Тема: ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В РАЗЛИЧНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Электричество техногенного и (или) природного происхождения окружает человека повсеместно, при этом, большинство электрических процессов недоступны нашему восприятию. Особое место занимают электрические силы, связанные с существованием ГКЛ - атмосферное электричество, которое 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, осадки - оказывают существенное влияние на развитие электрических процессов в атмосфере [1]. 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 [2-6] уже сейчас по электрическому состоянию ПСА можно косвенно оценивать облачность, наличие осадков, усиления ветра, условия ясной погоды, туманы и т.д. 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 [5, 7-9].
Наиболее сильные возмущения метеорологических и атмосферноэлектрических величин ПСА оказывает прохождение мощной конвективной облачности [5]. С прохождением фронтов связанны такие опасные явления как: гроза, интенсивные ливневые осадки (дождь, снег, крупа, град), шквал. Эти неблагоприятные и опасные метеорологические явления относятся к 5
числу недостаточно изученных в части понимания взаимосвязей и особенностей динамики приземных атмосферно-электрических параметров. В работах [1, 8-10] 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.
Ионы, присутствующие в атмосферном воздухе, играют огромную роль в атмосферных и биосферных процессах, в частности в формировании благоприятной среды для проживания человека. При этом различные физикогеографические и метеорологические факторы по-разному оказывают влияние на содержание аэроионов в воздухе. Знания о закономерностях пространственно-временной изменчивости концентрации ионов позволяют оценивать степень комфортности и полезности различных физикогеографических условий и ландшафтов для жизнедеятельности человека, т. к. аэроионы, в частности отрицательные, обладают повышенной биологической активностью, делая воздух чище и полезнее. Необходимо проводить контроль (мониторинг) аэроионной обстановки с целью оценки фонового содержания аэроионов, характерного для разных ландшафтов, и выявления многолетнего изменения их количества, как индикатора состояния окружающей среды в условиях возрастающей антропогенной нагрузки и современных климатических изменений.
Детальные исследования фонового электрического состояния приземного слоя атмосферы для типичных ландшафтов на данной территории ранее не проводились. Вплоть до сегодняшнего дня мониторинг электрического состояния приземного слоя на юге Сибири ограничивался измерениями напряжённости электрического поля и электропроводности воздуха только в одном пункте наблюдений Росгидромета за атмосферным электричеством, расположенном в Иркутске, и в нескольких пунктах наблюдений институтов РАН (Томск, Якутск и Нерюнгри). Все эти пункты наблюдений расположены в крупных населённых пунктах и не позволяют получить оценки фонового электрического состояния приземного слоя, характерного для типичных ландшафтов юга Сибири.
Перечисленные факторы и определяют актуальность данной работы.
Цель работы - исследовать электрическое состояние приземного слоя в сложных метеорологических и физико-географических условиях на юге Сибири.
Задачи:
1) провести литературный обзор по теме исследования;
2) исследовать вариации атмосферно-электрических величин при
прохождении кучево-дождевых облаков и сопутствующих
атмосферных явлений на примере г. Томска;
3) оценить фоновое содержание аэроионов и его изменчивость в
горных ландшафтах Республики Хакасия и Бурятия;
4) получить оценки фонового содержания аэроионов и его изменчивости в болотных ландшафтах Томской области;
5) определить влияние водопада (на примере водопада на р. Кынгарга)
и крупного водоёма (на примере оз. Байкал) на фоновое содержание аэроионов.
В работе использовались данные атмосферно-электрических и метеорологических величин, полученные на геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН и в ходе экспедиционной деятельности.
При решении поставленных задач применялись следующие методы:
1) измерение (атмосферно-электрические и метеорологические величины);
2) наблюдение (облачность, атмосферные явления);
3) методы дескриптивной статистики;
4) построение тематических карт и графиков;
5) систематизация и обобщение информации.
Визуализация данных проводились в среде MATLAB (MathWorks) и QGIS.
Купить

На основе проведенного исследования были получены следующие результаты.
Установлено, что в случае выпадения ливневых осадков из фронтальных кучево-дождевых облаков, а так же диаметром капель более 4 мм отрицательная электропроводность в приземном слое атмосферы значительно возрастает. Полученные результаты могут быть полезны как при исследовании детальной структуры конвективной облачности, сопровождаемой интенсивными ливневыми осадками, так и при разработке методов и средств прогноза, а также контроля ливневых явлений.
При подъеме на Тункинские гольцы концентрации аэроионов обеих полярностей в основном снижались, однако наличие растительности нарушало данное распределение.
На болотных ландшафтах, в основном содержание аэроионов низкое. Также отмечено, что с увеличением обводненности почвогрунтов происходит снижение концентрации отрицательных аэроионов и рост положительных.
Таким образом, в будущем информация о пространственно-временной изменчивости и распределении аэроионов может быть использована в качестве одного из компонентов среды обитания человека, а также для выявления его многолетнего изменения в условиях возрастающей антропогенной нагрузки и современных климатических изменений.

Купить