Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Теоретическое и экспериментальное исследование электрического состояния атмосферы в высокогорной зоне

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Теоретическое и экспериментальное исследование электрического состояния атмосферы в высокогорной зоне"

ШВ 1 и 9 %

■ -л

V , ■•

>А >

КОМИТЕТ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МИНИСТЕРСТВА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ •

ГЛАВНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ им. А.И.ВОЕЙКОВА

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

КУПОВЫХ Геннадий Владимирович

; УДК 551.594

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ В ВЫСОКОГОРНОЙ ЗОНЕ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ I КОШ-МЕТЕОРОЛОГИЯ. КЛИМАТОЛОГИЯ. АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МЕТЕМАТНЧЕСКИХ НАУК

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ. 1992

7 (' V ?/

Рвбота выполнена в Главйой геофизической обсерватории ни. Л.И.Воейкове. '

Бэучннй руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Я.М.Шварц

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук ' А.Д.Егоров,

кандидат физико-магекагических ,

наук, доцент Б.М.Воробьев

^едущая организация - Научно-исследовательский институт физики Ростовского государстваиного университета

Защите'диссертации-' состоигся " Ь н % 1992 г.

в А-Ц час. на засадани» специализированного совета Д 024.06.01 при Главной геофизической обсерватории • им. А.И.Воейкова.

•Адрес: 194018, Санкт-Петербург, Карбышева, 7.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова.

Автореферат разослан " ч,/ " _ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор географических наук

профессор УсшмШ*-*- н.В.Кобышева

российская гт^ | •ССУДА?!КЫМАЯ . " л! ■ библкотька ------------1

0Ш1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность темы. Регулярные наблюдения за атмосферным лектричеством являются составной частью наблюдений за втмос-■ерой на глобальном фоновом уровне. В связи с этим одной из здач, стоящих перед исследователями, является задаче о выде-ении глобальных возмущений на фоне локальной изменчивости лектрических характеристик атмосферы. Современная методика нализа электрических данных недостаточно обоснована в научном лане. Отбор данных по условиям "хорошей погоды" не детелиза-ован в части влияния на них метеоусловий. Обычно регулярные аблюдения за атмосферным электричеством проводятся аппарату-ой,. установленной на высоте нескольких метров в приземном лое, то есть в области действия электродного эффекта.

Локальная изменчивость величин атмосферного электричест-а вблизи поверхности земли обусловлена прежде всего элект-одным эффектом. Кроме того в качестве местных факторов мо-ут выступать аэрозольные частицы в атмосфере", наличие силь-ых источников ионизации на поверхности и метеорологические акторы, действующие в приземном слое. В связи с этим необхо-им поиск мест, где влияние первых двух факторов мало и, од-овременно, детализация методики анализа электрических данных о метеорологическим условиям с 'помощью моделей электрического остояния приземного слоя или специальных экспериментов. Особо истрми местами могут быть высокогорные районы, в частности, риэльбрусье, которое по своему географическому положегию под-одит для мониторинга фонового состояния среды в большом регио-. е. При-условии, что в Приэльбрусье не <5удет намечаться новоз троительство или изменение в землепользования в этом районе, огласно рекомендации ВМО, могут проводиться наблюдения за а.т-осферой не глобальном фоновом уровне в отношении загрязнений.

Цель работы, разработка численных моделей электрического . эстояния приземного слоя применительно к. высокогорным'-условя-> и и исследоврние с их помощью изменчивости элсиричеейх ха-^ эктвристьк тблчзи поверхности гемли иод воздействием 'метворО-эгпчссклх факторов. Эксперямэнтрлькое иссЛедоЕРкие зтчосфар;; эго электричества в высокого ¡лей зонз Приельбрусья длч спрг-эления воьмэкности организации в этом рейоне фоновой атмос^-

ферно-элвктрической станции.

