ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РЕДУКЦИИ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ

  • Г.В. Куповых Южный федеральный университет
  • А. Г. Клово Южный федеральный университет
  • Д.В. Тимошенко Южный федеральный университет
  • Т.В. Кудринская Южный федеральный университет
  • О.В. Белоусова Южный федеральный университет
Ключевые слова: Атмосфера, электрическое поле, электродный эффект, коэффициент редукции, сферическая неоднородность, приземный слой, турбулентность

Аннотация

Исследуется проблема интерпретации данных атмосферно-электрических наблюде-
ний, проводимые регулярно на сети наземных станций, являющихся составной частью об-
щего мониторинга состояния атмосферы. Для решения общей задачи мониторинга - полу-
чение режимных данных об электрическом поле атмосферы и выявление трендов его изме-
нений требуется проведения сравнительного анализа данных измерений в различных пунк-
тах наблюдений. Напряжённость электрического поля (градиент потенциала) обычно
измеряется на некоторой высоте от поверхности земли с использованием различных спо-
собов (геометрии) установки датчиков вблизи поверхности земли. Получаемые значения
электрического поля могут сильно отличаться от эталонных, под которыми понимаются
измерения на плоской поверхности в условиях равнины. В работе исследуется структура
атмосферного электрического поля вблизи плоского электрода со сферической неоднород-
ностью. Для совместного анализа данных различных пунктов наблюдений обычно произво-
дится их унификация путем введения коэффициента редукции: отношение значений на-
пряжённости электрического поля в геометрически искажённых условиях к его эталонно-
му значению на равнине. Показано, что значения коэффициента редукции сильно зависят
не только от геометрии установке датчиков, но и от значений измеряемого электрическо-
го поля. Для корректного расчета коэффициента редукции электрического поля предложе-
но использовать одновременно геометрический коэффициент искажения электрического
поля и коэффициент, учитывающий влияние электродного эффекта вблизи поверхности
земли. Выполнены расчеты значений коэффициента редукции в окрестностях сферической
неоднородности поверхности электрода для случаев классического и турбулентного электродного эффекта в приземном слое. Установлено влияние на значения и пространствен-
ное распределение коэффициента редукции метеорологических факторов и измеряемого
электрического поля. Для правильной интерпретации результатов наземных атмосферно-
электрических наблюдений с учетом коэффициента редукции необходимо принимать во
внимании не только геометрию установки датчиков, но и воздействие электродного эф-
фекта на получаемые значения электрического поля.

