Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи

Анисимов, Сергей Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ и ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 550.3:551.594

АНИСИМОВ Сергей Васильевич

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ТОКИ СЛАБОПРОВОДЯЩЕЙ НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ В ГЛОБАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Геофизической обсерватории «Борок» Объединенного института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор А. В. Гульельми доктор физико-математических наук

Б.М. Копров доктор физико-математических наук профессор В.О. Рапопорт

Ведущая организация: Институт прикладной физики РАН

Защита состоится " 18 " марта 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.63 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: г. Москва, 119992 ГСП-2, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, южная физическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан "_" февраля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

В.Б. Смирнов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Круг проблем, связанных с исследованием глобальной электрической цепи (ГЭЦ) и электричества нижней атмосферы, весьма широк. Краткий перечень задач включает, прежде всего, вопросы источников формирования квазистационарного состояния ГЭЦ, вклада негрозовых генераторов электрических полей и токов в токовый баланс ГЭЦ, оценок действия глобальных генераторов на электрическое состояние нижней атмосферы, динамики электрического состояния свободной и возмущенной нижней атмосферы, установления высотных аэроэлектрических профилей, «электрического загрязнения» атмосферы при антропогенных воздействиях. Повышенное внимание к исследованию аэроэлектрических процессов обусловлено, с одной стороны, тем, что нижняя атмосфера - это одна из наиболее подвижных и уязвимых оболочек Земли, формирующих среду обитания человека. По существу, нижняя атмосфера является областью взаимодействия земной поверхности, биосферы и среды индустриальной деятельности человека, которые, в свою очередь, влияют на атмосферные электрические параметры. С другой стороны, атмосферное электричество относится к классической области фундаментальных знаний, основанной на исследованиях физических процессов от микромасштабных до глобальных и от микросекундных до вековых на пространственной и временной шкалах соответственно. Концепция глобальной электрической цепи как замкнутого токового контура, включающего совокупность газовых, газо-плазменных и твердотельных оболочек, позволяет рассматривать атмосферное электрическое поле как неотъемлемую часть электромагнитного поля Земли.

Данные измерений электрических характеристик нижней атмосферы составляют необходимый экспериментальный базис исследований электрического окружения Земли. Основные положения теории и методов измерений электрического поля приземной атмосферы разрабатывались для решения традиционных задач атмосферного электричества, к которым |Сяодуешжншишал1уче-ние годовых, сезонных и суточных вариаций. на-

I 03 юо^«т(УЗ(

правлений атмосферного электричества потребовало создания прецизионной измерительной аппаратуры с повышенной чувствительностью, широким частотным диапазоном и цифровой регистрацией, пригодной для работы в полевых и стационарных условиях разных широт.

Исследование короткопериодных (Д/^ 10" -И Гц) пульсаций электрического поля стало к настоящему времени важным разделом электродинамики атмосферы, что обусловлено, с одной стороны, изучением электрических свойств атмосферы как слабо-проводящей среды при различных метеорологических, геофизических и антропогенных условиях, а с другой - поиском глобальных составляющих атмосферного электричества. Развитие экспериментальных методов изучения турбулентных аэроэлектрических пульсаций, спектров и структур, а также теоретических моделей их формирования и эволюции с учетом электрогидродинамических и термодинамических условий нижней атмосферы занимает особое место в современных исследованиях свободной и возмущенной атмосферы.

Одна из центральных проблем атмосферных электрических исследований связана с процессами формирования высотных аэроэлектрических профилей. Создание современных цифровых баз данных по результатам натурных аэроэлектрических наблюдений, а также развитие методов математического компьютерного моделирования аэроэлектрических процессов дают возможность разработки численных моделей формирования высотных профилей.

Электрическое поле нижней атмосферы относится к наиболее вариабельным полям земного окружения. Для корректных оценок действия различных источников и изучения электродинамических свойств приземной атмосферы представляет интерес выполнение натурных аэроэлектрических наблюдения при энергетически значимых геофизических, метеорологических или антропогенных явлениях, например, таких как суббуревая геомагнитная активность, туман различной интенсивности, а также мощные антропогенные воздействия, обусловленные современными промышленными технологиями.

Выполненные исследования содержат решения ряда рассмотренных вопросов и, в силу их фундаментальной и практической значимости, являются актуальными.

Цель работы:

• изучение физических процессов формирования ГЭЦ, оценка баланса токов атмосферного участка ГЭЦ;

• разработка и создание прецизионного высокочувствительного широкополосного измерительного оборудования с цифровой регистрацией, предназначенного для аэроэлектрических наблюдений в стационарных и полевых условиях разных широт; создание базы данных среднеширотных аэроэлектрических наблюдений;

• экспериментальное исследование короткопериодных пульсаций i атмосферного электрического поля, определение их спектральных, структурных и энергетических характеристик; создание теоретических моделей генерации турбулентных аэроэлектрических пульсаций, спектров и структурных образований, анализ взаимосвязи структурных и спектральных характеристик турбулентных, аэроэлектрических пульсаций;

• экспериментальное и численное изучение формирования высотных аэроэлектрических профилей приземного слоя и нижней атмосферы;

• анализ результатов натурных наблюдений и выполнение теоретических оценок генерации аэроэлектрических вариаций при естественных и антропогенных возмущениях приземной атмосферы в зоне аврорального овала, в условиях тумана, в окрестности пы-легазового облака промышленного взрыва.

Научная новизна:

• впервые предложена и практически реализована методика синхронного разнесенного приема корткопериодных аэроэлектрических пульсаций на малых базах, создан экспериментальный измерительный комплекс для проведения специализированных наземных наблюдений турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

• впервые создана база цифровых данных среднеширотных не-

прерывных обсерваторских наблюдений напряженности аэроэлектрического поля и плотности вертикального электрического тока;

• предложена и инсталлирована методика спектрально-временного анализа турбулентных аэроэлектрических пульсаций, впервые экспериментально обнаружены аэроэлектрические структуры пульсаций атмосферного электрического поля, определены их основные пространственно-временные и энергетические характеристики;

• впервые получены количественные, достоверно значимые оценки показателей наклона спектров и показателей структурных функций аэроэлектрических пульсаций; сформулирована задача и разработана теоретическая модель генерации пульсаций, формирования структур и спектров, принципиально оценивающая нелокальность связи напряженности электрического поля и плотности объемного заряда;

• выполнены количественные оценки взаимосвязи структурных и спектральных показателей турбулентных аэроэлектрических пульсаций, впервые показано, что линейная аппроксимация соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций и наклона спектров классического вида а5 = а0 + Сдаёт значения С/0= 1,85 для энергонесущей (базис - 10 м) и С3= 1,79 для средней (базис - 3 м) части инерционного интервала, что существенно превышает единицу, характерную для колмогоровского соотношения а5 = а0 + 1;

• поставлена и численно решена задача формирования высотных аэроэлектрических профилей в условиях регулярной конвекции, рассчитан нестационарный отклик высотных аэроэлектрических профилей на скачок проводимости в слое обмена;

• впервые, посредством натурных экспериментов и последующих теоретических оценок, доказано существование электродного эффекта над сушей в условиях сильного турбулентного перемешивания;

• впервые методами натурного эксперимента обнаружены самоорганизованные «гигантские» аэроэлектрические структуры и структурно-временной хаос, характеризующие электродинамиче-

ское состояние тумана в естественных условиях приземного слоя;

• показано прямыми натурными наблюдениями вариаций аэроэлектрического поля магнитосферно-ионосферной природы, метеорологического явления, антропогенных генераторов, а также турбулентных аэроэлектрических пульсаций, что состояние ГЭЦ формируется совокупностью источников глобальных, региональных и локальных пространственных масштабов, действия которых проявляются на глобальной, локальной и магнитолокальной шкале времени.

Научное и практическое значение работы. Научное значение работы определяется результатами

• развития методов и техники современного геофизического эксперимента и обсерваторских наблюдений;

• наблюдения корткопериодных аэроэлектрических пульсаций и определения их структурных, спектральных и энергетических характеристик;

• обнаружения в атмосферном электрическом поле аэроэлектрических структур, существующих как в условиях свободной, так и возмущенной атмосферы;

• определения структурно-спектральной взаимосвязи для линейной аппроксимации соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций и наклона спектров аэроэлектрической турбулентности;

• разработки теоретической модели генерации короткопериодных аэроэлектрических пульсаций поля и тока;

• доказательства, в серии натурных экспериментов, наличия устойчивого электродного эффекта в приземном слое над сушей и моделирования высотных аэроэлектрических профилей нижней атмосферы;

• оценок совокупности вклада грозовых и негрозовых источников в формирование ГЭЦ.

Многие из рассматриваемых в диссертации проблем имеют практическое значение. К таким задачам относятся: анализ состояния ГЭЦ в целях комплексного изучения окружающей среды; обнаружение аэроэлектрических структур нижней атмосферы с

использованием полученных экспериментальных и теоретических результатов в изучении механизмов электризации грозового облака; диагностика электродинамического состояния тумана в интересах разработки методов активных воздействий; моделирование высотных аэроэлектрических профилей в интересах проведения численных экспериментов по диагностике электрического состояния воздушной среды; обнаружение аномально высоких электрических полей пылегазового облака в интересах экологической безопасности современных промышленных технологий; разработка измерительного оборудования, методик проведения аэроэлектрических наблюдений и базы данных атмосферных электрических параметров в интересах геоэлектромагнитного мониторинга среды и медико-биологических применений. Полученные результаты, предложенные методики и численные модели позволяют давать надежные качественные и количественные оценки реальных процессов, происходящих в ГЭЦ и атмосферном электрическом поле. Результаты диссертации можно использовать в научно-исследовательских институтах РАН и Росгидромет - ИФА РАН, ИДГ РАН, ИФЗ РАН, ФИ РАН, ИКИ РАН, ИОФ РАН, ПГИ РАН, ИГКЭ Росгидромета и РАН, ГГО им. А.И. Воейкова Росгидромет, ИПГ Росгидромет. Часть результатов может быть использована в лекционных курсах по физике атмосферы и геофизике.

Работа выполнена в Геофизической обсерватории «Борок» ОИФЗ РАН согласно планам НИР, а также по программе фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН «Физика атмосферы: электрические процессы, радиофизические методы исследований» и проектам Российского фонда фундаментальных исследований (№ 93-05-08705, № 97-05-65011, № 00-05-65246). Успешному проведению аэроэлектрических исследований способствовала поддержка Международного научного фонда (19941995гг, гранты № NZJ000 и № NZJ300), Фонда Международной ассоциации содействия сотрудничеству с учеными независимых государств бывшего Советского Союза (INTAS-94-1054). Разработка и инсталляция информационно-измерительного комплекса среднеширотной обсерватории, а также работа по организации

стационарных аэроэлектрических наблюдений выполнена при поддержке РФФИ (проект № 99-07-90106).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Электрическое состояние нижней атмосферы непосредственно связано с наличием турбулентного перемешивания аэроионов и дрейфом объемных зарядов, а также с нелокальностью электрического поля:

• нижняя атмосфера содержит пространственно-временные упорядоченные «ячейки» электрического поля - турбулентные аэроэлектрические структуры, горизонтальные размеры которых достигают ~ 1000 м, а время жизни превышает время релаксации электрического заряда в невозмущенной атмосфере;

• короткопериодные аэроэлектрические пульсации в частотном диапазоне 1 Гц имеют универсальный степенной спектр, для формирования характеристик которого принципиально влияние нелокальности связи напряженности электрического поля и плотности объемного заряда в условиях пространственно неоднородной турбулентности;

• среднее значение показателей наклона спектров для инерционного интервала а5 — -2,67±0,03, показателя структурной функции

аппроксимация соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций а0 и наклона спектров вида а5 = а0 + С выявила значение константы С существенно превышающую единицу, характерную для классического соотношения ;

• короткопериодные пульсации аэроэлектрического поля и тока обусловлены гидродинамическими турбулентными пульсациями температуры и скорости газа в условиях невозмущенной атмосферы, формирование и эволюция аэроэлектрических структур определяется коллективным взаимодействием заряженных аэрозолей и легких аэроионов, с учетом зависимости кинетических коэффициентов взаимодействия от амплитуды электрического поля и термодинамических параметров среды.

2. Высотный аэроэлектрический профиль приземного слоя над сушей характеризуется наличием области положительного объ-

емного заряда, формирование которого обусловлено действием электродного эффекта; в условиях сильного турбулентного перемешивания высота приэлектродного эффекта достигает десятков метров. Квазистационарное состояние высотных профилей напряженности аэроэлектрического поля и плотности объемного заряда нижней атмосферы формируется как электрическими свойствами слабопроводящей среды, так и величиной и направлением скорости регулярной конвекции; форма высотных профилей чувствительна к зависимости подвижности легких ионов от высоты.

3. Электрическое состояние приземной атмосферы в условиях тумана характеризуется увеличением напряженности поля и уменьшением плотности тока, амплитуда короткопериодных аэроэлектрических пульсаций увеличивается более чем на порядок, показатели наклона спектра не отличаются существенно от соответствующих показателей в условиях хорошей погоды. Определено два вида электродинамического состояния тумана, первый из которых характеризуется наличием «гигантских» аэроэлектрических структур, второй - хаотическими структурно-временными вариациями.

4. Пылегазовое облако промышленного взрыва на выброс инициирует аномально высокие региональные вариации аэроэлектрического поля с амплитудами более 10 кВ/м, что может привести к длительному «электрическому загрязнению» нижней атмосферы. Амплитуда и продолжительность антропогенных аэроэлектрических возмущений зависит как от параметров взрыва, так и от характеристик среды, в которой взрыв происходит. Численная модель отклика высотных аэроэлектрических профилей на скачок проводимости в слое обмена показывает изменения высотных профилей напряженности поля и плотности тока вплоть до высот мезосферы.

5. Аэроэлектрическое поле нижней атмосферы средних широт подвержено унитарной вариации, что характеризует действие глобального генератора атмосферного электрического поля, а также претерпевает бухтообразные вариации, сопровождающие геомагнитные возмущения и обусловленные действием магнито-

сфсрно-ионосферных источников. В авроральной зоне существуют вариации аэроэлектрического поля, проявляющиеся как составная часть комплекса магнитосферно-ионосферных электродинамических процессов, важной компонентой которого является жесткая составляющая спектра высыпающихся частиц. Состояние глобальной электрической цепи формируется совокупностью источников глобальных, региональных и локальных пространственных масштабов, действия которых проявляются на глобальной, локальной и магнитолокальной временной шкале.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях, симпозиумах и семинарах: пяти Международных конференциях по атмосферному электричеству (Уп-псала, Швеция, 1988; Ленинград, 1992; Осака, Япония, 1996; Гун-терсвилл, США, 1999; Версаль, Франция, 2003), VII Генеральной ассамблее IAGA (Уппсала, Швеция, 1997), Генеральной ассамблее EGU (Ницца, Франция, 1998), трех Генеральных ассамблеях URSI (Киото, Япония 1993; Лиль, Франция 1996; Маастрикт, Нидерланды: 2002), Международном симпозиуме по электромагнитной совместимости (Рим, Италия, 1994), Международных рабочих группах по атмосферному электричеству (Мадралин, Польша 1989; Хельсинки, Финляндия 1995; Уппсала, Швеция, 1996, 1997), Международной рабочей группы «Электродинамика и состав мезосферы» (Нижний Новгород, 1992); Международной рабочей группы «Космические процессы и электрические изменения атмосферы - SPECIAL» (Франкфурт, Германия, 2003), Всесоюзных симпозиумах по атмосферному электричеству (Ленинград, 1982; Тарту 1986), Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Ленинград, 1984), Научных сессиях и совещаниях секций Совета «Солнце-Земля» (Тбилиси, 1986; Нижний Архыз, 1991), Всероссийских конференциях молодых ученых «Малые примеси, атмосферное электричество и динамические процессы в атмосфере» (Нижний Новгород, 2000, 2003), Всероссийской научной конференции «Геология, геохимия, геофизика на рубеже XX-XXI веков» (Москва, 2002), Всероссийской конференции по атмосферному электричеству (Владимир, 2003), науч-

ных семинарах ГО «Борок» РАН, ИФЗ РАН, ИПФ РАН, НИРФИ, ФИАН, Московского государственного университета, Уппсаль-ского университета, Института метеорологии Финляндии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе: 27 статей в рецензируемых отечественных и зарубежных научных журналах, 49 - в трудах Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций, 7 - в научных сборниках, 1 -препринт ОИФЗ РАН, 1 - на правах рукописи. По результатам выполненных разработок получено два авторских свидетельства на изобретения.

