Геомагнетизм и аэрономия, 2020, T. 60, № 5, стр. 655-671
Тропические циклоны и возможные зимние грозы на Камчатке
Ю. М. Михайлов 1, *, С. Э. Смирнов 2, **, Г. А. Михайлова 1, О. В. Капустина 1
1 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн
им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
г. Москва, г. Троицк, Россия
2 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн
(ИКИР ДВО РАН)
Камчатский край, пос. Паратунка, Россия
* E-mail: yumikh@izmiran.ru
** E-mail: sergey@ikir.ru
Поступила в редакцию 20.11.2019
После доработки 17.12.2019
Принята к публикации 23.01.2020
Аннотация
Исследовано влияние тропических циклонов на грозовую активность на Камчатке для случаев зимних гроз в период 2008–2018 гг. В качестве индикатора грозовой активности использованы временны́е вариации квазистатического электрического поля и метеорологических величин в обс. Паратунка ИКИР ДВО РАН (φ = 52.97° N; λ = 158.25° E), а также доступные в INTERNET данные о солнечной, сейсмической и циклонической активностях. Показано, что для формирования грозовой активности источником дополнительного тепла в приземной атмосфере полуострова, кроме солнечных вспышек, сопровождаемых усилением излучения в видимом, инфракрасном спектрах, возможно инфракрасное излучение роя близко расположенных эпицентров землетрясений средней интенсивности, а также удаленные тропические циклоны в Тихом океане как источник мощных потоков теплого и влажного воздуха.
1. ВВЕДЕНИЕ
В одной из научных задач космического проекта “Вулкан-Компас-2” планировались исследования электромагнитных (ЭМ) излучений на борту спутника при пролете его над сейсмоактивным регионом с целью изучения литосферно-ионосферного взаимодействия в диапазоне частот 1 Гц–20 кГц [Кузнецов и др., 2011]. Источником этого излучения являются преимущественно молниевые разряды. Для его регистрации в наземно-космическом эксперименте была выбрана обс. Паратунка (φ = 52.97° N; λ = 158.25° E) ИКИР ДВО РАН, оснащенная специализированным аппаратно-программным комплексом для сбора и обработки различной геофизической информации [Бузевич и др., 1998] и пеленгатором, определяющим направление на источник этого излучения. Интенсивность грозовых источников качественно оценивалась по потоку атмосфериков (количество сигналов в час) [Дружин и др., 2001]. Для тонкого спектрального анализа атмосфериков эпизодически использовалось также широкополосное приемное устройство, идентичное бортовому [Михайлов и др., 2006а].
Многолетние узкополосные записи уровня ЭМ-излучения в полосе частот 0.6–10 кГц (так называемых атмосферных радиошумов) показали, что источники этих излучений в зимний период расположены в ЮЗ, Ю, и ЮВ-направлениях относительно п-ова Камчатка [Михайлов и др., 2005; Дружин и др., 2008]. В летний период к ним добавляются источники с СЗ-направления. При этом перемещение источников атмосфериков происходит синхронно с направлением движения циклона. Наиболее интенсивный поток сигналов порождается тропическими циклонами в Тихом океане. Их влиянию на грозовую активность посвящено несколько исследований. В частности, детально изучена динамика грозовой активности в период зарождения циклонов и в процессе развития до максимальной интенсивности [Михайлов и др., 2006б; Дружин и др., 2008]. Более того, в спектрах суточных колебаний атмосферных радиошумов выделены максимумы на периодах Т = = 2–3 ч, интенсивность которых заметно изменяется в процессе развития тропического циклона [Михайлов и др., 2005].
Кроме удаленных источников ОНЧ-излучения, регистрируемого на Камчатке, следовало бы ожидать и локальные грозовые источники. Но, как показывает местная метеорологическая служба, грозы на Камчатке – довольно редкое явление, даже в летнее время. В некоторых случаях, крайне редко, случаются зимние грозы с частотой один раз в 2–5 лет. Природа этого уникального явления до сих пор остается неясной. Метеорологи полагают, что источником их являются мощные тропические циклоны в Тихом океане (тайфуны), приносящие на юг полуострова огромные массы теплого и влажного воздуха, как необходимый компонент для формирования грозовой активности в приземной атмосфере. Вместе с тем, в работе [Смирнов и др., 2019] показано, что источником дополнительного притока тепла для формирования грозовых процессов могут быть мощные вспышки на Солнце, сопровождаемые усилением излучения в видимом и инфракрасном спектрах, а также инфракрасное излучение Земли, поступающее в атмосферу перед мощными землетрясениями (ЗТ) с магнитудой М > 8.