Задачи последования.Для выполнения постевленной цели необходимо рещить следующие задачи:

I. Разработке и реализация численных моделей электрического состояния приземного слоя применительно к высокогорным условиям.

'¿. Исследование с их помощь» влияния электродного эффекте на изменчивость электрических характеристик вблизи поверхности эелда в зависимости от значения напряженности электрического поля, степени вонизеции зоздуха, наличия аэрозольных частиц в эт-тофере и метеорологического ре ¡зима приземного слоя.

3. Комплексное исследование электрических характеристик от-кос.^ери в Прнвльбрусьв с целью определения возможности создания фоновой атмосферно-электрической станции в этом регионе.

Научная новизна. работы.

1. Проведено комплексное исследование глектричзского состояния атмосферы на высокогорной станции пик Чегет в Приэльбрусье. Показано, что на ней отсутствует сильные источники ионизации, концентрации аэрозольных частиц в атмосфере малы, вариации напря-кенности электрического поля и плотности полного тока обусловлены, в основном, унитарной вариацией потенциала ионосферы. На основе этого сделан вывод, что станция глобально-репрезентэтнв-не в 8тмосферно-электрическом отношении и пригодна для наблюдений за атмосферой на фоновом уровни при соответствующем отборе донных.

2. С помощью моделей классического и турбулентного электродного эффекте исследовано электрическая структура приземного слоя в зависимости от значения напряженности электрического поля, степени ионизации воздуха, наличия аэрозольных частиц п метеорологического рекика применительно к высокогорным условиям. На основе полученных результатов сформулированы рекомендации

по методика отбора и анализе электрических данных наземной сети.

Практическая ценность работе.Пол.ученнье в диссертация результаты могут быть использованы:

- при анализе данных, полученных в результате наземных наблюдений за атмосферным электричеством;

•• при построении моделей глобальной электрической цепа, учитывающих вклад генераторов объемного зарвда, дейстьушдах с и ризе ином о лоз;

- при гэлиогеофизических исследованиях в части атмосферного электричества для выделения возмущений по данным наземной сети;

- для организации, проведения и анализа наблюдении по биосферным электричеством в высокогорных условиях, в чясг-юсти, для создания .'¡хзновой птмос^рно-электричвсгой станции I районе Эльбруса.

На защиту выносятся следующие научные результаты: '

1. Исследования атмосферного электричества на высоксгор-юй станции пик Чегет: результаты измерения и их анализ.

2. Результаты численного моделирования электрической ¡труктуры нетурбулентного и турбулентного приземного слоя признательно к высокогорным условиям.

3. Результаты теоретического исследования изменчивости электрических характеристик вблизл поверхности замлп в зависи-юсти от значения напряженности электрического поля, степени юнизацки воздуха, наличия в атмосфере азроьолышх частиц и ■етеорологического режима.

Апробация работы.Результаты исследований докладывались на У Всесоюзном симпозиуме по атмосферному электричеству (Наль-1ик, 1920), конференциях молодых ученых и специалистов ГГО IM. А.И.Воейкова (Ленинград, 1989, IS90), УкрНИИШ ( Киев, :S88), ЗГИ (Нальчик, 1987), научном семинаре отдела атмосрер-юго электричестве ГТО (Ленинград, IS89 - IS9I г.г.), научном ¡еминаре ВГИ (Нальчик, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных >эбот.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, гетырех глав и заключения. Е8 общий объем составляет 146 страна, включая 45,5 рисунков, таблиц к 106 ссылок на использование источники.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность ге™ диссертационной 1аботы, сформулирована цель исследований, рассмотрена научная :овизаа и практическая ценность работы, перечислены постазлен-не и решенные в ходе проведения исследований задача.

