Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)8324ArticlesСтатьиResearch ArticleAnalysis of Electrical Turbulence Characteristics in Thunderstorm CloudsАнализ характеристик электрической турбулентности в грозовой облачностиKrasnovaI AКрасноваИрина АнатольевнаКафедра теоретической физикиirinakrasnova8@mail.ruErokhinN SЕрохинНиколай СергеевичDepartment of CosmogeophysicsОтдел космогеофизикиnerokhin@iki.rssi.ruMikhailovskayaL AМихайловскаяЛюдмила АнатольевнаDepartment of CosmogeophysicsОтдел космогеофизикиnerokhin@iki.rssi.ruPeoples’ Friendship University of RussiaРоссийский университет дружбы народовSpace Research Institute of RASИнститут космических исследований РАН150120131NO1 (2013)№1 (2013)12012808092016Copyright ©; 2013, Краснова И.А., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А.2013Краснова И.А., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8324It has been performed the numerical analysis of structure functions for an electric turbulence in thunderstorm clouds by usage of experimental data on altitude profile of the electric field vertical component. Numerical calculations of the structure functions were performed and inertial intervals of electric turbulence were detected in the small scales range and the middle scale one. Scaling exponents, Herst index, the curtosis were determined. The structure functions behaviour has explained by the presence of intermittency and coherent structures which influence on scaling exponents magnitudes. It has been shown that for data considered the generalized scale invariability (GSI) of electric turbulence is observing and GSI scaling exponent has been calculated. Results obtained are of the great interest for following investigations of intense atmospheric vortices charged subsystems contribution to the hydrodynamical helicity generation and vortices dynamics including tropical cyclones formation.В работе проведён численный анализ структурных функций электрической турбулентности в грозовой облачности на основе опубликованных в литературе данных баллонных измерений вертикального профиля электрического поля Ez(z). Используя аналитические аппроксимации Ez, численными расчётами получены профили структурных функций для высоты z < 14 км с разрешением 4 м. Выявлены два инерционных интервала соответственно на малых и средних масштабах высотного сдвига, получены скейлинговые экспоненты степенных зависимостей структурных функций в инерционных интервалах. Показано наличие в инерционных интервалах отклонений от чисто степенного скейлинга, что объясняется перемежаемостью электрической турбулентности. Это предположение подтверждается величинами параметров турбулентности, skewness (симметрия) и куртозис. Показано, что с приемлемой точностью в системе реализуется обобщённая масштабная инвариантность, ранее рассмотренная для турбулентности термоядерной плазмы и в магнитосфере Земли. Полученные результаты могут быть использованы для последующих оценок роли электрических подсистем в формировании самосогласованной, существенно неоднородной структуры движений газа в интенсивных спиральных атмосферных вихрях, а также для разработки современных схем параметризации при численном моделировании нелинейной динамики этих вихрей, включая тропические циклоны с учётом электрических полей заряженных подсистем. Это весьма важно и для разработки современных методик регионального прогнозирования генерации интенсивных вихревых структур, а также поиска возможностей воздействия на их развитие и пространственную динамику.structure functionshelicityelectrical turbulencescaling exponentskurtozisgeneralized scale invarianceinertial intervalstorm cloudscoherent Structuresheight distributionструктурные функцииспиральностьэлектрическая турбулентностьскейлинговые экспонентыкуртозисобобщённая масштабная инвариантностьинерционные интервалыгрозовая облачностькогерентные структурывысотные распределения1.Lazarev A.A., Moiseev S.S. Geophysical Precursors of Early Stages of Cyclogenesis // Preprint IKI RAS. Pr-1844. — 1990. — 14 p.2.