Настоящая работа является продолжением исследования природы зимних гроз на Камчатке и рассматривается возможность формирования грозовых процессов мощными тропическими циклонами при спокойных солнечной и сейсмической активностях.
2. ИСХОДНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
В работе исследованы зимние грозы, наблюдаемые на Камчатке в период с 2008 по 2018 гг.: 26–31 декабря 2008 г.; 18–19 ноября 2012 г.; 2 декабря 2012 г.; 12 декабря 2014 г.; 21 декабря 2014 г.; 11 марта 2015 г.; 19 ноября 2017 г.; 26–28 декабря 2017 г.; 3 января 2018 г.; 20–28 января 2018 г.; 18–22 ноября 2018 г. В качестве индикатора грозовой активности рассмотрены суточные вариации напряженности квазистатического электрического поля (Ez-компоненты), наблюдаемые одновременно с вариациями метеорологических величин в приземной атмосфере в обс. Паратунка ДВО РАН (φ = 52.97° N; λ = 158.25° E). Напряженность электрического поля измерена прибором “Поле-2” с дискретностью по времени 1 мин, а метеорологические величины (температура T ° C; давление P, гПа; относительная влажность Hm, %; осадки, мм и скорость ветра V, м/с) – цифровыми станциями WS-2000 и WS-2300 с дискретностью по времени 10 мин. Для оценки уровня солнечной активности использованы записи потоков рентгеновского излучения Х-ray, (Вт/м2) (http:// www.staff.oma.be/default.jsp), сейсмической активности – (https://www.emsc-csem.org/Earthquake/ ?filter=yes), циклонической активности в акватории Тихого океана (http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon/search.date.html.en). Зимние грозы непродолжительны по времени, поэтому они не всегда отмечаются в метеорологических данных, которые традиционно на местных станциях измеряются через каждые три часа в течение суток, либо как среднесуточные их значения (https://yandex.ru/pogoga/paranunka/month). В отличие от этих методов, в обс. Паратунка их записи ведутся через 10 мин, т.е. практически непрерывно. Поэтому детальная регистрация временны́х вариаций напряженности электрического поля и метеорологических величин позволяет наиболее надежно и достоверно оценивать состояние грозовой активности в приземной атмосфере. На временны́х записях напряженности электрического поля грозовые процессы проявляются как знакопеременные колебания большой величины, порядка кВ/м, вызванные зарядами обильных осадков [Бенндорф, 1934; Юман, 1972], в отличие от регулярных колебаний в условиях “хорошей погоды” (~100 В/м) и бухтообразных понижений напряженности перед землетрясениями [Smirnov, 2008].
3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Событие 26–31 декабря 2008 г. Как видно на рис. 1, при низком уровне солнечной активности (~10–8 Вт/м2), начиная с 26 декабря на фоне бухтообразного понижения напряженности Ez-компоненты поля отмечается всплеск колебаний до 300 В/м грозовой природы. Этот момент совпадает по времени с резким изменением метеорологических величин: повышением температуры и относительной влажности воздуха соответственно от –10 до 0° C и от 60 до 80% и усилением ветра от единиц до 25 м/с. В Тихом океане за десять дней до рассматриваемого события (с 12 по 18 декабря) действовал тропический циклон DOLPHIN (Vmax = = 33 м/с) (табл. 1) и его влияние на метеоусловия мало вероятно. Вместе с тем, как следует из табл. 2, в период с 28 по 31 декабря вблизи южного побережья Камчатки произошла серия землетрясений с магнитудой M ~ 5.0–5.5 (на рисунке отмечены стрелками). Их действие проявилось в бухтообразном понижении напряженности электрического поля. Не исключено, что дополнительный приток тепла, необходимый для зарождения грозовой активности, поступил в приземную атмосферу от источника сейсмической природы [Смирнов и др., 2019].