В первой главе представлен обзор теоретических моделей лектродногс эффекта. В теории электродного эффекта рассматри-эется два крайних случая: так называете, классический (не-урбулентный) электродный эффект я турбулентный электродный фрект. Первый имеет место.при отсутствии турбулентного пере-

мешивания в атмосфере. При этом предполагается, что пространство нно-временное распределение концентрации ионов в приземном слое обусловлено только электрическими силами. Бо. втором случае предполагается, что перенос аэроионов в атмосфере осуществляется, наряду с электрическими силами, турбулентными' потоками воздухе, причем турбулентность мокет играть основную роль.

В первом разделе первой главы рассмотрены и проанализированы модели классического электродного аффекта. В этом случе^ исходная система состоит из трех нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка. На первом этапе моделирования при. решении уравнений использовались те или иные физические допущения» позволившие получить аналитические решения. Таким допущением являлись п едположения о равных лодвикностях положительных и отрицательных легких ионов и постоянной интенсивности , ценообразования. В случае присутствия в атмосфере аэрозольных частиц физическим упрощением являлось пренебрежение рекомбинаций легких ионов и ограничения на значения коэффициентов взаимодействия логкях ионов с гякелыми .ядрами. Все аналитические решения определялись в виде отношения значений напряженности электрического поля на поверхности электрода и на границе электродного слоя.

Применение вычислительной техники к решению задач, свя-' занных с электродным эффектом, расширило возможности исследования в части варьирования параметров, входящих в модели, позволило отказаться от тех существенных допущений, делавшихся ранее и получать распределение электрического поля по высоте.

Во втором разделе'первой главы анализируются модели турбулентного электродного эффекта, описывающееся нелинейными дифференциальными уравнениями Егорого порядка за счет включения в-них коэффициентов турбулентной диффузии. Как и в нетур-булентнок случае аналитически система решается при физическом упрощении: допущении о постоянстве проводимости, воздуха с . высотой, что математически упрощает задачу, но не отвечает на вопрос о том, какими внешними факторами определяется сама проводимость воздуха в приземном слое. Рещение задачи о турбулентном электродном эффекте численными методами: позволяет определить профили электрической проводимостии воздуха в зависимости от значений коэффициентов турбулентной диффузии.

Присутствие аэрозольных частиц в атмосфере, лвля:.: ¡::хгн стоком для легких яолоб, услоеняст Усходную систему урэекспкй. В правой чоотя ионизоциошю-реко.чбипащюшшх уравнении появляется члени, описывээдке взаимодействие легких попов с аэрозольными частицами. Кроне того добавляется уравнения, описывающие турбулентный перенос, образовавшихся тяжелых попов. Пр:; наличии аэрозольных частиц толищна электродного слоя уменьшается, пря больших концентрациях частиц электрическое состояние приземного слоя может определяться только образовавшимися тя-гелыми ионами.

При больших значениях коэффициента турбулентной диффузия продли положительных и отрицательных легких иокоз в приземном слое становятся похожими. Влияние электрического поля на них ослабевает. Крайней ситуацией является случай сильного турбулентного перемешивания, когда распределение легких донов обусловлено только турбулентной диффузией. 3 этом случае исходная система ионизационно-рекомбинационных уравнений «'уравнение Пуассона расщепляется на два уравнения. Первое лз которых описывает распределение легких ионов, в следовательно и проводимости воздуха под действием турбулентной диффузии, второе уравнение определяет профиль напряженности электрического поля при заданном профиле проводимости воздуха.

В третьем разделе первой главк проведено сравнение теоретических расчетов электродного »{факта с результатами измерений. Проведение градиентных измерений электрических величин в приземном слое является сложной задачей, так как на измеряемые параметры оказывает влияние электрическое поле, искажаемое-самими датчиками. Несмотря на это, имеющееся небольшое количество экспериментальных данных хорошо согласуется с расчетами по численным моделям классического в турбулентного электродного эффекта.1 На основе проведенного анализа делается два вывода: первый о адекватности результатов модельных расчетов экспериментальным данным, второй с необходимости дальнейшего развития градиентных измерений электрических, величин в нижних слоях атмосферы.

