Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 29. № 4. C. 135-148. ISSN 2079-6641

Содержание

DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-135-148

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

УДК 537.21

ОСНОВНЫЕ СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ ВАРИАЦИЙ АТМОСФЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ ВО ВРЕМЯ СИЛЬНЫХ МОРОЗОВ НА ТЕРРИТОРИИ СИБИРИ

В. И. Козлов¹, П. М. Нагорский²³, К. Н. Пустовалов²³, С. В. Смирнов², А. А. Торопов¹

¹Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, 677980, г. Якутск, пр. Ленина, 31
²Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 364055, г. Томск, пр. Академический, 10/3
³Национальный исследовательский Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

E-mail: v.kozlov@ikfia.ysn.ru, npm_sta@mail.ru, const.pv@yandex.ru,
smirnov@imces.ru, toropov@ika.ysn.ru

Рассмотрено влияние сильных понижений температуры в холодный период года, сопровождаемых туманами (смогом), на метеорологическое и атмосферно-электрическое состояние приземного слоя атмосферы на территории Сибири. Выдвинуто предположение о том, что падение напряженности электрического поля и увеличение электропроводности воздуха в приземном слое атмосферы во время сильных и продолжительных морозов обусловлены изменениями агрегатного состояния частиц тумана и формы ледяных кристаллов при температуре ниже -16 ºС и уменьшеним абсолютной влажности воздуха при температуре ниже -35 ºС.

Ключевые слова: экстремально-низкие температуры, ледяной городской туман, метеорологическая дальность видимости, атмосферное электричество, электропроводность атмосферы

© Козлов В. И. и др., 2019

Исследование выполнено при частичной поддержке: в ИМКЭС СО РАН – госбюджетная тема IX.135.1 (номер госрегистрации АААА-А17-117013050031-8); в ИКФиА ФИЦ ЯНЦ – госбюджетная тема II.16.2.1 (номер госрегистрации АААА-А17117021450059-3), поддержанная грантом РФФИ 18-45-140028 р_а.

INSTRUMENTS AND METHODS OF MEASUREMENT

MSC 86A10

THE MAIN SCENARIOS FOR THE DEVELOPMENT OF ATMOSPHERIC-ELECTRIC VARIATIONS IN THE SURFACE ATMOSPHERE DURING SEVERE FROSTS IN SIBERIA

V. I. Kozlov¹, P. M. Nagorskiy²³, K. N. Pustovalov²³, S.V. Smirnov², A. A. Toropov¹

¹Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy of SB RAS, 677980, Yakutsk, Lenin ave., 36, Russia
²Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, 364055, Tomsk, Academichesky ave., 10/3, Russia
³National Research Tomsk State University, 634050, Tomsk, Lenin ave., 36, Russia

E-mail: v.kozlov@ikfia.ysn.ru, npm_sta@mail.ru, const.pv@yandex.ru,
smirnov@imces.ru, toropov@ika.ysn.ru

The influence of strong temperature drops in the cold season, which are accompanying by fogs (smogs), on the meteorological and atmospheric-electric state of the atmosphere surface layer in Siberia was considered. The assumption that a decrease in the electric field strength and an increase in the air electrical conductivity in the atmosphere surface layer during the heavy and long frosts are caused by the changes of fog particles phase state and ice crystals shape at temperature less -16 ºC and the decrease of absolute air humidity at temperature less -35 ºC was made.

Key words: group, subgroup, index of a subgroup, algorithmic problem, free product, direct product, occur-rence problem.

© Kozlov V. I. et. al., 2019

The study was carried out with partial support: at IMCES SB RAS — state budget topic IX.135.1 (state registration number AAAA-A17-117013050031-8); at the IKFiA FIC YaNTS — the state budget topic II.16.2.1 (state registration number AAAA-A17117021450059-3), supported by the RFBR grant 18-45-140028 р_а.

Список литературы/References

  1. Чалмерс Дж., Атмосферное электричество, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974, 316 с. [Chalmers Dzh., Atmosfernoye elektrichestvo, Gidrometeoizdat, Leningrad, 1974, 316 pp., (in Russian)].
  2. Седунов Ю. С. и др., Атмосфера. Справочник., Гидрометеоиздат, Ленинград, 1991, 509 с. [Sedunov YU. S. i dr., Atmosfera. Spravochnik., Gidrometeoizdat, Leningrad, 1991, 509 pp., (in Russian)].
  3. Куповых Г. В., Морозов В. Н., Шварц Я. М., Теория электродного эффекта в атмосфере, Изд-во ТРТУ, Таганрог, 1998, 123 с. [Kupovykh G. V., Morozov V. N., Shvarts YA. M., Teoriya elektrodnogo effekta v atmosfere, Izd-vo TRTU, Taganrog, 1998, 123 pp., (in Russian)].
  4. Анисимов С. В., Мареев Е. А., “Геофизические исследования глобальной электрической сети”, Физика Земли, 2008, №10, 8–18. [Anisimov S. V., Mareyev Ye. A., “Geofizicheskiye issledovaniya global’noy elektricheskoy seti”, Fizika Zemli, 2008, №10, 8–18, (in Russian)].
  5. Донченко В. А., Кабанов М. В., Кауль Б. В., Нагорский П. М., Самохвалов И. В., Электрооптические явления в атмосфере, Изд-во НТЛ, Томск, 2015, 316 с. [Donchenko V. A., Kabanov M. V., Kaul’ B. V., Nagorskiy P. M., Samokhvalov I. V., Elektroopticheskiye yavleniya v atmosfere, Izd-vo NTL, Tomsk, 2015, 316 pp., (in Russian)].
  6. Mareev E. A. et al., “Russian studies of atmospheric electricity in 2011–2014”, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 52:2 (2016), 154–164.
  7. Bennett A. J., Harrison R. G., “Atmospheric Electricity in Different Weather conditions”, Weather, 62 (2007), 277–283.
  8. Williams E., Mareev E., “Recent progress on the global electrical circuit”, Atmospheric Research, 135 (2014), 208–227.
  9. Пхалагов Ю. А. и др., “Исследования изменчивости и взаимосвязи оптических и электрических характеристик приземной атмосферы в зимних условиях”, Оптика атмосферы и океана, 24:4 (2011), 269–274. [Pkhalagov YU. A. i dr., “Issledovaniya izmenchivosti i vzaimosvyazi opticheskikh i elektricheskikh kharakteristik prizemnoy atmosfery v zimnikh usloviyakh”, Optika atmosfery i okeana, 24:4 (2011), 269–274, (in Russian)].
  10. Ippolitov I. I. et al., “Diurnal variations in the electrical field intensity under smoke from forest fires”, Doklady Earth Sciences, 453 (2013), 1137–1140.
  11. Tinsley B. A., “On the variability of the stratospheric column resistance in the global electric circuit”, Atmospheric Research, 76 (2005), 78–94.
  12. Kozlov V. I. et al., “Anomalous behavior of the electric field of the atmosphere at the extremely low winter temperatures”, Proceedings of SPIE, 10833 (2018), 108338O-1–108338O-4.
  13. Абанников В. Н., “Анализ условий, формирующих режим зимних туманов в г. Якутске”, Евразийский Союз Ученых, 2018, №4-4(49), 4–10. [Abannikov V. N., “Analiz usloviy, formiruyushchikh rezhim zimnikh tumanov v g. Yakutske”, Yevraziyskiy Soyuz Uchenykh, 2018, №4-4(49), 4–10, (in Russian)].
  14. Фирстов П. П. и др., “Подпочвенный радон и напряженность электрического поля атмосферы в районе Петропавловск — Камчатского геодинамического полигона”, Вестник Краунц. Серия науки о Земле, 1:7 (2006), 102–109. [Firstov P. P. i dr., “Podpochvennyy radon i napryazhennost’ elektricheskogo polya atmosfery v rayone Petropavlovsk-Kamchatskogo geodinamicheskogo poligona”, Vestnik Kraunts. Seriya nauki o Zemle, 1:7 (2006), 102–109, (in Russian)].
  15. Пхалагов Ю. А. и др., “Связь аномальных атмосферных условий с изменчивостью электрического поля”, Оптика атмосферы и океана, 22:1 (2009), 25–30. [Pkhalagov YU. A. i dr., “Svyaz’ anomal’nykh atmosfernykh usloviy s izmenchivost’yu elektricheskogo polya”, Optika atmosfery i okeana, 22:1 (2009), 25–30, (in Russian)].
  16. Smirnov V. V., “Electrization of Aerosol Wetted in Bipolarly Ionized Air”, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 4:3 (2010), 294–303.
  17. Leblanc F. et al., Planetary Atmospheric Electricity, Springer, Dordrecht, Boston, London, 2008, 532 с.
  18. Адушкин В. В., Соловьёв С. П., Спивак A. A., Электрические поля техногенных и природных процессов, ГЕОС, Москва, 2018, 459 с. [Adushkin V. V., Solov’yov S. P., Spivak A. A., Elektricheskiye polya tekhnogennykh i prirodnykh protsessov, GEOS, Moskva, 2018, 459 pp., (in Russian)].
  19. Firstov P. P. et al., “Electrification of Eruptive Plumes Discharged by Shiveluch Volcano in Relation to the Character of the Responsible Explosion”, Journal of Volcanology and Seismology, 13:3 (2019), 172–184.
  20. Sow M. et al., “Electrification of particles in dust storms: Field measurements during the monsoon period in Niger”, Atmospheric Research, 102 (2011), 343–350.
  21. Gorchakova I. A., Mokhov I. I., Rublev A. N., “Radiation and temperature effects of the intensive injection of dust aerosol into the atmosphere”, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 51:2 (2015), 113–126.
  22. Katz S. et al., “Electrical properties of the 8–12th September, 2015 massive dust outbreak over the Levant”, Atmospheric Research, 201 (2018), 218–225.
  23. Красногорская Н. В., Электричество нижних слоёв атмосферы и методы его измерения, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1972, 323 с. [Krasnogorskaya N. V., Elektrichestvo nizhnikh sloyov atmosfery i metody yego izmereniya, Gidrometeoizdat, Leningrad, 1972, 323 pp., (in Russian)].
  24. Мак-Кормак Б., Селиги Т., Солнечно-земные связи, погода и климат, Мир, Москва, 1982, 382 с. [Mak-Kormak B., Seligi T., Solnechno-zemnyye svyazi, pogoda i klimat, Mir, Moskva, 1982, 382 pp., (in Russian)].
  25. Шулейкин В. Н., Атмосферное электричество и физика Земли, ООО «ФЭД», Москва, 2006, 159 с. [Shuleykin V. N., Atmosfernoye elektrichestvo i fizika Zemli, OOO «FED», Moskva, 2006, 159 pp., (in Russian)].
  26. Анисимов С. В., Мареев Е. А., “Аэроэлектрические структуры в атмосфере”, Доклады академии наук, 37:1 (2000), 101–104. [Anisimov S. V., Mareyev Ye. A., “Aeroelektricheskiye struktury v atmosfere”, Doklady akademii nauk, 37:1 (2000), 101–104, (in Russian)].
  27. Азбукин А.А. и др., “Автоматизированный ультразвуковой метеорологический комплекс АМК-03”, Метеорология и гидрология, 2006, №11, 89–97. [Azbukin A.A. i dr., “Avtomatizirovannyy ul’trazvukovoy meteorologicheskiy kompleks AMK-03”, Meteorologiya i gidrologiya, 2006, №11, 89–97, (in Russian)].
  28. Анисимов С. В. и др., “Механизмы формирования пульсаций электрического поля приземной атмосферы”, Изв. ВУЗов Радиофизика, 44:7 (2001), 8–18. [Anisimov S. V. i dr., “Mekhanizmy formirovaniya pul’satsiy elektricheskogo polya prizemnoy atmosfery”, Izv. VUZov Radiofizika, 44:7 (2001), 8–18, (in Russian)].

Список литературы (ГОСТ)

  1. Чалмерс Дж. Атмосферное электричество. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. 316 c.
  2. Седунов Ю. С. и др. Атмосфера. Справочник. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991. 509 c.
  3. Куповых Г. В., Морозов В. Н., Шварц Я. М. Теория электродного эффекта в атмосфере. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. 123 c.
  4. Анисимов С. В., Мареев Е. А. Геофизические исследования глобальной электрической сети // Физика Земли. 2008. №10. С. 8–18.
  5. Донченко В. А., Кабанов М. В., Кауль Б. В., Нагорский П. М., Самохвалов И. В. Электрооптические явления в атмосфере. Томск: Изд-во НТЛ, 2015. 316 c.
  6. Mareev E. A. et al. Russian studies of atmospheric electricity in 2011–2014 // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. vol. 52. no. 2. pp. 154–164.
  7. Bennett A. J., Harrison R. G. Atmospheric Electricity in Different Weather conditions // Weather. 2007. vol. 62. pp. 277–283.
  8. Williams E., Mareev E. Recent progress on the global electrical circuit // Atmospheric Research. 2014. vol. 135. pp. 208–227.
  9. Пхалагов Ю. А. и др. Исследования изменчивости и взаимосвязи оптических и электрических характеристик приземной атмосферы в зимних условиях // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. №4. С. 269–274.
  10. Ippolitov I. I. et al. Diurnal variations in the electrical field intensity under smoke from forest fires // Doklady Earth Sciences. 2013. vol. 453. pp. 1137–1140.
  11. Tinsley B. A. On the variability of the stratospheric column resistance in the global electric circuit // Atmospheric Research. 2005. vol. 76. pp. 78–94.
  12. Kozlov V. I. et al. Anomalous behavior of the electric field of the atmosphere at the extremely low winter temperatures // Proceedings of SPIE. 2018. 10833. 108338O-1–108338O-4.
  13. Абанников В. Н. Анализ условий, формирующих режим зимних туманов в г. Якутске Евразийский Союз Ученых. 2018. №4-4(49). С. 4–10.
  14. Фирстов П. П. и др. Подпочвенный радон и напряженность электрического поля атмосферы в районе Петропавловск — Камчатского геодинамического полигона // Вестник Краунц. Серия науки о Земле. 2006. №1(7). С. 102–109.
  15. Пхалагов Ю. А. и др. Связь аномальных атмосферных условий с изменчивостью электрического поля // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. №1. С. 25–30.
  16. Smirnov V. V. Electrization of Aerosol Wetted in Bipolarly Ionized Air // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2010. vol. 4. no. 3. pp. 294–303.
  17. Leblanc F. et al. Planetary Atmospheric Electricity. Dordrecht, Boston, London: Springer, 2008. 532 c.
  18. Адушкин В. В., Соловьёв С. П., Спивак A. A. Электрические поля техногенных и природных процессов. М.: ГЕОС, 2018. 459 c.
  19. Firstov P. P. et al. Electrification of Eruptive Plumes Discharged by Shiveluch Volcano in Relation to the Character of the Responsible Explosion // Journal of Volcanology and Seismology. 2019. vol. 13. no. 3. pp. 172–184.
  20. Sow M. et al. Electrification of particles in dust storms: Field measurements during the monsoon period in Niger // Atmospheric Research. 2011. vol. 102. pp. 343–350.
  21. Gorchakova I. A., Mokhov I. I., Rublev A. N. Radiation and temperature effects of the intensive injection of dust aerosol into the atmosphere // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2015. vol. 51. no. 2. pp. 113–126.
  22. Katz S. et al. Electrical properties of the 8–12th September, 2015 massive dust outbreak over the Levant // Atmospheric Research. 2018. vol. 201. pp. 218–225.
  23. Красногорская Н. В. Электричество нижних слоёв атмосферы и методы его измерения. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1972. 323 c.
  24. Мак-Кормак Б., Селиги Т. Солнечно-земные связи, погода и климат. Москва: Мир, 1982. 382 c.
  25. Шулейкин В. Н. Атмосферное электричество и физика Земли. Москва: ООО «ФЭД», 2006. 159 c.
  26. Анисимов С. В., Мареев Е. А. Аэроэлектрические структуры в атмосфере // Доклады академии наук. 2000. Т. 37. №1. С. 101–104.
  27. Азбукин А.А. и др. Автоматизированный ультразвуковой метеорологический комплекс АМК-03 // Метеорология и гидрология. 2006. №11. С. 89–97.
  28. Анисимов С. В. и др. Механизмы формирования пульсаций электрического поля приземной атмосферы // Изв. ВУЗов Радиофизика. 2001. Т. 44. №7. С. 8–18.

Для цитирования: Козлов В. И., Нагорский П. М., Пустовалов К. Н., Смирнов С. В., Торопов А. А. Основные сценарии развития вариаций атмосферно-электрических величин в приземной атмосфере во время сильных морозов на территории Сибири // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 29. № 4. C. 135-148. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-
135-148
For citation: Kozlov V. I., Nagorskiy P. M., Pustovalov K. N., Smirnov S.V., Toropov A. A. The main scenarios for the development of atmospheric-electric variations in the surface atmosphere during severe frosts in Siberia, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2019, 29: 4, 135-148. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-135-148

Поступила в редакцию / Original article submitted: 15.11.2019

Козлов Владимир Ильич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория радиоизлучений ионосферы и магнитосферы, Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия.
Kozlov Vladimir Il’ich – Ph.D. (Phys. & Math.), Leading Researcher, Laboratory of Radio Emission of the Ionosphere and Magnetosphere, Institute of Cosmo-physical Research and Aeronomy Yu.G.Shafer SB RAS, Yakutsk, Russia.

Нагорский Петр Михайлович – доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории физики климатических систем, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск, Россия.
Nagorskiy Petr Mikhailovich – Dr. Sci. (Phys. & Math.), Professor, Leading Researcher of Lab. Physics of Climate Control Systems, Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, Tomsk, Russia.

Пустовалов Константин Николаевич – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, доцент, Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия, ORCID: 0000-0002-2423-0543.
Pustovalov Konstantin Nikolaevich – Ph.D. (Phys. & Math.) Researcher, Institute for Monitoring of Climate and Ecological Systems SB RAS, Associate Professor, National Research Tomsk State University, Tomsk, Russia, ORCID: 0000-0002-2423-0543.

Смирнов Сергей Васильевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск, Россия.
Smirnov Sergey Vasil’evich – Ph.D. (Phys. & Math.), Senior Researcher, Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, Tomsk, Russia.

Торопов Анатолий Анатольевич – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией космических лучей высоких энергий, Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия.
Toropov Anatoliy Anatol’evich – Ph.D. (Phys. & Math.), Head of the Laboratory of High-Energy Cosmic Rays, Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy Shafer SB RAS, Yakutsk, Russia.

Читать статью/Read articleСкачать/Download