![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/work/work-img.png)
Исследование и разработка методов мониторинга грозовой активности Якутии
Введение………………………………………………………………………………. 4
1. Общие принципы мониторинга грозовой активности и методов
выделения грозовых областей……………………………………….……..…………. 9
1.1 Методы мониторинга грозовой активности……………………………….….. 9
1.2 Статистическое методы моделирования грозовых очагов……………..…. 18
1.2.1 Меры сходства…………..……………..…………………………….…. 21
1.2.2 Алгоритмы кластеризации…………………………………………..…. 24
1.3 Грозовые процессы………………..……………………………………….… 26
1.4 Статистические методы определения параметров
грозовой активности………………………………………………………………… 30
1.5 Параметры грозовых ячеек и очагов………………………………..……….. 35
2. Методическое обеспечение для региональной системы мониторинга грозовой
активности………………………………………………………………………………………………….. 38
2.1 Анализ погрешностей определения грозового разряда……………..……… 44
2.2 Построение рабочей зоны контроля за грозовой активностью……………. 56
2.3 Метод оптимального определения местоположения грозового разряда для
двухпунктовой системы регистрации гроз………………………………………. 58
2.4 Метод выделения грозового очага……………..………….………………… 60
2.5 Первичная кластеризация грозовых объектов методом ближайшего
соседа.….…………….…………………………………………………………….. 63
2.6 Модальный анализ Уишарта для выделения грозовых ячеек в случае их
перекрытия ………………………………………………………………….…….…. 65
2.7 Параметры грозового очага……………………………………….……..…… 70
3. Параметры кластерной модели грозового очага………………..……….……… 73
3.1 Вычислительная реализация метода выделения грозового очага..……..… 73
3.2 Реализация основных вычислительных процедур и функций…….……….. 75
3.3 Описание работы программы кластеризации грозовых разрядов…………. 76
3.4 Пространственно-временные характеристики грозовой активности …….. 80
3.5 Параметры пространственно-временных характеристик грозового очага…83
3.6 Параметры пространственно-временных характеристик грозовой ячейки…94
4. Практические рекомендации по применению метода комплексного
мониторинга грозовой активности в исследуемом регионе ……………………. 103
4.1 Требования к регистрирующей аппаратуре………………………………… 104
4.2 Технология метода определения местоположения грозового разряда на
основе данных двухпунктовой системы грозолокации
для исследуемого региона …………………..……………………………………. 108
4.3 Технология метода обработки массива зарегистрированных грозовых
разрядов…………………………………………………………………………..… 108
Основные научные результаты и выводы …………………………………….…. 111
Библиографический список …………………………..……….…..……………….. 113
Приложение I……………………………………………………………………….. 129
Приложение II………………………………………………………………………. 130
Приложение III…………………………………………………………………..….. 131
Приложение IV……………………………………………………………………… 132
Приложение V………………………………………………………………………. 138
Приложение VI…………………………………………………………………….. 139
Актуальность темы исследования. Грозы – это опасное природное
явление, приводящее к возникновению чрезвычайных ситуаций, в результате
которых гибнут люди, и наносится ущерб многим сферам человеческой
деятельности, таким как электроэнергетика и лесное хозяйство. Одна из основных
причин возникновения лесных пожаров в Якутии – это грозовые разряды.
Якутия относится к одному из наиболее пожароопасных регионов России.
Согласно данным Якутской авиационной базы охраны лесов количество лесных
пожаров, вызванных грозовой активностью составляет 14% в густонаселенной
части Якутии и 70% в малонаселенных районах.
Лесные пожары оказывают огромное влияние на окружающую среду.
Крупномасштабные лесные пожары наносят разрушительное воздействие на
природные и искусственные экосистемы, при этом в атмосферу выбрасывается
огромное количество продуктов горения, загрязняющих атмосферу и
способствующих глобальному изменению климата.
В связи с этим необходимо совершенствовать методы регистрации грозы и
методы выделения грозовых объектов с целью выявления закономерностей
эволюции грозовой активности и прогнозирования особенностей развития и
интенсивности грозовой деятельности.
Исходя из вышеизложенного, становится актуальной задача
усовершенствования методов мониторинга грозовой активности.
Степень научной проработанности темы. Вопросам совершенствования
радиотехнических методов мониторинга грозовой активности посвящены работы
как российских, так и зарубежных специалистов, таких как М. С. Александров, В.
Н. Стасенко, И. И. Кононов, А. Х. Аджиев, R. H. Holzworth, R. H. Dowden, M. L.
Hutchins и др.
Вопросам кластеризации грозовых разрядов уделяется большое внимание в
работах З. М. Бакленевой, В. П. Горбатенко, А. А. Аджиевой, В. И. Козлова. В
обзорной работе Е.А. Мареева показано, что большое значение имеет изучение
региональных особенностей статистики молний и совершенствование наземных
средств картирования гроз.
Область исследования. Работа выполнена в соответствии с пунктами 1, 4,
5 паспорта специальности 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной
среды, веществ, материалов и изделий» (технические науки).
Объект исследования – грозовая активность отдельного региона.
Предмет исследования – пассивные радиотехнические методы
регистрации импульсного сигнала атмосферика, методы кластерного анализа
грозовых разрядов.
Цель диссертационной работы. Разработка методов мониторинга грозовой
активности Якутии.
Задачи исследования:
1. Разработать метод местоопределения грозового разряда, повышающий
точность определения его координат, на основе двухпунктовой системы
грозопеленгации.
2. Разработать метод построения модели грозового очага в виде кластера,
объединяющего грозовые разряды, и реализовать данный алгоритм в виде
программного комплекса.
3. Определить и оценить основные параметры различных грозовых
областей, интерпретируя натурный эксперимент для исследуемого региона на
основе разработанных методов.
4. Выявить новые закономерности, характеризующие грозовые очаги для
трех регионов Якутии.
Научная новизна работы:
1. Разработан новый метод местоопределения грозового разряда
отличающийся тем, что повышает точность определения координат грозового
разряда при использовании двухпунктовой системы грозорегистрации.
2. Разработан метод выделения грозового очага, в виде кластера
отличающийся тем, что позволяет классифицировать объекты, в случае
перекрывающихся грозовых областей.
3. Впервые установлено, что на территории Якутии форма грозовых
объектов является эллиптической и с увеличением эксцентриситета (вытянутости
грозового кластера) растет интенсивность грозы.
4. Впервые установлены закономерности, характеризующие грозовые
объекты различных регионов Якутии и позволяющие прогнозировать грозовую
активность для региональных систем экологического мониторинга гроз.
Практическая значимость заключается в том, что информация о грозовых
очагах и ячейках, полученная с помощью разработанных алгоритмов и методов,
![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/signup-document.png)
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!