сотрудник с 01.01.1975 по 01.01.2021
Красноярск, Красноярский край, Россия
Красноярск, Россия
Проанализирована роль рельефа в формировании глобальной электрической цепи. Рельеф земной поверхности найден с помощью базы данных GLOBE, которая определяет высоту над средним уровнем моря в географических координатах с пространственным разрешением 30 угл. сек. Атмосфера рассмотрена как глобальный проводник между поверхностью Земли и ионосферой, для которых применено приближение идеальной проводимости. Использованы эмпирические модели проводимости атмосферного воздуха. Для упрощения описания крупномасштабных явлений осуществлен переход к одномерному моделированию вертикаль-ных столбов воздуха. Показано, что учет рельефа уменьшает сопротивление атмосферы в среднем на 10 %, а локальное сопротивление над большими горами — в несколько раз. Отмечается, что и в более общих моделях электропроводности атмосферы учет рельефа тоже существенен.
глобальная электрическая цепь, проводимость, атмосфера, рельеф, уравнение электропроводности
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с современными представления-ми [Мареев, 2010] генерация токов глобальной электрической цепи происходит в грозовых облаках. Сторонний электрический ток, текущий вверх внутри облака, замыкается направленными вниз токами проводимости внутри облака и в прилегающей к облаку атмосфере, а также по глобальному проводнику. В последнем случае ток проводимости уходит выше облака в ионосферу, растекается по ионосфере, течет по всей атмосфере вниз до земной поверхности, собирается по земле до области под облаками и через нижнюю атмосферу попадает на нижнюю границу облака. При этом разность потенциалов между верхней и нижней границами отдельного грозового облака может достигать сотни мегавольт, а характерная разность потенциалов между поверхностью Земли и ионосферой равна 300 кВ.
Разность потенциалов между разными точками в ионосфере на много порядков меньше, и поэтому для ионосферы приближенно может быть использована модель идеального проводника. Земля тоже может рассматриваться как идеальный проводник из-за своей хорошей проводимости. Полный ток проводимости I между этими идеальными проводниками определяется разностью потенциалов между ними, которую обозначим V0. Атмосфера является проводником, заключенным между такими электродами. Ее сопротивление R определяется пространственным распределением проводимости воздуха σ и формой проводника.
В настоящей работе сопротивление атмосферы найдено с учетом рельефа.
1. Денисенко В.В. Энергетический метод расчета квазистационарных атмосферных электрических полей // Сибирский журнал индустриальной математики. 2011. Т. 14, № 1. С. 56-69.
2. Денисенко В.В., Бычков В.В., Помозов Е.В. Расчет атмосферных электрических полей, проникающих из ионосферы // Солнечно-земная физика. 2008. Вып. 12, т. 2. С. 281-283.
3. Денисенко В.В., Бычков В.В., Помозов Е.В. Математическое моделирование проникновения электрических полей из ионосферы в атмосферу // Межгеосферные взаимодействия (Москва 26-27 сентября 2011 г.): материалы семинара-совещания / Ин-т динамики геосфер РАН. М.: ГЕОС, 2011. С. 89-96.
4. Денисенко В.В., Помозов Е.В. Расчет глобальных электрических полей в земной атмосфере // Вычислительные технологии. 2010. Т. 15, вып. 5. С. 34-50.
5. Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // УФН. 2010. Т. 180, № 5. С. 527-534. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201005h.0527.
6. Шривер Б.А. Справочник по геофизике. М.: Наука, 1965. 572 с.
7. Ampferer M., Denisenko V.V., Hausleitner W., et al. Decrease of the electric field penetration into the ionosphere due to low conductivity at the near ground atmospheric layer // Annales Geophysicae. 2010. V. 28, N 3. P. 779-787. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-28-779-2010.
8. Denisenko V.V., Biernat H.K., Mezentsev A.V., et al. Modification of conductivity due to acceleration of the ionospheric medium // Ibid. 2008. V. 26. P. 2111-2130. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-26-2111-2008.
9. GLOBE Task Team and others. The Global Land One-kilometer Base Elevation (GLOBE) Digital Elevation Model, Version 1.0. National Oceanic and Atmospheric Administration, National Geophysical Data Center, Boulder, 1999. Digital data base on the World Wide Web. URL: http://www.ngdc.noaa.gov/ mgg/topo/globe.html (access date 05.10.2014).
10. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2010. V. 72. P. 376-381. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.12.004.
11. Molchanov O., Hayakawa M. Seismo-electromagnetics and related phenomena: History and latest results. Appendix 10. Atmospheric conductivity. Tokyo: Terrapub, 2008.
12. Rycroft M.J., Odzimek A. Effects of lightning and sprites on the ionospheric potential, and threshold effects on sprite initiation, obtained using an analog model of the global atmospheric electric circuit // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. A00E37. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014758.
13. World Geodetic System 1984 (WGS 84). URL: http://earthnfo. nga.mil/GandG/wgs84 (access date 03.10.2014).