Численные расчеты по теории электродного эффекта, пред- \ ставленные в первой главе, были проведены для некоторых определенных значений напряженности электрического поля и ксафри- '

циента турбулентности, профилей интенсивности ценообразования, концентраций аэрозольных частиц. Эти расчеты показал;] принци-niisлы:у:о пригодность численных моделей для решения конкретных прокладки;: задач. Для резания задач,поставленных в диссертации, не обходи/о проводить новые расчеты, используя предыдущие как отправную базу для них.

Но втопой глеве приводятся результаты численного моделирования электрического состояния приземного слоя для нетурбу-лзитного случая применительно к высокогорным условиям. Последние i-'огут характеризоваться большими, по сравнению с равниной, значениями напряженности электрического поля вблизи поверхности земли, как например, на пике Чегет, возмогшим наличием источников ионизации и ыалкга концентрациями аэрозольных частиц в зт.\:осфоре. Для этого использовалась стационарная модель классического электродного эффекта. Поя этом предполагалось, что Н0Л2ЧВ9 ядер конденсации в атмосфере приводит к образованию г.'-.нелкх ионов, подвихжость которых на несколько порядков меньше, чек легких. Предполагалось, что ядра стационарны и имепт постоянную концентрации. Когда число ядер немного превышает количество легких ионов,.которые способны нейтрализовать тяжелые ионы, среднее время жизни а длина свободного пробега ядер увеличивается. В этом случае предположение о стационарности тяиашх ионов . не выполняется. Если моделировать электрическое состояние приземного слоя в "чистых" районах, где количество ядер конденсации меньше или сравнимо с числом легких ионов, например, в высокогорной зоне, то предложенная модель оказывается достаточной.

Исходная система уравнений имеет вид:

(fcriu) "УФ-и^Пг-ьПиМы -ЪгП4,г N®,

2 г - tyrtijtlj.i = 0,

Ni * N2 = const,

г'Де ft 4,i- концентрация положительных и отрицательных легких ионов, - их подавгшости, Е - напряженность электрического полк, интенсивность ценообразования, Л - коэффициент рекомбинации легких ионов, Nitio- концентрация пололштель-

ннх, отрицательных и нейтральных тяжелых ионов, i¿( ¿ - коэ(5-фициенты взаимодействия легких ионов с заряженными ;; нейтральными ядрами, е - элементарный заряд, ¿„-диэлектрическая проницаемость воздуха, г - высота.

Граничные условия: П2 (г-0) =0 , Е{г-.о) =0>

П а (<»)■ = Пг í= ( Ц. («о) /X) . ( 2 )

Система (I) с граничными условия;.»! (2) решалась численно методом Рунге-Кутта четвертого порядка. В соответствии с характеристиками атмосферного электричества в условиях высокогорья, полученными на Чегете, значения / £о / задавались от 100 до 500 Вм-1; N = I03 + 10" M~J. Профиль интенсивности ионообра-зовалия задавался в виде: ^ = +Qo€xp (_ 2Д);.

при Qo«Í&t80m*V, -t'(0,M j4) м.

. Основные результат«, полученные во второй главе.

1. В отсутствии аэрозоля при увеличении |Е0( от 100 до 500 электродный эффект ( значение Е0/Еоо ) практически не меняется, а толщина электродного слоя увеличивается. Как следствие этого но высоте I - 2.ш отношение Е/Е^, с ростом Е0 увеличивается на 4С$, ГЬ/Лоо практически не меняется, й "г/Лее уменьшается примерно на 80$.

2. Наличие в приземном слое аэрозольных частиц (М = 10® * Ю^м"^) уменьшает толщину электронного слоя, отношение F.q/E с» при этом с точностью до нескольких процентов не меняется. На высоте I -2м от поверхности значения N'w/No. и Е/Еоо меняются нелинейно, что обусловлено нелинейностью самого электродного эффекта.

3. С ростом BQ в присутствия аэрозоля: отноиекко Е/2«, на высоте I - 2 м увеличивается, но меньше чек в чистой атмосфере. Значения п2/П<~ и fb/N«. уменьшаются, Ni/lVoo увеличивается, a П* ¡Г) во с точностью до 1С$> остается постоянным.

4. Наличие тонкого слоя повышенной ионизации вблизи поверхности земли приводит к peueixsy электродного зкта в ползло ни;: отрнцетолъного объегшого заряда. Этот э-ЭДект исчезает при увеличения значений | EQ I или масштаба распределения

ty (2) . При значениях Q = 80 ;.Г3с-1, 2 = - 200 Вм-1 получено, что 0j¡ убывает с высотой, s растет. Это хорошо.согласуется с известными экспе рименталышмп результатами.

Tdk;:í.í сбросом кожко сделать вывод, что нетурбуденткый электрод::!;»; э]Локт существенно зависит от величины электричзс-гого г.оля, интенсивности нонообргзовакия и концентрации аэро-золыуг/С частиц в атмосфере, обуславливая тем самым изменчивость электрических характеристик пряземного слоя.

В третьей главе приведены результаты численного моделирования электрического состояния турбулентного приземного слоя. Для этого используется система 'уравнений,' описывсщея турбулентны:": алестродаый эффект в стационарном случае:

- 1 (^ * ¿ П, ЕМ (2) - ¿nt Л»,

й ~-То f'^-Па). ( з )

где ])r(¿)~ ксэТф.циент турбулентной диффузии. Граничные условия з эгои случае задавались следующими:

/ \ v¿

ПА (г=2„) = íl¿ (2*2.) =0, IU («О = fl¿(oo) >

=-fyr > * е {U пи<~) h h г\ц (со))

С 4 )

- параметр шероховатости земной поверхности.

В первом разделе третьей главы рассматривается влияние метеорологических условий на электрические характеристики приземного слоя. В модели эти условия учитываются через раз -личные представления коэффициента в случае нейтральной

стрятирпкапии для использовалось следующее представление:

• № jfk ' 2 • ( 5 )

I г°

где u¿2- скорость горизонтального Еетро ко высоте £¿ , -постоянная Кармана.

Для диапазона скоростей ветра U¿¿ - ( 0 - б ) мс~*, что соответствует общепринята: условиям хорошей погоды при пебдадекмях за атмосферным электричеством, были рассчитаны распределения fí-^j и Е в турбулентное криземком слое. Анализ ■ полученных результатов покеэивсет, что с увеличением тол-льна электродного слоя растет. Поя знечениях i и

значениях Е0 ~ 100 прормлн распределения Пц и Е становятся гохокшли es кетурбулентннй случай. При скорости ветра

~ 6 МО--* профили П 4 и (^становятся близкими. С увеличенном скорости ветра электродный эфрект, ( Е/Е ъо ) на высоте I - 2 м усиливается, но во всем электродном слое EQ/E оо остается неизменным.

Во втором разделе третьей главы исследуется влияние источников ионизации не электрическое состолнпр турбулентного приземного слоя. При небольших значениях коэффициента турбулентной диффузии и повышенной ионизации в тонком слоо вблизи поверхности отрицетелышй объемный заряд сохраняется, как и з нетурбулентном случае, при этом масштаб распределения его увеличивается. При значении Jírí1!)- 0.03 мо-* толщина слоя с отрицательным обьешшм зарядом равна 15 м. Увеличение турбулентной диффузии или усиление электрического поля приводит с исчезновению объемного заряда.

В третьем разделе исследуется влияние аэрозольных частиц ta турбулентный электродный эффект. Покезано, что в равновес-гом случае при концентрации монодисперсшх аэрозольных частиц .о 10 м-3 в величину объемного электрического заряда вносят . клад легкие нош и аэрозольные частицы, заряженные одно и двухкратно. При концентрации аэрозольных частиц в слое олщиной несколько мэтров у земли набладеется реверс элоктрод-ого эффекта, обусловленный отрицательным объемным зарядом, оздаваемым образовавшимися тяжелыми ионами.

В четвертом разделе третьей главы рассматривается прибли-ение сильного турбулентного паремейивакия. При условии

«4, - (Dm X) стационарная система

равнений, описывающая электрическое состояние турбулентного ?иземного слоя имеет вид:

-DT(2)¿.2_£ Ж < х[г) : AL .

d z¿ So to ( 6 )

и расчетов использовалось стеганное представление .D г

где IT1 = 0; I; 4/3 параметр стратификации лри-много слоя. Граничные условия задавались следугэдми:

Уг

ff (г>2.)=0, ' Ef*--> . .

Система уравнений (6) была обезразмерена и решалась численно. При этом был введен характерный масштаб турбулентного электродного слоя: в первом .уравнении - ¿т. во втором

имеющие размерность длины. Анализ масштаба позволяет оценить влияние метеорологии, радиоактивности воздуха и аэрозоля но электрические характеристики приземного слоя в приближении сильного турбулентного перемешивания. Увеличение значений Dm при ллбом типе стратификации приземного слоя приводит к увеличении Lm . Наличие аэрозольных частиц достаточной концентра ции уменьшает значение , что также приводит к увеличению L tn . Увеличение радиоактивности воздухе приводит к увеличении Л о» и уменьшению Lrn . IIa высоте нескольких метров увеличение Lm приводит к уменьшению значений Е, At , а уменьшение Lm - к увйличвни». Электродный эффект ( Е0/ Е ^ ) при этом практически не меняется.

В четвертой гл8вв приводятся результаты комплексного исследования электрического состояния атмосферы на высокогорной станции пик Чегет ( 3040 м над уровнем моря ) в Приэльбрусье в 1989 - IS80 г.г.

В первом разделе представлен краткий обзор экспериментальных исследований атмосферного электричества в районе Приэльб-русья. Исследования, проведенные в 30 - 50х годах выявилии малую загрязненность этого района и отсутствие в нем сильных источников ионизации. В суточных вариациях напряженности электрического поля были выявлены закономерности, обусловленные глобальными .''{акторами»

Во втором разделе описаны аппаратура и методика измерений электрических характеристик атмосферы, которые применялись при наблюдениях на- Чегете. Комплекс аппаратуры включал в себя датчики напряженности Е электрического поля "Поле - '¿", электрической проводимости воздухе А± "Электропроводность - ¿", приборы для измерения плотности полного вертикального тока J0

L т

методом пластины). Измерения Е, Jc проводили непрерывно

течение трех экспедиций на Чегете в различные сезоны. В вгусте-сентябре 1985 г. были проведены эпизодические измерения нтенсивностн ионообразования Ц- вблизи поверхности земли и оличество ядер конденсации N . Дад измерения ^ был раз-аботан новый прибор, защищенный авторским свидетельством, по-ышающий точность измерений и обеспечивающий возможность ре-истрации данных в автоматическом режиме.

В третьем разделе приводятся результаты наблюдений за Е,

/о ,9-, М на горной станции пик Чегет. Суточные вариации и в основном обусловлены глобальной унитарной вариацией отенциала ионосферы. 3'летние месяцы на глобальную вариации вкладываются локальные вариации, обусловленные действием кон-ективных генераторов в приземном слое. Это приводит к поязле-ию в суточном ходе Е дополнительного дневного максиму.1..а.

Положительная проводимость воздуха на Чегете практпчес-и постоянна в течение оуток. Отрицательная проводимость кор-елирует с суточным ходом Е, что является следствием электрод-ого эффекта, усиленного за счет способа установки датчика . оэффициент униполярности У обычно был больше единицы, го свидетельствует о наличии положительного объемного заряда близи поверхностии земли, и равняется в среднем 1.3 - 1.4. етом при малых значения напряженности электрического поля в очное время f бил меньше I. что говорит о появлении ночью трицательного объемного заряда, за счет накопления у земли адона.

Средние значения интенсивности ионообразования составили О пар ионов/см^с на высоте I м, у земли и 25 пар ионов/см^с епосредственно на поверхности земли.

Средние значения концентрации ядер конденсации на высоте .5 м составили 400 - 500 ядер в см3. При направлениях ветра о стороны Баксанского ущелья число ядер увеличивалось, мак-вмалыше значения достигали'1100 - 1200 ядер в см^.

Полученные характерные значения электрических характе-истик .для горной станции пик Чегет были использованы при деленном моделировании электрического состояния атмосферы у змли.

По денным среднечасовых значений Е, и /'в условиях невэзмущенной погоды рассчитан параметр £ - /Е (А* +Л-) и, таким образом, сформулирован критерий Доле залеке для имевшейся установки аппаратуры на пике Чегет. Для невозмущенных элактричзоких дан;гах среднее значение ^ составило [ 0.5 - 0.8] , причем с уменьшением значений (|гьр. величина О. растет.

Не основе проведанных исследований на горной станции пик Чегчт мокко рекомендовать ее для наблюдений за атмосферным электричеством на фоновом уровне при отборе данных с учетом метеорологической обстановки в соответствии с методическими рекомендациями, полученными на основе модальных расчетов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом диссертационной работы являются следующие результа ты и выводы:

I. С помощьв численных моделей классического и турбулентного электродного эффекта исследована изменчивость электрических характеристик атмосферы под влиянием глобальных и локальных факторов: в зависимости от напряженности электрического по ля, степени развития турбулентного перемешивания в атмосфере, наличия аэрозольных частиц и источников ионизации. На основании модельных расчетов получены, следующие результаты:

- в натурбулентном случае усиление электрического поля на поверхности земли от 100 до 500 Вм-1 приводит к увеличению толщины электродного слоя и, как следствие этого, электродный эффект не высоте I - 2 и увеличивается примерно на 40$, тогда как во всем электродном слое электродный эффект не меняется. Значение П4 /И« на высоте I - 2 м почти не меняется а Па /По» уменьшается на £($; ,

- наличие аэрозольных частиц концентраций 10® 10" м-3 уменьшает толщину электродного-слоя. Электрод шй эффект во врем слое при этом не меняогся. Усиление электрического поля увеличивает толщину влектродного слоя, но меньше, чем в чистой атмосфере. На высота I - 2 м значения П^/Лоо

и Е/£м изменяются нелинейно, что обусловлено нелинейностью самого электродного эффекте;

- наличие тонкого слоя повышенной ионизации вблизи по-

верхности земли может привести к реверсу электродного эффекта и появлению отрицательного объемного заряда. Этот эффект исчезает при увеличений значений | Ё | или толщины этого слоя:'

- наличие турбулентного перемешивания в атмосфере приво- . дит к увеличению толщины электродного слоя по сравнению о нетурбулентным случаем, электродный эффект во всем слое при этом не меняется. Изменчивость электрических характеристик ' вблизи поверхности земли.в этом случае определяется значениями коэффициента турбулентной диффузии, а следовательно, метеоро- . логическим режимом приземного слоя. В случае нейтральной стратификации в диапазоне скорости ветра ( I - б ) мс-1 изменений ;

электродного эффекта на высоте нескольких метров достигает . .

■

■! -.отрицательный объемный заряд, создаваемый слоем повышенной ионизации вблизи поверхности земли, при небольших зна- . чениях коэффициента турбулентнооти сохраняется, а масштаб его распределения увеличивается. Увеличение электрического поля или турбулентной диффузии приводит к его исчезновению;

- наличие слоя вэрозрльных частиц ( мепьшего по масштабу, чем электродный слой ) концентрацией г* может также• приводить к реверсу электродногр аффекта вблизи поверхности земли; . " . '

- в приближении сильного турбулентного перемешивания распределение электрического поляг и проводимости воздухе определяется турбулентной диффузией. В этом случае увеличение турбулентности и наличие аэрозольных частиц увеличивают тол--щину электродного слоя;

!• 2. Проведено экспериментальное исследование электрического состояния атмосферы на пике Чегет. в Приэльбрусье. При этом получены следующие результаты! .. • '

, - показано, что вариации В и у обусловлены в основном глобальной унитарной вариацией потенциала ионосферы;

положительная проводимость воздуха, являющаяся индикатором загрязнений, практически постоянна в течение суток. Ее средние значения летом больше, чем зимой;

- средние значения концентрации ядер конденсации составили 400 - 50 ядер в см3, отдельные значения не превышали 1200

ядер в см.

- средние значения интенсивности новообразования.летом составили 20 я 2о aap иолов на высоте I м и на иоверх-косги гакг:,-,, соответственно;

- разработан прибор дхя вгкерепая интенсивности новообразования, гювшзщнй точность измерений и позволяющий обаспе-r::iTb регистрация данных п автоматическом рейке. •

На основании получениях денных, сделан вывод о возможности проведения на станции пик Чегег фоновых наблюдений за ат-мосферккп электричеством.

По теме диссертации, опубликованы следуищзе работы:

1. Морозов В.Н., Куповых Т.В. Влияние турбулентности и аэрозоля на распределение электрических параметров в приземном слое атмосферы // Труды БГИ, IS89, еып.?7, с. 15 - 21.

2. Ерохин В.Н., Канаев A.C., Купсвкх Г.Е., Шефтель В.М., Яроие.ндс A.B. Анализ результатов синхронных измерений Е в Приэльбрусье и на Кольском полуострове // Результаты исследований по международным-геофизическим проектам. Ыагнитосферные всслйдованзя 36 15, М.: I9S0, с. 44 - 47.

3. К7псвих Г.В., Морозов Е.К. К вопросу о моделировании электрического состояния атмосферы е горных районах // ТУ Все-солзный симпозиум по атмосферному эшхтричеству, Тезисы докладов, I9S0, Нальчик, с. 46.

~4. Заявка ü 4840115/25, МКИ НОГ 47/02 . Измеритель' интенсивности ценообразования / Бейсиев 1Л.Х., Куповых Г.В., Мартынов A.A., йварц Я.М. (СССР). Заявлено 19.06.90 /] • Положительное реуоние государственной научно-технической экспертаян изобр&тений от 28.Ü8.9I.

5. Куповых Г.В. К вопросу о ввделэнхи глобальных вариаций величин атмосферного электричества// Тр. конф. молодых ученых и специалистов IT0 им. А.И.Зоейкова, Ленинград. 24-25 октября 1990 г., IT0 А.И.Воейкова, Л., 1990, с. 23 - 2о, Деп.

в Ш1 ВШЖЯ-R 05.06.91, В IC80 -ПД91.

6. Куповых,Г.В., Морозов В.Н. Влияние метеорологических процессов кг распределение напряженности электрического поля в приземно» слое атмосферы// Тэзиск докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Методы в средства дистанционного 'зондирования атмосферы в интересах ивкации, Киев,1991,с.54-95.

7. Аджизв А.Х., Взлйлов К.А., Защипа Т.П., Кубовых Г.З., Мартинов A.A., Щ'орц Я.Н. Исследование oriiocjopnoro электричество на горной ствцдии "пик Чзгет" // Труди ВГИ. IS3I, вып. 83, с.87 - 91.

Ргл .ГГО .01. Об .92. Зэк.353. Т. ЮО.Беоллатяо.