Введение 3
1 Общее описание электрической структуры грозовых облаков 6
1.1 Образование и стадии развитии кучево-дождевых облаков 7
1.2 Теория образований осадков 10
1.3 Классификация грозовых облаков 12
1.3.1 Одноячейковые грозовые облака (СЬ) 12
1.32 Многоячейковые кластерные облака СЬ _ 13
1.3.3 Многоячейковые линейные (линия шквала) облака СЬ 14
1.3.4 Суперячейковые грозы 15
1.4 Теория движения и распространения грозовых облаков 16
2 Электризация конвективных облаков 18
2.1 Результаты исследования 18
2.2 Электрическая структура и ее формирование 21
2.2.1 Модель осадков 22
2.22 Модель конвекции 23
2.2.3 Электрическая структура грозовых облаков 24
2.3 Микро физическая передача заряда 26
2.3.1 Перенос заряда осадками.. 26
2.3.2 Конвекция 29
2.4 Электрификация частиц в грозовых облаках .. 30
2.5 Молния 33
2.5.1 Стадия развития линейной молнии 34
3 Лабораторное исследование по влиянию скорости аккреции изморози крупинки на заряжении в грозовых облаках 35
3.1 Влияния относительной скорости крупы и кристаллов льда на скорость аккреции и зарядки
изморози .. 36
3.2 Экспериментальная проверка эффекта скорости 39
3.3 Уравнения переноса заряда 42
3.4 Расчеты н построение демаркационной линии знака заряжения градин в облаке 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
Список литературы 52
Изучение процессов, связанных с грозами имеет решающее значение для ученых всего мира. Влияние этого атмосферного явления заметно из-за последствий, которые оно оказывает на окружающую среду, жизнь, промышленность, авиацию. Негативные последствия грозы проявляются в следующих формах:
• Грозы могут вызвать пожары на нефти и газопроводе, лесные пожары, жилые и промышленные пожары, которые являются результатом молнии. Грозы могут разрешать работу радиосвязи и навигации.
• Грозы вызывают помехи и перенапряжение линий электропередачи, что может привести к авариям.
• Гроза связана с наводнениями, тропическими циклонами и другими суровыми погодными условиями, которые продолжают причинять финансовые потери нашему обществу.
Изучение электризации грозовых облаков и связанные явлений является актуальной задачей.
В результате изучение процессов, связанных с возникновением грозы, стало темой, представляющей интерес для метеорологов. На протяжении многих лет ученые всего мира пытались объяснить микрофизические процессы, связанные с этим явлением. Это привело к публикации огромного количества статей и монографий о том, как электрификация происходит в грозовых облаках. Среди этих теорий было предложено биполярную и триполярную электрическую структуру грозового облака. Распределение биполярного заряда подчеркивает тот факт, что верхняя часть облака положительно заряжена, нижняя часть отрицательно заряжена. Но недавние результаты показали, что распределение заряда в грозовых облаках на самом деле представляет триполярную структуру. То есть в центре облако состоит из отрицательно заряженных частиц, над которыми расположены основные положительно заряженные частицы. А под области отрицательного заряда - тонкий слой положительного заряда.
Комплекс исследований для получения лучшего понимания того, как и почему это происходит, было, серьезной проблемой, которая привела к множеству споров в научном сообществе. Спор в основном был о формировании более низкого положительного заряда. Некоторые говорят, что это связано с конвекционным потоком, то есть было доказано, что восходящий поток воздуха с поверхности Земли несет заряды в образовавшееся выше облако, в результате заряжает облако. В то время как другие пришли к выводу, что эти заряды формируются за счет переноса заряда при столкновении частицами (т.е. крупа и частиц льда). Как ученый, я считаю, что мы обязаны проанализировать и дать научное объяснение и наблюдения для лучшего понимания нашей окружающей среды.
Данная работа направлена на изучение формирования электрической структуры грозовых облаков с акцентом на триполярной структуре распределения заряда грозового облака. Цель работы является анализом этих теорий, которые приводят к формированию триполярной структуры электрического заряда грозовых облаков. Особенно будет рассматривать преимущества, и недостатки теорией предложили для формирования триполярной структуры. Во-вторых, он будет анализировать лабораторные эксперименты, проводимые по передаче зарядов. Наконец, оцените эффективность механизма разделения заряда при столкновении кристаллов льда и градин для электрификации облака. В двух словах эта научная работа направлена на то, чтобы дать отчет о распределении зарядов в грозе и дать лучшее представление о формировании центрального отрицательного заряда и низкого положительного заряда.
Структура работы. Работа состоит из введения, где сформулирована цель и задачи исследования. В первой главе - общее описание о образовании и стадии развитий грозовых облаков. Во второй главе - рассматривается электрическая структура грозовых облаков и гипотезы заряжения облачных частиц. В третьей главе - проведен анализ лабораторных исследований по заряжению при столкновении кристаллов льда и градины. В заключении сформулированы основные выводы работы.
В работе было проведено исследование электрической структуры грозового облака.
Грозовые облака в зрелой стадии имеют триполярную электрическую структуру, как написано в этой работе. Гипотеза конвекции и модель осадков пытаются объяснить этот процесс разделения зарядов, но эти гипотезы учитывают дипольное структурное распределение зарядов грозовых облаков. Поэтому, объяснить трипольную структуру распределения зарядов, особенно низкий слой положительный заряд оказалось сложным. Модель конвекции предположила, что положительный заряд нижней части грозовых облаков является результатом заряда, вносимого конвекционным потоком воздуха с поверхности Земли. Но эксперименты проведенные Чарльзом Б. Мооре и Воннегутом показалось, что величина заряда при эксперименте было на 1000 меньше, чем величина заряда требуется для производства молнии в грозовых облаках. Это доказывает, что более низкий положительный слой заряда не является результатом конвекционного потока.
С другой стороны, модель осадков доказала, что заряд, переносимый при столкновении, по величине достаточен для возникновения молнии. Поэтому, объяснение распределения зарядов в грозовом облаке можно лучше всего объяснить с помощью модели осадков. Модель осадков основана на том, что происходят разделения зарядов между облачнымиэлементами - крупинками и кристаллами при столкновении. В процессе, как они сталкиваются и разделяют, они становятся заряженными, где некоторые получают положительные заряды, а другие - отрицательный заряд.
Поэтому понимание процесса селективной зарядки крупа и кристаллов льда при столкновения дает точный счет разделения зарядов в грозовом облаке.
Дальнейший анализ проводился на основе лабораторного Эксперимента Сондерса. Он пришел к выводу, что переданный заряд является функцией, которая зависит от эффективной водности, температуры, относительной скорости и размера частицы.
На основе этих факторов мы провели количественный анализ, показанный в данной работе, где мы рассматривали, как градины разных размеров селективно заряжаются. Результаты наших расчетов представлены на рисунке...
