Вестник КРАУНЦ.Физ.-мат. науки. 2021. Т. 34. №1. C. 159-173. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

УДК 551.594.6

Научная статья

Анализ 11-летней динамики пространственного распределения плотности молний в Северной Азии

Л. Д. Тарабукина, В. И. Козлов, Д. Е. Иннокентьев

Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН, 677027, г. Якутск, пр. Ленина, 31

E-mail: tarabukina@ikfia.ysn.ru

Проведен анализ 11-летних временных рядов количества грозовых разрядов суммарно по территориям двух крупных областей повышенной плотности молний (более 10 раз по сравнению со значениями на окружающем пространстве): условно обозначенных как восточный регион — 40–55º с.ш., 110–140º в.д., и западный регион — 47–62º с.ш., 60–90º в.д. Дискретное разложение рядов (разрешение в 1 сутки) с помощью вейвлет-функции Мейера до 5 уровня (восточный) и 4 уровня (западный) показало смещение максимума сезонного хода грозовой активности в регионах в начало и ближе к августу из года в год с периодом около 3 лет. Периодичность в вариациях грозовой активности более выражена в Фурье-спектрах в западном регионе: 4, 7, 14 дней. Плотность молний в Северной Азии в пространстве можно описать как пояс вокруг 50º с.ш. со смещением южнее на востоке и значительном увеличении плотности в двух областях. Предложено аналитическое выражение в виде изменяющейся с долготой гауссовой функции широтного хода, суммированной с линейной функцией фонового спада общего уровня активности к северу. Параметры, входящие в гауссову функцию, представлены зависимостью плотности от долготы. Параметр широты достаточно аппроксимируется линейной функцией долготы, параметр уширения распределения по широте – суммой трех гауссовых функций. Их межгодовое изменение пренебрегалось в данном решении. Параметр, ответственный за описание пика плотности, описывается суммой двух гауссовых функций, и в их коэффициенты введена зависимость от года. Межгодовые вариации коэффициентов вторичных функций предложено представлять в виде суммы Фурье-рядов с двумя-тремя гармониками. Таким образом, получены оценки вариабельности параметров аналитического выражения широтно-долготного распределения плотности грозовых разрядов в десятилетнем масштабе.

Ключевые слова: грозовая активность, гроза, Северная Азия, широтный ход.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-34-1-159-173

Поступила в редакцию: 19.10.2020

В окончательном варианте: 01.02.2021

Для цитирования. Тарабукина Л. Д., Козлов В. И., Иннокентьев Д. E. Анализ 11-летней динамики пространственного распределения плотности молний в Северной Азии // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 34. № 1. C. 159-173. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-34-1-159-173

Финансирование. Исследование выполнялось при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта 18-35-00215 мол а. Приборная база поддерживается за счет бюджетной темы II.16.2.1. (номер госрегистрации АААА-А17-117021450059-3).

Конкурирующие интересы. Авторы заявляют, что конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Все авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International
(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Тарабукина Л. Д., Козлов В. И., Иннокентьев Д. E., 2021

MSC 86A10

Research Article

Analysis of 11-years dynamics in spatial distribution of lightning density in North Asia

L. D. Tarabukina, V. I. Kozlov, D. E. Innokentiev

Yu. G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy of the SB RAS, 677027, Yakutsk, Lenina ave., 31, Russia

E-mail: tarabukina@ikfia.ysn.ru

In this study, we analyzed 11-year time series of lightning strokes number over two large areas with increased lightning density (more than 10 times compared with the values in the surrounding area). The so-called “eastern” region is 40–55º N, 110–140º E, and the “western” region is 47–62º N, 60–90º E. The discrete decomposition of the series (of daily resolution) using the Meyer wavelet function to fifth level (eastern) and forth level (western) showed a shift in the maximum of seasonal variation in the regions from the beginning of June to beginning of August from year to year with a period of about 3 years. The periodicity in the seasonal variations of lightning number obtained by the Fourier spectra appeared in the western region more clearly: 4, 7, 14 days. The spatial distribution of lightning density in North Asia can be described as a belt around 50º N with a more than 5 degrees latitude shift to the south in the east with significant peaks in density especially in two regions. The analytical expression is suggested in the form of a latitudinal Gaussian function varying with longitude summarized with a linear function as the background decline to the north of the general lightning activity level. Thus, estimates of the variability of the analytical expression parameters defined the latitudinal-longitudinal distribution of the lightning density on a ten-year scale were obtained.

Key words: lightning activity, thunderstorm, North Asia, analytical expression.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-34-1-159-173

Original article submitted: 19.10.2020

Revision submitted: 01.02.2021

For citation. Tarabukina L. D., Kozlov V. I., Innokentiev D. E. Analysis of 11-years dynamics in spatial distribution of lightning density in North Asia. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2021, 34: 1, 159-173. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-34-1-159-173

Funding. The study was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research within the framework of the research project 18-35-00215 mol a. The instrument base is supported by budgetary theme II.16.2.1. (state registration number АААА-А17-117021450059-3).

Competing interests. The authors declare that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. All authors contributed to this article. Authors are solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by all authors.

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Tarabukina L. D., Kozlov V. I., Innokentiev D. E., 2021

Список литература/References

  1. Cecil D. J., Buechler D. E., Blakeslee R. J., “Gridded lightning climatology from TRMMLIS and OTD: Dataset description”, Atmospheric Research, 135 (2014), 404–414.
  2. Снегуров А. В., Снегуров В. С., “Сравнение характеристик многопунктовых грозопеленгационных систем”, Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, 2019, №595, 22–62.. [Snegurov A. V., Snegurov V. S., “Sravnenie kharakteristik mnogopunktovykh grozo-pelengatsionnykh sistem”, Trudy Glavnoy geofizicheskoy observatorii im. A.I.Voeykova, 2019, №595, 22–62 (in Russian)].
  3. Снегуров А. В., Снегуров В. С., “Система местоопределения гроз”, Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, 2017, №586, 117–140. [Snegurov A. V., Snegurov V. S., “Sistema mestoopredeleniya groz”, Trudy Glavnoygeofizicheskoy observatorii
    im. A.I. Voeykova, 2017, №586, 117–140 (in Russian)].
  4. Аджиев А. Х. и др., “Территориальные особенности грозовой активности на Северном Кавказе по метеорологическим и инструментальным данным”, Метеорология и гидрология, 2015, №4, 46–52. [Adzhiev A. Kh. et al.,, “Territorial’nye osobennosti grozovoy aktivnosti na SevernomKavkaze po meteorologicheskim i instrumental’nym dannym”, Meteorologiya i gid-rologiya, 2015, №4, 46—52 (in Russian)].
  5. Аджиева А. А., Кокоева М. Н., “Динамический мониторинг данных параметров токов молний на территории юга европейской части России”, Инженерный вестник Дона, 2019, №5, 3. [Adzhieva A. A., Kokoeva M. N., “Dinamicheskiy monitoring dannykh parametrov tokov molniy na territorii yuga evropeyskoy chasti Rossii”, Inzhenernyy vestnik Dona, 2019, №5, 3 (in Russian))].
  6. “World Wide Lightning Location Network.”, wwlln.net (дата обращения: 8.08.2020)..
  7. Шанкибаева М. Х., Каранина С. Ю., Кочеева Н. А., “Изучение характера проявления гроз в горах юга Западной Сибири”, В сборнике: современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России. Материалы Всероссийской научно-
    практической конференции, 2018, 428–433. [Shankibaeva M. Kh., Karanina S. Yu., Kocheeva N. A., “Izuchenie kharaktera proyavleniya groz v gorakh yuga Zapadnoy Sibiri”, V sbornike: sovremennye tendentsii i perspektivy razvitiya gidrometeorologii v Rossii. Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, 2018, 428-433 (in Russian)].
  8. Said R. K., Cohen M. B., Inan U. S., “Highly intense lightning over the oceans: Estimated peak currents from global GLD360 observations”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118:13 (2013), 6905–6915.
  9. Кононов И. И. и др., “Амплитудно-гиперболический метод местоопределения молниевых разрядов”, Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, 2016, №581, 176–192. [Kononov I. I. et al., “Amplitudno-giperbolicheskiy metod mestoopredeleniya molnie-vykh razryadov”, Trudy Glavnoy geofizicheskoy observatorii im. A.I. Voeykova, 2016, №581, 176–192 (in Russian)].
  10. Орлова А. А., Валеев А. Р., Раскулова А. И., “Системы пеленгации грозовой активности”, Электротехнические комплексы и системы, 2017, 164–168. [Orlova A. A., Valeev A. R., Raskulova A. I., “Sistemy pelengatsii grozovoy aktivnosti”, Elektrotekhnicheskie kompleksy i sistemy, 2017, 164–168 (in Russian)].
  11. Московенко В. М., Знаменщиков Б. П., Золотарев С. В., “Применение системы грозо-пеленгации «Верея-МР» в интересах электроэнергетики России”, Новое в российской электроэнергетике, 2012, №2, 15–23. [Moskovenko V. M., Znamenshchikov B. P. , Zolotarev S. V., “Primenenie sistemy grozopelengatsii «Vereya-MR» v interesakh elektroenergetiki Rossii”, Novoe v rossiyskoy elektroenergetike, 2012, №2, 15–23 (in Russian)].
  12. Koehler T. L., “Cloud-to-ground lightning flash density and thunderstorm day distributions
    over the contiguous United States derived from NLDN measurements: 1993–2018”, Monthly Weather Review, 148:1 (2020), 313–332.
