Найти

Результаты поиска

• ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРОДНОГО СЛОЯ

  С. С. Свидельский , В.С. Литвинова , Г.В. Куповых , А. Г. Клово

  2021-01-19

  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.

• МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ НЕТУРБУЛЕНТНОГО ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ

  Г. В. Куповых , А.Г. Клово , В. В. Гривцов , О. В. Белоусова

  2022-08-09

  Аннотация ▼

  Представлена электродинамическая модель атмосферного приземного слоя, обуслов-
  ленная действием электродного эффекта вблизи поверхности земли, и анализ ее уравнений
  методами теории подобия. Отдельно рассмотрены математические модели электриче-
  ского состояния приземного слоя в приближениях классического и турбулентного элек-
  тродного эффекта. В математической постановке задач моделирования классического
  электродного слоя сделан ряд обоснованных физических допущений, позволивших получить
  аналитические решения уравнений. Получены аналитические формулы для расчетов про-
  филей концентраций аэроионов, плотности объемного электрического заряда и напряжен-
  ности электрического поля в электродном слое. В результате математического моделирования исследованы зависимости распределения электрических характеристик приземно-
  го слоя от значений электрического поля, степени ионизации воздуха и аэрозольного за-
  грязнения атмосферы. Показано, что отношение значений напряжённости электрического
  поля на поверхности земли и на верхней границе электродного слоя практически постоян-
  но. Усиление электрического поля, скорости ионизации воздуха и присутствие аэрозольных
  частиц достаточной концентрации приводит к уменьшению толщины электродного слоя
  и, как следствие, масштабов распределения его параметров. Повышение степени иониза-
  ции увеличивает, а увеличение концентрации аэрозольных частиц в атмосфере уменьшает
  значения плотности электрического заряда в приземном слое. Теоретические расчеты
  хорошо согласуются с экспериментальными данными и результатами численного модели-
  рования электрической структуры приземного слоя. Полученные в работе аналитические
  формулы для расчетов электрических характеристик приземного слоя и результаты вы-
  числений могут быть полезны при решении ряда прикладных задач геофизики, в частности
  для мониторинга электрического состояния атмосферы.