Личный вклад. Большинство работ автора выполнено в авторских коллективах. Определяющий вклад автора заключается в постановке научных задач и непосредственном участии в каждом этапе их решения: создании аппаратурного комплекса, организации и проведении полевых и стационарных аэроэлектрических наблюдений в высоких и средних широтах, разработке методик полевых экспериментов и математического анализа данных, физической интерпретации результатов натурных наблюдений и статистической обработки, исследованиях электродинамических процессов нижней атмосферы при естественных и антропогенных воздействиях. В работах по численному моделированию высотных профилей диссертанту принадлежит постановка задачи и интерпретация полученных результатов.

Структура работы» Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 263 наименований. Общий объем диссертации 357 страниц, включая иллюстрации.

Содержание работы

Во введении к диссертации обосновывается актуальность, дана оценка современного состояния исследований ГЭЦ и электричества нижней атмосферы, формулируется цель работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В главе 1 проводится критический анализ грозовой гипотезы Вильсона и обосновывается концепция ГЭЦ как естественного токового контура, образованного совокупностью геосферных оболочек и источников электродвижущих сил, выполнены оценки вклада основных генераторов, формирующих квазистационарное состояние ГЭЦ, приведены основные параметры атмосферного участка цепи, особое внимание уделено описанию электрического состояния приземного слоя, отдельно рассмотрены корот-копериодные аэроэлектрические пульсации как геофизический объект, характеризующий динамику состояния атмосферы.

В разделе 1.1 проанализированы экспериментальные факты проявления глобальных электрических процессов. Определяющим, концептуальным параметром наличия ГЭЦ служит вертикальный электрический ток проводимости плотностью ~ 10-12 А/м2. Известно, что результаты вычислений высотных профилей плотности вертикального электрического тока по данным прямых баллонных измерений напряженности поля и полярных проводи-мостей показывают постоянное значение величины плотности тока вплоть до высот 30 км, результаты ракетных измерений свидетельствуют об устойчивых высотных профилях напряженности поля и проводимости вплоть до высот в 60 км. Унитарная вариация величины напряженности атмосферного электрического поля служит непосредственным экспериментальным доказательством наличия глобального генератора атмосферного электрического поля. По данным наземных полевых среднеширотных аэроэлектрических наблюдений обнаружено проявление унитарной вариации атмосферного электрического поля с максимумом значения напряженности поля около 20ч ИТ и минимумом - 03ч ИТ, что подтверждает действие ГЭЦ (Рис.1). Дневной максимум суточной вариации обусловлен, вероятно, конвективным генератором, активным в локальный полдень.

Действующие в ГЭЦ источники электрических полей и токов проанализированы в разделе 1.2. Согласно классическим представлениям стационарное состояние ГЭЦ формируется одновременным действием 1500-^1800 грозовых генераторов с индивидуальным токовым выходом и общим током,

генерируемым грозами, /,о/=800ч-1800А. Эта величина согласуется с плотностью тока хорошей погоды _/=1-г4пА/м2 и величиной общего тока Л,г=800-5-1800А. Однако, грозовая гипотеза Вильсона, оставаясь концептуально самосогласованной, требует экспериментального количественного подтверждения числа грозовых генераторов, одновременно работающих в ГЭЦ и реального (с учетом величины и направления) токового выхода действующих грозовых ячеек.

Последние экспериментальные результаты и модельные оценки показывают, что в поддержание токового баланса и формировании аэроэлектрического окружения ГЭЦ существенный вклад вносят мезомасштабные конвективные системы, занимающие обширные электрически активные районы. Общий вклад стратифицированных зон мезомасштабных конвективных систем в ГЭЦ может достигать 25 А и производить как заряд, так и разряд сферического конденсатора ГЭЦ. Наряду с тропосферными в формировании ГЭЦ участвуют магнитосферно-ионосферные источни-

ки. Так, по наблюдениям на среднеширотной обсерватории экспериментально, на статистически значимом материале при одновременном выполнении условий геомагнитной возмущенности и «хорошей погоды» показана связь вариаций геомагнитного и аэроэлектрического полей, что доказывает проникновение электрических полей ионосферно-магнитосферного источника в приземную атмосферу средних широт и их вклад в формирование глобальной электрической цепи. По известным модельным расчетам формирования глобальной компоненты аэроэлектрического поля униполярный генератор квадрупольного электростатического поля, действие которого обусловлено вращением проводящей планеты с дипольным магнитным полем, может обеспечить, при определенных условиях, разность потенциалов между земной поверхностью и нижней ионосферой ~ 105 В и плотность вертикального электрического тока проводимости ~ 10-12 А/м2, что соответствует известным параметрам ГЭЦ. Анализ действия основных генераторов ГЭЦ, оценки их пространственных масштабов и вклада в формирование квазистационарного состояния отдельных областей и цепи в целом позволяют сделать заключение, что, наряду с грозовыми, ГЭЦ формируется совокупностью глобальных, региональных и локальных источников, являющихся результатом геофизических процессов разделения и накопления зарядов, сосредоточенных в атмосфере, магнитосфере, ионосфере и литосфере.

В разделе 1.3 приведены основные характеристики атмосферного участка ГЭЦ. Показано, что аэроэлектрические параметры взаимосвязаны с атмосферными процессами электризации облаков, сезонными вариациями концентрации аэрозольных частиц в слое обмена, температурой приземного слоя атмосферы. Основные факторы, влияющие на ионный состав и электропроводность приземного слоя, рассмотрены в разделе 1.4. Проанализированы свойства аэроионов - подвижность, концентрация, процессы ио-нообразования и рекомбинации, а также модели классического и турбулентного электродного эффекта. Отмечено, что турбулентный режим среды - один из основных факторов формирования электрического состояния приземного слоя.

В главе 2 проанализированы методы измерения напряженности аэроэлектрического поля и плотности атмосферного тока, рассмотрены вопросы проектирования измерительного оборудования и практической реализации аэроэлектрических наблюдений в полевых и стационарных условиях средних широт. В разделе 2.1 с учетом целей исследований приведены основные требования к измерению напряженности атмосферного электрического поля и плотности вертикального электрического тока нижней атмосферы, описана процедура калибровки измерительного канала в единицах измеряемой физической величины. В разделе 2.2 рассмотрены индукционный, проводимостный и генераторный методы измерения напряженности аэроэлектрического поля, предложено уравнение индукционного электростатического зонда, характеризующее ток и напряжение в нагрузке электростатического зонда как функцию величины измеряемого электрического поля при заданных параметрах среды, зонда и нагрузки. Получено выражение для выходного напряжения индукционного электростатического датчика короткопериодных пульсаций аэроэлектрического поля 1/(1) = Соб&з^&АЕсояМ (где £о -электрическая постоянная, 8Эф - площадь эффективной поверхности зонда, R -активное сопротивление цепи нагрузки), дающее возможность восстанавливать значение измеряемой величины . Одна из практических реализаций результатов проведенного анализа заключается в создании цилиндрического индукционного датчика аэроэлектрических пульсаций. В качестве базового датчика главной составляющей вертикального аэроэлектрического поля в разделе 2.3 обосновано применение электростатического флюксмет-ра. Выполнен подробный анализ работы датчика, приведена структурная схема прибора. Прибор разработан и создан для проведения как долгосрочных стационарных, так и полевых наблюдений с высокой чувствительностью в широком частотном и динамическом диапазонах.

В разделе 2.4 качественно проанализированы методы измерения плотности атмосферного тока и основные электрические процессы, происходящие в приземном слое в окрестности токового коллектора. Выполненные оценки характеризуют горизон-

тальный токовый коллектор, как измеритель плотности вертикального аэроэлектрического тока ^ Любое изменение электрического состояния среды в окружении антенны, связанное с влиянием электродного эффекта, ветровой составляющей тока или конвективной компоненты, теоретически может быть учтено изменением эффективной площади, характеризующей «способность» антенны собирать ток. Показано, что, с допустимой для натурных наблюдений точностью, результаты измерений «собираемого» общего тока I, выполненные горизонтальной проволочной антенной, могут быть интерпретированы согласно пропорциональной модели посредством вычисления эффективной площади антенны

Непрерывные амплитудно-временные ряды, характеризующие изменения электрического окружения Земли, служат экспериментальной основой исследований глобальной электрической цепи, квазистационарного состояния и динамики электричества нижней атмосферы, механизмов солнечно-земных связей. В разделе 2.5 приведены структурные схемы информационно-измерительного комплекса и локальной сети сбора данных среднеширотной геофизической обсерватории, включающие аэроэлектрические измерения напряженности поля и плотности вертикального тока нижней атмосферы (Рис.2). Разработанные для выполнения аэроэлектрических исследований электростатический флюксметр и токовый коллектор инсталлированы в информационно-измерительный комплекс и обеспечивают наполнение базы данных обсерватории (http://geobrk.adm.yar.ru: 1352) результатами аэроэлектрических наблюдений плотности тока и напряженности поля с тактовой частотой 10 Гц.

Глава 3 посвящена исследованию короткопериодных пульсаций аэроэлектрического поля. Экспериментальные и теоретические исследования короткопериодных пульсаций электрического поля, плотности вертикального тока и заряда указывают на их связь с турбулентным перемешиванием заряженных частиц, конвективным переносом объемных зарядов, динамикой аэрозольной компоненты в нижней атмосфере. Представленные результаты объединяют цикл работ по диагностике турбулентных

Рис.2. Среднеширотный информационно-измерительный комплекс геоэлектромагнитного мониторинга, содержащий аэроэлектрические наблюдения.

аэроэлектрических пульсаций, включая практическую реализацию структурной схемы полевых натурных наблюдений с использованием метода разнесенного приема, анализ структурных и спектральных характеристик, разработку метода структурно-временного анализа и обнаружение аэроэлектрических структур, исследование взаимосвязи структурных и спектральных характеристик в инерционном интервале.

В разделе 3.1 обосновывается применение метода структурных функций в исследованиях аэроэлектрических пульсаций. Показано, что применение структурной функции определяемой как зависимость усредненного квадрата модуля разности пульсаций аэроэлектрического поля в двух разнесенных точках от величины расстояния г между ними

= <|Д£^го+г)-Д£г(го)|2>, физически целесообразно для анализа динамики аэроэлектрического поля. £>£(г) характеризует среднюю плотность электрической энергии пульсаций с характерными масштабами меньше внешнего масштаба инерционного интервала. Важное экспериментальное приложение метода связано с гипотезой "вморожен-ности" Тейлора, согласно которой все временные изменения связаны с переносом пространственного распределения поля с постоянной скоростью V в предположении, что перенос происходит без какой-либо эволюции структуры поля.

В разделе 3.2 сформулированы основные требования к натурному эксперименту по исследованию амплитудно-временных, структурных и спектральных характеристик пульсаций аэроэлектрического поля нижней атмосферы. В результате анализа разработана и практически реализована оригинальная структурная схема полевых натурных аэроэлектрических наблюдений, реализующая алгоритм метода структурных функций. Экспериментальная установка содержит набор электростатических флюкс-метров, электростатических индукционных датчиков, прецизионных термодатчиков, метеостанцию, цифровую систему регистрации. С использованием разработанной установки выполнялись полевые натурные аэроэлектрические наблюдения в сезоны 1995 и 1999-2003гг. Район измерений характеризовался отсутствием

каких-либо локальных антропогенных аэрозольных источников и промышленных электромагнитных помех.

Первые результаты структурного анализа, выполненного по экспериментальным данным, приведены в разделе 3.3. Структурные функции построены для различных базовых расстояний между соседними датчиками. Расстояния составляли 5м, 10м, 15м и 20м для различных схем опытов и полевых сезонов наблюдений. Проведенный анализ структурных функций, вычисленных по результатам пространственно разнесенного приема аэроэлектрических пульсаций, позволил заключить, что наиболее характерный внешний размер инерционного интервала ¿о лежит в пределах Полученные оценки, указывающие на связь коротко-периодных аэроэлёктрических пульсаций с турбулентным перемешиванием аэроионов, послужили экспериментальной базой разработки модели, описывающей структурную функцию и спектр пульсаций электрического поля. По существу, отсутствие теоретических наработок, позволяющих однозначно интерпретировать данные натурных наблюдений, предопределило постановку задачи изучения генерации турбулентных аэроэлектрических пульсаций. Создание теоретической модели, связывающей пульсации электрического поля и тока с гидродинамическими турбулентными пульсациями температуры и скорости ветра в условиях невозмущенной атмосферы, проведено автором совместно с ведущим научным сотрудником ИПФ РАН Е.А. Мареевым. Разработанная модель в определенной области частот приводит к степенным функциям для спектра пульсаций аэроэлектрического поля. При этом количественные модельные оценки величины наклона спектра близки к экспериментальным. Рассчитанные значения амплитуд пульсаций при умеренных значениях скорости ветра, электрического поля и плотности объемного заряда согласуются с результатами эксперимента.

В разделе 3.4 показано, что изучение динамики аэроэлектрического состояния приземного слоя привело к развитию нового метода анализа амплитудно-временных рядов, дающего возможность выделения структурно-временных образований, получивших название аэроэлектрических структур (АэлС). Алгоритм

Рис. 3. Аэроэлектрические структуры по результатам структурно- временного анализа пульсаций электрического поля приземной атмосферы, синхронно зарегистрированных в 9 точках 14 июля 2002 г.

структурно-временного анализа реализуется последовательностью п кривых Ое(г,пТ) = (/АЕг(го + г) - АЕг(го) /]„ ,гдеп= 1,2, ДйТ - номер структурной функции, вычисленный усреднением за время Т в текущем временном интервале наблюдений М Предложенный алгоритм реализуется в пространстве: структурная функция - Д расстояние - г, время - * (Рис.3). Выполненный анализ амплитудно-временных рядов позволил определить основные пространственно-временные и энергетические характеристики АэлС. Характерные пространственные масштабы АэлС составляют ~ 103 м с величиной энергии пульсаций поля порядка ~ 100 (В/м)2. Теоретические оценки механизмов формирования АэлС и их пространственных размеров, выполненные на основе базовой модели раздела 3.3, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

В разделе 3.5 приведены результаты детальных, эксперимен-

тальных и теоретических исследований спектров структурированных и неструктурированных пульсаций аэроэлектрического поля. Короткопериодные пульсации электрического поля приземной атмосферы в условиях хорошей погоды имеют степенные спектры. Модуль показателя степени наклона спектра меняется от 1,23 до 3,36 в зависимости от условий эксперимента с наиболее вероятными значениями, принадлежащими интервалу от 2,25 до 3,0 со средним значением 2,67 ±0,03, что существенно отличается от наклона спектров флуктуаций температуры и скорости ветра в турбулентной атмосфере. Полученное для структурированных спектров распределение показателей наклона спектра является бимодальным с максимумами в областях и (2,25) -5- (-2,5). Соответствующее распределение для неструктурированных спектров - асимметрично с явно выраженным максимумом, относящимся к интервалу жестких спектров с показателями наклона (-2,5) ч- (-3,0). В теоретической части раздела поставлена и решена задача о спектре флуктуаций электрического поля, генерируемых однородной и «структурированной» турбулентностью при наличии флуктуаций плотности заряда, рассматриваемых как пассивная примесь. Указана принципиальная роль нелокальности связи напряженности электрического поля и плотности объемного заряда в условиях пространственно неоднородной турбулентности в атмосфере.

