Том 37, номер 06, статья № 3

Аннотация:

Опустыненные территории являются основным источником пылевого аэрозоля. На эмиссию и перенос пылевого аэрозоля в приповерхностном слое атмосферы сильно влияет электризация ветропесчанного потока. Нами выполнено экспериментальное исследование электрических процессов в ветропесчаном потоке. По данным синхронных измерений на опустыненной территории в Астраханской области плотности электрических токов сальтации и токов, обусловленных переносом заряженных частиц пылевого аэрозоля, на высотах 4 и 12 см рассчитаны статистические характеристики вариаций плотности и модулей плотности указанных токов. Показано, что в ветропесчаном потоке в слое 4–12 см модули плотности электрических токов сальтации и токов, обусловленных переносом пылевого аэрозоля, убывают с высотой значительно медленнее (логарифмические градиенты -0,025 и -0,07 см^-1), чем концентрация сальтирующих частиц (логарифмический градиент -0,32 см^-1). Подтверждено, что модули плотности электрических токов сальтации коррелируют друг с другом и со скоростью ветра в приземном слое атмосферы теснее, чем сами плотности токов. Полученные результаты представляют интерес при разработке моделей эмиссии пылевого аэрозоля на опустыненных территориях.

Ключевые слова:

ветропесчаный поток, пылевой аэрозоль, электризация ветропесчаного потока, ток сальтации, перенос заряда аэрозоля, плотность электрического тока, модуль плотности тока, логарифмический градиент

Список литературы:

