Åska och blixtdetektering

 

 



 

1. Åskmolnet

Åskmoln uppstår då varm fuktig luft tvingas stiga, t.ex. genom lokal uppvärmning en varm sommardag eller då en kallfront kommer in och lyfter den varma luften. I uppströmmen sjunker temperaturen, vattenånga kondenseras. När temperaturen går under 0 grader fryser en del av de mycket små vattendropparna och formar små iskristaller. En del droppar förblir i form av vatten även under 0 grader. Man kallar dem underkylda vattendropar. Några av de underkylda vattendropparna kolliderar med små iskristaller och fryser direkt fast på dessa. På så sätt kan iskristallerna växa i storlek. De kallas för graupel-partiklar. När graupel-partiklarna ökar i storlek och blir tyngre, orkar inte den stigande luftströmmen längre förflytta dem uppåt. De fallande stora partiklarna kolliderar med små iskristaller och underkylda vattendroppar, som är på väg uppåt. Det är dessa kollisioner som forskare tror orsakar den elektriska uppladdningen i molnet. Vid kollisionerna antar de stora graupel-partiklarna negativ laddning och de små iskristallerna studsar tillbaka med positiv laddning. De små iskristallerna vilka är lättare följer därmed uppåtvindarna till molnets topp, vilket blir positivt laddat. Graupel-partiklarna som faller ner pga av sin tyngd, ger molnets nedre del negativ laddning. Laddningen ökar tills luftens elektriska hållfasthet uppnås. Då uppstår blixtar, antingen inne i molnet eller från moln till moln eller från moln mot mark. Molnet bildas på 30-60 minuter och är aktivt under ungefär samma tid om det rör sig om en enstaka åskcell. Cellen tar in kall luft från omgivningen, vilket bromsar uppladdningen. Det är ej ovanligt att flera celler sluter sig samman och bildar ett "cluster" vilket kan få en livslängd på flera timmar. Längs en åskfront kan celler bildas och försvinna när fronten rör sig framåt. De enskilda åskvädren kan följas på en blixtkarta från ett system för blixtlokalisering/registrering, t.ex. Svenska Kraftnäts och SMHIs BLS-system (se nedan).
 

2. Blixturladdningar

Blixturladdningar kan förekomma mellan och i moln eller från moln mot mark. Markblixtarna kan ha positiv eller negativ polaritet. De flesta blixtarna är negativa nedåtriktade - dvs de för ned negativ laddning från moln mot mark. En blixt mellan den positiva laddningen i molnet och jord kallas en positiv jordblixt, dvs den för positiv laddning till jord. Andelen positiva blixtar är sommartid ca 5 %, vintertid över 50%. De är i regel starkare än de negativa och kan vara upp till flera millisekunder (ms). De negativa blixtarna är oftast multipla, d.v.s. att de flammar upp gång på gång i samma kanal. Processen då elektronerna sveper fram till jord kallas huvudurladdning "return stroke" på engelska. Elektroner rör sig neråt, men huvudurladdningen går uppåt. Den enskilda strömpulsen från en negativ blixt är kort ca. 0.1 ms med ett toppvärde som i medel ligger på 30 kiloampere (kA) men toppvärdet kan uppgå till några hundra kiloampere (kA). Det är dock vanligt att den starka strömpulsen följs av en svagare (någon kA) men långvarig (några tiotals ms) följdström, "continuing current", (CC). Ibland är denna mycket långvarig "long continuing current", (LCC) och har en strömstyrka omkring 100 A. Vid flera multipla urladdningar ökar sannolikheten för att LCC skall uppkomma.
 

3. Blixtdetektering

I Sverige finns det ett blixtlokaliseringssystem som drivs av SMHI. Systemet täcker hela landet och tillsammans med liknande system (se fig) i Norge, Finland, Danmark, Tyskland och Polen är det numera möjligt att registrera blixtnedslag med god precision i realtid. Systemet ger bland annat information om blixtens styrka (ampere), polaritet (negativ eller positiv blixt) och tid. Precisionen för ett nedslag i mark är mellan 500 meter och 1 kilometer. Den svenska delen av systemet har under de senare åren uppgraderats till den senaste teknologin och fler förbättringar genomförs kontinuerligt.

 

 

4. Teknologi

Blixtlokaliseringssystemet i Sverige är i huvudsak uppbyggt av IMPACT-sensorer, samt nyare LS 7000 sensorer. Data från blixtlokaliseringssystemet lagras bla. i en databas hos avdelningen för elektriciteslära på Uppsala universitet. Databasen rymmer alla registreringar från 1987 fram till nu.

Sensorerna av LS 7000-model samt tidigare IMPACT (IMProved Accuracy from Combined Technology) är en vidareutveckling av LLP-systemet, där man har kombinerat metoderna och fördelarna med de båda äldre systemen (LLP & LPATS), se beskrivning nedan. Det finns numer också en möjlighet att detektera moln-till-molnblixtar.