В разделе 3.6 приведены распределения показателей структурных функций и наклона спектров для инерционного интервала турбулентных аэроэлектрических пульсаций и определены основные закономерности их взаимосвязи, подобные колмогоров-ским, но в ряде количественных соотношений существенно от них отличающиеся. Обнаруженный экспериментально факт наличия крупномасштабных когерентных структур электрического поля, сопровождающих периоды интенсивной атмосферной турбулентности, генерирующей, в свою очередь, короткопериодные пульсации электрического поля, ставит проблему изучения взаимосвязи спектральных и структурно-временных характеристик поля аэроэлектрических пульсаций. Разработанная и реализованная, оригинальная программа аэроэлектрических исследований

включала разнесенный синхронный прием и цифровую регистрацию медленных вариаций и короткопериодных пульсаций аэроэлектрического поля, а также алгоритм обработки данных, основанный на последовательном применении структурно-временного, структурного и спектрального анализа временных рядов. Линейная аппроксимация соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций (ао) и наклона спектров (as) вида as = (*d + С выявила asió ~ <Хшо + 1,85 для энергонесущей (базис - 10 м) и as3 = аоз +1,79 для средней (базис - 3 м) части инерционного интервала соответственно. Таким образом, значения констант Сю « 1,85 и Сз « 1,79 для линейной аппроксимации анализируемых соотношений и ар примерно равны и существенно превышают единицу. На представительном статистическом материале найдены распределения показателей наклона спектра asc и показателей структурной функции во всем частотном диапазоне Afc £ 10"2-rl Гц, соответствующем интервалу самоподобия электрогазодинамической турбулентности в приземном слое, определены основные закономерности их взаимосвязи. Полученное распределение разности оказалось бимодальным с первым максимумом, принадлежащим интервалу [1,25; 1.5], и вторым в интервале [1,75; 2.0]. Полученное в результате репрезентативной выборки бимодальное распределение разности показателей может являться следствием наблюдения структурированных аэроэлектрических пульсаций, генерируемых в результате проявления нелокальности как ближними, так и удаленными аэроэлектрическими структурами. Таким образом, результаты проведенных экспериментов и выполненных теоретических оценок показывают, что взаимосвязь между показателями структурных функций и индексами соответствующих спектров пульсаций, формируемых ансамблями аэроэлектрических структур в точке наблюдения, носит «неклассический» характер.

В главе 4 рассмотрены задачи формирования высотных профилей электрических параметров нижней атмосферы. Раздел 4.1 посвящен исследованию электродного эффекта над сушей. Представлены результаты натурного эксперимента по прямым

0.5 1 1 .5 . 2 2.5

Проводимость, С м -1 0 / м

Рис.4. Профили электрической проводимости (О), усредненные по временным рядам 10 наблюдений для каждой из высотных точек профиля. Для высот 0.05, 0.75 и 1.55 м показаны стандартные ошибки профиля суммарной проводимости. Кривая (□) вычислена согласно модели электродного эффекта турбулентного приземного слоя.

измерениям вертикальных профилей полярных проводимостей. Экспериментально показано увеличение величины полярных проводимостей с высотой и наличие положительного объемного заряда в приземном слое атмосферы (Рис.4). Полученные результаты впервые свидетельствуют о существовании устойчивого электродного эффекта над сушей. Приведенные теоретические оценки выполнены в рамках модели турбулентного электродного эффекта. Следует подчеркнуть хорошее соответствие экспериментальных и модельных профилей проводимости.

Численная модель формирования высотных профилей аэроэлектрического поля при наличии упорядоченной конвекции рассмотрена в разделе 4.2. Задача сформулирована и решена в квази-

стационарном приближении с целью оценки возможностей моделирования высотных аэроэлектрических профилей, полученных по данным самолетного аэроэлектрического зондирования. Выполнен анализ условий формирования возможных видов профилей и чувствительности модели к изменениям основных параметров. Модель позволяет проводить расчет напряженности электрического поля с учетом скорости конвекции при различных значениях базовых электрических параметров. Установлено, что вертикальные профили полученные в результате расчета по разработанной модели, соответствуют известной морфологической классификации, принятой по результатам вертикального самолетного аэроэлектрического зондирования. Предложенная модель дает возможность анализировать процесс транспортировки объемных зарядов и восстанавливать аэроэлектрические профили нижней атмосферы в едином комплексе атмосферных параметров.

Численный модельный расчет отклика электрических характеристик атмосферы на скачок проводимости в слое обмена выполнен в разделе 4.3. Поставлена и решена задача определения высотных профилей напряженности электрического поля и плотности вертикального тока атмосферы, возмущенной скачком проводимости пограничного слоя. Приведены результаты численных расчетов установления электрического состояния атмосферы с изотропным экспоненциальным законом изменения проводимости. Модель позволяет оценить трансформацию высотных аэроэлектрических профилей напряженности поля и плотности тока в результате действия региональных тропосферных генераторов естественных и антропогенных электрических возмущений.

В главе 5 проанализированы результаты натурных аэроэлектрических наблюдений, выполненных в спокойных метеорологических условиях, для энергетически значимых геофизических, метеорологических и антропогенных явлений. Результаты натурных аэроэлектрических наблюдений в зоне авроралыюго овала при суббуревой активности геомагнитного поля приведены в разделе 5.1. Подтвержден факт существования в авроральной зоне аномальных возмущений в поле градиента потенциала атмосфер-

ного электричества в условиях хорошей погоды. Это, прежде всего, свидетельствует о негрозовых источниках аэроэлектрического поля в области аврорального овала. Одновременные наблюдения аэроэлектрического и геомагнитного поля, риометрического поглощения, тормозного рентгеновского излучения, полярных сияний показывают, что вариации градиента потенциала атмосферного электричества связаны с высыпанием высокоэнергичных частиц. В результате прямых измерений показано, что всплески тормозного рентгеновского излучения в стратосфере с энергией квантов более 350 кэВ по времени совпадают с импульсными изменениями напряженности аэроэлектрического поля. Степень связи зависит от ширины энергетического спектра высыпающихся частиц и пространственного фактора наблюдаемых событий.

Раздел 5.2 посвящен электродинамическим свойствам тумана. Приведены результаты измерений пульсаций электрического поля, анализа их структур и спектров, а также одновременные амплитудно-временные записи вертикальной компоненты электрического поля и тока. Показано, что наличие тумана в окрестности пункта наблюдений приводит к уменьшению плотности тока, зачастую, со сменой знака. Вариация плотности тока в тумане носит бухтообразный характер с плавным, в течение нескольких часов, переходом в область смены знака и сравнительно быстрым возвратом в стационарное состояние условий невозмущенной приземной атмосферы. Установлено, что в условиях тумана интенсивность пульсаций электрического поля увеличивается более чем на порядок. Показатели спектра в большинстве наблюдаемых событий не отличаются существенно от соответствующих показателей в условиях хорошей погоды. Результаты структурно-временного анализа позволяют выделить два вида электродинамического состояния тумана, первый из которых характеризуется наличием «гигантских» аэроэлектрических структур (Рис.5), второй - хаотическими структурно-временными вариациями. Предложенные физические механизмы формирования спектров пульсаций электрического поля и их связи со спектрами пульсаций плотности электрического заряда учитывают турбулентность нейтрального газа и наличие аэроэлектрических структур в

Рис. 5. Аэроэлектрические структуры в радиационном утреннем тумане

условиях тумана.

В разделе 5.3 приведены результаты натурных наблюдений атмосферного электрического поля при мощных антропогенных воздействиях, обусловленных пылегазовыми облаками промышленных взрывов на выброс и продуктами горения крупных пожаров. Промышленные взрывы на выброс приводят к аномально высоким возмущениям атмосферного электрического поля, достигающим значений ~ 10 кВ/м. В дипольном приближении выполнена оценка заряда пылегазового облака. Амплитуда, скорость нарастания и продолжительность вариаций аэроэлектрического поля зависят как от параметров самого взрыва, так и от характеристик среды, в которой взрыв происходит. Вариации Ег, вызванные пожаром, достигают значения 1000 В/м и определяются колебаниями ионизированной компоненты тепловой газовой струи. Таким образом, экспериментально показано, что региональные антропогенные воздействия сопровождаются изменением электрического состояния нижней атмосферы - «электрическим загрязнением» среды.

В заключении приведены основные результаты диссертации.

Диссертация выполнена в Геофизической обсерватории «Борок» Объединенного института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Основные результаты диссертационной работы

1. Выполнены оценки вклада основных генераторов, формирующих квазистационарное состояние глобальной электрической цепи:

- показано, что электричество глобальной грозовой активности, токовый выход мезомасштабных конвективных систем, электрические поля магнитосферного динамо и ионосферной динамо-области, электростатическое поле глобального униполярного генератора формируют квазистационарное электрическое состояние и поддерживают токовый баланс атмосферного участка глобальной электрической цепи;

- экспериментально обнаружено проявление унитарной вариации атмосферного электрического поля по данным сезонных, сред-неширотных, аэроэлектрических наблюдений с максимумом значения напряженности поля около 20ч. ЦТ и минимумом - 03ч ЦТ, обнаруженный экспериментальный факт подтверждает наличие глобального генератора атмосферного электричества;

- экспериментально на репрезентативном материале в условиях геомагнитной возмущенности и «хорошей погоды» показана связь вариаций геомагнитного и аэроэлектрического полей по наблюдениям на срёднеширотной обсерватории, что доказывает проникновение полей ионосферно-магнитосферного источника в приземную атмосферу средних широт и их вклад в формирование глобальной электрической цепи;

- проанализированы мелкомасштабные аэроэлектрические флуктуации приземного слоя атмосферы, показана связь короткопери-одных аэроэлектрических пульсаций с динамикой атмосферных процессов.

2. Разработана и создана аппаратура для прецизионных высокочувствительных измерений и цифровой регистрации напряженности аэроэлектрического поля и плотности вертикального тока в широком частотном диапазоне, аэроэлектрические измерения

включены в информационно-измерительный комплекс средне-широтной обсерватории:

- дан краткий анализ методов измерения напряженности атмосферного электрического поля и плотности вертикального электрического тока, приведено уравнение электростатического зонда с учетом импеданса нагрузки и параметров слабоионизированной нижней атмосферы;

- обосновано применение электростатического флюксметра в качестве базового датчика напряженности атмосферного электрического поля; разработан и создан электростатический флюкс-метр, предназначенный как для многолетних обсерваторских наблюдений, так и для условий полевого натурного эксперимента;

- на основе анализа уравнения электростатического зонда получены основные характеристики электростатического индукционного датчика и реализовано его применения в условиях полевых натурных наблюдений турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

- разработана структура локальной сети сбора данных, включая аэроэлектрические, и структурная схема информационно-измерительного комплекса; реализовано применение специально разработанных устройств - электростатического флюксметра и токового коллектора - в информационно-измерительном комплексе среднеширотной геофизической обсерватории;

- создана база данных напряженности аэроэлектрического поля и плотности вертикального тока среднеширотной обсерватории.

3. Короткопериодные пульсации атмосферного электрического поля исследованы экспериментально - с применением алгоритмов структурных функций и структурно-временного анализа и количественно - с использованием методов математической статистики:

пульсаций в ходе полевых натурных наблюдений сезонов 1995, 1999-2003гг с использованием разработанного оборудования и методик; определен внешний масштаб инерционного интервала турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

- сформулирована задача и предложена теоретическая модель генерации короткопериодных пульсаций аэроэлектрического поля, учитывающая гидродинамические турбулентные пульсации температуры и скорости воздуха в условиях невозмущенной атмосферы; показано, что выражение для структурной функции состоит из двух частей: первая описывает мелкомасштабные флуктуации в инерционном интервале, вызываемые разделением зарядов при турбулентном перемешивании квазинейтрального газа, вторая - вклад крупномасштабных конвективных потоков; установлено, что внутри инерционного интервала показатели наклона степенного спектра зависят от механизма трансформации газодинамической турбулентности в энергию аэроэлектрических пульсаций;

- предложен и развит метод структурно-временного анализа аэроэлектрических пульсаций - временной последовательности структурных функций, каждая из которых последовательно вычисляется на выбранном временном интервале;

- экспериментально обнаружены аэроэлектрические структуры -существующие в пространстве «расстояние - время - энергия» упорядоченные образования, имеющее симметричную форму во времени и плоскую форму в пространстве на расстояниях, превышающих внешнюю границу инерционного интервала турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

- теоретически показано, что формирование мезомасштабных аэроэлектрических структур определяются коллективным взаимодействием заряженных аэрозолей и легких аэроионов, с учетом зависимости кинетических коэффициентов взаимодействия от амплитуды электрического поля и термодинамических параметров среды;

пульсаций степенные с показателями наклона от (-1,23) до (-3,36) как в условиях хорошей погоды, так и тумана;

- поставлена задача формирования спектров турбулентных аэроэлектрических пульсаций и разработана теоретическая модель, учитывающая вклад турбулентного перемешивания заряженных частиц в потоке воздуха и наличия аэроэлектрических структур в пограничном слое атмосферы, а также принципиально оценивающая нелокальность связи напряженности электрического поля и плотности объемного заряда в условиях пространственно неоднородной турбулентности в атмосфере;

- экспериментально исследованы взаимосвязи структурных и спектральных характеристик турбулентных аэроэлектрических пульсаций внутри инерционного интервала и в его энергонесущей части; в результате проведенных экспериментов на представительном статистическом материале найдены распределения показателей наклона спектра и показателей структурной функции в частотном диапазоне с = Ю"2-И Гц,, соответствующем интервалу самоподобия электрогазодинамической турбулентности в приземном слое, и определены основные закономерности их взаимосвязи, подобные колмогоровским, но в ряде количественных соотношений существенно от них отличающиеся.

- экспериментально, в результате натурных наблюдений положительных и отрицательных полярных проводимостей на высотах от 0,05 м до 1,55 м от поверхности земли доказано существование электродного эффекта над сушей - увеличения величины полярных проводимостей с высотой и наличия положительного объемного заряда в приземном слое атмосферы;

предложенной модели, соответствуют классификации, принятой по результатам вертикального аэроэлектрического самолетного зондирования, что доказывает применимость разработанной модели к описанию электрического состояния невозмущенной нижней атмосферы;

- поставлена и решена задача определения высотных профилей напряженности электрического поля и плотности вертикального тока атмосферы, возмущенной скачком проводимости в слое обмена; в качестве примера выполнены расчеты воздействия на верхнюю атмосферу и нижнюю ионосферу региональных, антропогенных генераторов электрических возмущений.