Таблица 1.
Дата | Имя | (φ1–φ2),° N | (λ1–λ2),° E | Vmax, м/с | Pmin, гПа | X-ray, Вт/м2 |
---|---|---|---|---|---|---|
12–18.12.2008 | DOLPHIN | 10–25 | 140–130 | 33 | 970 | 2 × 10–8 |
26.11–09.12.2012 | BOPHA | 4–18 | 157–125 | 51 | 930 | 10–7–10–6 |
01–11.12.2014 | HAGUPIT | 3–10 | 156–110 | 59 | 905 | 4 × 10–6 |
11–17.03.2015 | BAVI | 4–14 | 174–122 | 23 | 990 | 4 × 10–5 |
18–19.11.2017 | KIROGI | 7–11 | 124–110 | 18 | 1000 | 5 × 10–8–7 × 10–7 |
03–04.01.2018 | BOLAVEN | 9–12 | 139–110 | 18 | 1002 | 10–8 |
22–26.11.2018 | USAGI | 5–10 | 135–105 | 33 | 975 | 10–7 |
20–26.11.2018 | MAN-YI | 5–20 | 155–130 | 41 | 955 | 10–7 |
14–21.12.2018 | KAI-TAK | 11–7 | 128–105 | 21 | 994 | 5 × 10–8–7 × 10–7 |
20–25.12.2018 | TEMBIN | 18–19 | 134–104 | 36 | 970 |
Таблица 2.
N | Дата | Время, UT | Географические координаты | h, км | M | R, км | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
φ° N | λ° E | ||||||
К рис. 1 | |||||||
1 | 22.12.2008 | 13:25:41.0 | 46.59 | 152.57 | 40 | 5.1 | 156 |
2 | 28.12.2008 | 13:31:39.5 | 48.38 | 154.30 | 60 | 5.5 | 231 |
3 | 28.12.2008 | 21:40:17.2 | 48.37 | 154.29 | 46 | 5.2 | 172 |
4 | 28.12.2008 | 22:39:45.7 | 48.35 | 154.30 | 44 | 5.2 | 172 |
5 | 31.12.2008 | 08:47:59.1 | 46.53 | 154.40 | 20 | 5.0 | 140 |
К рис. 2 | |||||||
1 | 16.11.2012 | 18:12:36 | 49.36 | 155.39 | 5 | 6.5 | 623 |
2 | 22.11.2012 | 05:21:46 | 53.93 | 168.34 | 10 | 5.2 | 172 |
К рис. 3 | |||||||
1 | 27.11.2012 | 14:42:14 | 48.15 | 155.05 | 30 | 5.2 | 172 |
2 | 30.11.2012 | 06:48:20 | 48.21 | 154.95 | 40 | 5.0 | 140 |
3 | 02.12.2012 | 23:45:14 | 45.81 | 151.49 | 40 | 5.0 | 140 |
К рис. 4 | |||||||
1 | 08.12.2014 | 09:52:04 | 50.34 | 158.08 | 40 | 5.5 | 231 |
К рис. 5 | |||||||
1 | 19.12.2014 | 04:47:39 | 42.69 | 145.63 | 20 | 5.3 | 190 |
2 | 26.12.2014 | 11:17:09 | 44.56 | 149.15 | 31 | 5.0 | 141 |
К рис. 6 | |||||||
1 | 09.03.2015 | 19:39:40 | 47.29 | 153.93 | 25 | 5.0 | 141 |
К рис. 7 | |||||||
1 | 13.11.2017 | 09:20:34 | 44.97 | 149.23 | 90 | 4.8 | 115 |
2 | 13.11.2017 | 09:46:11 | 54.99 | 168.17 | 10 | 4.5 | 86 |
3 | 20.11.2017 | 23:19:51 | 47.31 | 153.70 | 40 | 4.8 | 115 |
4 | 23.11.2017 | 09:05:29 | 48.83 | 152.78 | 30 | 4.7 | 104 |
5 | 25.11.2017 | 15:51:33 | 49.68 | 156.33 | 60 | 4.4 | 77 |
К рис. 8 | |||||||
1 | 22.12.2017 | 14:44:19 | 53.90 | 160.42 | 60 | 5.5 | 231 |
2 | 22.12.2017 | 15:36:36 | 53.72 | 160.51 | 80 | 4.1 | 57 |
3 | 22.12.2017 | 22:28:24 | 53.89 | 160.47 | 55 | 4.9 | 127 |
4 | 25.12.2017 | 12:00:58 | 48.33 | 154.87 | 40 | 4.6 | 95 |