  13. Козлов В. И., Муллаяров В. А., Каримов Р. Р., “Пространственное распределение плотности грозовых разрядов на Востоке России по данным дистанционных наблюдений”, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 8:3 (2011), 257–262. [Kozlov V. I., Mullayarov V. A., Karimov R. R., “Prostranstvennoe raspredelenie plotnosti grozovykh razryadov na Vostoke Rossii po dannym distantsionnykh nablyudeniy”, Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 8:3 (2011), 257–262 (in Russian)].
  14. Dowden R. L., Brundell J. B., Rodger C. J., “VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites”, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64 (2002), 817–830.
  15. Hutchins M. L. et al., “Far-field power of lightning strokes as measured by the World Wide Lightning Location Network”, J. Atmos. Ocean. Technol., 29 (2012), 1102–1110.
  16. Rodger C. J. et al., “Detection efficiency of the VLF World-Wide Lightning Location Network (WWLLN): Initial case study”, Ann. Geophys., 24 (2006), 3197–3214.
  17. De Souza P. et al., “The intracloud/cloud-to-ground lightning ratio in Southeastern Brazil”, Atmos. Res., 91 (2009), 491–499.
  18. Soriano L. R., de Pablo F., “Total flash density and the intracloud/cloud-to-ground lightning ratio over the Iberian Peninsula”, J. Geophys. Res. Atmos., 112 (2007), D13114.
  19. Adzhiev A. H., Kuliev D. D., “Characteristics of Storm Activity and Parameters of Lightning Discharges in the South of the European Part of Russia”, Izv. Atmos. Ocean. Phys., 54 (2018), 372–379.
  20. Rudlosky S. D., Shea D. T., “Evaluating WWLLN performance relative to TRMM/LIS”, Geophys. Res. Lett., 40 (2013), 2344–2348.
  21. B¨urgesser R. E., “Assessment of the World Wide Lightning Location Network (WWLLN) detection efficiency by comparison to the Lightning Imaging Sensor (LIS)”, Q. J. R. Meteorol. Soc., 143 (2017), 2809–2817.
  22. Abarca S. F., Corbosiero K. L., Galarneau T. J., “An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth”, J. Geophys. Res. Atmos., 115 (2010).
  23. Holzworth R. H. et al., “Global Distribution of Superbolts”, J. Geophys. Res. Atmos., 124 (2019), 9996–10005.
  24. Hutchins M. L. et al., “Relative detection efficiency of the World Wide Lightning Location Network”, Radio Sci., 2012, №47, 1–9.
  25. Тарабукина Л. Д., Козлов В. И., Каримов Р. Р., “Аналитическое выражение для распределения плотности грозовых разрядов по территории Северной Азии”, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 13:3 (2016), 184–191. [Tarabukina L. D., Kozlov V. I., Karimov R. R., “Analiticheskoe vyrazhenie dlya raspredeleniya plotnosti grozovykh razryadov po territorii Severnoy Azii”, Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 13:3 (2016), 184–191 (in Russian)].
  26. Williams E., Stanfill S., “The physical origin of the land-ocean contrast in lightning activity”, Comptes Rendus Physique, 3:10 (2002), 1277–1292.
  27. Hutchins M. L., et al., “Radiated VLF energy differences of land and oceanic lightning”, Geophysical Research Letters, 40:10 (2013), 2390–2394.
  28. Boccippio D. J., Goodman S. J., Heckman S., “Regional differences in tropical lightning distributions”, Journal of Applied Meteorology, 39:12 (2000), 2231–2248.
  29. Zhang W. et al., “Lightning climatology over the northwest Pacific region: An 11-year study using data from the World Wide Lightning Location Network”, Atmospheric Research, 210 (2018), 41–57.
  30. Tsurushima D., Sakaida K., Honma N., “Spatial distribution of cold-season lightning frequency in the coastal areas of the Sea of Japan”, Prog. in Earth and Planet. Sci., 4 (2017), 7.
  31. Sato M. et al., “Global distribution of intense lightning discharges and their seasonal variations”, Journal of Physics D: Applied Physics, 41:23 (2008), 234011.
  32. Beirle S. et al., “Global patterns of lightning properties derived by OTD and LIS”, Natural Hazards and Earth System Sciences, 14:10 (2014), 2715–2726.
  33. Mackerras D. et al., “Global lightning: Total, cloud and ground flash estimates”, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 103:D16 (1998), 19791–19808.
  34. Московский С. Б., Сергеев А. Н., Лалина Н. А., “Очистка сигнала от шумов с использованием вейвлет-преобразования”, Universum: технические науки, 2015, №2 (15), https://7universum.com/ru/tech/archive/item/1958 (дата обращения: 16.10.2020). [Moskovskiy S. B., Sergeev A. N., Lalina N. A., “Ochistka signala ot shumov s ispol’zovaniem veyvlet-preobrazovaniya”, Universum: tekhnicheskie nauki, 2015, №2 (15) (in Russian)].
  35. Дашко Н. А., Курс лекций по синоптической метеорологии, ДВГУ, Владивосток, 2005, http://sites.google.com/site/dashkonina/Home (дата обращения: 16.10.2020). [Dashko N. A., Kurs lektsiy po sinopticheskoy meteorologii, DVGU, Vladivostok, 2005 (in Russian)].
  36. Козлов В. И., Муллаяров В. А., Грозовая активность в Якутии, ЯФ Изд-ва СО РАН, Якутск, 2004, 103 с. [Kozlov V. I., Mullayarov V. A., Grozovaya aktivnost’ v Yakutii, YaF Izd-va SO RAN, Yakutsk, 2004 (in Russian), 103 pp.]
  37. Tarabukina L., Kozlov V., “Seasonal Variability of Lightning Activity in Yakutia in 2009–2019”, Atmosphere, 11:9 (2020), 918.

