Аннотация
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ, ТЕРМИНОВ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Основные сведения об атмосферном электричестве 7
1.1 Ионы в атмосфере 7
1.1.1 Движение ионов в электрическом поле. Полярные проводимости 8
1.1.2 Основные ионизаторы атмосферы 10
1.2 Электрические характеристики поля 13
1.2.1 Напряженность электрического поля в приземном слое 13
2 Метеорологические условия и атмосферное электричество 16
2.1 Влияние СЬ и молниевых разрядов на электродный эффект 16
2.2 Механизм образования молний и их виды 20
2.3 Влияние осадков на электродный эффект 23
3 Исследование изменчивости концентраций лёгких ионов под воздействием
внутримассовых ливней и гроз на основе данных экспедиционных измерений 25
3.1 Место проведения экспедиционных измерений и использованное измерительное
оборудование 25
3.2 Методика отбора молниевых разрядов 28
3.3 Анализ влияния близких грозовых разрядов и ливней на содержание легких ионов в
воздухе 29
3.4 Количественные оценки влияния гроз на динамику концентраций легких ионов 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
ЛИТЕРАТУРА 42
Большинство электрических процессов в атмосфере принадлежит к явлениям природы, недоступным нашему восприятию. Тем не менее действие электрических сил имеет место в любой метеорологической ситуации - в безоблачную погоду, при развитии и прохождении облачности, и различных атмосферных явлениях (осадках, туманах, метелях, грозах). В свою очередь метеорологические условия - поля влажности, температуры, ветра и атмосферная турбулентность - оказывают существенное влияние на развитие электрических процессов в атмосфере . В связи с этим возникает необходимость в изучении взаимодействия атмосферного электричества с метеорологическими величинами (элементами) и явлениями. Непрерывные наблюдения за содержанием ионов в приземном воздухе может служить индикатором антропогенного загрязнения природных компонентов, а также может являться гигиеническим критерием качества атмосферного воздуха.
В работах уже сейчас по данным напряженности электрического поля, электрической проводимости и содержанию ионов в воздухе можно косвенно оценивать некоторые виды облачности, осадков, усиления ветра, град, условия ясной погоды, туманы и т.д. Однако, исследователи не останавливаются только на регистрации электрических параметров атмосферы, соответствующих данным условиям погоды, но и создают численные модели электрического состояния ПСА в различных метеорологических условиях .
В автор указывает на то, что с прохождением атмосферных фронтов, в особенности, холодных, связаны сильные изменения многих параметров в ПСА. Наиболее сильные возмущения метеорологических и атмосферно-электрических величин ПСА оказывает прохождение мощной конвективной облачности. С прохождением фронтов связанны такие опасные явления как: гроза, интенсивные ливневые осадки (дождь, снег, крупа, град), шквал. Прогнозирование этих событий сопряжено с рядом трудностей и имеет невысокую оправдываемость. Этот фактор необходимо учитывать при разработке специальной аппаратуры, работающей на открытом воздухе. Однако, процессы происходящие во время прохождения мощной конвективной облачности различного генезиса, и связанных с ней явлений, относятся к числу недостаточно изученных в части понимания взаимосвязей и особенностей изменения приземных атмосферно-электрических параметров.
В работах авторы делают заключение, что концентрации легких ионов и электропроводности воздуха в ПСА весьма чувствительны к метеорологическим условиям и
значительно изменяется под влиянием облачности и атмосферных явлений конвективного происхождения. Эта особенность может быть использована для решения обратной задачи - диагностирования и уточнения метеорологических условий в атмосфере на основе данных об электрических характеристиках ПСА. Однако, для решения такой задачи необходимо получение надёжных оценок воздействие различных метеорологических величин и явлений на содержание легких ионов и электропроводность в приземном воздухе на основе большой числа случаев. Перечисленные факторы и определяют актуальность проведённых изысканий.
Цель работы - получить оценки изменчивости концентраций лёгких ионов в приземном слое атмосферы при прохождении внутримассовых ливней и гроз.
Задачи:
1. Отобрать случаи прохождения внутримассовых ливней и гроз за июнь 2015 г.
2. Оценить связь между изменчивостью содержания ионов и грозовыми разрядами и осадками.
Исходные данные и методы исследования.
В работе использовались данные за июнь 2015 г. по концентрации легких ионов, напряженности электрического поля приземной атмосферы, полярным электрическим проводимостям воздуха, основным метеорологическим характеристикам, а также данные об облачности и атмосферным явлениям на основе визуальных наблюдений, полученные в экспедиционном исследовании в Республике Хакассия, Россия, на берегу оз. Иткуль.
Дополнительно использовались синоптические карты с фронтальным анализом. При решении поставленных задач применяли методы статистического анализа и математическое моделирование. Обработка и визуализация данных проводились в среде MATLAB (MathWorks).
В ходе работы были отобраны случаи прохождения внутримассовых ливней и гроз за июнь 2015 г. и была произведена оценка связи между изменчивостью содержания ионов и грозовыми разрядами и осадками.
Обнаружено значительное увеличение (более чем в 200 раз!) содержания легких ионов во время выпадения осадков, что может быть связано с переносом каплями зарядов из облака, а так же с эффектом разбрызгивания.
Близкие разряды молнии оказывали воздействие на градиент потенциала электрического поля, которым соответствовали наибольшие колебания концентрации положительных и отрицательных ионов. Количественная оценка связи динамики содержания легких ионов обоих полярностей от близких разрядов молний показала, что количество ионов после разряда молний в несколько раз больше, чем до разрядов. Предположительно это может быть связано с коронным эффектом.
В перспективе планируется получение более точных оценок влияния осадков на динамику легких ионов, а так же изучение воздействия положительных и отрицательных молниевых разрядов на электрические параметры ПСА.