Литература

1. Afinogenov L.P., Grushin S.I., Romanov E.V. Apparatura dlya issledovaniy prizemnogo sloya
atmosfery [Equipment for research of the surface layer of the atmosphere]. Leningrad:
Gidrometeoizdat, 1977, 319 p.
2. Kupovykh G.V., Kudrinskaya T.V., Grivtsov V.V. The atmosphere electrical characteristics’
monitoring as an element of technosphere safety, IOP Conference Series: Materials Science
and Engineering, 2020, Vol. 913, 052041, 6 p.
3. Kupovykh G.V., Sheftel' V.M., Yaroshenko A.N. K voprosu opredeleniya koeffitsienta reduktsii
pri izmerenii atmosfernogo elektricheskogo polya v prielektrodnom sloe [On the issue of determining
the reduction coefficient when measuring the atmospheric electric field in the near–
electrode layer], Trudy VGI [Proceedings of the Highland Geophysical Institute]. Moscow:
Gidrometeoizdat, 1989, Issue 76, pp. 66-69.
4. Martynov A.A., Kupovykh G.V. O svyazi znacheniy napryazhennosti elektricheskogo polya
atmosfery, izmerennykh na razlichnykh vysotakh u zemli [On the relationship of the values of
the electric field strength of the atmosphere measured at different altitudes near the earth],
Tezisy dokladov IV Vsesoyuznogo simpoziuma po atmosfernomu elektrichestvu [Abstracts of
the IV All-Union Symposium on Atmospheric Electricity], Nal'chik 1990, pp. 45.
5. Kupovykh G.V., Kudrinskaya T.V., Timoshenko D.V., Klovo A.G. Electric field measurements
at mountain stations in Baksan gorge and on Cheget peak (Elbrus region), CATPID-2019. IOP
Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019, Vol. 698, 044035, 6 p.
6. Tuomi T.J. The atmospheric electrode effect over snow, J. Atm. and Terr. Phys., 1982, Vol. 44,
pp. 737-745.
7. Kalita V.M., Laptukhov A.I., Moskalenko A.M. i dr. Raspredelenie elektricheskogo polya,
ob"emnogo zaryada i kontsentratsii ionov v atmosfere vblizi zaryazhennykh tel [Distribution
of the electric field, volume charge and ion concentration in the atmosphere near charged bodies],
V kn.: Fizicheskie protsessy v ionosfere i magnitosfere [In: Physical processes in the ionosphere
and magnetosphere]. Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1984, pp. 110-115.
8. Kudrinskaya T.V., Klovo A. G., Kupovykh G.V., Timoshenko D.V. Reduction coefficient and
electric field near plane electrode with geometric heterogeneity, Journal of Physics: IOP Conf.
Series. VIII All-Russian Conference on Atmospheric Electricity, 2020, 1604, 012005, 8 p.
9. Klovo A.G., Kudrinskaya T.V., Kupovykh G.V., Svidel'skiy S.S., Timoshenko D.V.
Raspredelenie napryazhennosti atmosfernogo elektricheskogo polya i potentsiala vblizi
ploskogo elektroda so sfericheskoy neodnorodnost'yu [Distribution of atmospheric electric
field intensity and potential near a flat electrode with spherical inhomogeneity], Mater. VI
Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii «Problemy voenno-prikladnoy geofiziki i kontrolya
sostoyaniya prirodnoy sredy» [Materials of the VI All-Russian Scientific Conference "Problems
of military–applied geophysics and control of the state of the natural environment"].
Saint Petesburg: VKA imeni A.F.Mozhayskogo, 2020, pp. 279-283.
10. Kupovykh G.V., Morozov V.N., Shvarts Ya.M. Teoriya elektrodnogo effekta v atmosfere:
monografiya [The theory of the electrode effect in the atmosphere: monograph]. Taganrog.
Izd-vo TRTU. 1998, 123 p.
11. Hoppel W.A. Theory of the electrode effect, Journal Atmospheric and Terrestrial Physics,
1967, Vol. 29, No. 6, pp. 709-721.
12. Kupovykh G.V., Morozov V.N. Klassicheskiy (neturbulentnyy) elektrodnyy effekt v prizemnom
sloe [Classical (non-turbulent) electrode effect in the surface layer], Izvestiya vysshikh
uchebnykh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Estestvennye nauki [Izvestia of higher educational
institutions. The North Caucasus region. Natural sciences], 2003, No. 2, pp. 43-46.
13. Kupovykh G.V., Klovo A.G., Grivtsov V.V., Belousova O.V. Modelirovanie elektrodinamicheskoy
struktury neturbulentnogo prizemnogo sloya [Modeling of the electrodynamic structure of a nonturbulent
surface layer], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2022, No. 3 (227), pp. 234-2434.
14. Tikhonov A.N., Samarskiy A.A. Uravneniya matematicheskoy fiziki [Equations of mathematical
physics]. Moscow: Nauka, 1972, 736 p.
15. Kupovykh G.V., Timoshenko D.V., Klovo A.G., Kudrinskaya T.V. Electrodynamic processes
models in atmospheric surface layer, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering,
2019, Vol. 698, 044034, 8 p.
16. Kupovykh G., Redin A., Boldyreff A. Modeling of ionization-recombination processes in the
atmospheric surface layer, Journal of Electrostatics, 2013, Vol. 71, pp. 305-311.
17. Hoppel W.A. Electrode effect: comparison of the theory and measurement, In: Planetary Electrodynamics,
2, S.C. Coroniti and J. Hughes; editors: Gordon and Breach Science Publishers.
New York, 1969, pp. 167-181.
18. Kupovykh G.V., Morozov V.N. Turbulentnyy elektrodnyy effekt v prizemnom sloe [Turbulent
electrode effect in the surface layer], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Severo-
Kavkazskiy region. Estestvennye nauki [Izvestia of higher educational institutions. The North
Caucasus region. Natural sciences.], 2003. Appendix No. 3, pp. 55-62.
19. Svidel'skiy S.S., Litvinova V.S., Kupovykh G.V., Klovo A.G. Formirovanie struktury
atmosfernogo elektrodnogo sloya [Formation of the structure of the atmospheric electrode layer],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2020,
No. 5, pp. 130-141
20. Belousova O.V., Kupovykh G.V., Klovo A.G., Grivtsov V.V. Rezul'taty modelirovaniya
elektrodinamicheskoy struktury turbulentnogo prizemnogo sloya [Results of modeling the
electrodynamic structure of a turbulent surface layer], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2022, No. 4 (228), pp. 245-253.
Опубликован
2022-12-27
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