5. Проанализированы результаты натурных аэроэлектрических наблюдений, выполненных для энергетически значимых геофизических, метеорологических и антропогенных явлений:

- на основании результатов продолжительных натурных аэроэлектрических наблюдений и теоретических оценок дано описание электродинамических свойств тумана; установлено, что в условиях тумана интенсивность пульсаций электрического поля увеличивается более чем на порядок, показатели наклона спектра в большинстве наблюдаемых событий не отличаются от соответствующих показателей в условиях хорошей погоды; результаты структурно-временного анализа позволяют выделить два вида электрического состояния тумана, первый из которых характеризуется наличием аэроэлектрических структур, второй -хаотическими структурно-временными вариациями; оценены механизмы формирования спектров пульсаций электрического поля и их связи со спектрами пульсаций плотности электрического заряда с учетом турбулентности нейтрального газа и наличия аэроэлектрических структур в условиях тумана;

- экспериментально показано, что региональные антропогенные воздействия сопровождаются изменением электрического состояния нижней атмосферы - «электрическим загрязнением»; промышленные взрывы на выброс сопровождаются аномально высокими локальными возмущениями атмосферного электрического поля.

Основные публикации по теме диссертации

1. Anisimov S.V., Bakastov SS", Mareev EA Spatiotemporal structures of electric field and space charge in the surface atmospheric layer// J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P.10603 - 10610.

2. Anisimov S.V., Maieev EA, Bakastov S.S. On the generation and evolution of electric structures in the surface layer// J. Geophys. Res. 1999. V.104. D12. P.14359 - 14367.

3. Анисимов СВ., Мареев ЕА Аэроэлектрические структуры в атмосфере//Доклады АН. 2000. Т. 371. №1. С. 101 - 104.

4. Анисимов СВ., Мареев ЕА Спектры пульсаций электрического поля приземной атмосферы //Доклады АН. 2001. Т.381. №1. С. 107-112.

5. Анисимов СВ., Мареев ЕА, Шихова Н.М., Дмитриев Э.М., Механизмы формирования спектра пульсаций электрического поля приземной атмосферы// Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44. №7. С 562-576.

6. Anisimov S.V., Mareev EA, Shikhova N.M., Dmitriev E.M. Universal spectra of electric field pulsation in the atmosphere// Geophys. Res. Letters. 2002. 29, #24,2002GL015765.

7. Анисимов СВ., Мареев ЕА, Сорокин А.Е., Шихова Н.М., Дмитриев Э.М., Электродинамические свойства тумана// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. №1. С58 - 73.

8. Анисимов СВ., Шихова Н.М., Мареев ЕА, Шаталина М.В. Структуры и спектры турбулентных пульсаций аэроэлектрического поля// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. №6. С. 765-780.

9. Anisimov S.V., Mareev Е, Тга}ф£ед££й$нУлУйХиС г i s t i с s

of electric noises in the surfase atrrlospheri^hftpft* Res! Lett. Atmos.

I ClWfor J

5 03 зоо мт _i

Elector., 1990.V.10.P. ПО.

10. Анисимов СВ., Мареев ЕА, Трахтенгерц В.Ю. Спектральные характеристики вариаций атмосферного электрического поля и тока// Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т.31. №4. С 669 - 677.

11. Анисимов СВ., Курнева НА, Пилипенко В А Вклад электрической моды в поле геомагнитных РсЗ-4 пульсаций// Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33. № 3. С. 35-41.

12. Anisimov S.V., Pilipenko VA, Vellante M., Laurentis M.De, Fe-dorov E.N., Villante U. Multi-component ground-based observation of ULF waves: goals and methods// Annali di geopfisica. 1998. V.41. №1. P. 63-77.

13. Israelsson S., Knudsen E., Anisimov S.V. Vertical profiles of electrical conductivity in the lowermost part of the turbulent boundary layer over flat ground// J. Atm. Terr. Phys. 1994. V.56 . P. 1545 -1550.

14. Дмитриев Э.М., Анисимов С.В. Отклик атмосферного электрического поля на изменение проводимости в приземной атмосфере// Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34. № 3. С. 97 - 103.

15. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М. Формирование высотного профиля электрического поля слабоионизированной атмосферы// Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37. № 1. С 209-218.

16. Anisimov S.V., Dmitriev E.M. Aeroelectrical altitude profile in limit of regular convection// J. Atm. Electr. 1999. V. 19. № 1. P. 2533.

17. Анисимов СВ.-, Гохберг М.Б., Иванов ЕА. и др., Короткопе-риодные колебания магнитного поля при мощном наземном взрыве// Доклады АН СССР. 1985. Т.281. №3. С.556 - 559.

18. Гостинцев ЮА, Иванов ЕА, Анисимов СВ. и др. О механизме генерации инфразвуковых волн в атмосфере большими пожарами// Доклады АН СССР. 1985. Т.283. №3. С 573 - 576

19. Anisimov, S.V., Moighounov VA, Troitskaya V.A. Substorms of Potential Gradient of the Atmospheric Electric Field// Publications of the Inst. of Geophysics Polish Academy of Sciences. 1991. D-35. № 238. P. 77-82.

20. Zotov O.D., Rusakov N.N., Klain B.I., Anisimov, S.V. Global Variations of the Vertical Atmospheric Electric Current and their As-

sociations with Some Geophysical Phenomena// Publications of the

Institute of Geophysics Polish Academy of Sciences. 1991. D-35. № 238. P. 71 -76.

21. Русаков Н.Н., Анисимов СВ., Семенов И.Х. Связь тропосферных процессов с поглощением космического радиоизлучения в средних широтах// Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т.27. №4. С. 540-543.

22. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М., Информационно-измерительный комплекс и база данных Геофизической обсерватории «Борок» РАН.-.М.:ОИФЗ РАН, 2003. 44С.23. Пикалкин Ю.В., Кулигин М.Н., Анисимов СВ. Дифференцирующее устройство// Авторское свидетельство № 980105. М. 1982.

24. Анисимов С.В., Русаков Н.Н. Устройство для измерения плотности вертикального электрического тока проводимости в атмосфере// Авторское свидетельство №1695247. М. 1991.

25. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М., Анисимова Е.Б., Бакастов С.С. Информационно-измерительный комплекс Геофизической обсерватории "Борок"// Электронный научно-информационный журнал "Вестник ОТТГГН РАН", М.: ОИФЗ РАН URL: http://www.scgis.ru/russian/cpl251 /h_dgggms/3-2000/anisimov.htm. 2000.

26. Анисимов С.В., Дмитриев Э.М., Анисимова Е.Б., Сычев А.Н. База данных Геофизической обсерватории «Борок» //Электронный научно-информационный журнал "Вестник ОГГГГН РАН", М.: ОИФЗ РАН URL: http://www.scgis.iu/iussian/cp1251/h_dgggms/4-2001/anisimov.htm. 2001.

27. Троицкая В А, Моргунов В.А., Анисимов, СВ. Электрическое взаимодействие геосферных оболочек// Электрическое взаимодействие геосферных оболочек, М, 2000. С. 5 - 11.28. Ап-isimov S.V. Short-period fluctuations of the atmospheric electric field over the earth's surface// Proc. 8th Int. Conf. on Atm. Electricity, Uppsala, Sweden, 1988. P.106- 111.

29. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev EA Spatial receiving of electric field pulsation in the surface atmospheric layer// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity, St. Petersburg, Russia. 1992. P.620 - 624.

30. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A. Spatial-temporal characteristics of electric field in the surface atmospheric layer// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity, St. Petersburg, Russia. 1992. P. 625-628.

3 1. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A. Experimental investigation of ULF noise electric environment// Proc. Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility. Rome, Italy, 1994. V.2. P.509 - 512.

32. Anisimov S.V., Mareev E.A. ULF Electric Field Pulsations: Theoretical Analysis of Possible Origins// Proc. Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility. Rome, Italy, 1994. V.2. P.513 - 516.

33. Anisimov S.V., Dmitriev E.M. Shaping and recovering of electric field profiles for lower atmosphere// Proc. 10th Int. Conf. on Atm. Electricity, Osaka, Japan, 1996. P. 524 - 527.

34. Anisimov S.V., Dmitrieva S.A., Anisimova E.B. Electric current of atmosphere into magnetic substorm environment// Proc. 10th Int. Conf. on Atm. Electricity, Osaka, Japan, 1996. P. 528 - 53 1.

35. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A., Borovkov Yu.E. The evolution of electric field structures in the surface atmospheric layer// Proc. 10th Int. Conf. Atm. Electricity, Osaka, Japan, 1996. P. 544 -547.

36. Mareev E.A, Anisimov S.V. A model of electric field structures generation in the surface atmospheric layer// Proc. 10th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Osaka, 1996. P. 501 - 503.

37. Dmitriev E.M., Anisimov S.V. Disturbance of atmospheric electric field by conductivity variations of some layers// Proc. 10th Int. Conf. Atm. Electricity, Osaka, Japan, 1996. P. 540 - 543.

38. Anisimov S.V. Experimental investigation of electro-meteorological terrestrial environment// Proc, XXV Gen. Ass. URSI, Lille, 1996. P. 128- 129.

39. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Dmitriev E.M., Mareev E.A. Structures and spectra of aeroelectric field pulsations// Proc. 11 th Int. Conf. on Atm. Electricity, Guntersville, USA, 1999. P.571 - 574.

40. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Dmitriev E.M., Anisimova E.B. Aeroelectrical Measurements in Geoelectromagnetic Complete Set of Geophysical Observatory "Borok"// Proc. 11th Int. Conf. on Atm. Electricity, Guntersville, USA, 1999. P. 630 - 633.

41. Mareeva O.V., Mareev E.A., Israelsson S., Anisimov S.V. Syner-getic models of space charge structures in the atmosphere// Proc. 11th Int. Conf. on Atm. Electricity, Guntersville, USA, 1999. P. 614 - 617.

42. Sorokin A.E., Anisimov S.V., Mareev E.A., Horizontal long wire antenna as a fog electrical properties analyzer// Proc. Conf. on fog and fog collection, St. John's, Canada, 2001. P. 473 - 476.43. Anisimov S.V. Electric field and electric current measurements in the lower atmosphere// Proc. XXVII General Assembly of the International Union of Radio Science. Maastricht, Netherlands. 2002, P. 1-4.

44. Анисимов СВ. Глобальная электрическая цепь и электричество нижней атмосферы// Материалы Всероссийской конференции «Геофизика на рубеже веков», Москва, 2002. Т.З. С.69 - 70.

45. Anisimov S.V., Mareev EA, Shikhova N.M. Structures and spectra of turbulent pulsations of electric field in the atmosphere// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003. P. 411-414.

46. Anisimov S.V., Mareev EA, Sorokin A.E., Shikhova N.M., Dmitriev E.M. Electrodynamics of the Fog// Proc. 12-th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003. P. 693 - 696.

47. Anisimov S.V., Dmitriev E.M. Aeroelectrical constituent in the database of Borok Geophysical Observatory// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003. P. 407 - 410.

48. Anisimov S.V., Mareev EA Fine structure of the global electric circuit// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003. P. 781-784.

49. Anisimov S.V., The global electric circuit and lower atmospheric electricity// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003, pp. 693 - 696.

50. Mareev EA, Anisimov S.V. Global electric circuit as an open dissipative system// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, Versailles, France, 2003. P. 797 - 800.

51. Анисимов СВ., Мареев ЕА, Шихова Н.М. Аэроэлектрические структуры// Труды 5-ой Российской конференции по атмосферному электричеству, Владимир, 2003. С. 14-17.

52. Анисимов С.В., Мареев Е.А., Шихова Н.М. Спектры турбулентных аэроэлектрических пульсаций// Труды 5-ой Российской

конференции по атмосферному электричеству, Владимир, 2003. С. 109 - 112.53. Анисимов СВ., Мареев ЕА, Сорокин АН., Ши-хова Н.М, Дмитриев Э.М. Электродинамические свойства тумана// Труды 5-ой Российской конференции по атмосферному электричеству, Владимир, 2003. С. 112 - 115. 54. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М., Анисимова Е.Б., Бакастов С.С., Смородин А.Н. Информационные технологии в системе мониторинга аэроэлектрических полей геофизической обсерватории «Борок» РАН// Труды 5-ой Российской конференции по атмосферному электричеству, Владимир, 2003. С. 115 - 118. 55. Анисимов СВ. Концепция глобальной электрической цепи: состояние проблемы// Труды 5-ой Российской конференции по атмосферному электричеству, Владимир, 2003. С. 21 - 27.

56. Анисимов СВ., Шихова Н.М."Структуры и спектры турбулентных пульсаций// Труды VI Всероссийской конференции молодых ученых "Малые примеси, атмосферное электричество и динамические процессы в атмосфере", Н. Новгород: ИПФ РАН, 2003. С. 127-131.

57. Анисимов СВ. Концепция глобальной электрической цепи и наземные аэроэлектрические наблюдения// Труды VII всероссийской конференции молодых ученых, Н. Новгород: ИПФ РАН, 2003. С. 7-14.

58. Мареев ЕА, Анисимов СВ. Глобальная электрическая цепь как открытая диссипативная система// Труды VII всероссийской конференции молодых ученых, г. Н.Новгород: ИПФ РАН, 2003. С 15-23.

Сергей Васильевич Анисимов

Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи

автореферат

25.00.29-физикаатмосферыигидросферы

Подписано к печати 25.11.2003. Заказ № 256. Тираж 111 экз. Печ. л. 2. Отпечатано в типографии Ярославского государственного

технического университета 150000, г. Ярославль, ул. Советская, 14а, тел. 8(0852)305663

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Анисимов, Сергей Васильевич

Введение.7'

1 Глобальная электрическая цепь.

1.1 Концепция глобальной электрической цепи.

1.2 Источники формирования глобальной электрической цепи.

1.3 Основные параметры атмосферного участка глобальной электрической цепи.

1.4 Электрическое состояние приземного слоя атмосферы.

1.4.1 Ионный состав и электропроводность.

1.4.2 Процессы новообразования.

1.4.3 Электродный эффект.

1.4.4 Мелкомасштабные аэроэлектрические флуктуации приземного слоя.

1.4.5 Крупномасштабные вариации атмосферного электрического поля.

1.5 Выводы.

2 Экспериментальное исследование аэроэлектрических полей и токов в приземной атмосфере.

2.1 Измерение атмосферных электрических полей и токов.

2.2 Уравнение индукционного электростатического зонда.

2.2.1 Уравнение нагруженного зонда.

2.2.2 Уравнение индукционного электростатического датчика короткопериодных пульсаций аэроэлектрического поля.

2.3 Электростатический флюксметр.

2.3.1 Функциональная схема прибора.

2.3.2 Основные технические характеристики прибора.

2.4 Токовый коллектор.

2.4.1 Эффективная площадь токового коллектора.

2.4.2 Эффективная площадь токового коллектора для токов смещения и проводимости.

2.5 Аэроэлектрические наблюдения в информационно-измерительном комплексе геофизической обсерватории.

2.5.1 Среднеширотный информационно-измерительный комплекс.

2.5.2 Локальная сеть сбора данных.

2.5.3 Обработка и архивация данных.

2.6 Выводы.

3 Аэроэлектрические структуры и спектры нижней атмосферы.

3.1 Метод структурной функции в аэроэлектрических исследованиях.

3.2 Структурная схема экспериментальной установки.

3.3 Короткопериодные пульсации аэроэлектрического поля.

3.3.1 Структурные функции короткопериодных аэроэлектрических пульсаций нижней атмосферы.

3.3.2 Модель генерации короткопериодных пульсаций электрического поля в приземной атмосфере.

3.3.2.1 Генерация короткопериодных пульсаций в инерционном интервале.

3.3.2.2 Генерация пульсаций электрического поля с масштабом, большим внешнего масштаба турбулентности.

3.4 Аэроэлектрические структуры.

3.5 Спектры пульсаций электрического поля приземной атмосферы.

3.5.1 Методика и результаты эксперимента.