Exempel på blixtlokalisering från 2005-05-28

IMPACT-systemet vilket introducerades 1993 - 94, kombinerar fördelarna hos LLP och LPATS, genom att använda såväl magnetisk pejling som tidsbestämning, Time of Arrival (TOA). Stationerna är utrustade med GPS mottagare, vilket gör att man kan få en tidsnoggrannhet bättre än 1 microsekund (µs). Även stationens läge bestäms genom satellit. Systemet är självkalibrerande och -testande. Noggrant läge kan erhållas även vid långa baslinjer vilket medger en flexibel geometri på nätet. IMPACT registrerar varje return stroke (RS) i en blixt. Parametrar för stationerna kan ställas in från centralenheten (LP2000) som också utför regelbunden automatisk kontroll av samtliga stationer.

Tidigare I Sverige fanns det två typer av blixtlokaliseringssystem (LLP och LPATS) för vilka en kort beskrivning följer här. Bägge systemen bygger på detektering av den elektromagnetiska puls (LEMP) som utstrålas från blixtens huvudurladdning.


LLP-systemet (Lightning Location and Protection system) är utvecklat av Martin Uman, University of Florida och Phillip Krider, University of Arizona. Produktionen av systemet sattes igång 1976 av the Lightning Location and Protection Inc. Den första versionen av systemet kunde bara detektera negativa markurladdningar eftersom positiva markurladdningar ansågs sällsynta. Forskning i Japan och Sverige ledde 1980 till modifikation av systemet så att det kunde detektera båda typerna.
Ett LLP-system består i princip av:

  1. Direction Finders (DF / ALDF) (minst två )
  2. Advanced Position Analyzer (APA, minst en)
  3. Datakommunikation (modem , X 25, datanät e.d.)
  4. System för presentation av data.

Var och en av stationerna (DF / ALDF) mäter vinkeln till moln-till-mark blixtarna, samt max amplitud för varje urladdning. Dessa data behandlas i en mikroprocessor vid antennen och överförs sedan med någon typ av datakommunikationssystem (modem, X- 25 e.d.) till huvuddatorn (APA) som beräknar blixtens läge och strömamplitud. Lokaliseringspunkt, tid, polaritet samt antalet retururladdningar kan sedan i realtid presenteras grafiskt vid varje ansluten terminal.

LLP-systemet började byggas upp i Sverige 1979 av Institutionen för Högspänningsforskning, numera avdelningen för elektriciteslära, som fram till 1987 skötte driften. Senare togs systemet över av Svenska Kraftnät men sedan hösten 2009 så har SMHI hand om driften.
Systemet bestod av 9 sensorer (ALDF-141) och var i drift mellan 1979 - 2000.


LPATS-systemet (Lightning Position and Tracking System) började tillverkas 1981 av Atmospheric Research Systems Inc.(ARSI) med Rodney Bent som ägare och utvecklare.

Ett LPATS-system består i princip av:

  1. Mottagare med antenn (minst tre)
  2. Central analysator (en)
  3. Datakommunikation (modem , X 25 e.d.)
  4. System för presentation av data.

Varje enhet innehåller en antenn för mätning av elektriskt fält samt en antenn för tidssynkronisering (LORAN, GPS eller TV sändare). Vid en blixturladdning mäts den elektromagnetiska pulsen samt tiden när signalen kom fram till mottagaren. Data sänds sedan via modem eller annan kommunikationsmetod över till centralanalysatorn där data från andra mottagare jämförs och analyseras enligt Time-of-Arrival-metoden (TOA). Positionen kan i realtid presenteras grafiskt på terminaler.
LPATS-systemet kan till viss del även registrera molnurladdningar. Man bör notera att LPATS-systemet registrerar tid och position för varje delurladdning i en blixt till skillnad från LLP-systemet som enbart lokaliserar den första delurladdningen. Användaren av LPATS-systemet har då viss möjlighet att själv avgöra vilka urladdningar som hör till samma blixt.

Det svenska LPATS-systemet bestod av 6 geografiskt separerade mottagare, placerade ca. 200 km från varandra som ägdes av SMHI. Det var i drift mellan 1986 - 1999 ca.

 

5. Var och när slår blixten ner ?

En bra sammanställning över åska i Sverige för perioden 2002-2009 är gjord av Ludvig Isaksson och Lennart Wern, "Åska i Sverige 2002-2009", meteorologi Nr 141, 2010. Finns att ladda ner och läsa här. Nedan följer en kort sammanställning för perioden 1987-1999.

I Sverige åskar det mest under sommarmånaderna juni - augusti men åska under alla årstider är inte ovanligt. Åskväder inträffar ofta under eftermiddagen, och varar i allmänhet någon timme. Totala antalet blixtnedslag i Sverige varierar år från år. 1987-1999 har antalet nedslag registrerats enligt följande:


Antal blixtnedslag årsvis 1987 — 1999 i Sverige.

I medeltal innebär detta att på Sveriges 450000 km2 yta så sker årligen 0,1-0,6 nedslag per km2 och år. Ett medelvärde över 12 år för hela landet med ovanstående mätvärden som underlag ger 0,2 blixtnedslag per km2 och år. Lokalt kan stora variationer förekomma. En åskrik sommar i Kalmartrakten uppmättes t ex ett ca 40 gånger större värde än årsmedelvärdet. I centrala Göteborg uppmättes under en enda dag i augusti 1997 flera blixtar än vad som normalt förekommer i Göteborg under ett helt år.


