin iletkenlerinde ve metal yapılarında, enerji nesnelerinin topraklamasından geçen, yüksek frekanslı darbe gürültüsü ve önemli bir darbe yaratan darbe girişimi ve aşırı gerilim meydana gelir. 1.000 kV veya daha fazlasına ulaşan voltaj düşüşü. Yıldırım deşarjları yalnızca fırtına bulutları ile yer arasında değil, aynı zamanda tek tek bulutlar arasında da meydana gelebilir. Bu tür yıldırım, enerji tesislerinin personeli ve ekipmanı için tamamen güvenlidir. Aynı zamanda yere ulaşan yıldırım deşarjları, insanlar ve teknik cihazlar için ciddi tehlike oluşturmaktadır.

Rusya Federasyonu'nda fırtına etkinliği

Ülkemizin farklı yerlerinde fırtına aktivitesinin yoğunluğu önemli ölçüde değişmektedir. Kuzey bölgeleri en zayıf fırtına aktivitesini yaşıyor. Güneye doğru ilerledikçe, fırtına aktivitesinde bir artış olur ve bu, yılda fırtınaların olduğu gün sayısıyla karakterize edilir. Rusya Federasyonu topraklarında bir fırtına günü için ortalama fırtına süresi 1,5 ila 2 saat arasındadır. Rusya Federasyonu'ndaki herhangi bir nokta için fırtına aktivitesi, meteoroloji istasyonlarının uzun süreli gözlemlerinden elde edilen verilere dayanarak derlenen özel meteorolojik fırtına aktivitesi haritaları kullanılarak oluşturulmuştur (Şekil 29).

Yıldırım hakkında ilginç gerçekler:

• Fırtına faaliyetinin yılda 30 saat olduğu bölgelerde, ortalama olarak her iki yılda bir dünya yüzeyinin kilometrekaresine 1 yıldırım düşmektedir.
• Gezegenimizin yüzeyine her saniye yüzden fazla yıldırım düşüyor.