3.5.2 Обсуждение результатов.

3.5.3 Модели формирования спектров.

3.5.3.1 Плотность заряда как пассивная примесь в однородной турбулентности.

3.5.3.2 Спектр флуктуаций поля, порождаемых «структурированной» турбулентностью.

3.6 Структуры и спектры турбулентных пульсаций аэроэлектрического поля.

3.6.1 Методика наблюдений и предварительного анализа.

3.6.2 Обсуждение результатов наблюдений.

3.6.3 Модели генерации пульсаций аэроэлектрического поля.

3.7 Выводы.

Вертикальные профили аэроэлектрических параметров нижней атмосферы.

4.1 Вертикальные профили электрической проводимости в турбулентном приземном слое.

4.1.1 Экспериментальная установка и метод измерения полярных проводимостей.

4.1.2 Результаты эксперимента.

4.1.3 Теоретические оценки параметров электродного эффекта над сушей.

4.1.4 Обсуждение результатов.

4.2 Формирование высотного профиля электрического поля слабоионизированной нижней атмосферы.

4.2.1 Основные компоненты математической модели формирования высотных профилей.

4.2.2 Результаты численного моделирования высотного профиля электрического поля нижней атмосферы.

4.2.3 Восстановление высотного профиля аэроэлектрического поля нижней атмосферы.

4.3 Отклик атмосферного электрического поля на изменение проводимости в приземной атмосфере.

4.3.1 Нестационарное электрическое поле атмосферы.

4.3.2 Параметры модели и результаты численного моделирования.

4.4 Выводы.

5 Вариации атмосферного электрического поля и тока при естественных и антропогенных возмущениях.

5.1 Вариации напряженности электрического поля атмосферы в области аврорального овала.

5.1.1 Описание эксперимента.

5.1.2 Суббури в градиенте потенциала атмосферного электрического поля.

5.1.3 О связи вариаций электрического поля и тормозного рентгеновского излучения.

5.1.4 Вариации электрического поля и видимые полярные сияния.

5.2 Электрические поля и токи приземной атмосферы в условиях тумана.

5.2.1 Вариации атмосферного электрического поля и тока в условиях тумана.

5.2.2 Пространственно-временные структуры и спектры аэроэлектрических пульсаций в условиях тумана.

5.2.3 Механизмы формирования аэроэлектрического состояния приземного слоя в условиях тумана.

5.3 Вариации электрического состояния нижней атмосферы при мощных антропогенных воздействиях.

5.3.1 Аэроэлектрические поля пылегазового облака промышленного взрыва.

5.3.2 Вариации аэроэлектрического поля в окрестностях крупного пожара.

5.4 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи"

Круг проблем, связанных с исследованием глобальной электрической цепи (ГЭЦ) и электричества нижней атмосферы, весьма широк. Краткий перечень задач включает, прежде всего, вопросы источников формирования квазистационарного состояния ГЭЦ, вклада негрозовых генераторов электрических полей и токов в токовый баланс ГЭЦ, оценки действия глобальных генераторов на электрическое состояние нижней атмосферы средних и высоких широт, динамики электрического состояния свободной и возмущенной нижней атмосферы, установления высотных аэроэлектрических профилей, «электрического загрязнения» атмосферы при антропогенных воздействиях [1, 20, 34, 62]. В последние годы возрос интерес к изучению короткопериодных изменений аэроэлектрических полей и токов, характеризующих динамику атмосферных процессов [95, 100, 195].

Повышенное внимание к исследованию аэроэлектрических процессов обусловлено, с одной стороны, тем, что нижняя атмосфера - это одна из наиболее подвижных и уязвимых оболочек Земли, формирующих среду * обитания человека. По существу, нижняя атмосфера, включая в себя приземный слой и слой обмена, тропосферу и нижнюю стратосферу, является областью взаимодействия земной поверхности, биосферы и среды индустриальной деятельности человека, которые, в свою очередь, влияют на атмосферные электрические параметры. С другой стороны, атмосферное электричество относится к классической области фундаментальных знаний, основанной на исследованиях физических процессов от микромасштабных до глобальных и от микросекундных до вековых на пространственной и временной шкалах соответственно. Атмосферное электричество долгое время оставалось обособленным направлением физики атмосферы. Концепция глобальной электрической цепи как замкнутого токового контура, включающего совокупность газовых, газо-плазменных и твердотельных оболочек, позволяет рассматривать атмосферное электрическое поле как неотъемлемую часть электромагнитного поля Земли [4-9].

Данные надежных измерений электрических характеристик нижней атмосферы составляют необходимый экспериментальный базис для исследований электрического окружения Земли. Основные положения теории и методов измерений электрического поля приземной атмосферы разрабатывались для решения традиционных задач атмосферного электричества, к которым, прежде всего, следует отнести изучение годовых, сезонных и суточных вариаций [17-19, 124]. В последние десятилетия развиваются новые направления атмосферного электричества, такие как исследование ГЭЦ; изучение влияния магнитосферно-ионосферных источников на электричество нижней атмосферы; создание моделей генерации аэроэлектрических пульсаций, формирования их структур и спектров; оценка возмущений атмосферных электрических характеристик при антропогенных воздействиях; анализ структуры поля геомагнитных пульсаций и развитие магнитогидродинамических методов диагностики магнитосферной плазмы. Решение указанных проблем экспериментальными методами потребовало создания прецизионной измерительной аппаратуры с повышенной чувствительностью, широким частотным диапазоном и цифровой регистрацией, пригодной для работы в полевых и стационарных условиях разных широт [134]. Заметим, что большинство наземных аэроэлектрических наблюдений выполняются в приземном слое атмосферы.

Электрическое состояние приземного слоя атмосферы определяется действием глобальных, региональных и локальных генераторов электрических полей и токов. К локальным можно отнести электродный эффект вблизи отрицательно заряженной земной поверхности; ионизацию, порождаемую радиоактивными природными эманациями; эффект вертикального градиента проводимости. Кроме того, приземный слой, вследствие сил вязкого трения у поверхности земли, содержит газодинамические течения, для которых характерны скорости, превышающие критические и свидетельствующие о турбулентном режиме среды. Режим практически непрерывного движения атмосферы, обусловленный влиянием трения, нагрева и испарения с подстилающей поверхности, приводит к эффективному перемешиванию аэрозолей, объемных зарядов и радиоактивных газов. Все эти факторы определяют многопараметричность процесса формирования электрического состояния приземного слоя [80]. л

Исследование короткопериодных (А/= 1(Г-г1 Гц) пульсации электрического поля стало к настоящему времени важным разделом электродинамики атмосферы. Интерес к короткопериодным пульсациям обусловлен, с одной стороны, изучением электрических свойств атмосферы как слабопроводящей среды при различных метеорологических, геофизических и антропогенных условиях, а с другой - поиском глобальных составляющих атмосферного электричества [105, 154]. Как показывают наблюдения, короткопериодные пульсации электрического поля нижней атмосферы непосредственно связаны с существованием турбулентного перемешивания и дрейфом объемных зарядов. Аэроэлектрические пульсации обладают свойствами масштабной инвариантности, конечного потока энергии от больших масштабах к малым, зависимостью потока энергии от масштаба вихря, что допускает применение колмогоровской теории к анализу аэроэлектрических пульсаций [156-162]. Развитие экспериментальных исследований турбулентных аэроэлектрических пульсаций, спектров и структур, а также теоретических моделей их формирования и эволюции с учетом электрогидродинамических и термодинамических условий нижней атмосферы занимает важное место в современных аэроэлектрических исследованиях свободной и возмущенной атмосферы. [165, 176, 178, 189, 190, 191, 195].

Одна из центральных проблем атмосферных электрических исследований связана с процессами формирования высотных аэроэлектрических профилей. Электродный эффект, действующий вблизи земной поверхности, обуславливает образование положительного объемного заряда, а также соответствующих профилей полярных электрических проводимостей и напряженности электрического поля на масштабах приземного слоя [88, 90, 208]. На масштабах нижней атмосферы вертикальное зондирование электрического состояния выполняется, обычно, с применением подъемных средств, таких как баллоны, радиозонды и самолеты-лаборатории [212]. Создание современных цифровых баз данных по результатам натурных аэроэлектрических наблюдений, а также развитие методов математического компьютерного моделирования аэроэлектрических процессов дают возможность разработки численных моделей формирования высотных профилей [200, 203].

Электрическое поле нижней атмосферы относится к наиболее вариабельным полям земного окружения. Пространственно-временные изменения основных аэроэлектрических параметров обусловлены как совокупностью источников атмосферного электричества и разнообразием процессов ионообразования, так и вариациями собственно атмосферных параметров. Для корректных оценок возможного вклада различных источников и изучения электродинамических свойств приземной атмосферы представляет интерес выполнение натурных аэроэлектрических наблюдения при энергетически значимых геофизических, метеорологических или антропогенных явлениях. Аэроэлектрические наблюдения, выполненные в зоне аврорального овала при суббуревой активности [30], в средних широтах в условиях тумана различной интенсивности [172], а также при мощных антропогенных воздействиях, обусловленных пылегазовыми облаками промышленных взрывов [47, 223] и продуктами горения пожаров [221], показали наличие аномально высоких величин вариаций напряженности поля авроральные эффекты и антропогенные воздействия) и образование гигантских аэроэлектрических структур (эффект тумана).

Приведенное описание актуальных проблем аэроэлектрических исследований позволяет сформулировать цели настоящей диссертационной работы:

• изучение физических процессов формирования ГЭЦ, оценка баланса токов атмосферного участка ГЭЦ;

• экспериментальное исследование короткопериодных пульсаций атмосферного электрического поля, определение их спектральных, структурных и энергетических характеристик; создание теоретических моделей генерации турбулентных аэроэлектрических пульсаций, спектров и структурных образований, анализ взаимосвязи структурных и спектральных характеристик турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

• анализ результатов натурных наблюдений и выполнение теоретических оценок генерации аэроэлектрических вариаций при естественных и антропогенных возмущениях приземной атмосферы в зоне аврорального овала, в условиях тумана, в окрестности пылегазового облака промышленного взрыва.

Проведенные исследования основаны на гармоничном сочетании техники и методов современного геофизического эксперимента, способов и средств математической обработки и численного моделирования, физических оценок и теории. Научную новизну проделанной работы характеризуют следующие основные достижения:

• впервые создана база цифровых данных среднеширотных непрерывных обсерваторских наблюдений напряженности аэроэлектрического поля и плотности вертикального электрического тока;

• выполнены количественные оценки взаимосвязи структурных и спектральных показателей турбулентных аэроэлектрических пульсаций; впервые показано, что линейная аппроксимация соотношений между полученными экспериментально показателями структурных функций и наклона спектров классического вида а8 = ав + С даёт значения С]0 = 1,85 для энергонесущей (базис - 10 м) и С3 = 1,79 для средней (базис - 3 м) части инерционного интервала, что существенно превышает единицу, характерную для колмогоровского соотношения а8 = ав + 1;

• впервые, в результате натурных экспериментов и последующих теоретических оценок, доказано существование электродного эффекта над сушей в условиях сильного турбулентного перемешивания;

Многие из рассматриваемых в диссертации проблем имеют как научное, так и практическое значение. К таким задачам относятся: анализ состояния ГЭЦ в целях комплексного изучения окружающей среды; обнаружение аэроэлектрических структур нижней атмосферы с использованием полученных экспериментальных и теоретических результатов в разработке механизмов электризации грозового облака; диагностика электродинамического состояния тумана в интересах разработки методов активных воздействий; моделирование высотных аэроэлектрических профилей в интересах проведения численных экспериментов по диагностике электрического состояния воздушной среды; обнаружение аномально высоких полей пылегазового облака в интересах экологической безопасности современных промышленных технологий; разработка измерительного оборудования и методик аэроэлектрических наблюдений, а также база данных атмосферных электрических параметров в интересах геоэлектромагнитного мониторинга среды и медико-биологических применений. Полученные результаты и предложенные методы аэроэлектрических наблюдений и численного моделирования позволяют давать надежные качественные и количественные оценки реальных процессов, происходящих в ГЭЦ и атмосферном электрическом поле.

Успешному проведению аэроэлектрических исследований способствовала поддержка Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 93-05-08705, № 97-05-65011, № 00-05-65246), Международного научного фонда (1994-1995гг, гранты № N71000 и № N71300), Фонда международной ассоциации содействия сотрудничеству с учеными независимых государств бывшего Советского Союза (ШТА8-94-1054). Разработка и инсталляция информационно-измерительного комплекса среднеширотной обсерватории, а также работа по организации стационарных аэроэлектрических наблюдений выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 99-0790106).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 263 наименований. Общий объем диссертации 357 страниц, включая иллюстрации и таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Анисимов, Сергей Васильевич

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

- экспериментально обнаружено проявление унитарной вариации атмосферного электрического поля по данным аэроэлектрических наблюдений среднеширотной геофизической обсерватории с максимумом значения напряженности поля в 20ч ЦТ и минимумом

- 03ч иТ, обнаруженный экспериментальный факт подтверждает наличие глобального генератора атмосферного электричества;

- экспериментально на статистически значимом материале в условиях геомагнитной возмущенности и «хорошей погоды» показана связь вариаций геомагнитного и аэроэлектрического полей по наблюдениям на среднеширотной обсерватории, что доказывает проникновение полей ионосферно-магнитосферного источника в приземную атмосферу средних широт и их вклад в формирование глобальной электрической цепи; проанализированы мелкомасштабные аэроэлектрические флуктуации приземного слоя атмосферы, показана связь короткопериодных аэроэлектрических пульсаций с динамикой атмосферных процессов. 2. Разработана и создана аппаратура для прецизионных высокочувствительных измерений и цифровой регистрации напряженности аэроэлектрического поля и плотности вертикального тока в широком частотном диапазоне, аэроэлектрические измерения включены в информационно-измерительный комплекс среднеширотной обсерватории:

- обосновано применение электростатического флюксметра в качестве базового датчика напряженности атмосферного электрического поля; разработан и создан электростатический флюксметр, предназначенный как для многолетних обсерваторских наблюдений, так и для условий полевого натурного эксперимента;

- на основе анализа уравнения электростатического зонда получены основные характеристики электростатического индукционного датчика и приведены примеры его применения в условиях полевых натурных наблюдений турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

- разработана структура локальной сети сбора данных, включая аэроэлектрические, и структурная схема информационно-измерительного комплекса; обосновано применение специально разработанных устройств - электростатического флюксметра и токового коллектора - в информационно-измерительном комплексе среднеширотной геофизической обсерватории

3. Короткопериодные пульсации атмосферного электрического поля исследованы экспериментально с применением алгоритмов структурных функций и структурно-временного анализа и количественно с использованием методов математической статистики:

- обосновано применение метода структурных функций для исследования аэроэлектрических процессов; разработана структурная схема экспериментальной установки, реализующая метод пространственно разнесенного приема короткопериодных пульсаций атмосферного электрического поля; выполнены экспериментальные работы по разнесенному приему аэроэлектрических пульсаций в ходе полевых натурных наблюдений сезонов 1995, 1999-2003гг с использованием разработанного оборудования и методов; определен внешний масштаб инерционного интервала турбулентных аэроэлектрических пульсаций;

- теоретически показано, что формирование мезомасыггабных аэроэлектрческих структур определяются коллективным взаимодействием заряженных аэрозолей и легких аэроионов, с учетом зависимости кинетических коэффициентов взаимодействия от амплитуды электрического поля и термодинамических параметров среды;

- экспериментально изучены спектры структурированных и неструктурированных короткопериодных пульсации атмосферного электрического поля; показано, что спектры аэроэлектрических пульсаций степенные с показателями наклона - (-1,23) -г- (-3,36) как в условиях хорошей погоды, так и в условиях тумана;

А/с = 10"Ч1 Гц, соответствующем интервалу самоподобия электрогазодинамической турбулентности в приземном слое, и определены основные закономерности их взаимосвязи, подобные колмогоровским, но в ряде количественных соотношений существенно от них отличающиеся.