5 | 27.12.2017 | 04:11:26 | 46.39 | 153.16 | 30 | 4.9 | 127 |
К рис. 9 | |||||||
1 | 04.01.2018 | 02:44:58 | 53.29 | 159.75 | 69 | 5.3 | 190 |
2 | 06.01.2018 | 19:52:33 | 46.58 | 154.16 | 30 | 4.6 | 95 |
3 | 07.01.2018 | 02:24:06 | 55.17 | 165.64 | 30 | 5.2 | 172 |
К рис. 10 | |||||||
1 | 17.01.2018 | 18:58:07 | 53.37 | 160.67 | 45 | 4.5 | 86 |
2 | 18.01.2018 | 00:32:26 | 44.91 | 150.04 | 40 | 4.3 | 70 |
3 | 18.01.2018 | 12:08:53 | 52.56 | 152.98 | 459 | 5.7 | 282 |
4 | 20.01.2018 | 21:42:40 | 51.93 | 156.79 | 157 | 4.3 | 70 |
5 | 25.01.2018 | 02:10:34 | 55.48 | 166.43 | 10 | 6.2 | 463 |
6 | 25.01.2018 | 02:19:14 | 55.37 | 166.37 | 10 | 4.3 | 70 |
7 | 25.01.2018 | 02:27:55 | 55.75 | 166.11 | 10 | 4.7 | 104 |
8 | 25.01.2018 | 02:56:37 | 55.56 | 166.29 | 10 | 4.2 | 63 |
9 | 25.01.2018 | 03:02:21 | 55.56 | 166.20 | 10 | 4.7 | 104 |
10 | 25.01.2018 | 03:24:40 | 53.31 | 153.78 | 485 | 4.4 | 77 |
11 | 25.01.2018 | 07:50:57 | 55.63 | 166.24 | 10 | 4.4 | 77 |
12 | 26.01.2018 | 22:44:21 | 54.45 | 168.81 | 40 | 4.5 | 86 |
13 | 27.01.2018 | 02:34:57 | 55.53 | 166.29 | 40 | 4.9 | 127 |
14 | 27.01.2018 | 22:49:58 | 55.58 | 166.32 | 30 | 4.5 | 86 |
15 | 27.01.2018 | 23:51:20 | 55.43 | 166.56 | 10 | 4.9 | 127 |
К рис. 11 | |||||||
1 | 14.11.2018 | 21:21:51 | 55.66 | 162.08 | 48 | 6.1 | 419 |
2 | 14.11.2018 | 21:29:37 | 55.76 | 161.95 | 60 | 5.0 | 141 |
3 | 17.11.2018 | 14:39:52 | 54.49 | 168.55 | 10 | 5.4 | 209 |
4 | 20.11.2018 | 20:16:03 | 44.66 | 147.89 | 99 | 5.1 | 155 |
Событие 18–19 ноября 2012 г. 15 ноября при низкой относительной влажности воздуха (~70%) температура возросла от низких отрицательных значений до нулевых и положительных значений (см. рис. 2). А с 18 ноября относительная влажность увеличилась до максимальных значений (~90%). Таким образом, в приземной атмосфере возникли условия для развития грозовой активности. Это состояние сохранилось вплоть до 23 ноября и четко проявилось в вариациях Ez-компоненты, а также в усилении ветра. 19 декабря так же, как и в предыдущем случае, грозовой процесс совпал с сейсмическим процессом. Солнечная активность в этот период была относительно спокойной (~10–5 Вт/м2). Спокойной была и циклоническая активность в тропических широтах: циклоны не наблюдались. Но, как следует из табл. 2, вблизи полуострова в этот период произошла серия ЗТ с магнитудой M ~ 5.0–6.5. По-видимому, эти сейсмические события и обеспечили дополнительный приток тепла, необходимый для зарождения грозовой активности.
Событие 2 декабря 2012 г. Как следует из графика T°C(t) (см. рис. 3), в период с 27 ноября по 7 декабря на Камчатке наблюдалась аномально теплая для этого периода погода. Кроме отдельных дней, 29 и 30 ноября, температура воздуха превышала нулевую отметку. А в отдельные периоды при высокой температуре и относительной влажности воздуха (~90–95%) в приземной атмосфере формировались условия грозовой активности. На графике Ez(t) они выделены сильными всплесками: 29 ноября, 2 и 7 декабря. Отрицательный всплеск 27 ноября – это предвестник ЗТ. В период с 26 ноября по 9 декабря в Тихом океане действовал мощный тропический циклон BOPHA с максимальной скоростью Vmax ~ 51 м/с, который подпитывался повышенной солнечной радиацией (~10–6–10–5 Вт/м2). И хотя он развивался далеко от полуострова (φ = (5–20)° N; λ = (160–120)° E), его, по-видимому, следует рассматривать как источник дополнительного притока тепла в приземной атмосфере для обеспечения аномально высокой температуры и связанной с этим грозовой активностью. При этом не исключено влияние на температурный режим и сейсмических источников, т.е. ЗТ, которые имели место вблизи полуострова.
Событие 12 декабря 2014 г. Как видно на рис. 4, мощный циклон HAGUPIT с максимальной скоростью Vmax = 59 м/с действовал продолжительное время (~10 сут), поддерживая температуру воздуха с регулярными суточными колебаниями ниже нулевого уровня. В это время сохранялась высокая относительная влажность воздуха, т.е. имели место обильные осадки. Накопившаяся тепловая энергия на стадии затухания циклона, по-видимому, вызвала рост температуры 12 декабря выше нулевого уровня и при высокой влажности привела к возникновению грозового процесса, сопровождаемого ураганным ветром (V ~ 15 м/с). Солнечная активность была при этом относительно спокойной (~10–6 Вт/м2). Эпицентр землетрясения средней интенсивности (M ~ 5.5) находился вблизи Курильских о-вов (см. табл. 2).
Событие 21 декабря 2014 г. В период с 17 по 20 декабря вариации напряженности электрического поля были в пределах условий “хорошей погоды” (см. рис. 5), без предвестника ЗТ 19 декабря. Суточные вариации температуры и относительной влажности воздуха, характерные для этих условий, были в противофазе. Но 21 декабря возросла температура одновременно с влажностью воздуха, и в приземной атмосфере возникли метеорологические условия для грозовой активности, сопровождаемые усилением ветра. В этот период с 17 по 27 декабря в Тихом океане циклоны не наблюдались, землетрясение с M ~ 5.0 вблизи полуострова произошло только 19–20 декабря (табл. 2). Но 26 декабря на фоне относительно слабой солнечной активности произошли солнечные вспышки с потоком X-лучей ~10–4 Вт/м2. По-видимому, они и стали причиной возрастания температуры воздуха.
Событие 11 марта 2015 г. В период с 6 по 10 марта (см. рис. 6) в отсутствие циклона и умеренных солнечной (<10–5 Вт/м2) и сейсмической (M ~ 5.0) активностей наблюдались регулярные суточные вариации температуры и относительной влажности воздуха. В день вступления циклона BAVI (Vmax = 23 м/с) регулярный ход этих величин был нарушен: температура превысила нулевой уровень, а влажность увеличилась до значений ~90%. Это привело к формированию грозовой активности с усилением ветра до 15 м/с. В последующие дни в процессе развития циклона восстановился регулярный суточный ход температуры, но при более высоких значениях (днем ~+5°C) с последующим уменьшением относительной влажности. В рассматриваемый период произошло землетрясение с магнитудой M ~ 5.0 (табл. 2) при умеренной солнечной активности (~10–5 Вт/м2).
