ВВЕДЕНИЕ 2
ГЛАВА 1. ЯВЛЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА 4
1.1 Основные параметры электричества в атмосфере 4
1.2 Глобальная атмосферная электрическая цепь 10
1.3 Временной ход атмосферно-электрических параметров 12
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ 18
2.1 основные атмосферно-электрические параметры и методы их измерения 18
2.1.1 Измерение напряженности электрического поля 18
2.1.2 Измерение полярных электропроводностей 20
2.1.3 Измерение вертикальной составляющей напряженности электрического
поля на открытой площадке 22
2.1.4 измерение полярных концентраций легких ионов 23
2.1.5 измерение концентрации радона-222 24
2.1.6 измерение плотности вертикального тока 25
2.2 измерительный комплекс 27
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ СУТОЧНОГО И ГОДОВОГО ХОДА АТМОСФЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АРКТИЧЕСКОГО РЕГИОНА 33
1.3 Метеорологические особенности арктического региона и их влияние на
атмосферно-электрические параметры атмосферы 33
3.2 Выбор анализируемой станции 35
3.3 Зависимость между электрическим полем и метеорологическими
характеристиками атмосферы 37
3.3.1 Анализ годового хода напряженности поля 38
3.3.2 Анализ суточного хода напряженности поля 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 53
Активные исследования атмосферного электричества начались еще в 18 веке, и лишь в середине столетия была установлена электрическая природа гроз. Работы по изучению атмосферного электричества вели русские учёные —Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов. Однако и сейчас в этом разделе науки остается множество нерешенных вопросов и проблем. Например, одной из актуальных проблем науки об атмосферном электричестве является изучение обмена зарядами между землей и атмосферой и сохранение землей отрицательного заряда.
Прикладной интерес представляет электричество нижней атмосферы, а прежде всего электрические заряды грозовых облаков и статические характеристики электрического поля «хорошей погоды». Также не менее важно изучение вклада локальных факторов в измерение параметров электрического поля атмосферы, в связи с разнообразием данных факторов и практическим интересом их исследования.
Результаты исследований электрического поля атмосферы востребованы в таких областях науки как физика атмосферы, метеорология, сейсмология и вулканология, а необходимость эффективной защиты от статического электричества и грозовых разрядов требует лучшего понимания физических процессов формирования и развития разрядов [7].
Регулярные измерения атмосферно-электрических характеристик являются основой как экспериментального, так и теоретического изучения процессов в электродном слое атмосферы. По данным регулярных измерений можно исследовать формирование облачности и электрические эффекты, связанные с антропогенными загрязнениями и природными аэрозолями.
В связи с проблемами изменения климата и возможного влияния антропогенных факторов и космической погоды на климатическую систему Земли, необходимо изучение вариаций параметров всех физических процессов включая параметры атмосферного электричества в районах с чистой, незагрязненной промышленными аэрозолями, атмосферой.
Целью бакалаврской работы является выявление особенностей суточного и годового хода напряженности электрического поля атмосферы (Е) на станции Диксон и оценка влияния метеорологических факторов на их временные вариации
Решаемые задачи:
- Изучение материалов об основных процессах атмосферного
электричества и методах их исследования;
- Анализ метеорологических данных и параметров атмосферного электричества, полученных на Диксоне в 2018г.
- Выявление зависимостей Е от метеорологических явлений;
- Определение суточных вариаций Е в условиях «хорошей погоды»;
- Получение распределения значений Е по направлениям и скоростям ветра;
В ходе бакалаврской работы был произведен обзор научной литературы и изучены материалы об основных процессах атмосферного электричества. Рассмотрены источники ионизации атмосферы, основные характеристики электрического поля атмосферы (потенциал, напряженность, проводимость и вертикальный ток проводимости), понятие о глобальной электрической цепи, временной ход характеристик атмосферного электричества и их зависимость от географического положения и локальных особенностей региона, а также методы и средства исследования параметров атмосферного электричества.
Был произведен анализ срочных метеорологических данных и анализ данных об напряженности электрического поля атмосферы, полученных со станции Диксон за 2018 год.
Были получены следующие результаты:
1. В ходе исследования годового хода напряженности электрического поля атмосферы были выявлены основные метеорологические факторы, влияющие на вариации значений напряженности такие как: выпадение твердых и жидких осадков, взвихривание мелкой снежной пыли в воздухе и наличие в воздухе мельчайших взвешенных частиц влаги. При таких условиях происходит резкое отклонение значений напряженности от естественного хода, и напряженность может достигать значений порядка 11000 В/м положительной полярности и -9000 отрицательной полярности.
2. Так же в работе были выявлены закономерности распределения значений напряженности поля от явлений погоды. Наибольший разброс в значениях отмечается при твердых продолжительных осадках и переносе частиц снега в воздухе.
3. По анализу зависимостей напряженности поля от параметров ветра выявлено, что локальными источниками аэрозольного загрязнения на станции является близкое расположение населенного пункта и котельной.
4. Из срочных метеорологических данных были выделены сроки, соответствующие условиям «хорошей погоды» и исследована суточная вариация напряжённости атмосферного электрического поля для различных сезонов. В ходе исследования суточной вариации было выявлено, что суточный ход напряженности электрического поля атмосферы на станции Диксон соответствует современным представлениям об унитарной вариации с максимумом около 19 часов UTC.
Полученные результаты позволяют выявить роль локальных эффектов в формировании годовой и суточной вариации в Арктическом регионе и могут быть полезны для дальнейших исследований, направленных на выявление факторов, оказывающих воздействие на электрическое состояние приземного слоя атмосферы.
