Разряды молний в холодный период на юге-востоке Западной Сибири

Исследования атмосферного электричества и грозовой активности на юге Западной Сибири имеют многолетнюю историю [1]. На сегодняшний день получены оценки пространственно-временной изменчивости грозовой активности и конвективных процессов на данной территории [2-4]. В теплый период (май–сентябрь) грозы связаны как с динамической (атмосферные фронты), так и с термической конвекцией, источником которой служит неустойчивость атмосферы из-за сильного вертикального градиента температуры и влаги в нижней тропосфере. В холодный период (ноябрь–март) в условиях резко континентального климата Сибири термическая конвекция практически отсутствует из-за отрицательного радиационного баланса и снежного покрова. Однако иногда фиксируются электрические разряды, связанные с фронтальными кучево-дождевыми облаками, развивающимися под влиянием динамической конвекции. Цель работы — установить особенности пространственно-временной изменчивости и условия возникновения разрядов молнии в холодный период на юго-востоке Западной Сибири.
Исследование основано на данных дистанционного зондирования и наземных измерений, а также на измерениях приземного электрического поля в геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН (ГО ИМКЭС; 56,48° с.ш., 85,06° в.д.) в период с 2008 по 2025 г. Данные приземного электрического поля были получены с помощью электростатических флюксметров «Поле-2» и CS110. Для анализа синоптических условий использовались приземные синоптические карты с фронтальным анализом, а для получения информации об облачном покрове — данные спутникового зондирования (Terra, Aqua, Suomi NPP, Meteosat-8, Himawari-8). Для анализа грозовой активности были привлечены данные грозопеленгационной сети WWLLN.
Анализ пространственного распределения разрядов в период с 2016 по 2026 г. на юго-востоке Западной Сибири выявил следующие закономерности. Во-первых, большинство событий локализовано в предгорных районах, что указывает на роль орографических препятствий как триггера динамической конвекции: вынужденный подъем воздушных масс при натекании на возвышенности. Во-вторых, отдельные случаи характеризуются значительной горизонтальной протяженностью (цепочки разрядов), что типично для фронтальных процессов — прохождения активных холодных фронтов или фронтов окклюзии в зимний период. В-третьих, наблюдается отчетливый широтный градиент: максимальная повторяемость разрядов фиксируется на юге региона с постепенным уменьшением к северу, что согласуется с климатической зональностью и убыванием энергии неустойчивости в высоких широтах. Наибольшее число разрядов зарегистрировано в марте (66 %) и ноябре (17 %); на декабрь–февраль приходится всего 17 % разрядов. В суточном ходе максимум повторяемости молний отмечается в ночные и утренние часы, а минимум — после полудня.
В первом квартале 2024 г. в окрестностях Томска было зафиксировано четыре случая грозы (14 января, 10 февраля, 11 и 26 марта), сопровождавшихся ливневым снегом, шквалистым ветром и метелями. Проведено комплексное исследование этих случаев зимних (снежных) гроз. Во всех случаях над Томской областью проходил холодный фронт, которому, как правило, предшествовал фронт окклюзии. Фронтальные облачные системы были представлены преимущественно кучево-дождевыми облаками, которым сопутствовали ливневый снег, шквалистые усиления ветра и метели.
Первый в 2024 г. случай зимней грозы был отмечен вечером 14 января вблизи аэропорта Томска (Богашёво). Разряд наблюдали очевидцы в с. Богашёво, а также зарегистрировали с помощью видеофиксации. На видеозаписи видна вспышка и слышны раскаты грома. В данных наблюдений на АМСГ Томск явление «гроза» указано не было, однако в аэропорту в этот период регистрировались метель с порывами ветра до 16 м/с и более. Из-за сложных метеорологических условий самолет компании «Аэрофлот», следовавший из Москвы в Томск, совершил вынужденную посадку в аэропорту Новосибирска (Толмачёво). Грозопеленгационная сеть WWLLN не зарегистрировала разрядов над регионом в этот день. При этом в ГО ИМКЭС, расположенной примерно в 14 км от АМСГ, в 15:49 UTC было зафиксировано резкое изменение (импульс) градиента потенциала электрического поля, соответствующее известному отклику отрицательного электрического разряда. Время его возникновения совпало со временем видеосъемки разряда в с. Богашёво.
