Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. В.6. Т.1. С. 139-145
Исследование скейлинговых параметров структурных функций
атмосферного электричества для грозовой облачности
Н.С. Ерохин
1, Н.Н. Зольникова
1, Л.А. Михайловская
1, С.Л. Луков
21 Институт космических исследований РАН, Россия, 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32
2 Институт космических исследований БАН, Болгария, 1000 София, ул. Московская, 6
На основе данных измерений высотного профиля электрического поля E(z) в грозовой
облачности рассмотрены скейлинговые характеристики структурных функций электрических
флуктуаций. Разработаны аналитические аппроксимации для экспериментальных графиков поля
E(z) с использованием системы локализованных функций. Установлено, что характерная
величина крупномасштабных вариаций электрического потенциала может достигать сотен
мегавольт при толщинах слоев по высоте порядка километров. Показано наличие сильных
флуктуаций обьемной плотности электрического заряда с характерными масштабами по высоте в
диапазоне от десятков до сотен метров. Численно найдены структурные функции для флуктуаций
электрического поля. Выявлены инерционные интервалы электрической турбулентности,
находящиеся в области малых и средних масштабов. Для найденных инерционных интервалов
вычислены скейлинговые экспоненты. Полученный скейлинг структурных функций
свидетельствует о наличии когерентных структур и перемежаемости турбулентности. Результаты
выполненного анализа представляют интерес для исследований роли электрических структур
интенсивных атмосферных вихрей в процессах генерации гидродинамической спиральности и
поддержания наблюдаемой, самосогласованной, существенно неоднородной структуры движений
газа в мощных атмосферных вихрях, а также для изучения механизмов возникновения
ионосферных отпечатков тропосферных вихрей.
Ключевые слова: атмосферное электричество, флуктуации, структурные функции, скейлинговая экспонента, высотный профиль, грозовая облачность, вихри, электрическое поле, инерционный интервал, турбулентность
Полный текстСписок литературы:
- Моисеев С.С., Сагдеев Р.З., Тур А.В., Хоменко Г.А., Шукуров А.М. Физический механизм усиления вихревых возмущений в атмосфере // Доклады Академии наук, 1983. Т.273. № 3. С.549- 552.
- Moiseev S.S., Chkhetiani O.G. The helical scaling of turbulence // JETP, 1996. V.110. No.7. P.357-371.
- Branover H., Moiseev S.S., Golbraikh E., Eidelman A. Turbulence and Structures: Chaos, Fluctuations, and Helical Self-Organization in Nature and Laboratory // San Diego: Academic Press. 1999. 270 p.
- Артеха С.Н., Гольбрайх Е., Ерохин Н.С. О роли электромагнитных взаимодействий в динамике мощных атмосферных вихрей // Вопросы атомной науки и техники, 2003. №4. С.94-99.
- Arteha S.N., Erokhin N.S. Electric Structures Influence on the Atmospheric Spiral Vortices Stability // Proceedings 9-nd International Symposium on Ball Lightning (ISBL-06). Eds. by G.C. Dijkhuis, D.K. Callebaut & M. Lu. Eindhoven University of Technology. Eindhoven. The Netherlands. 2006. P.3-9.
- Arteha S.N., Erokhin N.S. Analytical models of small-scale stratification of charged subsystems in atmospheric vortices // Proceedings of the VI Russian Conference on the Atmospheric Electricity. Nizhniy Novgorod. IAP RAS. 2007. P.103-104.
- Byrne G.J., Few A.A., Stewart M.F. Electric Field Measurement Within a Severe Thunderstorm Anvil // Journal of Geophysical Research. 1989. V.94. № D5. P.6297-6307.
- Marshall T.C., Rust W.D. Electrical Structure and Updraft Speeds in Thunderstorms over the Southern Great Plains // Journal of Geophysical Research. 1995. V.100. P.1001-1015.9.
- Handbook of Turbulence / Eds. W. Frost and T.H. Moulden. Plenum Press. New York and London. 1977. 535 P.10.
- Horbury T.S., Balogh A. Structure function measurements of the intermittent MHD turbulent cascade // Nonlinear Processes in Geophysics. 1997. V.4. № 3. P.185-199.