detekcja_i_lokalizacja_wyladowan_ atmosferycznych-Pawel_Bodzak.pdf

3.1. Atmosfera ziemska jako globalny obwd elektryczny. ..................................................22

3.2. Proces powstawania chmur generujĢcych wyþadowania atmosferyczne........................25

3.3. Procesy elektryzacji chmury burzowej. ..........................................................................31

3.4. Rodzaje wyþadowaı atmosferycznych............................................................................34

3.5. Wyþadowania chmurowe.................................................................................................37

3.6. Wyþadowania chmura Î ziemia.......................................................................................40

3.7. Zjawiska Ļwietlne towarzyszĢce chmurom burzowym...................................................49

3.8. Inne typy wyþadowaı. .....................................................................................................52

3.9. ZwiĢzki pomiħdzy aktywnoĻciĢ wyþadowaı atmosferycznych, a innymi parametrami

meteorologicznymi...................................................................................................................57

3.9.1. ZwiĢzki pomiħdzy aktywnoĻciĢ wyþadowaı atmosferycznych, a opadem dla

systemw konwekcyjnych.....................................................................................................58

3.9.2. ZwiĢzki pomiħdzy aktywnoĻciĢ wyþadowaı atmosferycznych, a zawartoĻciĢ lodu w

chmurze.................................................................................................................................59

3.9.3. ZwiĢzki pomiħdzy aktywnoĻciĢ wyþadowaı atmosferycznych, a dynamikĢ i

mikrofizykĢ systemw konwekcyjnych................................................................................60

3.9.4. ZwiĢzki pomiħdzy aktywnoĻciĢ wyþadowaı atmosferycznych, a zmianami klimatu.

eeee

4.1. Parametry fizyczne umoŇliwiajĢce detekcjħ i lokalizacjħ wyþadowaı atmosferycznych.

4.2. Propagacja fal elektromagnetycznych i akustycznych w atmosferze. ............................70

4.3. Detekcja i dyskryminacja wyþadowaı atmosferycznych. ...............................................73

4.4. Lokalizacja wyþadowaı atmosferycznych. .....................................................................75

4.4.1. Techniki DF...............................................................................................................77

4.4.2. Techniki TOA. ..........................................................................................................81

4.4.3. Techniki mieszane DF & TOA. ................................................................................83

4.5. Warunki wyboru lokalizacji punktw pomiarowych......................................................85

eeee

5.1. Parametry operacyjne systemw detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych....89

- 3 -

5.2. Systemy naziemne...........................................................................................................90

5.2.1. Systemy oparte o stacje detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych ALDF.91

5.2.2. System ATD..............................................................................................................92

5.2.3. Systemy pracujĢce w paĻmie ELF, bazujĢce na rezonansie SchumannÓa.................95

5.2.4. System IMPACT.......................................................................................................97

5.2.5. Systemy LDAR. ......................................................................................................103

5.2.6. Systemy LPATS......................................................................................................106

5.2.7. Systemy wykrywania radiotrzaskw (spherics)......................................................108

5.2.8. System SAFIR.........................................................................................................110

5.2.9. Systemy serii TS x000.............................................................................................123

5.3. Systemy satelitarne........................................................................................................127

5.4. Miħdzynarodowe sieci systemw detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych.133

6.1. Meteorologia. ................................................................................................................140

6.2. Lotnictwo. .....................................................................................................................142

6.3. PoŇarnictwo...................................................................................................................143

6.4. Energetyka.....................................................................................................................144

6.5. Ubezpieczenia. ..............................................................................................................145

6.6. Inne zastosowania. ........................................................................................................146

7.1. Dane dostħpne w IMGW...............................................................................................149

7.2. Dane z innych systemw...............................................................................................153

..........................................................................................................................160

S ýOWNICZEK W YBRANYCH P OJĦĘ .......................................................................................161

I NDEKS S KRìTìW ................................................................................................................169

B IBLIOGRAFIA ......................................................................................................................172

- 4 -

Wraz z podpisaniem, w 2000 roku, kontraktu na budowħ i wdroŇenie operacyjne

systemu detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych, w ramach programu modernizacji

paıstwowej sþuŇby hydrologiczno-meteorologicznej - Systemu Monitoringu i Osþony Kraju

(SMOK), Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) rozpoczĢþ nowĢ erħ w

dziedzinie obserwacji wyþadowaı atmosferycznych. Zbudowany w 2001 roku system,

nazwany PERUN, rozpoczĢþ pracħ operacyjnĢ w 2002 roku wnoszĢc do sþuŇby nowĢ,

nieosiĢgalnĢ dotychczas jakoĻę. Dane z systemu dostarczajĢ informacji o minimum 95 %

wszystkich wyþadowaı atmosferycznych, ktre wystĢpiþy na terytorium Polski oraz obszarw

paıstw sĢsiednich graniczĢcych z PolskĢ. System wykrywa wyþadowania wszystkich typw,

umoŇliwia ich dyskryminacjħ ze wzglħdu na rodzaj i czas wystĢpienia oraz podaje

charakterystyczne parametry wyþadowaı doziemnych takie jak np.: natħŇenie prĢdu w kanale

wyþadowania, czas narastania i czas zaniku impulsu prĢdowego, polaryzacja wyþadowania i

inne [1]. W porwnaniu do dotychczasowych obserwacji wyþadowaı atmosferycznych na

stacjach meteorologicznych, sprowadzajĢcych siħ do odnotowywania wystĢpienia burzy w

okolicach stacji poprzez obserwacjħ bþyskawic i nasþuchiwanie grzmotw [2], jest to znaczĢcy