10 февраля 2024 г. отмечалась наиболее интенсивная и продолжительная зимняя гроза. Этот случай оказался единственным среди рассматриваемых, когда сетью WWLLN были зарегистрированы разряды над югом Западной Сибири, в том числе вблизи Новосибирска, Томска, Кемерово и Красноярска. Зафиксированные разряды были разделены на три группы по времени возникновения. В период с 00:00 до 03:00 UTC зарегистрированы 3 разряда к юго-западу от Новосибирска и 1 — между Новосибирском и Томском. С 3:00 до 06:00 UTC разряды регистрировались вблизи границы Томской и Кемеровской областей, причем в этот период отмечено наибольшее число разрядов — 20. В конце события, после 06:00 UTC, севернее и северо-западнее Красноярска зафиксированы еще 5 разрядов. В ГО ИМКЭС в динамике приземного электрического поля также отмечался отклик на разряды в моменты, когда сетью WWLLN регистрировались разряды вблизи Томска. В частности, зафиксированы 2 отрицательных разряда в 03:48 и 03:50 UTC. В этот период в обсерватории отмечались осадки в виде ливневого снега, порывы ветра до 17 м/с, а также метель. В конце метели в ГО ИМКЭС зафиксирован отклик еще двух отрицательных разрядов, которые сетью WWLLN зарегистрированы не были. На большинстве ближайших метеостанций, в том числе на ГМС и АМСГ Томск, грозы не отмечалось. Однако имеются многочисленные свидетельства очевидцев о визуально-слуховом наблюдении разрядов. Кроме того, часть разрядов зафиксирована на видео.
11 марта наличие грозы было отмечено по данным стандартных наблюдений на ГМС Томск и в ГО ИМКЭС. Грозе сопутствовали осадки в виде ливневого снега и порывы ветра до 14 м/с. В данном случае сеть WWLLN, напротив, не зарегистрировала ни одного разряда над территорией Западной Сибири. Как и в других случаях, местные жители Томска слышали гром, а отдельные разряды зафиксированы на видео. При этом в 11:32 UTC в динамике приземного электрического поля в ГО ИМКЭС отмечался отклик отрицательного разряда, время которого совпало с регистрацией грозы наблюдателями-метеорологами на ГМС Томск и в ГО ИМКЭС. Из всех исследованных случаев зимних гроз этому разряду соответствовал наиболее сильный отклик в электрическом поле — амплитуда импульса составила около 70·10³ В/м. Исходя из этого можно заключить, что данный разряд произошел на минимальном расстоянии от ГО ИМКЭС.
Последний рассматриваемый случай произошел ночью с 25 на 26 марта. В этот период в Томской области еще сохранялся снежный покров, что позволяет также отнести этот случай к зимним (снежным) грозам. Очевидцами в Томске было отмечено около трех разрядов, один из которых зафиксирован на видео. Однако, как и 14 января, разряды не были зарегистрированы сетью WWLLN и не наблюдались на ГМС и АМСГ Томск. При этом, как и во всех предыдущих случаях, в динамике приземного электрического поля в ГО ИМКЭС отмечался отклик отрицательных разрядов, наиболее сильный из которых зарегистрирован в 19:09 UTC. В этот период в обсерватории также отмечались шквалистые усиления ветра до 13 м/с и осадки в виде ливневого снега.
Таким образом, проведен комплексный анализ четырех случаев зимних (снежных) гроз в окрестностях Томска. Все случаи были отмечены очевидцами (в том числе с помощью видеофиксации), а также выявлены на основе отклика в приземном электрическом поле. Лишь в одном из них грозопеленгационной сетью WWLLN были зарегистрированы разряды вблизи Томска. По данным визуально-слуховых наблюдений на ГМС гроза также была отмечена только в одном случае из четырех.

Благодарности и поддержка. Исследование выполнено в рамках госзадания ИМКЭС СО РАН .