Опасность резкого изменения высоты в окружающей обстановке

Первая часть статьи "Об антизащите от молнии".
Читайте предыдущую часть "Вступление".

Типичным примером такой ситуации служит лесной массив с достаточно высокими деревьями. Перед ним лесная опушка с практически голой поверхностью земли. Переждать грозу на опушке представляется вполне резонным. Еще резоннее укрыться от дождя под развесистым деревом, что без помех выросло на опушке.

Именно здесь и начинаются проблемы. Деревья на опушке ничем не экранированы и в полной мере способны притянуть на себя канал нисходящей молнии. Полезно оценить опасность подобного решения и сопоставить его с опасностью нахождения внутри лесного массива, где частота ударов молнии в единицу поверхности от высоты деревьев практически не зависит. При большом по площади лесном массиве она почти такая же, как на равнине (n_M = 3-4 удара молнии в год на 1 км² поверхности для средней полосы России). При среднем шаге расстановки деревьев l_T их число на 1 км² лесного массива равно N_T= 10⁶/l_T² если расстояние l_T измеряется в метрах. Это значит, что за грозовой сезон для средней полосы России вероятность удара молнии в конкретное дерево лесного массива равна

P_T =10^-6 n_Ml_T²

что составляет P_T = 0.0004, при n_M = 4 удара молнии в год на 1 км2 поверхности и l_T = 10 м, т.е. примерно один удар молнии за 2500 лет.

Теперь аналогичная оценка для лесной опушки, где определяющей уже становится высота размещенных там деревьев h_T. Она определяет эквивалентное расстояние ориентировки нисходящей молнии как 3h_T. При шаге расстановки деревьев l_T, выросшем на опушке до 40 м и той же размерности

P_T =3х10^-6 h_Tn_Ml_T

При типичной высоте деревьев в 10 м оценка дает P_T = 0.005, т.е. один удар нисходящей молнии за 200 лет, что превышает аналогичное значение в глубине лесного массива примерно в 12 раз. Различие в пределах порядка величины вполне убедительно и отнюдь не в пользу опушки.

Вполне сопоставимый результат можно получить и более просто. При значительном расстоянии между деревьями на опушке каждое из них работает независимо от других, подобно стержневому электроду притягивая молнию с расстояния 3h_T. В итоге площадь стягивания определяется как

S = 9πh_T²/2,

если принять во внимание, что молнии со стороны лесного массива ударяют в массив и на опушку прорваться не могут. По этой причине площадь стягивания уменьшается в двое.

В итоге, вероятность удара молнии в конкретное дерево на опушке определяется как

P_T = n_MS/1000000,

что при высоте h_T = 10 м и удельной плотности молний n_M = 4 удара на 1 км² поверхности земли в год дает

P_T = 0.00565.

Это соответствует одному удару молнии за 177 лет и мало отличается от предыдущего результата. Усреднение значений, полученных двумя методами, приводит к цифре превышения вероятности удара молнии в дерево на опушке близкой к 13.

Протяженная граница между равниной и высокой поверхностью, подобная лесной опушке, представляет реальную опасность вследствие высокой частоты ударов нисходящей молнии, которая возрастает по мере роста скачка высот, типичного для районов высотной городской застройки. Факт размещения людей в такой пограничной области следует рассматривать как типичный элемент антизащиты от молнии, созданный собственными руками.

Читайте далее "2. Неожиданные неприятности на крыше крупногабаритных зданий"

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты