Lightning activity over Western Siberia
Given the various consequences associated with thunderstorms, accurate forecasts of the time and location of thunderstorms can potentially have a wide range of benefits for industries such as industry, energy, transportation, agriculture, etc. In recent decades, in some regions of Russia, visual and aural methods of thunderstorm observation have been supplemented with instrumental monitoring (ground-based lightning detection systems). Global lightning systems include the World Wide Lightning Location Network (WWLLN), which detects electrical discharges such as cloud-to-ground and cloud-to-cloud with a 24-hour recording of the time and coordinates of lightning discharges. The aim is a spatio-temporal analysis of lightning discharge density distribution over the territory of Western Siberia using the WWLLN data and comparison of high-density centers with the fields of K-index values. Based on WWLLN data, the number of lightning discharges was calculated for a grid with 0.1° x 0.1° cells by longitude and latitude for the areas of 50-64N and 60-95E for the period 2016-2020. The area of each cell was then calculated, and the density of lightning discharges p was calculated [discharge/(km2xyear)]. Analysis of temporal variability (multi-year and seasonal) of lightning activity was carried out both for the whole territory under study and for individual settlements. Calculation of lightning density was carried out for 5 km radius zones in the center of each settlement. K-Index ERA5 reanalysis product was used to estimate the degree of atmospheric instability; reanalysis data processing and visualization were performed in the MATLAB mathematical package using the author's script. Five regions with an average annual lightning density exceeding the values of the neighboring regions by a factor of three were singled out within the investigated area. These regions are located over Kondinsky lowland (pmax ~1,4 dis-charge/(km2xyear)), Sredneobskaya lowland, Ob-Irtysh interfluves (pmax ~1 discharge/(km2xyear)), the eastern periphery of the Southern Urals and the northwestern periphery of the Altai-Sayan mountain country (pmax ~0,8 discharge/(km2xyear)). The following lightning discharge densities were recorded for the largest settlements in Western Siberia's central and southern regions: Khanty-Mansiysk (0.76 discharge/(km2xyear)) had the highest value, while Kyzyl city (0.08 discharge/(km2xyear)) had the lowest. The average lightning discharge density across all sites was 0.25 discharge/(km2xyear). The basic intensity of lightning activity falls in June-August (about 88 %). Even during this period, the number of lightning strikes in neighboring territories can vary by four or more times. The spatial location of the band of increased thunderstorm activity is generally consistent with the location of the northern periphery of the zone with average KIND values > 30°.
Keywords
lightning,
thunderstorm,
lightning density,
instability indicesAuthors
| Nechepurenko Olga E. | Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS | o.e.nechepurenko@gmail.com |
| Gorbatenko Valentina P. | National Research Tomsk State University | vpgor@tpu.ru |
| Pustovalov Konstantin N. | Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS | const.pv@yandex.ru |
| Gromova Anastasia V. | National Research Tomsk State University | gromovaav@inbox.ru |
Всего: 4
References
Аджиев А.Х., Кулиев Д.Д. Характеристики грозовой активности и параметры молниевых разрядов на территории юга европейской части России // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54, № 4. С. 437-445
Аджиев А.Х., Кулиев Д.Д., Аджиева А.А., Куповых Г.В., Тумгоева Х.А. Определение параметров молниевых разрядов с использованием грозорегистратора LS 8000 // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2018. № 3. C. 55-63
Аджиев А.Х., Куповых Г.В., Андриевская В.Ю., Юрченко Н.В., Кудринская Т.В., Редин А.А. Мониторинг характеристик грозовой активности на юге европейской части России // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 4. С. 212223
Андрианова Л. П., Кабашов В.Ю., Ахметшин А.Т., Атнагулов Д.Т. Инфраструктура менеджмента риска защиты зданий, сооружений и линий коммуникаций от ударов молнии // Инновационное развитие науки: фундаментальные и прикладные проблемы. Петрозаводск : Международный центр научного партнерства «Новая Наука», 2020. С. 201-234
Архипова Е.П. Карты географического распределения числа дней с грозой на территории СССР // Труды ГГО. 1957. Вып. 74. С. 41-60
Барановский Н.В. Прогнозирование лесной пожарной опасности в условиях грозовой активности. Новосибирск : Изд-во Сибирского отделения РАН, 2019. 235 с
Беликова М.Ю., Каранина С.Ю., Каранин А.В., Глебова А.В. Визуализация и анализ данных сети WWLLN на территории Алтае-Саянского региона средствами Веб-ГИС // Кибернетика и программирование. 2018. № 2. С. 1-8
Говорушко С.М. Риски для человеческой деятельности, связанные с грозами // Проблемы анализа риска. 2011. Т. 8, № 4. С. 48-57
Горбатенко В.П., Ершова Т.В. Молния как звено глобальной электрической цепи. Томск : Изд-во ТГПУ, 2011. 204 с
Горбатенко В.П., Кужевская И.В., Пустовалов К.Н., Чурсин В.В., Константинова Д.А. Оценка изменчивости конвективного потенциала атмосферы в условиях изменяющегося климата Западной Сибири // Метеорология и гидрология. 2020. № 5. С. 108-117
Горбатенко В.П., Тунаев Е.Л., Пустовалов К.Н., Волкова М.А., Нечепуренко О.Е. Изменения циклогенеза над Западной Сибирью в 1976-2017 гг. // Фундаментальная и прикладная климатология. 2020. Т. 2. С. 35-57
Клещева Т.И., Поталова Е.Ю., Пермяков М.С. Сравнение данных глобальной сети локализации молний WWLLN и стандартных наблюдений на метеостанциях юга Дальнего Востока России // Метеорология и гидрология. 2021. № 6. С. 89-98
Кожекарь Д.С., Баранецкий В.В. Лесные пожары: причины и последствия их возникновения // Пожарная и техносферная безопасность: проблемы и пути совершенствования. 2021. № 1 (8). С. 202-205
Нечепуренко О.Е., Горбатенко В.П., Константинова Д.А., Севастьянов В.В. Индексы неустойчивости атмосферы и их пороговые значения, оптимальные для прогноза гроз над Сибирью // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 2 (368). С. 44-59
Прокофьева Н.Б., Осипова Е.В. Характер грозовой активности на территории Тверской области за последние 30 лет // Вестник ТвГУ. Серия: География и геоэкология. 2020. № 4. С. 95-108
Пустовалов К.Н., Горбатенко В.П., Нагорский П.М., Нечепуренко О.Е. Пространственно-временная изменчивость конвективной неустойчивости на юге Западной Сибири по данным реанализа ERA5 // Вестник КРАУНЦ. Физикоматематические науки. 2021. Т. 37, № 4. C. 203-215
Тарабукина Л.Д., Козлов В.И., Иннокентьев Д.Е. Анализ 11-летней динамики пространственного распределения плотности молний в Северной Азии // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 34, № 1. C. 159-173
Чернокульский А.В., Елисеев А.В., Козлов Ф.А., Коршунова Н.Н., Курганский М.В., Мохов И.И., Семенов В.А., Швець Н.В., Шихов А.Н., Ярынич Ю.И. Опасные атмосферные явления конвективного характера в России: наблюдаемые изменения по различным данным // Метеорология и гидрология. 2022. № 5. С. 27-41
Copernicus Climate Change Service. Climate reanalysis. URL: https://climate.copernicus.eu/climate-reanalysis (дата обращения: 07.08.2022)
Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites //j. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2002. V. 64 (7). P. 817-879
Dowdy A. Seasonal forecasting of lightning and thunderstorm activity in tropical and temperate regions of the world // Scientific Reports. 2016. V. 6 (20874). P. 1-10
Eliseev A.V., Ploskov A.N., Chernokulsky A.V., Mokhov I.I. A correlation between lightning flash frequencies and the statistical characteristics of convective activity in the atmosphere // Doklady Earth Sciences. 2019. V. 485, P. 1. P. 273-278
George J. J. Weather forecasting for aeronautics. New York ; London : Academic Press, 1960. 684 p
Konstantinova D.A., Gorbatenko V.P., Polyakov D.V. Spatial distribution of the thunderstorm activity characteristics for the territory of Western Siberia // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2017. V. 10466. P. 1-7
Kharyutkina E., Pustovalov K., Moraru E., Nechepurenko O. Analysis of spatio-temporal variability of lightning activity and wildfires in Western Siberia during 2016-2021 // Atmosphere. 2022. V. 13 (5):669. P. 1-16
Mallick S., Rakov V.A., Ngin T., Gamerota W.R., Pilkey J.T., Hill J.D., Uman M.A., Jordan D.M., Hutchins M.L., Holzworth R.H. Evaluation of the WWLLN performance characteristics using rocket-triggered lightning data // International Conference on Grounding and Earthing & 6th International Conference on Lightning Physics and Effects. 2014. P. 312-316
Nechepurenko O.E., Gorbatenko V.P., Konstantinova D.A., Pustovalov K.N. Linking the storm cells position and high values of instability indices - a case study in the southeast of Western Siberia // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 012006. P. 1-7
Rodger C.J., Brundell J.B., Hutchins M., Holzworth R.H. The world wide lightning location network (WWLLN): Update of status and applications // 2014 XXXIth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS). 2014. P. 1-2
Schultz C.J., Nauslar N.J., Wachter J.B., Hain C.R., Bell J.R. Spatial, temporal, and electrical characteristics of lightning in reported lightning-initiated wildfire events // Fire. 2019. V. 2 (18). P. 1-15
Sfica L., Apostol L., Istrate V., Lesenciuc D., Necula F. Instability Indices as Predictors of Atmospheric Lightning - Moldova Region Study Case // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, Conference Proceedings - Hydrology and Water Resources. 2015. P. 387-394
Taszarek M., Allen J.T., Pucik T., Hoogewind K.A., Brooks H.E.. Severe convective storms across Europe and the United States. Part II: ERA5 environments associated with lightning, large hail, severe wind, and tornadoes // Journal of Climate. 2020. V. 33 (24). P. 10263-10286
Utsav B., Deshpande S.M., Das S.K., Pawar S.D., Pandithurai G. Relationship between convective storm properties and lightning over the Western Ghats // Earth and Space Science. 2022. V. 9. P. 1-16
Virts K.S., Wallace J.M., Hutchins M.L., Holzworth R.H. Highlights of a new ground-based, hourly global lightning climatology // Bulletin of the American Meteorological Society. 2013. V. 94. P. 1381-1391
WWLLN - World Wide Lightning Location Network. URL: http://webflash.ess.washington.edu/ (дата обращения: 07.08.2022)
