Способ определения распределения годовой плотности разрядов молний в землю на исследуемой территории Советский патент 1993 года по МПК G01W1/16 

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для построения карт грозовой активности.

Целью изобретения является упрощение реализации за счет сокращения числа пунктов сети наблюдений, в который производится регистрация.

На фиг. 1 и 2 представлено распределение вероятности удельной плотности разрядов молнии в землю за один грозовой день для двух выделенных по ландшафтному признаку районов; на фиг. 3 - карта годовой плотности разрядов молнии в землю на исследуемой территории, построенная с по- мощью предлагаемого способа. На фиг. 3 крестиками обозначены метеостанции; на которых были установлены счетчики, а точками - метеостанции, на которых счетчиков не было.

Пример. Отработка предлагаемого способа районирования территорий по годовой плотности разрядов молнии в землю

проводилась на примере Томской области. Территория области по ландшафтному признаку была разделена на два района: долина Оби и таежный район. Регистрация грозовых разрядов проводилась с 1985 по 1989 г. с помощью сети счетчиков молний, установленных на 10 реперных метеостанциях 4, из которых расположены в долине Оби, а остальные- в таежном районе. Счетчики были установлены таким образом, чтобы более или менее равномерно осветить каждый из выделенных районов. Обработка результатов регистрации каждого счетчика включает в себя подсчет плотности разрядов молнии в землю rig каждый грозовой день, отмечаемый метеостанцией, на которой этот счетчик установлен. Число значений ng за год на прибор равно годовому числу грозовых дней, т.е. более, чем на порядок больше числа значений за год на прибор в известном способе. Индивидуальные значения Пд со всех метеостанций в пределах каждого

ел

С

00

го

СП

со XI

района объединяют, образуя усредненное распределениеng для этого района. В дальнейшем его применяют для всех метеостанций данного района, включая и те, где счетчиков не было. Полученные за 5 лет распределения вероятностей па для выделенных районов удовлетворительно описываются логарифмически нормальным законом и имеют вид, показанный на фиг. 1 и 2. Объем выборки для долины Оби составил 202, а для таежных районов - 282.

Далее, перед использованием метода Монте-Карло, определяют распределение годового числа грозовых дней Тд для каждой из 32 метеостанций Томской области, а также для 21 метеостанции прилегающих областей, по данным климатических справочников. Длина ряда наблюдений для каждой метеостанции составляла в среднем 24 года. Эти распределения аппроксимировались нормальным законом со средними значениями в диапазоне от 20 до 32;

Таким образом, в каждом выделенном районе получают индивидуальное для каждой метеостанции распределение Тд из климатических справочников и общее для всех метеостанций данного района распределение ng полученное с помощью сети счетчиков молний.

Далее по методу Монте-Карло для каждой метеостанции с помощью двух генераторов случайных чисел (первый моделирует нормальное распределение Тд, а второй - логарифмически нормальное распределение Пд моделируют на 1000 лет грозовой деятельности в районе каждой метеостанции. Осредненноедо целых случайное число с первого генератора (Тд) определяет количество случайных выборок со второго генератора (ng). Суммируя полученные Тд значений лд, определяют случайное значе ние годовой плотности разрядов молнии в- землю N3. Эта процедура повторяется 1000 раз, давая в результате распределение N3. для всех метеостанций эти распределения близки к логарифмически нормальным, что позволяет определить значения N3 с любой заданной вероятностью наблюдения.

Эта вероятность выбрана равной 50% (медианноеЗначение), и построена соответствующая карта, где числовые значения по- казывают медианное значение N3 в разрядах на 1 км2.

Положительный эффект можно пояснить следующим образом.

Случайность интересующей годовой плотности разрядов молнии в землю N3 можно рассматривать состоящей из двух со- ставляющих: случайности годового числа

грозовых дней Т9 и случайности плотности разрядов молнии в землю за один грозовой день па, каждая из которых характеризуется своим распределением вероятностей. Первая составляющая может быть определена на основе многолетних данных из Климатических справочников. Вторая составляющая определяется с помошью счетчиков, причем производительность измерений более, чем

на порядок выше по сравнению с измерением N3 в способе-прототипе, т.к. в число значений в год на прибор равно Тд против одного значения при измерении N3. При такой низкой производительности способапрототипа получение значений N3 с низкой вероятностью наблюдения (однако необходимых при выборе молниезащиты наиболее ответственных объектов) практически невозможно. Предлагаемый способ за счет использования статического моделирования позволяет снять это ограничение. Кроме того, использование априорной информации о возможной неоднородности распределения грозовой активности в виде предварительного районирования территории по ландшафтному признаку дает возможность сократить число пунктов регистрации и за счет этого существенно снизить трудоемкость получения экспериментальных данных. В примере число пунктов наблюдения сокращено более чем в 3 раза.

Ф о р мул а и з о б р ете н и я Способ определения распределения годовой плотности разрядов молний в землю

на исследуемой территории, включающий определение плотности разрядов молний в землю по результатам измерений количества разрядов молний в землю в пунктах сети наблюдений за измеренный период времени, обработку результатов измерений с определением годовой плотности разрядов молний в землю в пунктах сети наблюдений и построением карты плотности разрядов молний в землю, отличающийся

тем, что, с целью упрощения осуществления способа за счет сокращения числа пунктов сети наблюдений, в которых производится регистрация, на исследуемой территории выделяют районы с однородным ландшафтом, измерение количества разрядов молний в землю за измеренный период проводят на пунктах сети наблюдений, рас- положенных в репрезентативных для каждого выделенного района точках, а при

обработке результатов измерений дополнительно определяют вероятность количества дней с грозой для каждого из пунктов сети наблюдений за период регистрации и распределение удельной плотности разрядов

молний в землю за один грозовой день для

каждого выделенного района, а значение годовой плотности разрядов молнии в землю для каждого пункта наблюдений определяют по методу Монте-Карло с учетом

долина

полученного распределения удельной плотности разрядов молний в землю за один грозовой день и распределения вероятности годового числа дней с грозой.

Ц : 202 т: 1.57 б - Ш

Использование: метеорологическое обеспечение, построение карт грозопора- жаемости. Сущность изобретения: на иссле- дуемой территории выделяют районы с однородными ландшафтами, определяют репрезентативные для каждого района пункты измерений. Определяют вероятность количества дней с грозой для каждого пункта измерений и распределение удельной плотности разрядов молний в землю для каждого выделенного района. По полученным значениям определяют значение годовой плотности разрядов молний Б землю для всех пунктов измерений на исследуемой территории. 3 ил.