Событие 19 ноября 2017 г. На протяжении десяти дней (см. рис. 7) наблюдались хаотические колебания температуры вблизи нулевого уровня и столь же хаотические колебания относительной влажности воздуха в очень широких пределах (60–90%) с порывистыми ветрами до 10 м/с, т.е. очень неустойчивые метеорологические условия. Лишь 19 ноября при увеличении температуры выше нулевого уровня при максимальной относительной влажности (~90%) наблюдался всплеск грозовой активности. При этом в течение наблюдаемого периода была очень низкая солнечная активность (~10–7 Вт/м2), слабый циклон KIROGI (Vmax = 18 м/с) был кратковременным (всего один день 18 ноября) и сильно удален от полуострова (φ = 10° N и λ = (115–125)° E). В период 20–23 ноября произошло два очень слабых землетрясения (M ~ 4.5–4.7) на близких расстояниях (R ~ 110 км). Факт совпадения периода грозовой активности с действием циклона позволяет с осторожностью принять циклон как источник дополнительного притока тепла в приземной атмосфере.
События 26–28 декабря 2017 г. В период с 18 по 28 декабря действовали два циклона KAI-TAK (14–21 декабря, Vmax = 21 м/с) и TEMBIN (12–25 декабря, Vmax = 36 м/с) в удаленной области (φ ~ 10° N и λ = 100°–140° E) (см. рис. 8). При высокой относительной влажности (~ 80%) суточная температура воздуха изменялась регулярно в пределах от –8 до –20°C. Но, начиная с 25 декабря, температура резко возросла практически до нулевых значений, а влажность увеличилась до 90%. Эти условия сохранились вплоть до 28 декабря, в течение которых наблюдались мощные грозовые процессы 25 и 28 декабря, сопровождаемые обильными осадками и усилением ветра до 15 м/с. При слабой солнечной (~10–8 Вт/м2) и слабой сейсмической (M ~ 4.6–4.9; R ~ 100 км) активностях можно предположить, что источником дополнительного притока тепла явился сильный циклон TEMBIN.
Событие 3 января 2018 г. Рисунок 9. Согласно данным (https://yandex.ru/pogoga/paratunka/month), в рассматриваемый период наблюдалась ясная погода с низкими значениями температуры при относительно высокой относительной влажности воздуха. Исключение составили сутки 3 января, когда выпал обильный снег без явных признаков грозовой активности. В этот день действовал довольно слабый (Vmax = 18 м/с) и удаленный циклон BOLAVEN (φ ~ 10° N и λ = (110–140)° E). Кроме того, этот день предшествовал близкому к восточному побережью Камчатки землетрясению с магнитудой M ~ 5.3. На фоне слабой солнечной активности (~10–8 Вт/м2) тепловой энергии циклона оказалось недостаточно для возбуждения грозовых процессов в приземной атмосфере Камчатки.
События 20–28 января 2018 г. Эти события интересны тем, что в течение продолжительного времени в приземной атмосфере сохранялись условия грозовой активности (см. рис. 10). При слабой солнечной активности (~(10–7–10–6) Вт/м2) и отсутствии циклонов в Тихом океане температура и относительная влажность воздуха изменялись в очень широких пределах: от ~–20 до 0°С и (50–90)%, соответственно. В этот период вблизи полуострова произошло 15 землетрясений средней интенсивности с магнитудой M от 4.0 до 6.1, которые по совокупности и могли стать источником дополнительного притока тепла в приземную атмосферу.
Событие 18–22 ноября 2018 г. В период с 14 по 24 ноября (см. рис. 11) существенно был нарушен суточный ход и температуры и относительной влажности воздуха. А в вариациях Ez-компоненты электрического поля выделены грозовые явления 18, 21 и 22 ноября. В эти периоды при высокой относительной влажности температура ночью возросла от отрицательных до положительных значений, сравнимых с дневными значениями. При низкой солнечной активности (~10–8 Вт/м2) этот факт указывает, что дополнительный приток тепла поступал от земной поверхности. 14 и 17 ноября вблизи восточного побережья Камчатки произошли три ЗТ с магнитудой M ~ 5.0–6.1. Можно предположить, что они являются источниками дополнительно притока тепла. Циклоны MAN-YI (Vmax = 41 м/с) и USAGI (Vmax = 33 м/с) действовали позже с 20 ноября и не могли оказать влияния на событие 18 ноября.
