Вестник КРАУНЦ.Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37. №4. C. 84-91. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

MSC 86A10

Research Article

Fractal structure effect on electric field within thunderclouds

T. S. Kumykov

Institute of Applied Mathematics and Automation of Kabardin-Balkar Scientific Centre of RAS, 360000, KBR, Nalchik, Shortanov street, 89 A, Russia

E-mail: macist20@mail.ru

The paper considers the degree of fractal structure impact on the electric field intensity inside thunderstorm clouds using the apparatus of fractional integrodifferentiation. We propose a mathematical model of intensity dynamics of a static electric field in the thunderstorm clouds, taking into account media with fractal dimension. The results obtained confirm the close connection of electrophysical processes in thunderclouds with the fractal medium itself.

Key words: thundercloud, mathematical model, fractal medium, intensity, electric field.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-84-91

Original article submitted: 09.10.2021

Revision submitted: 10.11.2021

For citation. Кумыков Т. С. Fractal structure effect on electric field within thunderclouds. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2021, 37: 4, 84-91. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-84-91

Competing interests. The author declares that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. The author contributed to this article. The author is solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by the author.

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Kumykov T. S., 2021

УДК 517.958+550.3+551.5

Научная статья

Влияние фрактальной структуры на электрическое поле в грозовых облаках

Т. С. Кумыков

Институт прикладной математики и автоматизации КБНЦ РАН, 360000, г. Нальчик, ул. Шортанова, 89А

E-mail: macist20@mail.ru

В статье с помощью аппарата дробного интегро-дифференцирования рассматривается степень влияния фрактальной структуры на напряженность электрического поля внутри грозовых облаков. Предлагается математическая модель динамики напряженности статического электрического поля в грозовых облаках с учетом сред с фрактальной размерностью. Полученные результаты подтверждают тесную связь электрофизических процессов в грозовых облаках с самой фрактальной средой.

Ключевые слова: грозовое облако, математическая модель, фрактальная среда, напряженность, электрическое поле.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-84-91

Поступила в редакцию: 09.10.2021

В окончательном варианте: 10.11.2021

Для цитирования. Kumykov T. S. Fractal structure effect on electric field within thunderclouds // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37. № 4. C. 84-91. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-84-91

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Автор участвовал в написании статьи и полностью несет ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International
(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Кумыков Т. С., 2021

References

  1. Muchnik V. M. Fizika grozy. L.: Gidrometeoizdat, 1974. 351 pp. (In Russian)
  2. Shishkin N. S. Oblaka, osadki i grozovoe ehlektrichestvo. L.: Gidrometeoizdat, 1964. 402 pp. (In Russian)
  3. Mason B. J. Fizika oblakov. L.: Gidrometeoizdat, 1961. 542 pp. (In Russian)
  4. Chalmers J. A. Atmosfernoe elektrichestvo. L.: Gidrometeoizdat, 1974. 420 pp. (In Russian)
  5. Yuman M. Molniya. M.: Publishing house Mir, 1972. 328 pp. (In Russian)
  6. Imyanitov I. M. Elektricheskaya struktura konvektivnykh oblakov i ee svyaz’ s dvizheniem vozdukha v oblakakh / Issledovanie oblakov, osadkov i grozovogo elektrichestva. M., Gidrometeoizdat, 1961, pp. 225–238 (In Russian).
  7. Mareev E. A., et al. Sovremennye problemy issledovaniya grozovogo elektrichestva // Proectirivanie i tehnologia electronnih sredstv, 2004, pp. 7–16 (In Russian).
  8. Trakhtengerts V.Yu., Iudin I. D. Aktual’nye problemy elektrodinamiki grozovogo oblaka // Izvestiya vuzov. Radiophysics, 2005. vol. 48, no. 9, pp. 810–821 (In Russian).
  9. Adzhiev A. Kh., Kupovykh G.V. Atmosferno-elektricheskie yavleniya na Severnom Kavkaze. Taganrog: Taganrog State Radio Engineering University, 2004. 122 pp. (In Russian)
  10. Mareev E. A., Anisimov S.V. Global electric circuit as an open dissipative system// Proc. 12th Int. Conf. on Atmospheric Electricity. Versailles, 2003, pp. 797–800.
  11. Kumykov T. S. Zhekamukhov M. K., Karov B. G. Elektrizatsiya i prostranstvennoe razdelenie zaryadov pri vydelenii puzyr’kov vozdukha v protsesse koagulyatsionnogo rosta gradin v oblake II. Generirovanie grozovogo elektrichestva za schet vydeleniya zaryazhennykh puzyr’kov pri namerzanii pereokhlazhdennykh oblachnykh kapel’ na poverkhnosti gradin // Meteorology and Hydrology, 2008. vol. 12, pp. 15-24 (In Russian).
  12. Shogenov V. Kh., Shkhanukov-Lafishev M. Kh., Beshtoev Kh. M. Drobnye proizvodnye: interpretatsiya i nekotorye primeneniya v fizike. Dubna.: Communications of the Joint Institute for Nuclear
    Research, 1997. 20 pp. (In Russian)
  13. Rys F. S., Waldvogel A. Fractal shape of hail clouds // Phys. Rev. Lett., 1986. vol. 56, pp. 784—787.
  14. Nakhushev A. M. Drobnoe ischislenie i ego primenenie. M.: Fizmatlit, 2003. 272 pp. (In Russian)
  15. Iudin D. I., Trakhtengerts V Y., Hayakawa M. Fractal dynamics of electric discharges in a thundercloud // Phys. Rev. E., 2003. vol. 68, pp. 016601.
  16. Kumykov T. S. Charge accumulation in thunderstorm clouds: fractal dynamic model // E3S Web of Conferences, 2019. vol. 127, pp. 01001.
  17. Kumykov T. S. Charging mechanisms for cloud particles in view of fractal medium// IOP Conf. Ser. Eng., 2019. vol. 698, pp. 044029.
  18. Frenkel Ya. I. The theory of basic phenomena of atmospheric electricity / Collection of selected works, vol. 2. M., Science, 1958, pp. 538-567.
  19. Kumykov T. S.Matematicheskoe modelirovanie formirovaniya raznosti potentsialov pri kristallizatsii oblachnykh kapel’ s uchetom fraktal’nosti sredy // Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modeling and Programming, 2017. vol. 10, no. 3, pp. 16-24 (In Russian).
  20. Kumykov T. S. Dinamika zaryada oblachnyh kapel’ vo fraktal’noj srede // Mathematical modeling., 2016. vol. 12, pp. 56–62 (In Russian).
  21. Pshu A.V. Kraevye zadachi dlya differencial’nyh uravnenij s chastnymi proizvodnymi drobnogo i kontinual’nogo poryadka // Nalchik: Publishing house KBSC RAS., 2005, pp. 185 (In Russian).
  22. Nigmatullin R. R. Drobnyy integral i ego fizicheskaya interpretatsiya // Teor. Mat. Fiz., 1992. vol. 90, no. 3, pp. 354–368 (In Russian).

Кумыков Тембулат Сарабиевич – кандидат физико-математических наук, заведующий отделом математического моделирования геофизических процессов Института прикладной математики и автоматизации, республика Кабардино-Балкария, г. Нальчик, Россия.

Kumykov Tembulat Sarabievich – Ph.D. (Phys. & Math.), Head of Dep. Mathematical Modeling of Geophysical Processes, Institute of Applied Mathematics and Automation, Kabardino-Balkaria, Nalchik, Russia.