Том 37, номер 11, статья № 10

Аннотация:

Настоящая работа посвящена исследованию влияния суточной динамики турбулентных процессов в приземном слое атмосферы на суточную динамику напряженности электрического поля в этом слое. Согласно существующей практике моделирования электродного приземного слоя атмосферы при наличии турбулентных процессов коэффициент турбулентной диффузии в пределах электродного слоя является функцией высоты и имеет стационарный характер; задается такая зависимость исходя из гидродинамических представлений. Предложена математическая модель динамики напряженности электрического поля в приземном слое атмосферы в случае турбулентного электродного эффекта. Основным уравнением модели служит уравнение полного тока в приземном слое, полученное в приближении сильного турбулентного перемешивания и описывающее электродинамику этого слоя как результат действия совокупности локального и глобального токовых генераторов. Рассматривается нестационарный характер турбулентного обмена с целью подтверждения ранее выявленных авторами эффектов в суточной динамике напряженности электрического поля приземного слоя в условиях стационарной турбулентности. Для описания суточной динамики турбулентных процессов использованы данные градиентных измерений в высокогорных условиях Приэльбрусья. Получена зависимость коэффициента турбулентной диффузии от времени, с учетом которой в результате решения уравнения полного тока найдено уточненное выражение для суточной динамики напряженности поля. Установлено появление сдвига по времени суточных экстремумов, изменение их амплитуды и возникновение дополнительных экстремумов, зависящих от значений электрического поля. Все перечисленные эффекты сопоставимы с глобальной унитарной вариацией и увеличиваются с усилением напряженности электрического поля. Результаты исследований могут быть полезны для решения ряда прикладных задач геофизики, в частности мониторинга электрического поля атмосферы и анализа данных атмосферно-электрических измерений.

Ключевые слова:

приземный слой, атмосфера, турбулентная диффузия, электродный слой, электрическое поле

Список литературы:

1. Морозов В.Н. Атмосферное электричество // Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели). Л.: Гидрометеоиздат, 1991. С. 394–408.
2. Морозов В.Н., Куповых Г.В. Математическое моделирование глобальной атмосферной электрической цепи и электричества приземного слоя. СПб.: Астерион, 2017. 307 с.
3. Аджиев А.Х., Клово А.Г., Кудринская Т.В., Куповых Г.В., Тимошенко Д.В. Суточные вариации электрического поля в приземном слое атмосферы // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 4. С. 452–461. DOI: 10.31857/S0002351521040027.
4. Шаталина М.В., Мареев Е.А., Клименко В.В., Кутерин Ф.А., Николл К.А. Экспериментальное исследование суточных и сезонных вариаций атмосферного электрического поля // Изв. вузов. Радиофиз. 2019. Т. 62, № 3. С. 205–210.
5. Клово А.Г., Куповых Г.В., Свидельский С.С., Тимошенко Д.В. Моделирование глобальных вариаций электрического поля в приземной атмосфере // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2018. Вып. 662. С. 37–41.
6. Kupovykh G., Klovo A., Timoshenko D. The atmospheric electric field variations in the surface layer // Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP). 1–6 July 2019. IEEE. 2019. P. 580–583. DOI: 10.1109/RWP.2019.8810367.
7. Нагорский П.М., Пустовалов К.Н., Смирнов С.В. Cуточные и сезонные вариации невозмущенного электрического поля и их связь с изменчивостью геофизических величин на юге Западной Сибири // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2022. № S685. С. 213–222.
8. Mauchly S.J. Studies in atmosphere electricity based on observations made on the Carnegie (1915–1921) // Researches of the Department of Terrestrial Magnetism. Washington: Carnegie Institution, 1926. N 175. P. 385–424.
9. Harrison R.G. The Carnegie curve // Surv. Geophys. 2013. V. 34, N 2. P. 209–232.
10. Носов В.В., Лукин В.П., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Доказательство гипотезы Хопфа о структуре турбулентности (памяти Татарского) // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 1. С. 12–18. DOI: 10.15372/AOO20230102.
11. Агафонцев М.В., Герасимова Л.О., Рейно В.В., Шестернин А.Н. Исследование конвективной турбулентности над нагретой поверхностью методом скоростной термографии // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 7. С. 584–590. DOI: 10.15372/AOO20230707.
12. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И. Электрические процессы в ветропесчаном потоке на опустыненных территориях // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 6. С. 461–467. DOI: 10.15372/AOO20240603.
13. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 270 с.
14. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1999. 736 с.
15. Морозов В.Н. Влияние генераторов электрического поля, действующих в верхних слоях атмосферы на электричество приземного слоя // Труды ГГО им. А.И. Воейкова. 2022. № 605. С. 58–91.
16. Морозов В.Н. Распределение электрического поля, создаваемого ионосферным генератором, в нижних слоях атмосферы // Труды ГГО им. А.И. Воейкова. 2012. № 565. С. 205–215.
17. Калинин А.В., Григорьев Е.Е., Жидков А.А., Терентьев А.М. Классификация и свойства решений системы уравнений теории классического электродного эффекта // Изв. вузов. Радиофиз. 2013. Т. 56, № 11, 12. С. 829–852.
18. Калинин А.В., Слюняев Н.Н., Мареев Е.А., Жидков А.А. Стационарные и нестационарные модели глобальной электрической цепи: корректность, аналитические соотношения, численная реализация // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2014. Т. 50, № 3. С. 355–364.
19. Mareev E.A., Volodin E.M. Variation of the global electric circuit and ionospheric potential in a general circulation model // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41, N 24. P. 9009–9016.
20. Pulinets S., Davidenko D. Ionospheric precursors of earthquakes and global electric circuit // Adv. Sp. Res. 2014. V. 53, N 5. P. 709–723.