Тарабукина Лена Дмитриевна – младший научный сотрудник, лаборатория радиоизлучений ионосферы и магнитосферы, Институт космофизических исследований и
аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия, ORCID: 0000-0003-2290-1320.

Tarabukina Lena Dmitrievna – Junior Researcher, Laboratory of Ionosphere and Magnetosphere Radio Emissions, Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy named after Yu. G. Shafer SB RAS, Yakutsk, Russia, ORCID: 0000-0003-2290-1320.

Козлов Владимир Ильич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория радиоизлучений ионосферы и магнитосферы, Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия, ORCID: 0000-0001-7683-8668.

Kozlov Vladimir Il’ich – Ph.D. (Phys. & Math.), Leading Researcher, Laboratory of Radio Emission of the Ionosphere and Magnetosphere, Institute of Cosmo-physical Research and Aeronomy Yu. G. Shafer SB RAS, Yakutsk, Russia, ORCID: 0000-0001-7683-8668.

Иннокентьев Дмитрий Евгеньевич – ведущий инженер-электроник, лаборатория радиоизлучений ионосферы и магнитосферы, Институт космофизических исследований и
аэрономии им. Ю.Г.Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия.


Innokentiev Dmitry Evgenievich – Leading Electronic Engineer, Laboratory of Ionosphere and Magnetosphere Radio Emissions, Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy named after Yu.G. Shafer SB RAS, Yakutsk, Russia.

Читать статью/Read articleСкачать/Download