Введение
Удаленное наблюдение за ударами молнии Детектор молнии - это устройство, которое обнаруживает молнию, производимую грозами. Существует три основных типа детекторов: наземные системы с использованием нескольких антенн, мобильные системы с использованием направленной и сенсорной антенны в одном и том же месте (часто на борту самолета) и космические системы. Первое такое устройство было изобретено в 1894 году Александром Степановичем Поповым. Это был также первый в мире радиоприемник. Наземные и мобильные детекторы рассчитывают направление и интенсивность молнии с текущего места с использованием методов радиопоиска направления вместе с анализом характерных частот, испускаемых молнией. Наземные системы могут использовать триангуляцию из нескольких мест для определения расстояния, в то время как мобильные системы могут оценивать расстояние с использованием частоты сигнала и ослабления. Космические детекторы на спутниках могут быть использованы для определения дальности, ориентации и интенсивности молний путем непосредственного наблюдения. Наземные сети обнаружения молний используются метеорологическими службами, такими как Национальная служба погоды в Соединенных Штатах, Метеорологическая служба Канады, Европейское сотрудничество по обнаружению молний (EUCLID), Институт вездесущей метеорологии (Ubimet) и другими организациями, такими как электроэнергетические компании и службы по предотвращению лесных пожаров.
A lightning detector is a device that detects lightning produced by thunderstorms. There are three primary types of detectors: ground based systems using multiple antennas, mobile systems using a direction and a sense antenna in the same location (often aboard an aircraft), and space based systems. The first such device was invented in 1894 by Alexander Stepanovich Popov. It was also the first radio receiver in the world. Ground based and mobile detectors calculate the direction and severity of lightning from the current location using radio direction finding techniques along with an analysis of the characteristic frequencies emitted by lightning. Ground based systems can use triangulation from multiple locations to determine distance, while mobile systems can estimate distance using signal frequency and attenuation. Space based detectors on satellites can be used to locate lightning range, bearing and intensity by direct observation. Ground based lightning detector networks are used by meteorological services like the National Weather Service in the United States, the Meteorological Service of Canada, the European Cooperation for Lightning Detection (EUCLID), the Institute for Ubiquitous Meteorology (Ubimet) and by other organizations like electrical utilities and forest fire prevention services.
Ограничения
Каждая система, используемая для обнаружения молний, имеет свои ограничения. Одной наземной сети молнии должна быть возможность обнаружить вспышку с по крайней мере тремя антеннами, чтобы найти его с допустимой погрешностью. Это часто приводит к отторжению облака от облака молний, поскольку одна антенна может обнаруживать положение вспышки на исходном облаке, а другая антенна - принимающей. В результате наземные сети имеют тенденцию недооценивать количество вспышек, особенно в начале штормов, когда облака в облака молнии распространены. Наземные системы, использующие множественные методы обнаружения местоположения и времени полета, должны иметь центральное устройство для сбора данных о ударе и времени для расчета местоположения. Кроме того, каждая станция обнаружения должна иметь источник точного измерения времени, который используется при расчете. Поскольку они используют ослабление, а не триангуляцию, мобильные детекторы иногда ошибочно указывают на слабую ближайшую молнию как на сильную, находящуюся дальше, или наоборот. Сети космической молнии не испытывают ни одного из этих ограничений, но информация, предоставляемая ими, часто имеет несколько минут, когда она широко доступна, что делает ее ограниченной для приложений в режиме реального времени, таких как аэронавигация.
A single ground based lightning network must be able to detect a flash with at least three antennas to locate it with an acceptable margin of error. This often leads to the rejection of cloud to cloud lightning, as one antenna might detect the position of the flash on the starting cloud and the other antenna the receiving one. As a result, ground based networks have a tendency to underestimate the number of flashes, especially at the beginning of storms where cloud to cloud lightning is prevalent. Ground based systems that use multiple locations and time of flight detection methods must have a central device to collect strike and timing data to calculate location. In addition, each detection station must have a precision timing source that is used in the calculation. Since they use attenuation rather than triangulation, mobile detectors sometimes mistakenly indicate a weak lightning flash nearby as a strong one further away, or vice versa. Space based lightning networks suffer from neither of these limitations, but the information provided by them is often several minutes old by the time it is widely available, making it of limited use for real time applications such as air navigation.
Светооткрыватели против метеорологических радаров
Радарные системы и молниеносные детекторы работают вместе, чтобы обнаружить штормы. Светодиодные детекторы показывают электрическую активность, а метеорологические радары - осадки. Оба явления связаны с грозами и могут помочь определить силу шторма. Воздух движется вверх из-за нестабильности. Происходит конденсация и радар обнаруживает эхо над землей (цветные области). В конце концов, масса капель дождя становится слишком большой, чтобы поддержать ее подъемный поток, и они падают к земле. Перед тем как молния может появиться, облако должно достичь определенной вертикальной высоты, поэтому, как правило, метеорологический радар будет указывать на развивающийся шторм раньше, чем детектор молний. Из ранних результатов не всегда ясно, превратится ли дождевое облако в грозу, а метеорологические радары также иногда страдают от эффекта маскировки за счет ослабления, когда осадки вблизи радара могут скрывать (возможно, более интенсивные) осадки дальше. Светоотражатели не страдают от маскирующего эффекта и могут подтвердить, когда дождевое облако превратилось в грозу. Молния также может быть расположена за пределами осадков, зарегистрированных радаром. На втором изображении показано, что это происходит, когда удары исходят из наковальни грозового облака (верхняя часть, поднятая вперед от кумулонимбусного облака верхними ветрами) или на внешнем краю дождевой шахты. В обоих случаях, где-то поблизости все еще есть область радарного эхо.
Использование в авиации
Крупные авиалайнеры чаще используют метеорологические радары, чем детекторы молний, поскольку метеорологические радары могут обнаруживать небольшие штормы, которые также вызывают турбулентность; однако современные системы авионики часто включают в себя обнаружение молний для дополнительной безопасности. Для небольших самолетов, особенно в общей авиации, существует два основных бренда детекторов молний (часто называемых сферическими, сокращенно от радиоатмосферных): Stormscope, изначально производимый Райаном (позже B. F. Goodrich) и в настоящее время L 3 Communications, и Strikefinder, производимый Insight. Strikefinder может обнаруживать и правильно отображать удары IC (внутри облака) и CG (облако к земле), а также отличать реальные удары от отскоков сигнала, отражаемых от ионосферы. Светоотражатели недорогие и легкие, что делает их привлекательными для владельцев легких самолетов (особенно одномоторных самолетов, где нос самолета не доступен для установки радома).