4. Экспериментально и численно исследованы процессы формирования аэроэлектрических высотных профилей, обусловленные влиянием приэлектродного эффекта в приземном слое, наличием упорядоченной конвекции в слое обмена и скачком электрической проводимости слоя обмена: экспериментально, в результате натурных наблюдений положительных и отрицательных полярных проводимостей на высотах от 0,05 м до 1,55 м от поверхности земли доказано существование электродного эффекта над сушей - увеличения величины полярных проводимостей с высотой и наличия положительного объемного заряда в приземном слое атмосферы;

- сформулирована задача и разработана модель формирования профиля электрического поля нижней атмосферы при наличии упорядоченной конвекции в слое обмена; установлено, что профили электрического поля, полученные в результате расчета по предложенной модели, соответствуют классификации, принятой по результатам вертикального аэроэлектрического самолетного зондирования, что доказывает применимость разработанной модели к описанию электрического состояния невозмущенной нижней атмосферы;

5. Проанализированы результаты натурных аэроэлектрических наблюдений, выполненных в спокойных метеорологических условиях, для энергетически значимых геофизических, метеорологических и антропогенных явлений:

- экспериментально подтвержден факт существования аномальных возмущений в поле градиента потенциала атмосферного электричества при условиях хорошей погоды в авроральной зоне; сделан вывод о зависимости амплитуды и длительности аэроэлектрических вариаций от ширины энергетического спектра высыпающихся частиц и пространственного фактора совокупности наблюдаемых геофизических явлений; на основании результатов продолжительных натурных аэроэлектрических наблюдений и теоретических оценок дано описание электродинамических свойств тумана; установлено, что в условиях тумана интенсивность пульсаций электрического поля увеличивается более чем на порядок, показатели наклона спектра в большинстве наблюдаемых событий не отличаются от соответствующих показателей в условиях хорошей погоды; результаты структурно-временного анализа позволяют выделить два вида электрического состояния тумана, первый из которых характеризуется наличием аэроэлектрических структур, второй -хаотическими структурно-временными вариациями; оценены механизмы формирования спектров пульсаций электрического поля и их связи со спектрами пульсаций плотности электрического заряда с учетом турбулентности нейтрального газа и наличия аэроэлектрических структур в условиях тумана; - экспериментально показано, что региональные антропогенные воздействия сопровождаются изменением электрического состояния нижней атмосферы - «электрическим загрязнением»; промышленные взрывы на выброс сопровождаются аномально высокими локальными возмущениями атмосферного электрического поля.

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Анисимов, Сергей Васильевич, Москва

1. Roble R.G. and Tzur I. The Global Atmospheric-Electrical Circuit// The Earth's Electrical Environment. Krider, E.P. and Roble, R.G., Eds. -Washington: Natl. Acad. Press. 1986. P. 206-231.

2. Muhleisen R. The global circuit and its parameters// Electrical process in atmospheres, edited by H.Dolezalek and R.Reiter. - Darmstadt, Gennany. 1977. FA61-476.

3. Wilson C.T.R. Investigation on lightning discharges and on the electric field of thunderstorms//i^//. Trans. 1920. A 221. P.73- 115.

4. Bering E.A. Ill, Few A.A., Benbrook J.R. The global electric circuit// Physics Today. 1998. October. P.24-30.

5. Rycroft V.J., Israelson S., Price С The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change// J. Atmos. Solar-Terr. Physics. 2000. P. 1563-1576.

6. Анисимов C.B. Глобальная электрическая цепь и электричество нижней атмосферы// Материалы Всероссийской конференции «Геофизика на рубеже веков». - М. 2002. 69-70.

7. Anisimov S.V. The global electric circuit and lower atmospheric electricity// Proc. 12-th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P.693-696.

8. Анисимов СВ. Концепция глобальной электрической цепи: состояние проблемы// Сборник научных трудов: Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. -Владимир. 2003. 21-27.

9. Anisimov S.V., Mareev E.A., Fine structure of the global electric circuitJ/Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France, 2003. C.781-784.

10. Hays Р.В., Roble R.G. А quasi-static model of global atmospheric electricity. I. The low atmosphere///. Geophis. Res. 1979. V.84. P.3291-3305.

11. Roble R.G., Hays P.B. A quasi-static model of global atmospheric electricity. II. Electrical Coupling between the Upper and Lower Atmosphere// J. Geophis. Res. 1979. V.84. P. 3291-3305.

12. Mareev E.A., Anisimov S.V. Global electric circuit as an open dissipative system// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P.797-800.

13. Тверской П.Н. Атмосферное электричество. - Л.: Гостехиздат. 1949. 252 с.

14. Френкель Я.И. Теория явлений атмосферного электричества. - Л.: Гостехиздат. 1949. 155 с.

15. Gringel W., Hofinann D.J. and Rosen J.M. Electrical Structures from 0 to 30 Kilometers// The Earth's Electrical Environment. Krider, E.P. and Roble, R.G., Eds. - Washington: Natl. Acad. Press. 1986. P. 166-182.

16. Братин Ю.А., Кочеев A.A., Кихтенко В.Н. и др. Электрическое строение стратосферы и мезосферы по данным ракетных исследований// Распространение радиоволн и физика ионосферы. - Новосибирск: Наука. 1981.С. 165-183.

17. Братин Ю.А., Тюнин А.А., Кочеев А.А. и др. Прямые измерения напряженности вертикального электрического поля атмосферы до 80 юл1/Космические исследования. 1974. Т. 12. Вып.2, 306-308.

18. Frank-Kamenetsky A.V., Troshichev O.V., Bums G.B., Papitashvili V.O. Variation of the atmospheric elecfric field in the near-pole region related to the inteфlanetary magnetic ГтШ/J.Geophys. Res. 2001. V.106. P. 179-190.

19. Israelson S. and Tammet H., Variation of fair weather atmospheric electricity at Marsta Observatory, Sweden, 1993-1998// / . Atmos. Solar-Terr. Physics. 2001. V.63.P. 1663-1703.

20. Harrison R.G., Twentieth-century atmospheric elecfrical measurement at the observatories of Kew, Eskdalemuir and Lerwick// Weather .2003. V.58. P. 11-19.

21. Christian H.J. et al. Global frequency and distribution of lightning as observed by the optical transient detector (OTD)// Proc. of 11-th International Conference on Atmospheric Electricity. - Guntersville, Alabama. 1999. P.726-729.

22. Marshal T.C. and M. Stolzenburg, Voltages inside and just above thunderstorms// / . Geophys. Res. 2001. V. 106. D5. P. 4757 -4768.

23. Апсен А.Г., Канониди Х.Д., Чернышева СП., Четаев Д.Н., Шефтель В.М. Магнитосферные эффекты в атмосферном электричестве. -М.:Наука. 1988. 150 с.

24. Anisimov S.V., Morgounov V.A., Troitskaya V.A. Substorms of potential gradient of the atmospheric electric field// Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. - Warszawa. 1991. D-35(238). P.77-82.

25. Heppner J.P. Empirical models of High-Latitude Elecric Fields///. Geop/jj/^. Res. 1977. V.87.P. 1115-1125.

26. Volland H. Global quasi-static electric fields in the Earth's environment// Electrical Processes in Atmosphere. - Steinkopff, Darmstadt,West Germany. 1977. P.509-527.

27. Volland H. Mapping of electric field of Sq current into the lower atmosphere// / . Geophis. Res. 1972. V.77. P.1961-1965.

28. Volland H. Atmospheric electrodynamics. Spring, Heidelberg. 1984. 205 p.

29. Volland H. Electromagnetic coupling between lower and upper atmosphere //Physica Scripta. 1987. V.77. P. 1961-1965.

30. Anisimov S.V., Dmitrieva S.A., Anisimova E.B. Electric current of atmosphere into magnetic substorm environment// Proc. 10th Int. Conf. on Atm. Electricity. - Osaka, Japan. 1996. P. 528-531.

31. Bespalov P.A., Chugunov Yu.V. and Davydenko S.S., Planetary electric generator under fair-weather condition with altitude-dependent atmospheric conductivity// Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1996. V.58. P.605-611.

32. Моргунов В.A. К природе литосферно-ионосферных связей// Изв. АН СССР. Физика Земли. №5. 1988. 80-87.

33. Морг>т1ов В.А. Пространственные неоднородности электрического поля как фактор литосферно-ионосферных связей// Электрическое взаимодействие геосферных оболочек. - М.: ОИФЗ РАН. 2000. 106-113.

34. Моргунов В. А. Электрические явления, предшествующие Шикотанскому землетрясению и его афтершокам// Доклады АН СССР. 1988. Т.359. 102-105.

35. Чернявский Е.А. Атмосферно-электрические предвестники землетрясений// Метеорология и гидрология в Узбекистане. - Ташкент, АНУзССР. 1955. 317-327.

36. Бончковский В.Ф. Изменения градиента электрического потенциала атмосферы как один из возможных предвестников землетрясений// Тр. Геофизического института. 1954. Т. 25. № 152. 193-206.

37. Иманкулов А.Ч., Струминский В.И., Татаринов СП., Токтомышев СЖ. О возможности прогнозирования землетрясений по измерениям напряженности электрического поля атмосферы// Электрическое взаимодействие геосферных оболочек. - М.: ОИФЗ РАН. 2000. 119-121.

38. Хусамиддинов С. Исследование возмущений электромагнитного поля Земли, сопутств5Щ)щих землетрясениям// Электрические и магнитные предвестники землетрясений. - Ташкент, Фан. 1983.С 56-62.

39. Электромагнитные предвестники землетрясений. Отв. ред. Садовский М.А. - М.: Наука. 1982. 89 с.

40. Балбачан М.Я. О долговременных электрических аномалиях, возникающих при разрушении горных пород// Доклады АН СССР. 1988. Т.ЗОЗ. 579-582.

41. Адушкин В.В., Соловьев СП. Возмущения электрического поля атмосферы в ближней зоне подземного взрыва// Физика Земли. 1989. Т.З. 51-58.

42. Гуфельд И.Л., Русаков Н.Н., Клайн Б.И., Бакастов С, Анисимов СВ., Зотов О.Д., Рубан В.Ф. О сейсмомагнитных эффектах при взрывном нагружении горной среды// Поиск электромагнитных предвестников землетрясений. - М.: ИФЗ АН СССР. 1988. 140-148.

43. Popov L.N., Krakovetzkiy Yu.K., Gokhberg M.B. and Pilipenko V.A. Terrogenic effects in the ionosphere: a review// Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1989. V. 57.P.115-128.

44. Гохберг М.Г., Моргунов B.A., Похотелов O.A. Сейсмоэлектромагнитные явления. - М.: Наука. 1988. 174 с.

45. Моргунов В.А., Шахраманьян М.А. Задачи оперативного прогноза ъ&ишт^ясштш11 Доклады АН СССР. 1996. Т.349. 818-821.

46. Поляков СВ., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. О генерации электрических полей в верхней атмосфере// Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. 869-871.

47. Martynenco S.I. Statistical properties of large mesospheric electric fields I/Journal of Atmospheric Electricity. 2002. V.22. P. 101-106.

48. Пулинец C.A., Хегай B.B., Боярчук K.A., Ломоносов A.M. Атмосферное электрическое поле как источник изменчивости ионосферы// Успехи физических наук. 1998. Т.165. 582-589.

49. Пановский Г.А. Планетарный пограничный CROViJIДинамика погоды и климата. -Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 351-382.

50. Tinsley В.А. Correlations of atmospheric dynamics with solar wind-induced changes of air-earth current density into cloud tops// J.Geophys. Res. 1996. V.101.P.29701-29714.

51. Adlerman E.J., Williams E.R. Seasonal variation of global electrical circuit// J. Geophys. Res. 1996. V.lOl. P.29679-29688.

52. Williams E.R. Global circuit response to seasonal variation in global surface air temperature// Monthly weather review. 1994.V.122.P. 1917-1929.

53. Williams E.R. The Schumann resonance: a global tropical thermometer// Science. 1992. V. 256. P. 1184-1187.

54. Смирнов В.В. Атмосферные ионы// Тр. ИЭМ. - Л.:Гидрометеоиздат. 1980. Т.24 . № 89. 3-28.

55. Смирнов В.В. Электрические факторы чистоты воздуха// Тр. ИЭМ. - Л.:Гидрометеоиздат. 1983. Т.ЗО. № 104. 64-106.

56. Смирнов В.В. Ионизация в тропосфере. - Санкт-Перербург: Гидрометеоиздат. 1992. 312 с.

57. Красногоская Н.В. Электричество нижних слоев атмосферы и методы его измерения. - Л.: Гидрометеоиздат. 1972. 307 с.

58. Сальм Я.И., Ихер Х.Р. Исследование спектра подвижностей легких аэроионов// Тр. ИЭМ. - Л.: Гидрометеоиздат. 1983. Т.ЗО. № 104. 116-121.

59. Knudsen Е. and Israelsson S. Method of measuring the mobility spectrum versus agening of atmospheric ions// / . Geophis. Res. 1994. V. 99. Y.22161-22771.

60. Knudsen E. and Israelsson S. Mobility spectrum of ions in the electrode effect layer///. Geophis. Res. 1994. V. 99. P. 10709-10712.

61. Horrak U., Iher H., Luts A., Salm J., and Tammet H. Mobility spectrum of air ions at observatory Tankuse// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. -St.Petersburg, Russia. 1992. C.74.

62. Horrak U., Salm J., Tammet H. Statistical characterization of air ion spectra at Tahkuse observatory 1993-1994// Proc. 10th Int. Conf. on Atm. Electricity. -Osaka, Japan. 1996. P. 72-75.

63. Nagato K. and Ogawa T. The structure of atmospheric ion mobility spectra// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St. Petersburg, Russia. 1992. P. 78-81.

64. Tammet H., Sahn J., Luts A. and Iher H. Mobility spectra of air ions// Proc. 8th Int. Conf on Atm. Electricity. - Uppsala, Sweden. 1988. P. 147-151.

65. Прюллер П.К. Исследование спектра атмосферных ионов, гигиеническое и биометеорологическое значение ионизации атмосферы по данным измерений в г. Тарту// Тр. по аэроионизации и электроаэрозолям. - Тарту. 1970. Т.З. 61-129.

66. Keesee R.J. and Castleman A.W. Ions and cluster ions: experimental studies and atmospheric observations//J. Geophis. Res. 1985. V. 90. P. 5885-5890.

67. Kawamoto Н. and T.Ogawa H. Negative ion compositions in the low atmosphere//Proc. 8th Int. Conf. onAtm. Elrctricity. - Uppsala, Sweden. 1988. P. 124-129

68. Castleman A. W. The formation, growth and nucleation of water cluster ions// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St. Petersburg, Russia. 1992. P.66-71.

69. Luts A. and Sulm J. Chemical composition of small air ions in near-ground layer// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St. Petersburg, Russia. 1992. P. 75-77.

70. Castleman A. W. Experimental studies of ion clustering and their atmospheric implication// Proceedings in atmospheric electricity. - Hampton, Virginia: A.Deepak Publishing. 1983. P. 1-3.

71. Castleman A.W., Jr. and I.N. Tang On the molecular properties of atmospheric ion clusters and their relationship to nucleation// Electrical process in atmospheres. - Darmstadt, Germany. 1977. P. 24-29.