Medelvärdet av registrerade blixtnedslag per månad under 1990 - 1999

 

Blixtdensitet
Den geografiska variationen av blixtdensiteten framgår av bilden nedan, klicka på bilden för en förstoring. Desiteten är högre för södra sverige vilket kan förklaras av att sommaren är varmare och något längre där vilket gör att det lättare bildas lokala åskmoln. I södra Sverige finns också en betydande effekt av frontåskväder, vilka uppstår när luftmassor av olika temperaturer stöter på varandra.

Två typer av frontåskväder förekommer

  • Varm luft rör sig in i ett område med kall luft.
    Den lättare varma luften glider över den tyngre
    kalla luften och producerar moln.

  • Kalla luftmassor i rörelse lyfter upp ett område
    med varm luft och moln byggs upp.

 


Blixtnedslag per 100 km2 i Sverige under perioden 1987 - 1999

 

6. Var åskar det just nu ?

Här är länkar till aktuella kartor med blixtregistreringar.

7. Råd när åskan går

Huvudregel
Ett åskväder är farligt nära om åskbullret kan höras mindre än 10 sekunder efter det att man har uppfattat blixten med ögat. Höga punkter och föremål i terrängen löper större risk att bli träffade av blixten. Elektriska ledningar och metallstängsel kan leda blixtströmmen långa sträckor. Inte sällan gräver dessutom blixten "diken" i marken med upp till något 100-tal meters längd. Dessa stannar ofta vid en byggnad med el- eller teleinstallationer. Undvik därför att stå nära föremål som är avsevärt högre än omgivningen samt långa horisontella metallstrukturer.
Om en person träffas av blixten ges ofördröjligen konstgjord andning och ambulans tillkallas.

Utomhus, när åskan är farligt nära

Undvik höga eller ensamstående träd, master, skorstenar, torn, berg, kullar, större öppna platser, skogsbryn, elektriska ledningar, metallstängsel o dyl. Gå ner från byggnadsställningar och tak. Flyg inte med drakar. Upphör med bad, vindsurfing och fiske vid stränder och bryggor och helst även med fotboll, golfspel och annan idrott på öppna fält. Avbryt arbete med elektriska handverktyg och brandfarliga eller explosiva varor. Fixera inte blicken på höga föremål i närheten där blixtnedslag kan förväntas (risk för ögonskada). Sök skydd i bil, byggnad med åskledare eller av armerad betong eller uppsök plats som inte har utsatt läge.
Tältning
Tälta inte på plats med utsatt läge. Kan inte sådan plats undvikas bör man lämna tältet då åskan är farligt nära och söka skydd. Vid längre tältvistelse, t.ex i bergstrakter, kan tältet åskskyddas.
Bil eller husvagn
Bil eller husvagn med kaross (även tak och golv) av metall ger ett säkert åskskydd. Elektriska ledningar till husvagn och antennsladd i husvagn bör dock kopplas bort under åskväder. Husvagn, vars kaross inte är helt av metall, bör inte ställas på plats med utsatt läge. Kan detta inte undvikas bör man söka skydd om åskan kommer farligt nära. Vid bilkörning då åskan är farligt nära bör man ta hänsyn till risken för bländning genom plötsligt blixtnedslag i närheten. Vid direkt blixtnedslag i bilen finns dessutom uppenbar risk för punktering - Observera att gummidäcken ej påverkar bilens eller husvagnens förmåga att skydda vid blixtnedslag.
Båt
Gå inte ut på sjön med oskyddad båt då det finns risk för åska. Om åskan kommer farligt nära vid färd med oskyddad båt bör man uppsöka närmaste hamn. För att ge säkerhet vid färd under åskväder kan båten åskskyddas.
Inomhus
I byggnad där TV-antennen inte är jordad bör man vid åska dra ur antennkabeln och om möjligt hänga den utanför huset. I oskyddad byggnad bör man, när åskan är farligt nära, inte vistas nära telefon-, el- eller rörledningar och fönster bör stängas för att försvåra spridning av eventuell brand. Observera att hus av platsgjuten armerad betong ger gott skydd och att småhus i tät bebyggelse ej har utsatt läge. Alla antenner på tak bör förses med enkelt åskskydd där jordning av antennen ingår. Alla byggnader med inkommande luftledningar (el och tele) bör förses med överspänningsskydd (ventilavledare på kraftsidan och t.ex gasurladdningsrör på telesidan).
För installation av åskskydd bör man kontakta en elinstallationsfirma. Observera att i åskskyddet bör absolut ingå rätt installerade överspänningsskydd för el och tele. Installation av dessa måste emellertid göras av installatör med erforderlig behörighet varför man i första hand bör ta kontakt med sin lokala el- och teledistributör.

©-2013 Avdelningen för elektricitetslära
Ångströmlaboratoriet
751 21 Uppsala

Tel. +4618 4715800
Fax. +4618 4715810

Webmaster Thomas Götschl
Senast uppdaterad: Tue, 21 June, 2011