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тропические циклоны, как известно [Матвеев, 1984], зарождаются с появлением атмосферного возмущения в довольно узкой по широте полосе (~(5–20)°) и развиваются продолжительное время (от суток и более), перемещаясь с востока на запад. Их появление связано с ростом температуры воды на глубине ~50 м до величины ~27°C на огромной площади поверхности океана. По мере развития это возмущение переходит в состояние депрессии со скоростью ветра менее 17 м/с, далее – в шторм (Vmax ≤ 32 м/с) и в ураган (Vmax ~ 33–62 м/с, минимальное давление Pmin) с образованием “глаза”. По введенной терминологии это состояние тропического цикла и называется в Тихом океане тайфуном. Его интенсивность определяется этими двумя величинами: Vmax и Pmin. Заканчивается тропический циклон стадией разрушения. В процессе его развития происходит интенсивное испарение водяного пара. В результате потоков вверх теплого и влажного воздуха в нижней атмосфере возникают благоприятные условия для образования мощной кучево-дождевой облачности с сильными грозами, обильными осадками и ураганными ветрами. При конденсации водяного пара выделяется скрытая теплота, к которой добавляется теплота, поступающая от поверхности океана при остывании, а также от разрядов молний. Таким образом, не вдаваясь в детали этого сложного метеорологического явления, тропические циклоны можно рассматривать как мощные источники электромагнитного излучения молниевыми разрядами в диапазоне частот от единиц Гц до десятков кГц. Это излучение уверенно регистрируется на больших расстояниях при распространении в приземном волноводе, в частности, на Камчатке [Михайлов и др., 2005; Дружин и др., 2008], а также во внешней ионосфере на высотах ~2500 км [Mikhailova et al., 2002].
Будучи источником электромагнитного излучения, тропические циклоны в Тихом океане являются также мощным источником тепла. Огромная масса теплого и влажного воздуха перемещается вдоль восточного азиатского побережья и, сталкиваясь с холодным воздухом, образует обычный среднеширотный циклон с характерными для него особенностями: локально при конвекции теплого влажного воздуха также образуются кучево-дождевые облака, выпадают обильные осадки в виде мокрого снега и дождя, усиливаются ветры. В некоторых редких случаях при сильных циклонах возникают зимние грозы. Таким образом, интенсивность среднеширотных циклонов на юге Камчатки непосредственно связана с интенсивностью тропических циклонов. Метеорологи связывают появление зимних гроз только с прохождением теплых среднеширотных циклонов. Так ли это?
Результаты анализа одиннадцати случаев зимних гроз на Камчатке в период с 2008 по 2018 гг. с использованием записей напряженности квазистатического электрического поля в качестве индикатора грозовой активности, метеорологических величин, а также данных потоков рентгеновского излучения для оценки солнечной активности, сейсмической и циклонической активностей показали следующее.
1. В случае 21 декабря 2014 г. в отсутствие тропических циклонов 19 и 20 декабря на фоне относительно слабой солнечной активности произошли солнечные вспышки с потоком X-лучей ~10–4 Вт/м2, которые можно рассматривать, по-видимому, в качестве источника дополнительного потока тепла в приземной атмосфере.
2. В случаях 26–31 декабря 2008 г., 18–19 ноября 2012 г., 20–28 января 2018 г., 18–22 ноября 2018 г. при условиях слабой солнечной активности и отсутствии тропических циклонов в качестве источников дополнительного потока тепла в приземной атмосфере, по-видимому, следует рассмотреть рой умеренных землетрясений (до 15) вблизи восточной границы полуострова. Аналогичная ситуация при близких землетрясениях наблюдалась ранее в работе [Михайлов и др., 2006б], а также в работе [Кузнецов и др., 2007]. Последняя работа интересна тем, что ее результаты позволяют проследить зарождение среднеширотных циклонов при затухании тропического циклона TAPAH на расстояниях до ~3000 км до Камчатки и движении их на север. Дополнительным аргументом в пользу вывода о сейсмическом источнике дополнительного притока тепла в приземной атмосфере могли бы быть результаты регистрации уходящего инфракрасного излучения на метеорологических спутниках.
3. В остальных рассмотренных в работе случаях причиной зимних гроз, кроме случая 3 января 2018 г., действительно являлись тропические циклоны с интенсивностью от 18 до 59 м/с.
Таким образом, тропические циклоны в Тихом океане, являются возможным, но не единственным источником дополнительного потока тепла для возникновения локальных зимних гроз на Камчатке.
Список литературы
– Бенндорф Г. Атмосферное электричество. М., Л.: ОНТИ. Государственное технико-теоретическое изд-во. 123 с. 1934. (Перевод с немецкого).
– Бузевич А.В., Смирнов С.Э., Филимонов В.И., Фирстов П.П. Специализированный аппаратурный комплекс (АПК) сбора и обработки геофизической информации обс. Паратунка / Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений / Ред. Е.Ф. Вершинин, В.В. Богданов. Петропавловск-Камчатский: ИКИР ДВО РАН. Тез. докл. С. 30–38. 1998.
– Дружин Г.И., Тарасенко Д.В., Пухов В.М., Злыгостев А.В. Аппаратурный комплекс для определения азимутальных углов прихода импульсных ОНЧ-излучений / Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений / Ред. Ю.С. Шумилов, Г.И. Дружин. Петропавловск-Камчатский: ИКИР ДВО РАН. Тез. докл. С. 32–33. 2001.
– Дружин Г.И., Чернева Н.В., Мельников А.Н. Грозовая активность по наблюдениям ОНЧ-излучения на Камчатке // Солнечно-земная физика. Вып. 12. Т. 2. С. 327–328. 2008.
– Кузнецов В.В., Чернева Н.В., Дружин Г.И. О влиянии циклонов на атмосферное электрическое поле Камчатки // ДАН. Т. 412. № 4. С. 547–551. 2007.
– Кузнецов В.Д., Боднар Л., Гарипов Г.К. + 17 авторов. Орбитальный мониторинг ионосферы и аномальных явлений на малом спутнике “Вулкан-Компас-2” // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 51. № 3. С. 333–345. 2011.
– Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 752 с. 1984.
– Михайлов Ю.М., Дружин Г.И., Михайлова Г.А., Капустина О.В. Динамика грозовой активности во время тропических циклонов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. № 6. С. 825–839. 2006а.
– Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Дружин Г.И., Смирнов С.Э. Электрические и электромагнитные процессы в приземной атмосфере перед землетрясениями на Камчатке // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. № 6. С. 839–852. 2006б.
– Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Дружин Г.И., Чернева Н.В. Возможные атмосферные эффекты в нижней ионосфере по наблюдениям атмосферных радиошумов на Камчатке во время тропических циклонов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 45. № 6. С. 824–839. 2005.
– Смирнов С.Э., Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В. Особенности зимних гроз на Камчатке // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 6. С. 742–749. 2019.
– Юман М. Молния. М.: Мир, 328с. 1972. (Перевод с английского).
– Mikhailova G.A., Mikhailov Yu.M., Kapustina O.V. Variations of ULF-VLF electric fields in the external ionosphere over powerful typhoons in Pacific ocean // Adv. Space Res. V. 30. N11. P. 2613–2618. 2002.
– Smirnov S. Association of the negative anomalies of the quasistatic electric field in atmosphere with Kamchatka seismicity // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. V. 8. P. 745–749. 2008.
– Solar Influences Data Analysis Center (SIDC), http:// www.staff.oma.be/default.jsp.
– Search for earthquakes, https://www.emsc-csem.org/ Earthquake/?filter=yes.
– https://yandex.ru/pogoda/paratunka/month.
– https://www.global-weather.ru/archive/paratunka.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Геомагнетизм и аэрономия