Диссертация (1149454), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Унитарная вариация критической частоты F2 (рисунок 4.5 из [293]),также имеет два максимума в 00 и 12 UT и два минимума в 04 и 16-18 UT для периодаминимума солнечной активности. То, что изменения параметров ионосферы влияют наатмосферное электрическое поле в настоящее время считается хорошо установленным фактом[142, 175], вытекающим из современных моделей глобальной электрической цепи (ГЭЦ) [142,274, 304]. В нашем случае, подобное сходство суточных вариаций нуждается в более глубокоми детальном анализе для того, чтобы уверенно отождествить вариации атмосферногоэлектричества, связанные с вариациями параметров ионосферы.За весь период наблюдений атмосферного электрического поля только в летние месяцы2013 года наблюдались вариации суточного хода, близкие к «классической» кривой «Карнеги».В осенние месяцы 2013 г.
суточный ход вернулся к своей «типичной» форме. На рисунке 4.6показан процесс изменения суточного хода в августе и сентябре для 6-ти отдельных дней изинтервала 9 августа - 14 сентября. Существенные изменения вариаций поля наблюдаются дляпериода времени с 12 до 22 часов мирового времени, при этом оба максимума,сформировавшиеся 8 сентября смещаются с 12 UT к 10-11 UT и с 22-23 UT к 00 UT.Рисунок 4.5. Унитарная вариация f0F2, усредненная за годы минимумов (а), максимумов (b),для трех циклов солнечной активности, и в зависимости от сезона (c) [293]97Рисунок 4.6. Процесс изменения характера суточного хода в августе и сентябре для 6-тиотдельных дней (сверху вниз) в интервале с 9 августа по 14 сентября 2013 г.4.1.2 Сезонные и годовые вариации напряженности атмосферного электрического поля вЯкутии.На рисунке 4.7 показан график сезонных вариаций напряженности электрического полядля 2011 года.
График построен по усредненным по месяцам значениям напряженности поля.Сезонный ход напряженности поля имеет максимумы в весенние и осенние месяцы иминимумы, приходящиеся98Рисунок 4.7. График сезонных вариаций напряженности электрического поля в 2011 г.на летние и зимние месяцы. По литературным данным [322] в сезонных вариациях отмечаетсятолько один минимум - в летние месяцы, зимой же, напротив, наблюдается увеличениенапряженности поля. В нашем случае, наблюдаемый зимний минимум (рисунок 4.7) можно, сопределенной уверенностью, связать с уменьшением напряженности поля во времянаступающих зимой морозных (ледяных) туманов в пункте наблюдения. Вариации поля вовремя зимних (ледяных) туманов будут описаны в разделе 4.1.Годовые вариации напряженности поля в «хорошую» погоду за период наблюдений2009-2013 гг.
показаны на рисунке 4.8. Из графика видно, что сезонные вариации повторяютсяиз года в год, минимумы и максимумы практически не смещаются по месяцам.Интересной особенностью является наличие тренда к уменьшению амплитуды сезонныхвариаций напряженности поля и общих значений величины напряженности поля. Подобныйтренд при достаточной статистике наблюдений можно было бы связать с изменениемсолнечной активности (рисунок 4.9 (http://www.swpc.noaa.gov/SolarCycle )), которая в период2009-2013 гг. находится в фазе возрастания.99Рисунок 4.8.
Годовые вариации электрического поля в условиях «хорошей» погоды в2009-2013 гг., в Якутске.Если сопоставить два графика на рисунке 4.8 и на рисунке 4.9, можно отметить, чтокривые годового хода напряженности атмосферного электрического поля и количествасолнечных пятен находятся в противофазе. Однако, для уверенного вывода о степени связидвух кривых необходим более длинный ряд данных по электрическому полю - не менее одногоцикла солнечной активности.Рисунок 4.9.
Количество пятен на солнце в 2001-2014гг. по даннымhttp://www.swpc.noaa.gov/SolarCycle.1004.2 Вариации электрического поля в нарушенную погодуПринято считать [271, 355], что в условиях «хорошей» погоды электрические иметеорологические параметры атмосферы остаются постоянными или очень медленноменяются, тогда как при неустойчивой (нарушенной) погоде эти параметры подвержены резкими значительным изменениям. В данном разделе рассмотрены вариации поля во время такихявлений в атмосфере как дожди, снегопады, ближние грозы, морозные (ледяные) туманы,метели.
Во всех этих явлениях происходят резкие и значительные изменения абсолютныхзначений электрического поля, которые хорошо выделяются и при сопоставлении сметеорологическими параметрами атмосферы можно достаточно точно определить, с какимметеорологическим явлением они связаны.4.2.1 Вариации напряженности атмосферного электрического поля во время дождей иснегопадовКак показывают наши измерения, не все дожди сопровождаются эффектами вэлектрическом поле.
Так, например, осенние обложные дожди слабо проявляются в вариацияхэлектрического поля. Весенние и летние дожди (особенно ливневые), напротив, проявляются всильных изменениях приземного электрического поля. Это различие, скорее всего, связано сразным типом облачности, как это описано в работе [355]. Наибольшее влияние на атмосферноеэлектрическое поле имеют кучево-дождевые облака и слоисто–дождевые облака.