72. WiUcening M. Characteristics of atmospheric ions in contrasting environments//J. Geophis. Res. 1985. V. 90. P. 5933-5935.

73. Hoppel W.A. Ion-aerosol attachment coefficients, ion depletion, and the charge distribution on aerosols//J. Geophis. Res. 1985.V. 90. P. 5917-5923.

74. Hoppel W.A., Anderson R.V. and Willet J.C. Atmospheric Electrisity in the Planetary Boundary Layer// The Earth's Electrical Environment. Krider, E.P. and Roble, R.G., Eds. - Washington: Natl. Acad. Press. 1986. P. 149-165.

75. Hoppel W.A. Theory of the electrode effect//J. Atmos. Terr. Phys. 1967. V.

76. Hoppel W.A. and Gathman S.G. Determination of eddy diffusion coefficients fi*om atmo^spheric electrical measurements//J. Geophys. Res. 1971.V. 76. P. 1467-1477.

77. Willet J.C. An analysis of the electrode effects in the limit of strong turbulent mixing///. Geophis. Res. 1978. V. 81. P. 402-408.

78. Willet J.C. The turbulent electrode effect as influenced by interfacial ion transfer/// Geophis. Res. 1983. V. 88. P. 8453-8457.

79. Tuomi T.J. The atmospheric electrode effect over snow// J.Atmos. Terr.Phys. 1982. V. 44. P. 737-745.

80. Морозов B.H. О пространственно-временных флуктуациях электрического поля в приземном слое атмосферы// Атмосферное электричество и магнитосфериые возмущения. - М.: изд-во ИЗМИР АН, 1983. 27-32.

81. Морозов В.Н. Распределение электрических характеристик в приземном турбулентном слое атмосферы// Тр. ГГО. - Л.: Гидрометеоиздат. 1986. Т.

82. Куповых Г. В., Морозов В.Н., Шварц Я.М. Теория электродного эффекта в атмосфере. - Таганрог, ТРГУ. 1998. 122 с.

83. Knudsen Е., Israelsson S. and Hallberg В. Measurements of the electrode effect over flat, snow-covered ground///. Atm. Terr. Phys. 1989. V. 51. P. 521-527.

84. Israelsson S., Knudsen E. and Anisimov S.V. Vertical profiles of electrical conductivity in the lowermost part of the turbulent boundary layer over flat ground//J.Atm.Terr.Phys. 1994. V. 56. P.1545-1550.

85. Kupovykh G.V. and Morosov V.N. Modeling of the electrode effect in surface layer//Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St. Petersburg, Russia. 1992. P. 615-619.

86. Kupovykh G.V. Negative space charge in the surface layer// Proc.lOth Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Osaka. 1996. P. 164 - 167.

87. Kupovykh G.V. Electrode effect under alpine conditions// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P.421 - 423.

88. Милин В.Б. Об аномальных электрических полях в атмосфере//Долтгады АН СССР. 1954. Т. 95. 983-986.

89. Anisimov S.V. Short-period fluctuations of the atmospheric electric field over the earth's surface// Proc. 8th Int. Conf. on Atm. Electricity. - Uppsala, Sweden. 1988. P.106-111.

90. Анисимов СВ., Мареев E.A., Трахтенгерц В.Ю. Спектральные характеристики вариаций атмосферного электрического поля и тока// Геомагнетизм и аэрономия. 1991. V. 31. 669-611.

91. Whitlock W.S. and Chalmers J.А. Short-period variations in the atmospheric electric potential gradient// Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1956. V.82. № 353. P. 325-336.

92. Yerg D.G. and Johnson K.R. Short-period fluctuations in the fair-weather electric field//J.Geophis. Res. 1914. V. 79. P. 2177-2184.

93. Моргунов B.A., Анисимов СВ., Осьмаков А.Н., Струсь, Казак Б.Н., Шаманин СВ. Исследование пульсаций электрических параметров приземного слоя воздуха// Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций. - М.: Наука. 1980. 148-157.

94. Israelsson S. and Knudsen Е. Some local effects on atmospheric electrical parameters// Proceedings in atmospheric electricity. Ruhnke L.H. and Latham J., Eds. - Hampton, Virginia: A.Deepak Publishing. 1983. P. 135-138.

95. Makdoomi B.A. and Raina B.N. Correlation and spectra analysis on atmospheric electric parameters// Proc. 8th Int. Conf. on Atm. Electricity. -Uppsala, Sweden. 1988. P.130-137.

96. Anderson В., Markson R., Fairall C.W., Willet J.С Aircraft investigation of electric charge flux over land and sea// Proc. 8th Int. Conf. on Atm.Electricity. - Uppsala, Sweden. 1988. P. 782-787.

97. Tammet H. Technical notes on simultaneous measurements of atmospheric electric cuuQnt// Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. - Warszawa. 1991. D-35. P. 55-69.

98. Olson D.E. The evidence for Aurural Effects on Atmospheric Electricity// Pure andAppl. Geophys. 1971. V. 84. P. 118 -139.

99. Ruhnke L.H., Tammet H.F. and Arold M. Atmospheric electric current at widely spaced stations// Proceedings in atmospheric electricity. Ruhnke L.H. and Latham J., Eds. - Hampton, Virginia:A.Deepak Publishing. 1983. P. 76-78.

100. Zotov O.D., Rusakov N.M., Klain B.I., Anisimov S.V. Global variations of the vertical atmospheric electric current and their associaition with some geophisical phenomena// Publ. Inst. Geophys. Pol Acad. Sc. - Warszawa. 1991. D-35.№ 238. P. 71-76.

101. Гульельми A.B., Троицкая В.A. Геомагнитные микропульсации и диагностика магнитосферы. - М.: На>тса. 1973. 208 с.

102. Шварц Я.М. Оценка предельных возможностей повышения отношения сигнал- помеха в электростатических флюксметрах, работающих в слабопроводяпщх средах методом введения обратной связи// Радиотехника и электроника. 1964. Т. 9. 1536 - 1537.

103. Шварц Я.М. К теории работы электростатического флюксметра в тшззш&/I Радиотехника и электроника. 1961. Т. 1. 153-159.

104. Шварц Я.М. Методы и аппаратура для изучения элементов атмосферного электричества// Труды I Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. -Л.: Гидрометеоиздат. 1976. 59-70.

105. Струминский В.И., Татаринов СП. Струнный электростатический флюксметр// Труды II Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. -Л.: Гидрометеоиздат. 1984. 72-74.

106. Гордюк В.П. Исследование принципов построения приборов для измерения напряженности электрического поля в приземном слое атмосферы// Труды ГГО. - Л.: Гидрометеоиздат. 1981. Вып. 442. 96-102.

107. Gathman S.G. А Field Mill for Fhethered Ballons// Rev. Sci. Instrum. 1972. V. 43. P. 1751-1754.

108. Kasemir H.W., Ruhnke L.H. Antenna problems of measurements of the air- earth current// Recent Advances in Athmospheric Electricity. - Perg.Press 1.ondon, New-York. 1958. P.137-147.

109. Crozier W.D. Measuring Atmospheric Potential with Passive Antenna// J. Geophys.Res. 1963. V. 68. P. 5173-5179.

110. Илюкович A.M. Техника электрометрии - М.: Энергия. 1976. 391 с.

111. Руленко О.П. Электрические процессы в парогазовых облаках вулкана Карымского//ДоАтгады ЛЯCCCi'. 1979. Т. 245. 1083-1086.

112. Таммет Х.Ф. К теории измерения напряженности атмосферного электрического поля// Труды по аэроионизации и электроаэрозолям. -Тарту. 1970. Т. 240. 140 - 156.

113. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения - М.:Г.И.Ф.-М.Л. 1961.311с.

114. Матвеев Н.Н. Методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений - М.: Высшая школа. 1967. 563 с.

115. Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы - М.: Гостехиздат. 1957. 483 с.

116. Анисимов СВ., Крылов СМ. Измеритель вариаций напряженности электрического поля Земли// Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций. - М.: Наука. 1980. 158-163.

117. Милехин А.Г. Радиотехнические схемы на полевых транзисторах - М.: Энергия, 1976. 141 с.

118. Марше Ж. Операционные усилители и их применение - Л.: Энергия, 1974.215 с.

119. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. - М.: Мир. 1982. 592 с.

120. А. ван дер Зил. Ш)ПУ1Ы при измерениях - М.:Мир. 1979. 292 с.

121. Israel, Н. Atmospheric Electricity - NTIS, U.S. department of Commerce, Springfield. 1973. V. 2. 570 p.

122. Kasemir H.W. Measurement of the air-earth current density// Proc. Conf. Atmos. Elrctricity, Geophys. Res. Pap. - Air Force Cambridge Res. Cent., Bedford, Mass. 1955. V. 42. P. 91-95.

123. Ruhnke L.H. Area averaging of atmospheric electric current///. Geomagn. Geoelectr. 1969. V. 21. P. 453-462.

124. Burke H.K., Few A.A. Direct measurements of the atmospheric conduction current///. Geophys. Res. 1978. V. 83.P. 3093-3097.

125. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М. Информационно-измерительный комплекс и база данных Геофизической обсерватории «Борок» РАН - М.: ОИФЗ РАН. 2003.42 с.

126. Few А.А., Weinheimer A.J. Factor of 2 in balloon-borne atmospheric conduction current measurements///. Geophys. Res. 1986. V. 91. P. 10937-10948.

127. Tammet H.F., Israelsson S., Kjiudsen E., Tuomi T.J. Effective area of a horizontal long-wire antenna collecting the atmospheric electric vertical current/// Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 29671-29677.

128. Dolezalek H. Zur berechnung des luftelektrischen stromkrieses III: kontroUe des Ohmdchen gesetzes durch messung// Geofis. Рига Appl. 1960. B.46. S. 125-144.

129. Rosen J.M., Hofinan D.J., Gringel W. et. al. Results of an international workshop on atmospheric electrical measurements//J. Geophys. Res. 1982. P. V. 87. 1219-1227

130. Tammet H.F. The aspiration method for the determination of atmospheric- ion spectra - Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations. 1970. 200 P-

131. Reiter R. Fields, currents and aerosols in the lower troposphere - New Dehli. 1985.710 р.

132. Reiter R. Phenomena in atmospheric and environmental electricity - Amsterdam, Elsevier. 1992. 572p .

133. S.V.Anisimov, S.S.Bakastov, E.M.Dmitriev, E.B.Anisimova, Aeroelectrical Measurements in Geoelectromagnetic Complete Set of Geophysical Observatory "Borok"// Proc. llth Inter. Conf. on Atmospheric Electricity. -Guntersville, USA. 1999. P. 630-633.

134. Anisimov S.V., Dmitriev E.M. Aeroelectrical constituent in the database of Borok Geophysical Observatory// Proc. of 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P. 693-696.

135. Yeoman, Т.К., Milling, D.K. and Orr D. Pi2 pulsation polarization patterns on the U.K. sub-auroral magnetometer network (SAMNET)// Planet. Space Set 1990. V. 38. P. 589-602.

136. Анисимов СВ., Боровков Ю.Е., Гончаров В.И., Рубан В.Ф., Русаков Н.Н. Высокочз'вствительный индукционный магнетометр с M-DM ycwiwTQjiQu//Геомагнитные исследования. 1982. Т. 30. 43-45.

137. Бомшеров Б.М., Грачев А.И., Ломадзе CO., Матвеев А.К. Жидкостный микробарограф// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1979. Т. 15. С 1215-1218.

138. Анисимов СВ. Экспериментальное исследование вариаций электрического поля атмосферы при естественных и искуственных воздействиях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. - М.: ИФЗ АН СССР. 1985. 17 с.

139. Tokagi М and Toriyama N. Short-Period Fluctuations in the Atmospheric Electric Field over the Oceaal/ Pageophis. 1978. V. 116. P. 1089 -1100.

140. Анисимов СВ., Русаков Н.Н. Колебательные режимы в атмосферном электрическом поле// Атмосферное электричество. Труды III Всесоюзного симпозиума. - Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 26-29.

141. Ruhnke L.H., Michnowski S. (Eds.) Proceeding of the international workshop on global atmospheric electricity measurements, Madralin, Poland 10-16 September, 19S9//Publ. Inst. Geophys. Polish Acad. Set 1991. D-35. №

142. Israelsson S., Knudsen E, Tammet H.F. An experiment to examine the covariation of atmospheric electrical vertical currents at two separate station// J. Atmos. Electr. 1994. V. 14. P. 63-73.

143. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой жидкости при очень больших числах Рейнольдса// Доклады АН СССР. 1941.Т. 30. 299-303.

144. Фриш У. Турбулентность. Наследие А.Н. Колмогорова - М.: ФАЗИС. 1998. 343 с.

145. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере - М.: Наука. 1967. 548 с.

146. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика - М.: Наука. 1967. Ч.П. 720 с.

147. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика - М.: Наука. 1986. 736 с.

148. Рытов СМ., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Случайные поля - М.: Наука. 1978. Ч. П. 463 с.

149. Ламли Дж. Л., Пановский Г.А. Структура атмосферной турбулентности -М.:Мир. 1966.264 с.

150. Инструкция по подготовке материалов и публикации результатов наблюдений атмосферного электричества - Л.: ЕГО. 1965.

151. Анисимов СВ. Высокочувствительный электростатический флюксметр// Тезисы докладов III Всесоюзного симпозиума по атмосферному электричеству. - Тарту. 1986. 42.

152. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A. Spatiotemporal structures of elecric field and space charge in the surface atmospheric layer// J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P.10603 -10610.

153. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A. Spatial receiving of electric field pulsation in the surface atmospheric layer// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St.Petersburg, Russia. 1992. P.620-624.

154. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A. Spatio-temporal characteristics of electric field in the surface atmospheric layer// Proc. 9th Int. Conf. on Atm. Electricity. - St.Petersburg, Russia. 1992. P. 625-628.

155. Anisimov S.V., Bakastov S.S., and Mareev E.A. Experimental investigation of ULF noise electric environment// Proc. Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility. - Rome, Italy. 1994. V. 2. P.509-512.

156. Anisimov S.V., Mareev E.A., Trakhtengerts U.Yu. The electric noises in turbulent surface atmospheric layer// Proc. URSI-ICFIG-Riken, Symposium of dust plasma, noise and chaos. - Tokio, Japan. 1993. P. 4.

157. Мучник B.M., Фишман Б.Е. Электризация грубодисперсных аэрозолей - Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 208 с.

158. Марченко В.И. К теории тумана// Письма в ЖЭТФ. 64. 1996. Т.64. 61-64.

159. Анисимов СВ., Е.А. Мареев, А.Е. Сорокин, Н.М. Шихова, Э.М. Дмитриев. Электродинамические свойства тумана// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. 58-73.

160. Анисимов СВ., Дмитриев Э.М. Формирование высотного профиля электрического поля слабоионизированно!! атмосферы// Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37. 209-218.

161. Mareev Е.А., Anisimov S.V. ULF Electric Field Pulsations: Theoretical Analysis of Possible Origins// Proc. Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility. - Rome, Italy. 1994. V. 2. P.513-515.

162. Винниченко H.K., Пинус H.3., Шметер СМ. и др. Турбулентность в свободной атмосфере - Л.: Гидрометеоиздат. 1976. 288 с.

163. Anisimov, S.V., Mareev E.A. and Bakastov S.S. On the generation and evolution of electric structures in the surface layer// J.Geophys.Res. 1999. V.104.P. 14359-14367.

164. Anisimov S.V., Bakastov S.S., Mareev E.A., Borovkov Yu.E. The evolution of electric field structures in the surface atmospheric layer// Proc. 10th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Osaka. 1996. P. 544-547.

165. Анисимов СВ., Мареев Е.А. Аэроэлектрические структуры в атмосфере//Доклады АН. 2000. Т. 371. 101-104.

166. Анисимов СВ., Мареев Е.А., Шихова Н.М. Аэроэлектрические структуры// Сборник научных трудов: Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. -Владимир. 2003. 14-17.

167. Mareev Е.А, Anisimov S.V. А model of electric field structures generation in the surface atmospheric layer// Proc. 10th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Osaka. 1996. P. 501-503.

168. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей// Ред. Ф.Ньистадта, Х.Ван-Допа. - Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 352 с.

169. Голицын Г.С Исследование конвекции с геофизическими приложениями и аналогиями - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 56 с.

170. Israel Н. Atmospheric electrical agitation// Quart. J.R. Met. Sci. 1959. V.

171. Anderson R.V. Atmospheric electricity in the real world// Electrical process in atmospheres, edited by H.Dolezalek and R.Reiter. - Darmstadt, Germany. 1977. P. 87-99.

172. Anderson R.V. The dependence of space charge spectra on Aitken nucleus concentrations//J.Geophys.Res. 1982. V. 87. P. 1216-1218.

173. Anisimov S.V., Mareev E.A. and Trakhtengerts V.Yu. Characteristics of electric noises in the surfase atmospheric layer// Res. Lett. Atmos. Electr. 1990. V. 10. P. 1-10.

174. Barlow J.F., Harrisson R.G. Turbulent transfer of space charge in the atmospheric surface layer// Proc. 11th Inter. Conf. on Atmospheric Electricity. - Guntersville, USA. 1999. P. 575 - 578.

175. Мареев E.A., Мареева О.В. Нелинейные структуры электрического поля и заряда в приземном слое aiMOC^eipbi//Геомагнетизм и аэрономия. 1999. Т. 39. 74 -79 .

176. Анисимов СВ., Мареев Е.А. Спектры пульсаций электрического поля приземной атмосферы// Доклады РАН. 2001 .Т. 381. 107-112.

177. Анисимов СВ., Мареев Е.А., Шихова Н.М., Дмитриев Э.М. Механизмы формирования спектра пульсаций электрического поля приземной атмосферы///fee. вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44. 562-576.

178. Anisimov S.V., Mareev Е.А, Shikhova N.M., Dmitriev Е.М. Universal spectra of electric field pulsations in the atmosphere// Geophys. Res. Letters. 2002. V. 29. № 2. P. 2217 - 2220.

179. Анисимов СВ., Мареев E.A., Шихова Н.М., Дмитриев Э.М. Спектры аэроэлектрических пульсаций// Материалы Всероссийской конференции «Геофизика на рубеже веков». - М. 2002. Т.З. 73-74.

180. Анисимов СВ., Мареев Е.А., Шихова Н.М. Спектры турбулентных аэроэлектрических пульсаций// Сборник научных трудов: Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. - Владимир. 2003.С.109-112.

181. Anisimov S.V., Mareev Е.А, Shikhova N.M., Dmitriev Е.М. Universal spectra of electric field pulsations in the low atmosphere// Proceedings of XXVJIth General Assembly of the International Union of Radio Science. -Maastricht, Netherlands. 2002.

182. Анисимов СВ., Шихова H.M., Мареев Е.А., Шаталина М.В. Структуры и спектры турбулентных пульсаций аэроэлектрического поля// Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т.39. № 6. 765 - 780.

183. Anisimov S.V., Mareev Е.А. and Shikhova N.M. Structures and spectra of turbulent pulsations of electric field in the atmosphere// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P. 411-414.

184. Anisimov, S.V., Bakastov S.S., Dmitriev E.M., Mareev E.A. Structures and spectra of aeroelectric field pulsations// Proc. llth Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Guntersville, USA. 1999. P. 571-574.

185. Anisimov S.V. Electric field and electric current measurements in the lower atmosphere// Proceedings of XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science. - Maastricht, Netherlands. 2002.

186. Mareev E.A. Turbulent electric dynamo in a thunderstorm cloud// Proc. 11th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Guntersville, USA. 1999. P. 272-275.

187. Анисимов, СВ., Дмитриев Э.М. Формирование высотного профиля электрического поля слабоионизированной атмосферы// Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37. 209-218.

188. Anisimov S.V., E.M.Dmitriev. Aeroelectrical altitude profile in limit of regalar convQction//J.Atm.Electr. 1999. V. 19. P. 25-33.

189. Anisimov, S.V., E.M. Dmitriev. Shaping and recovering of electric field profiles for lower atmosphere// Proc. 10th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Osaka, Japan. 1996. P. 524-527.

190. Дмитриев Э.М., Анисимов СВ. Отклик атмосферного электрического поля на изменение проводимости в приземной атмосфере// Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34. С 97-103.

191. Dmitriev Е.М., Anisimov S.V. Disturbance of atmospheric electric field by conductivity variations of some layers// Proc. 10th Int. Conf. on Atm. Electricity. - Osaka, Japan. 1996. P. 540-543.

192. Israel, H. Atmospheric Electricity - NTIS, U.S. department of Commerce, Springfield. 1971. V.1.480p.

193. Ruhnke L.H. Electrical conductivity of air on the Greenland ice cap// J.Atm.Terr.Phys. 1962. V. 67. P. 2767-2772.

194. Петров А.И., Петрова Г.Г. Результаты измерений электропроводности в электродном слое атмосферы// Тр. ГГО. - Л.: Гидрометеоиздат. 1990. Т.

195. Mareev Е.А., Israelsson S., Knudsen E., Kalinin A.V., Novozhenov M.N. Studies of an artificially generated electrode effect at ground level// Ann. Geophysicae. 1996. V. 14. P. 1095-1101.

196. Israelsson S., Knudsen E., Ungethum E. Simultaneous measurement of radon 'УОО ООП (Rn ) and thoron (Rn ) in the atmospheric surface layer// Tellus. 1972. V.

197. Israelsson S., Knudsen E., Ungethum E. On the natural beta-activity of the air in the atmospheric surface \ауо,х11 Atm. Environment. 1973. V.7. P. 1127-1137.

198. Crozier W.D. Atmospheric electrical profiles below three meters// J.Geophys. Res. 1965. V. 70. P. 2785-2792.

199. Имянитов И.М., Чубарина E.B. Электричество свободной атмосферы - Л.: Гидрометеоиздат. 1965. 239 с.

200. Morosov V.N., Selezneva A.N. The influence of convective current generator on the global current// Proc. 8th Int. Conf. on Atm. Electricity. -Uppsala, Sweden. 1988. P.820-825.

201. Бызова Н.Л., Гаргер E.K., Иванов В.Н. Экспериментальное исследование атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примесей - Д.: Гидрометеоиздат. 1991. 278 с.

202. Park C.G. Downward Mapping of High-Latitude Ionospheric Electric Fields to the Ground/// Geophys. Res. 1976. V. 8. P. 168-174.

203. Bostrom R. and Fahleson V. Vertical Propagation of Time-Dependent Electric Fields in the Atmosphere and Ionosphere// Electrical process in atmospheres, edited by H.Dolezalek and R.Reiter. - Darmstadt, Germany. 1977. P.529-535.

204. Морозов В.Н. К расчету временных изменений электрических характеристик атмосферы// Тр. ГГО. - Л.: Гидрометеоиздат. 1990. Т. 527. 36-40.

205. Рыбников Г.Л., Моргунов В.А., Хабазин Ю.Г. Численное моделирование электрических полей в ионосфере от приземного TACT04miK2i II Доклады АН СССР. 1991. Т. 321. 826-829.

206. Молчанов О. А. Прохождение электромагнитных полей от сейсмического источника в верхнюю ионосферу Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31. 111-119.

207. Похотелов О.А., Липеровский в.А., Фомичев Ю.П. и др. Модификация ионосферы во время военных действий в зоне Персидского залива// Доклады АН СССР. 1991. Т. 321. 1168-1172.

208. Гостинцев Ю.А., Иванов Е.А., Анисимов СВ. и др. О механизме генерации инфразвуковых волн в атмосфере большими пожарами// Доклады АН СССР. 1985. Т. 283. 573-576.

209. Makino М., Ogawa Т. Responses of atmospheric electric field and air-earth current to variation of conductivity profiles//J. Atmos. Terr. Phys. 1984. V. 46. P. 431-445.

210. Анисимов СВ., Гохберг М.Б., Иванов Е.А. и др., Короткопериодные колебания магнитного поля при мощном наземном взрыве// Доклады АН СССР. 1985. Т. 281. 556-559.

211. Anisimov S.V., Mareev Е.А., Sorokin А.Е., Shikhova N.M., Dmitriev E.M. Electrodynamics of the fog// Proc. 12-th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Versailles, France. 2003. P. 279-282.

212. Анисимов СВ., Мареев E.A., Сорокин А.Н., Шихова Н.М., Дмитриев Э.М. Электродинамические свойства тумана// Сборник научных трудов: Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству. -Владимир. 2003. 112-115.

213. Sorokin А.Е., Anisimov S.V., Mareev Е.А. Horizontal long wire antenna as a fog electrical properties analyzer// Proc. Of Conference on fog and fog collection. - St.John's, Canada. 2001. P. 473-476.

214. Shaw G.E. Hunsucker R.D. A study of possible correlation between fire- weather electric field and auroral activity// Electrical process in atmospheres, edited by H.Dolezalek and R.Reiter, - Darmstadt, Germany. 1977. P. 576-581.

215. Lobodin P.W., Paramonov N.A. Variation of atmospheric electric field &mmg гшохдЛ Pageophys. 1971. V. 100. P. 167-173.

216. Новиков A.M., Жданов Р.Ф. Исследования тормозного рентгеновского излучения в авроральной атмосфере// БНТИ. - Якутск:ЯФ СО АН СССР. 1977. 13-16.

217. VoUand Н. Quasielectrostatic fields at the atmosphere// Handbook of atmospherics. - CRC Press, USA. 1981. P. 65-109.

218. Дриацкий B.M. Природа аномального поглощения космического радиоизлучения в нижней ионосфере высоких широт - Л.: Гидрометеоиздат. 1974. 224 с.

219. Hale L.C., Croskey C.L. An auroral effect on fair-weather electric field// Nature. 1978. V. 279. P. 239.

220. Матвеев JI.T. Общий кзфс метеорологии - Л.: Гидрометеоиздат. 1986. 326 с.

221. Welch R.M., Ravichandran M.G., Сох S.K. Prediction of quasi-periodic oscillations in radiation fogs. Part I: Comparison and simple similarity approaches///. Atm. Sciences. 1986. V. 43. P.633-651.

222. Bott A., Sievers U., Zdunkowski W. A radiation fog model with detailed treatment of the interaction between radiate transfer and fog microphysics// J. Atmos. Sci. 1990. V. 47. P.2153-2166.

223. Israelsson S. On electric properties of radiation fog// Proc. 11th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. - Gunterswille, Alabama. 1999. P. 587-590.

224. Borra J.-P., Roos R.A., Bernard D., Lazar H., Goldman A., Goldman M. Electrical and chemical consequences of point discharges in forest during mist and a thunderstorm// J. Phys. D: Appl. Phys. \991. V. 30. P. 84-93.

225. Фукс H.A. О величине заряда на частицах атмосферных аэроколлоидов//Язв.у4Я СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1947. Т. И. 341-347.

226. Друкарев Г.Ф. О заряде дождевых капель// Изв.АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1947. Т. 8. 330-336.

227. Klett J.D. Ion transport to cloud droplets by diffusion and conduction and the resulting droplet charge distribution// J. Atmosperic Sci. 1971. V. 28. P.78-85.

228. Sorokin A.E. Charging aerosol particles moving in weakly ionized gas in the electric field// / Aerosol Sci. 2003 (submitted).

229. Liu B.Y., Kapadia A. Combined field and diffusion charging of aerosol particles in the continuum regime/// Aerosol Sci. 1978. V. 9. P. 227-242.

230. Буш Г.А., Грачев А.И., Куличков Н. и др. распространение инфразвуковых волн от экспериментального взрыва (по программе МАССА)!I Препринт. - М.:ИФЗ АН СССР. 1982. 35 с.

231. Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Добровольский И.П. Возмущения атмосферного электрического потенциала// Электромагнитные предвестники землетрясений. - М.: Наука. 1982. 24-26.

232. Crozier W.D. Dust devil properties// J.Geophys.Res. 1970. V. 75. P. 4583- 4585.

233. Ette A.J.J. The effect of the Harmatton dust on the atmospheric electric parameters//J.^rm.Terr. Phys. 1971.V. 33. P.295-300.

234. Joint Soviet-American experiment on arid aerosol// Golitsyn G.S. and Smimov V.V. Eds. - St. Petersburg: Hydrometeoizdat. 1993. 220 p.

235. Kamra A.K. Experimental study of the electrification produced by dispersion of dust into the ш//J.Appl. Phys. 1973. V. 44. P. 125-131.

236. Kamra A.K. Measurements of the electrical properties of dust storms// J.Geophys.Res. 1972. V. 77. P. 5856-5869.

237. Park C.G., Dejnakarintra M. Thundercloud Electric Fields in the Ionosphere// Electrical process in atmospheres, edited by H.Dolezalek and R.Reiter. - Darmstadt, Germany. 1977. P.544-552.

238. Куксенко В.С.Дилькеев Р.Ш., Мирошниченко М.И. К интерпретации электрических предвестников землятресений//Дооогды АН СССР. 1981. Т. 260. 841-843.

239. Пархоменко Э.И. Явления электризации в горных породах - М.: Наука. 1968. 254 с.

240. Гостинцев Ю.А., Иванов Е.А., Шацких Ю.В. Инфразвуковые и внутренние гравитационные волны в атмосфере при больших пожарах// Доклады АН СССР. 1983. Т. 271. 327-330.

241. Пикалкин Ю.В., Кулигин М.Н., Анисимов СВ. Дифференцирующее устройство// Авторское свидетельство № 980105. М. 1982.

242. Анисимов СВ., Русаков Н.Н. Устройство для измерения плотности вертикального электрического тока проводимости в атмосфере// Авторское свидетельство №1695247. М. 1991.

243. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. -М.: Наука. 1985.228 с.

244. Гульельми А.В., Фейгин Ф.З., Похотелов О.А. О влиянии форбуш- эффекта на режим ветровой генерации атмосферного электричества в Арктике// Геомагнетизм и аэрономия. \993. Т. 34. № 6. 144-149.

245. Гульельми А.В., Клайн Б.И., Русаков Н.Н. Геоэлектрическое поле по наблюдениям на дрейфующей станции "Северный полюс-22"// Геофизический сборник АН УССР, - Киев, Наукова думка, 1978. 60-69.

246. Данилов Д., Копров Б.М., Сазонов И.А. Некоторые подходы к моделированию атмосферного пограничного слоя (обзор)// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 31. 187-204.

247. Koprov В. М., Zubkovsky S. L., Koprov V. М., Tortus M.I., Makarova T.I. Statistics of air 1етрега1ш-е spatial variability in the atmospheric surface layer//Boundary-Layer Meteorol. 1998. V. 88. P. 399-423.

248. Копров Б.М., Копров B.M., Макарова Т.И. Конвективные структуры приземного слоя воздуха// Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2000. V. 36. 44-54.

Информация о работе

Анисимов, Сергей Васильевич
доктора физико-математических наук
Москва, 2003
ВАК 25.00.29

Диссертация

Электрические поля и токи слабопроводящей нижней атмосферы в глобальной электрической цепи - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы