Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
Одной из особенностей электрических процессов атмосферы является их двойственный характер - они одновременно порождают нелегко отделяемые один от другого эффекты местного и глобального масштабов.
Эффекты глобального масштаба проявляются в одновременном по всей Земле изменении напряженности ЭП атмосферы (унитарные вариации). Из -вестны по крайней мере четыре периода унитарных вариаций ЭП: 11-лет -ний, годовой, 27-суточный, суточный /I/. В годовом периоде поле принимает минимальное значение в игае, а максимальное - в январе /2/. В суточном периоде унитарная компонента поля минимальна в- утренние часы (3-8. ч) и максимальна около 19 ч всемирного времени. Средние значения напряженности поля зависят от широты: они максимальны в умеренных широтах и минимальны у экватора и в полярных областях /3/.
Эффекты местного маоштаба определяется метеорологическими условиями, характерными дая данного района /4/ : облака, осадки, туман, метели, пыльные бури вызывают изменение напряженности поля с периодами в диапазоне от долей оекунды д® неоколысих чаоов (рис. 18).
Источниками наиболее сильных полей в атмосфере являются грозовые о&ака, напряженность поля под которыми у земной поверхности дости-
Рис. 18. Изменение напряженности поля на на склоне Эльбруса (3060 м над уровнем моря)
а - в хорошую погоду и в тумане (после 15 ч), б - во время довдя и в хорошую погоду (после 14 ч)
гает 10^ В/м. Грозовое облако являетоя также генератором электрических разрядов, вызывающих скачки напряженности поля у земной поверхности. Кучевые облака, в частности облака хорошей погоды,вызывают небольшие отрицательные изменения ЭП.
Флюктуации напряженности электрического поля в диапазоне периодов от I до I02 0 наблюдаются в тропосфере даже при ясной погоде. Они могут порождаться многими источниками, определение которых производится по корреляции изменений напряженности электрического поля с другими геофизическими характеристиками, например, с изменениями плотности объемного з^;лда воздуха (рис. 19,а). Поскольку источники геомагнитных пульсаций у поверхности Земли могут быть космической природы (см. п.1.6 наст, гл.), то частичная корреляция /5/ флюктуаций напряженностей электрического и магнитного полей (рис. 19,6) наводит на мысль о возможном существовании источников электрических пульсаций за пределами тропосферы.
За последние десятилетия значительно возрасла относительная роль антропогенных факторов в формировании электрических полей у земной по -верхности. Радио- и телевизионные станции, линии электропередач, объ -емные заряды, возникающие в атмосфере в результате действия промышленности и транспорта, вследствие процессов горения, испарения, диспергирования веществ в воздухе, создают дополнительные изменения ЭП. Кроме
а
?ре/гя, мин
Рис. 19. Одновременно измеренные пульсации плотности объемного заряда и вертикальной компоненты напряженности электрического поля (г. Долгопрудный, Московская обл.) (а) и напряженности электрического ЛЕг и магнитного /IH* полей (г. Борок, Ярославская обл.) (б)
того, искусственное введение веществ в атмосферу изменяет электричес -кую проводимость воздуха и влияет таким образом на напряженность естественного поля.
Итак, электричеокое поле тропосферы является результатом векторного сложения компонент полей от различных источников? унитарной Еу, общей для всей Земли, метеорологической от местных метеорологичеоких источников. от источников солнечной и космической природы и полей ан— тропогенного происхождения Еа:
Рис. 20. Эквивалентная схема атмосферной электрической цепи
а - общий случай, б - модификация для случая океанической модели
Из общих соображений, основанных на факте, существования унитарной вариации с суточным и годовым периодами, следует, что электризация атмосферы причинно связана с положением Земли относительно Солнца. Механизм! этой связи, как и механизм генерации атмосферных зарядов, в нас -тоящее время полностью не раскрыт и составляет одну из главных проблем теории атмосферного электричества.
Для простоты рассуждений о возможной природе вариаций алектричео -кого поля обычно рассматривают эквивалентную схему глобальной электрической цепи (рис. 20), которую в простейшем случае можно моделировать генератором тока, расположенным в тропосфере, с последовательно вклю -ченными сопротивлениями А^- между верхним положительным полюсом гене -ратораи проводящей верхней атмосферой- электросферой,Rz- между электросферой и земной поверхностью в области отсутствия генерации зарядов, Rj - между земной поверхностью и нижним отрицательным полюсом генератора (в случае, если процесс разделения зарядов происходит существенно над земной поверхностью).
Использование условия непрерывности плотности вертикального тока проводимости j в виде
/ =,10Еу = Л?у -Л%/кэ , (2)
где Еу, Ёу,А0. Л - приземные и средние по вертикальному столбу величины напряженности унитарной компоненты ЭП и проводимости воздуха в точке измерения, %, h э ~ потенциал и эффективная высота нижней границы электросферы в точке измерения , позволяет выразить унитарную компоненту в районе измерений соотношением
