Морфологическая стратификация облаков электрическим полем атмосферы в периоды активного и спокойного солнца

Abstract

Актуальность. В последнее десятилетие наблюдается стремительный рост регионального и глобального изменения климата в связи с хозяйственной деятельностью человека, которая в своих масштабах стала соизмерима с природными процессами. В качестве индикатора техногенной нагрузки может выступать электрическое поле атмосферы, так как техноэкономическая среда городов приводит к глобальным отклонениям и модификации естественных физических полей. Поэтому необходимость изучения влияния электрического поля атмосферы на распределение метеорологических параметров не вызывает сомнения, так как позволяет на качественном уровне проявить «тонкую» структуру стратификации атмосферы электрическим полем и ее изменение за счет антропогенного воздействия. Цель исследования: рассмотреть морфологическую стратификацию облачных образований электрическим полем атмосферы в период активного и спокойного солнца. Данный подход позволяет на качественном уровне прояснить механизм изменения процессов конденсации водяного пара (на примере облаков) сменой солнечной активности, как уменьшение количества возбужденных молекул за счет разной ионизации атмосферы, а также построить физическую теорию антропогенной нагрузки от промышленных предприятий на атмосферу и климат. Объект исследования: электрическое поле атмосферы, облака. Методика исследования построена на детальном статистическом анализе по данным самолетного зондирования в период международного геофизического года и международного геофизического сотрудничества 1958-1964 гг. Результаты исследования. Получены оценки радиационных сечений для молекул стандартной атмосферы и конденсированной фазы (облачные аэрозоли) в геометрическом приближении, которые показывают, что при характерном радиусе капель r-10[-3]см ионизация от конденсированной фазы соизмерима с фононовой ионизацией атмосферы. Приведена корреляционная зависимость средней водности облака и вертикального электрического поля. Анализ результатов показал, что среднегодовое распределение водности имеет высокую корреляцию со среднегодовым вертикальным распределением напряженности электрического поля для данного региона. Методами детального статистического анализа найдена взаимосвязь высоты образования облаков с электрическим полем атмосферы. Показано, что частота повторяемости нижней границы облаков совпадает с локальными точками равновесия плотности объемного заряда для этой же широты.

Relevance of the research. In recent decade, regional and global climate has changed significantly due to human activities, which became comparable with natural processes. The electric field of atmosphere can serve as an indicator of anthropogenic impact, as the technical and economic environment of cities results in global deviations and modification of natural physical fields. Therefore, there is no doubt in the necessity to study the influence of the atmospheric electric field on distribution of meteorological parameters, since it allows us to reveal qualitatively the «thin» atmospheric stratification structure of the electric field and its change owing to anthropogenic impact. The aim of the research is to consider the morphological stratification of cloud formations by the atmospheric electric field in the period of the active and quiet sun. This approach allows us to clarify qualitatively the mechanism of change in water vapor condensation (on the example of clouds) by the solar activity change as the decrease in the number of excited molecules owing to different ionization of the atmosphere, as well as to build a physical theory of anthropogenic load from industrial plants on the atmosphere and climate. Research subject: the electric field of the atmosphere, clouds. Research technique: detailed statistical analysis of the data on an aircraft sounding during the International Geophysical Year and the International Geophysical Cooperation in 1958-1964. Results. The author has obtained the estimations of radiation cross-sections for the molecules of the standard atmosphere and the condensed phase (cloud aerosols) in geometric approximation. They show that when the characteristic radius is equal to r-10[-3] cm the ionization of the condensed phase is commensurate with the background ionization. The paper introduces the correlative relationship between average water content of clouds and vertical electric field. The analysis of the results demonstrates that the average annual distribution of water content is strongly correlated with the average vertical distribution of the electric field in this region. Using the methods of the detailed statistical analysis the author revealed the relationship between the height of cloud formation and the electric field of the atmosphere. It is shown that the repetition frequency of a cloud lower boundary demonstrates the high coincidence with local sites of neutrality of a bulk charge density for the same latitude.