postħp. Obserwacje wykonywane na stacjach meteorologicznych sĢ ograniczone għstoĻciĢ

sieci pomiarowej oraz zasiħgiem rozchodzenia siħ bþyskawicy i grzmotu (np.: realny zasiħg

sþyszalnoĻci grzmotu wynosi okoþo 25 km [3]). Z uwagi na powyŇsze przyczyny uzyskiwane

dane byþy niekompletne i mogþy siħ zdarzaę sytuacje, kiedy wystħpujĢca pomiħdzy stacjami

burza nie byþa w ogle odnotowywana. Obecnie dziħki systemowi PERUN, w czasie

rzeczywistym sĢ wykrywane i lokalizowane wszystkie, doziemne i chmurowe wyþadowania

atmosferyczne.

Ze wzglħdu na zaawansowanĢ technologiħ systemu wdroŇonego do sþuŇby oraz fakt,

Ňe system PERUN jest zupeþnie nowym narzħdziem w IMGW, zaistniaþa potrzeba

przedstawienia pracownikom IMGW aktualnego stanu wiedzy na temat sposobu wykrywania

i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych. Cel ten ma speþnię niniejsza publikacja,

wprowadzajĢca czytelnika w podstawowe zagadnienia zwiĢzane z m.in.: podstawami

fizycznymi opisujĢcymi procesy rzĢdzĢce piorunami, fundamentalnymi zagadnieniami, na

ktrych bazujĢ systemy detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych oraz informacjami

o systemach pracujĢcych w innych krajach. Jeden z rozdziaþw jest poĻwiħcony historii badaı

nad wyþadowaniami atmosferycznymi, a inny opisuje moŇliwoĻci zastosowaı danych

- 5 -

generowanych przez systemy detekcji i lokalizacji piorunw. Rozdziaþ poĻwiħcony fizyce

wyþadowaı atmosferycznych jest przeznaczony dla czytelnikw bardziej dociekliwych,

zainteresowanych takŇe samym zjawiskiem, a nie tylko sposobami jego wykrywania i

lokalizacji. W rozdziale dotyczĢcym systemw detekcji i lokalizacji wyþadowaı

atmosferycznych zostaþy opisane najwaŇniejsze systemy eksploatowane obecnie na Ļwiecie,

tak naziemne jak i satelitarne. Dane z tego typu systemw sĢ w ograniczonym zakresie

powszechnie udostħpniane na stronach internetowych rŇnych instytucji. W rozdziale

dotyczĢcym danych burzowych dla terenu Polski zostaþy wymienione systemy obejmujĢce

dziaþaniem nasz kraj oraz strony internetowe, na ktrych moŇna znaleŅę dane z tych

systemw.

Zagadnienia poruszane w tej publikacji zostaþy dobrane w taki sposb, aby czytelnik

mgþ najpierw poznaę: krtkĢ historiħ badaı wyþadowaı atmosferycznych, aktualny stan

wiedzy dotyczĢcy fizyki zjawiska, techniki detekcji i lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych.

Te zagadnienia sĢ wstħpem do kolejnych rozdziaþw opisujĢcych: systemy detekcji i

lokalizacji wyþadowaı atmosferycznych, dane generowane przez tego typu systemy oraz

moŇliwe pola ich zastosowaı. Z drugiej strony naleŇy podkreĻlię, Ňe rozdziaþy zostaþy

skonstruowane w taki sposb, aby moŇna je byþo czytaę oddzielnie, bez wczeĻniejszego

przeczytania poprzednich czħĻci. Z tego powodu czħĻę informacji zawartych we

wczeĻniejszych rozdziaþach moŇe wystħpowaę w kolejnych czħĻciach ksiĢŇki. JednakŇe w

takim przypadku informacje te sĢ ograniczone do minimum, niezbħdnego dla zrozumienia

zagadnieı poruszanych w danym rozdziale. W czħĻci áDodatkiÑ zamieszczono w wiħkszoĻci

autorski sþowniczek wybranych, opisywanych w tekĻcie pojħę oraz indeks uŇywanych tutaj

skrtw.

WyjaĻnienia wymaga jeszcze sprawa przyjħtej konwencji odnoĻnie stosowanego

nazewnictwa zwiĢzanego z zagadnieniami dotyczĢcymi wyþadowaı atmosferycznych. Po

przestudiowaniu licznych, polskojħzycznych publikacji dotyczĢcych zjawiska wyþadowaı

atmosferycznych oraz konsultacjach m.in.: z Panem Piotrem Baraıskim z Instytutu Geofizyki

Polskiej Akademii Nauk okazaþo siħ, Ňe obecnie nie funkcjonuje w jħzyku polskim oficjalnie

przyjħte nazewnictwo. Dla przykþadu moŇna podaę pochodzĢcy z jħzyka angielskiego termin

W ksiĢŇce J.L. Jakubowskiego pt.: Piorun ujarzmionyÑ [4] jego polski

odpowiednik brzmi: áwyþadowanie gþwneÑ w ksiĢŇce J.V. IribaneÓa áFizyka atmosferyÑ [5]

Î áwyþadowanie powrotneÑ, natomiast w gronie specjalistw zajmujĢcych siħ ochronĢ

odgromowĢ przyjħto nazwħ: áudar prĢdu wyþadowania gþwnegoÑ. Ponadto w wydanym

przez IMGW áSþowniku MeteorologicznymÑ pod redakcjĢ T. NiedŅwiedzia [6] brak w ogle

- 6 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: