Моделирование электрической структуры конвективно-турбулентного приземного слоя в условиях аэрозольного загрязнения атмосферы

-

Весь текст будет доступен после покупки

Изучение электродинамических процессов, протекающих в приземном слое, является одним из перспективных направлений физики атмосферы. Известно, что приземный слой характеризуется турбулентными течениями и конвективным переносом, поверхностными источниками ионизации (радиоактивности), присутствием аэрозольных частиц, оказывающими при достаточной концентрации существенное влияние на электрическую структуру приземного слоя. Электрические характеристики атмосферы могут служить параметрами контроля её общего состояния. Несмотря на большое количество работ по данному направлению, на сегодняшний день остаются недостаточно исследованными механизмы влияния аэрозольного и радиоактивного загрязнений атмосферы на пространственно-временные электродинамические структуры в приземном слое при различных метеорологических и физических условиях. В связи с этим возникает необходимость развития нестационарных математических моделей электродинамических процессов в приземном слое в условиях аэрозольного загрязнения атмосферы, что поможет развитию представлений о механизмах возникновения вариаций электрического поля вблизи поверхности земли локального и глобального происхождений и разработке новых методов контроля антропогенного воздействия на атмосферу.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Математическая модель электродинамики атмосферного приземного слоя

В настоящее время атмосферно-электрические наблюдения используются для решения важных задач, связанных со здоровьем людей [1], определением степени загрязненности атмосферы [2], оценкой влияния изменений солнечной активности на климатические характеристики тропосферы [3,4,5,6], предсказанием землетрясений [7,8,9]. Электрические характеристики атмосферы могут быть использованы для контроля её состояния. Для правильной интерпретации получаемых атмосферно-электрических данных необходимо развитие теоретических представлений об электрогидродинамических процессах, протекающих в приземном слое, обусловленных “электродным эффектом” [1013], который является предметом дальнейшего рассмотрения.
Общая система уравнений для моделирования электродинамики атмосферного приземного слоя имеет вид [10]:

(1.1)

где объемная концентрация ионов -й группы, их подвижность, скорость гидродинамических течений в приземном слое, коэффициенты молекулярной диффузии ионов, члены, описывающие взаимодействие ионов -й группы с ионами других групп и с аэрозольными частицами, интенсивность ионообразования ионов -й группы, их коэффициенты рекомбинации, , напряженность электрического и магнитного полей, плотность электрического тока, плотность электрического заряда, электрическая постоянная.
Для электрической проводимости атмосферы ( ) и плотности электрического заряда ( ) имеем формулы:

, (1.2)
Далее, из ионизационно-рекомбинационных уравнений системы (1.1) можно получить уравнение сохранения для электрического заряда [10]:

. (1.3)

Из уравнения (1.3) следует выражение для связи плотности тока и плотности электрического заряда:

, (1.4)

Вследствие малого различия между подвижностями для ионов различных групп [12,13,14], можно считать коэффициенты турбулентной диффузии одинаковыми. Тогда при из (1.4) получаем

(1.5)

В предположении потенциальности электрического поля исходная система уравнений принимает вид [10]:

Весь текст будет доступен после покупки

1. Аджиева О.А., Бжекшиев С.Л., Машуков И.Х., Машуков Х.Х. Исследование связи между изменениями градиента потенциала электрического поля атмосферы у земли и метеотропными реакциями у кардиологических и гипертонических больных // Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству: Сб. научных трудов. Владимир, 2003. Т. 1. С. 263-264.
2. Попов И.Б., Соколенко Л.Г., Михайловский Ю.П. Использование данных об электрической проводимости воздуха в мониторинге загрязнения атмосферного воздуха // Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству: Сб. научных трудов. Владимир, 2003. Т. 1. С. 271-272.
3. Жеребцов Г.А., Коваленко В.А., Молодых С.И. Радиационный баланс атмосферы и климатические проявления солнечной переменности // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17. № 12. С. 1003-1017.
4. Жеребцов Г.А., Коваленко В.А., Молодых С.И., Шаманский Ю.В. Влияние гелиогеофизических факторов на электрические характеристики атмосферы // Пятая Российская конференция по атмосферному электричеству: Сб. научных трудов. Владимир, 2003. Т. 1. С. 43-46.
5. Пхалагов Ю.А., Ипполитов И.И., Ужегов В.Н., Булдаков А.В., Аршинов М.Ю. Исследования взаимосвязи между УФ-потоком, напряженностью электрического поля и оптико-микрофизическими характеристиками приземного слоя атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т.15,№ 4. С. 337-343.
6. Н.В. Чернева, В.В. Кузнецов. Форбуш-понижения и эффекты терминатора в атмосферном электричестве Камчатки. Лекции БШФФ-2005. С. 37–40.
7. Шулейкин В.Н. Атмосферное электричество и сейсмические, гидрогеологические и газовые поля земли // Сборник трудов VI Российской конференции по атмосферному электричеству, 2007, ИПФ РАН, г. Нижний Новгород. С. 35-38.

Весь текст будет доступен после покупки