Наименьшеевлияние - слоистые, слоисто-дождевые и перистые облака.Пример вариаций поля во время сильного ливневого дождя 06.07.2014 г. приведен нарисунке 4.10. С 06:08 UT наблюдался сильный ливень, переходящий в дождь в 06:15 UT.Напряженность электрического поля при этом достигала значений от –0,5 кВ/м до –1,1кВ/м, при этом отмечались хорошо заметные флуктуации, которые можно связать с явлениемэлектризации при разбрызгивании капель дождя, описанным в работе [190]. С 06:15 UT по06:56 UT наблюдался сильный дождь. При этом значения напряженности электрического поляменялись в пределах от –1,3 кВ/м до +4,0 кВ/м.
Кривая напряженности поля имела болеегладкую форму по сравнению с флуктуациями во время ливня.Примеры наблюдения сильных вариаций электрического поля 26.09.2013 во времяслабого ливневого дождя и ливневого снега в г. Нерюнгри показаны на рисунке 4.11 и рисунке4.12. Вариации электрического поля зарегистрированы при скорости ветра 8-12 м/с с порывамидо 14 м/с. Эти вариации аналогичны вариациям, измеренным в Якутске во время прохожденияоблаков, имеющих электрические заряды.101Рисунок 4.10. Вариации электрического поля во время сильного ливневого дождя вЯкутске 06.07.2014.Рисунок 4.11. Вариации электрического поля во время слабого ливневого дождя иливневого снега в Нерюнгри 26.09.2013.С 10 UT до 12 UT наблюдался слабый ливневой дождь при скорости ветра 8-12 м/с, спорывами до 14 м/с, давлении 987,6 гПа, с градиентом dP = - 1,5 гПа, влажностью 77% итемпературой 4,1°.
На почве равномерный мокрый снег 50-90%. Вариации электрического поляотражают прохождение заряженного облака с отрицательным зарядом в нижней его части надфлюксметром.С 16 UT до 20 UT наблюдался слабый ливневой снег, причем электрических разрядов не102наблюдалось. Скорость ветра уменьшилась до 5 м/с, с порывами до 10 м/с, давлениепонизилось до 982,9 гПа и градиент возрос dP = - 2,1 гПа, влажность увеличилась до 96%,температура снизилась до 1,5°. Вариации электрического поля отражают прохождение надфлюксметром двух заряженных облаков с отрицательным зарядом в нижней его части.27.09.2013 продолжился ливневой снег с постепенным усилением ветра, достигшим к 12UT величины 9-16 м/с, с порывами до 19 м/с, влажностью 90-92%, давление возросло до 1010гПа, температура снизилась до – 6,5°.
На почве равномерный мокрый снег 100%. Все этопривело к положительному подъему величины электрического поля, достигающего во времямногочисленных, почти непрерывных пиков (при секундном усреднении), до 4 кВ/м (рисунок4.12). После 14 UT до конца суток (10 час следующего дня по локальному времени) снегпрекратился и наблюдался поземок при увеличении давления до 1014 гПа, дальнейшемснижением температуры до - 6,7° и скорости ветра 11-16 м/с, равномерном сухом снеге напочве 100%. Поземок практически не проявился в вариациях электрического поля.
При этомнужно учитывать, что флюксметр в г. Нерюнгри установлен на крыше Технического института,филиала СВФУ на высоте около 16 м, и поземок не достигал такого уровня.Рисунок 4.12. Вариации электрического поля во время ливневого снега при скоростиветра до 19 м/с (метель с 4 ч до 14 ч) и поземка после 14 ч до конца суток (время по UT) в г.Нерюнгри 27.09.2013.Результаты измерений поля во время ливневого снегопада хорошо согласуются срезультатами, полученными в работе [154]. Авторы измеряли знаки зарядов снежинок иобнаружили появление положительного заряда, когда снежинки несли капельки воды.1034.2.2 Вариации напряженности атмосферного электрического поля во время прохождениязаряженных облаков и ближних грозПри прохождении над пунктом наблюдения грозовых (и.
как было показано ранее,дождевых) облаков у поверхности земли наблюдаются сильные вариации напряженностиэлектрического поля в течение 1-5 часов. Причиной подобных вариаций является наличиезначительных электрических зарядов внутри грозового облака. Причем часто наблюдаютсяоблака с зарядами обеих знаков.
В верхней части облака обычно сосредоточен положительныйзаряд, в нижней отрицательный заряд. По Френкелю [354] электрическое поле грозового облакау поверхности земли сводится к результирующему полю обоих зарядов в облаке.Непосредственно под облаком градиент поля отрицательный - силовые линии поля направленыот земли, в которой возникают индуцированные положительные заряды, к отрицательнозаряженному основанию облака. Площадь, занимаемая положительными индуцированнымизарядами несколько больше площади основания облака. За пределами этой «положительной»площади градиент поля положительный и определяется положительным зарядом в верхнейчасти облака. Силовые линии положительного заряда искривляются и опускаются наповерхность земли под прямым углом.
Вариации поля у поверхности земли, вызываемыеподобным облаком, показаны на рисунке 4.13. В процессе движения грозового облака надпунктом наблюдения напряженность поля принимает отрицательные и положительныезначения.Рисунок 4.13. Медленные вариации поля у поверхности земли при прохождениигрозового облака.Главная особенность вариаций атмосферного электрического поля во время грозы –наличие характерных скачков напряженности поля во время молниевых разрядов, послекоторых поле восстанавливается до исходной величины в течение секунд и десятков секунд.104Причиной таких резких изменений является нейтрализация (или перераспределение) объемныхзарядов в грозовом облаке во время молниевых разрядов и последующее восстановлениезарядов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