1. Mahowald N., Albani S., Kok J.F., Engelstaeder S., Scanza R., Ward D.S., Flanner M.G. The size distribution of desert dust aerosols and its impact on the Earth system // Aeolian Res. 2014. V. 15. P. 53–71. DOI: 10.1016/j.aeolia.2013.09.002.
2. Bagnold R.A. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. London: Methuen, 1941. 265 р.
3. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 158 с.
4. Shao Y. Physics and Modeling of Wind Erosion. New York: Springer, 2000. 393 р.
5. Kok J.F., Parteli E.J.R., Michaels T.I., Karam D.B. The physics of wind-blown sand and dust // Rep. Prog. Phys. 2012. V. 75, N 10. P. 106901. DOI: 10.1088/0034-4885/75/10/106901.
6. Семенов О.Е. Введение в экспериментальную метеорологию и климатологию песчаных бурь. Алматы: КазНИИЭК, 2011. 580 с.
7. Harrison R.G., Barth E., Esposito F., Merrison J., Montmessin F., Aplin K.L., Borlina C., Berthelier J.J., Déprez G., Farrell W.M., Houghton I.M. Applications of electrified dust and dust devil electrodynamics to Martian atmospheric electricity // Space Sci. Rev. 2016. V. 203. P. 299–345. DOI: 10.1007/978-94-024-1134-8_10.
8. Alfaro S.C., Gaudichet A., Gomes L., Maille M. Modeling the size distribution of a soil aerosol produced by sandblasting // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N D10. P. 11239–11249. DOI: 10.1029/97jd00403.
9. Shao Y., Raupach M.R., Findlater D.A. Effect of saltation bombardment on the entertainment of dust by wind // J. Geophys. Res. 1993. V. D98, N D7. P. 12719–12726. DOI: 10.1029/93JD00396.
10. Rasmussen K.R., Kok J.F., Merrison J.P. Enhancement in wind-driven sand transport by electric fields // Planet. Space Sci. 2009. V. 57, N 7. P. 804–808. DOI: 10.1016/j.pss.2009.03.001.
11. Bo T.L., Zhang H., Zheng X.J. Charge-to-mass ratio of saltating particles in wind-blown sand // Sci. Rep. 2014. V. 4, N 1. P. 5590. DOI: 10.1038/srep05590.
12. Esposito F., Molinaro R., Popa C.I., Molfese C., Cozzolino F., Marty L., Taj-Eddine K., Di Achille G., Franzese G., Silvestro S., Ori G.G. The role of the atmospheric electric field in the dust-lifting process // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 10. P. 5501–5508. DOI: 10.1002/2016GL068463.
13. Zhang H., Zheng X. Quantifying the large-scale electrification equilibrium effects in dust storms using field observations at Qingtu Lake Observatory // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 23. P. 17087–17097. DOI: 10.5194/acp-18-17087-2018.
14. Zhang H., Zhou Y.H. Effects of 3D electric field on saltation during dust storms: An observational and numerical study // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 23. P. 14801–14820. DOI: 10.5194/acp-20-14801-2020.
15. Onyeagusi F.C., Meyer C., Teiser J., Becker T., Wurm G. Charged atmospheric aerosols from charged saltating dust aggregates // Atmosphere. 2023. V. 14, N 7. P. 1065. DOI: 10.3390/atmos14071065.
16. Bo T.L., Li F. Multi-scale characteristics of the spatial distribution of space charge density that determines the vertical electric field during dust storms // Granul. Matter. 2023. V. 25, N. 1. P. 6. DOI: 10.1007/s10035-022-01293-9.
17. Schmidt D.S., Schmidt R.A., Dent Y.D. Electrostatic force on saltating sand // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N D8. P. 8997–9001. DOI: 10.1029/98JD00278.
18. Bo T.L., Zheng X.J. A field observational study of electrification within a dust storm in Minqin, China // Aeolian Res. 2013. V. 8. P. 39–47. DOI: 10.1016/j.aeolia.2012.11.001.
19. Sinclair P.C. General characteristics of dust devils // J. Appl. Meteorol. Climatol. 1969. V. 8, N 1. P. 32–45. DOI: 10.1175/1520-0450(1969)008<0032:GCODD>2.0.CO;2.
20. Горчаков Г.И., Копейкин В.М., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Электризация ветропесчаного потока на опустыненных территориях // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 505, № 1. С. 89–94. DOI: 10.31857/S2686739722070076.
21. Горчаков Г.И., Копейкин В.М., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Пылевая плазма ветропесчаного потока на опустыненных территориях // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2022. Т. 58, № 5. С. 543–553.
22. Смирнов Н.В., Дунин-Борковский И.В. Краткий курс математической статистики для технической приложений. М.: Физматгиз, 1959. 436 с.
23. Stout J.E., Zobeck T.M. Intermittent saltation // Sedimentology. 1997. V. 44, N 5. P. 959–970. DOI: 10.1046/j.1365-3091.1997.d01-55.x.
24. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Вертикальное распределение алевритовых и песчаных частиц в ветропесчаном потоке над опустыненной территорией // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 5. С. 555–564.
25. Анисимов С.В., Мареев Е.А., Шихова Н.М., Дмитриев Э.М. Механизмы формирования пульсаций электрического поля приземной атмосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44, № 7. С. 8–18.
26. Донченко В.А., Кабанов М.В., Кауль Б.В., Нагорский П.М., Самохвалов И.В. Электрооптические явления в атмосфере. Томск: НТЛ, 2015. 314 с.
27. Малиновская Е.А., Чхетиани О.Г., Панчишкина И.Н., Петрова Г.Г., Петров А.Н. О связи приземного электрического поля и аридного аэрозоля при различных ветровых условиях // Докл. РАН. Науки о земле. 2022. Т. 502, № 2. С. 69–78. DOI: 10.31857/S2686739722020104.
28. Карпов А.В., Горчаков Г.И., Гущин Р.А., Даценко О.И. Вертикальные турбулентные потоки пылевого аэрозоля // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 5. С. 565–574.
29. Gorchakov G.I., Karpov A.V., Kopeikin V.M., Buntov D.V., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Dust aerosol emission on the desertified area // Proc. SPIE, 2020. V. 11560. P. 1552–1558. DOI: 10.1117/12.2575880.