Электродинамические процессы в конвективном атмосферном пограничном слое

• Автор: Галиченко, Сергей Вадимович
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Борок
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ
1.1. ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
1.2. ПРОЦЕССЫ ИОНООБРАЗОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРНЫХ ИОНОВ
1.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ 1:
ГЛАВА 2. СТОХАСТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОГО АТМОСФЕРНОГО
ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
2.1. ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ КОНВЕКТИВНОГО АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
2.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ПРИБЛИЖЕНИЯ
2.3. СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ТРАНСПОРТА
2.4. РАСЧЕТ ВЫСОТЫ СЛОЯ ОБМЕНА
2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗАЦИИ И КИНЕТИКИ ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ 2:
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНВЕКТИВНОГО АТМОСФЕРНОГО
ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
3.1. СКОРОСТЬ ИОНООБРАЗОВАНИЯ
3.2. ВЫСОТНЫЕ ПРОФИЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
3.3. ПОТЕНЦИАЛ ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
3.4. КОНВЕКТИВНЫЙ ТОК И ЭДС КОНВЕКЦИИ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ 3:
ГЛАВА 4. СВЯЗЬ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПАРАМЕТРАМИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ И ДИНАМИКОЙ АЭРОЗОЛЕЙ
4.1. ПЕРЕНОС ВОЗМУЩЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
4.2. СВЯЗЬ ТУРБУЛЕНТНОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
4.3 .ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ КОНВЕКТИВНОГО АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ 4:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Электродинамические процессы в атмосферном пограничном слое (АПС) занимают особое положение в исследованиях физики взаимодействия литосферы и атмосферы, одновременно представляя собой важное звено в моделях глобальной электрической цепи. Возросший в последние годы интерес к пограничному слою и его внутренней динамике связан, прежде всего, с разработкой параметризации подсеточных масштабов и турбулентного замыкания для прогностических моделей глобальной циркуляции и климата [204, 205]. Совершенствование существующих прогностических моделей предполагает перспективное использование дополнительных средств диагностики текущего состояния среды, включающих электрические измерения. Внутри пограничного слоя проводится подавляющая часть атмосферных электрических наблюдений, при этом задача выбора подходящего множества измеряемых величин и интерпретации, полученных в результате данных, остается актуальной [66, 100, 103, 111, 115, 206]. Можно отметить также важность рассмотрения электрических процессов в АПС для своевременного прогнозирования распространения радионуклидов в атмосфере при техногенных катастрофах [65].
Электрическая структура пограничного слоя атмосферы определяется многообразием физических процессов в широком диапазоне пространственно-временных масштабов от ионизации молекул и межчастичных взаимодействий в многокомпонентной слабоионизированной среде до формирования ионосферного потенциала грозовыми генераторами и квазистатическими токами электрифицированных облаков. Электрические поля, создаваемые в АПС объемными зарядами, образующимися вследствие неоднородностей электрической проводимости и влияния проводящей земной поверхности, имеют тот же порядок величины, что и электрическое поле внешних по отношению к АПС источников. Невозмущенный грозовой активностью и

В результате статистической обработки данных наземных аэроэлектрических наблюдений, выполненных в период 1998—2013 гг. в Геофизической обсерватории “Борок” ИФЗ РАН, было установлено, что короткопериодные пульсации приземного электрического поля обладают свойством самоподобия со степенным законом изменения нормированной спектральной плотности и средним значением показателя -2.25±0.03 [115]. В диапазоне частот 10-2—10-1 Гц наиболее вероятный показатель степени, аппроксимирующий поведение спектральной плотности пульсаций электрического поля, находится в интервале от —2.25 до —3 [116]. Методом синхронного приема аэроэлектрических пульсаций в разнесенных точках в работе [117] были определены пространственно-временные структуры приземного электрического поля и объемного заряда, вопросы генерации и эволюции которых обсуждались в [118]. Было показано, что аэроэлектрические структуры представляют собой динамические неоднородности объемного электрического заряда АПС, проявляющиеся когерентными возмущениями электрического поля. Связь между наличием аэроэлектрических структур и наклоном спектров пульсаций электрического поля была установлена в [119]. Анализ модельных случайных массивов данных показал, что присутствие локализованных когерентных структур в массиве модифицирует структурные функции, меняя показатель степени. При этом на малых масштабах увеличивается автокорреляция случайного сигнала [120]. По результатам измерений, выполненных в Геофизической обсерватории “Борок” ИФЗ РАН, установлено, что спектр пульсаций плотности объемного заряда легких атмосферных ионов самоподобен в интервале частот 2 • 10-3—10-1 Гц, показатель наклона спектра близок к -5/3, что соответствует закону Колмогорова-Обухова для флуктуаций скалярного поля в инерционном интервале турбулентности [115]. Модельные неоднородности объемного электрического заряда в виде переносимых ветром зарядов, локализованных в компактных областях с