ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРОДНОГО СЛОЯ

Аннотация

Рассматривается проблема формирования электрического состояния нижнего слоя атмосферы вблизи поверхности земли. Исследуется электродинамическая модель неста- ционарного турбулентно-конвективного призменного слоя в приближении электродного эффекта (ЭЭ). Исходная система состоит уравнений, описывающих ионизационные и ре- комбинационные процессы для аэроионов, и уравнения Пуассона для электрического поля. В зависимости от метеорологических условий в атмосфере отдельно рассмотрены модели электродного слоя (ЭС) в приближениях классического и турбулентного ЭЭ, а также в приближении сильного турбулентного перемешивания. В качестве факторов, влияющих напространственно-временную структуру ЭС, выступают турбулентный и конвективный перенос аэроионов, уровень ионизации воздуха и присутствие в нем субмикронного аэрозо- ля. Выявлены безразмерные параметры (критерии подобия) для электродинамических уравнений, позволяющие осуществлять выбор соответствующего приближения для моде- лирования структуры электродного слоя в зависимости от атмосферных условий. В сво- бодной от аэрозоля атмосфере время установления стационарного состояния в электрод- ном слое составляет примерно 5 мин., для классического слоя (характерная высота около 4-5 м), а в турбулентном - примерно 15 мин. (высота порядка 10 м). В случае сильного тур- булентного перемешивания масштаб распределения электрических величин возрастает до сотен метров. Соотношение характерных скоростей турбулентного и конвективного процессов указывает на преобладающий физический механизм переноса ионов и формиро- вания структуры ЭС. Увеличение скорости конвективного переноса, направленного вниз, приводит к ослаблению механизма турбулентного перемешивания, а при переносе вверх, имеет место обратный эффект. Присутствие в атмосфере субмикронного аэрозоля при- водит к образованию тяжелых ионов, подвижность которых много меньше, чем у аэроио- нов. Однократно заряженные аэрозольные частицы с концентрацией, не превышающей число аэроионов, незначительно меняют пространственно-временные характеристик ЭС. Тогда как наличие в приземном воздухе многократно заряженных аэрозольных частиц, увеличивает время электрической релаксации и уменьшает высоту ЭС. При достаточно больших концентрациях аэрозоля (больше числа аэроионов на порядок и более) необходимо учитывать его перенос турбулентно-конвективными потоками, а структура ЭС опреде- ляется только тяжелыми ионами.