Моисеeв С.С., Чхетиани О.Г. Спиральный скейлинг в турбулентности // ЖЭТФ. — 1996. — Т. 110, вып. 1(7). — С. 357.3.Turbulence and Structures. Chaos, Fluctuations and Self-organization in Nature and in the Laboratory / H. Branover, A. Eidelman, E. Golbaikh, S.S. Moiseev. — San-Diego: Academic Press, 1998. — 270 p.4.Ерохин Н.С., Моисеев С.С. Проблемы геофизики XXI века. — М.: Наука, 1998. — Т. 1, С. 160–182.5.Arteha S.N., Golbraikh E., Erokhin N.S. On Role of Electromagnetic Interactions in Dynamics of the Powerful Atmospheric Vortices // Problems of Atomic Science and Technique. — 2003. — No 4. — Pp. 94–99.6.Артеха С.Н., Ерохин Н.С. О связи крупномасштабных вихревых атмосферных процессов с электромагнитными явлениями // Электромагнитные явления. — 2005. — Т. 5, № 1(14). — С. 3–20.7.Byrne G.J., Few A.A., Stewart M.F. Electric Field Measurment Within a Severe Thunderstorm Anvil // Journal of Geophysical Research. — 1989. — Vol. 95, D5. — Pp. 6297–6307.8.Marshall T.C., Rust W.D. Electrical Structure and Updraft Speeds in Thunderstorms over the Southen Plains // Journal of Geophysical Research. — 1995. — Т. 100. — С. 1001–1015.9.Scale Invariance in Liquid Water. Part II: Multifractal Properties and Intermittency Issues / A. Marshak, A. Davies, W. Wiscombe et al. // Journal of Atmospherical Sciences. — 1997. — Vol. 54, No 11. — Pp. 1423–1444.10.Osborne A.R., Provenzale A. Finite Correlation Dimension for Stochastic Systems with Power-Law Spectra // Physica D. — 1989. — Vol. 35, No 2. — Pp. 357–381.11.Correlation Dimension: The New Tool in Astrophysics / L.N. Litvinenko, V.B. Ryabov, P.V. Usik et al. // Institute of Radio Astronomy, Academy of Sciences of Ukraine, Preprint №64. — Kharkov, 1992. — 53 p.12.Marsh E., Tu C.Y. Intermittency, non-Gaussian Statistics and Fractal Scaling of MHD Fluctuations in the Solar Wind // Nonlinear Processes in Geophysics. — 1997. — Vol. 4, No 1. — Pp. 101–124.13.Multifractal Cascade Dynamics and Turbulent Intermittency / D. Schertzer, S. Lovejoy, F. Schmitt et al. // Fractals. — 1997. — Vol. 5, No 3. — Pp. 427–471.14.Horbury T.S., Balogh A. Structure Function Measurements of the Intermittent MHD Turbulent Cascade // Nonlinear Processes in Geophysics. — 1997. — Vol. 4, No 3. — Pp. 185–199.15.Khaerdinov N.S., Lidvansky A.S., Petkov V.B. Electric Field of Thunderclouds and Cosmic Rays: Evidence for Acceleration of Particles (Runaway Electrons) // Atmospheric Research. — 2005. — Vol. 76, issue 1-4. — Pp. 346–354.16.Лидванский А.С., Хаердинов Н.С. Статистика вариаций мюонов космических лучей во время гроз // Известия РАН. — 2011. — Т. 75, № 6. — С. 888–890.17.Zadorozhny A.M., Tyutin A.A. Effects of Geomagnetic Activity on the Mesospheric Electric Fields // Ann. Geophysicae. — 1998. — Vol. 16. — Pp. 1544–1551.18.Sura P., Perron M. Extreme Events and the General Circulation: Observations and Stochastic Model Dynamics // Journal of the Atmospheric Sciences. — 2010. — Vol. 67, No 9. — Pp. 2785–2804.19.She Z., Leveque E. Universal Scaling Laws in Fully Developed Turbulence // Phys. Rev. Lett. — 1994. — Vol. 72. — Pp. 336–339.20.20. Dubrulle B. // Phys. Rev. Lett. — 1994. — Vol. 73. — Pp. 959–962.21.21. Статистический анализ турбулентности форшоковой области и магнитослоя земли / Л. В. Козак, В. А. Пилипенко, О. М. Чугунова, П. Н. Козак // Космические исследования. — 2011. — Т. 49, № 3. — С. 202–212. [Kozak L. V., Pilipenko V. A., Chugunova O. M., Kozak P. N. Statistical Analysis of Foreshock Region Turbulent and the Magnetosheath of the Earth // Space Research. — 2011. — Vol. 49, No 3, P. 202–212 ]22.22. Фрик П. Г. Турбулентность: подходы и модели. Изд. 2-е, испр. и доп. — М.– Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2010. — 332 с. [Frik P. G. Turbulence: Approaches and Models. D. 2. — Moscow–Izhevsk: SIC «Regular and Chaotic Dynamics», 2010. — 332 p. ]23.23. Бондур В. Г., Пулинец С. А. Воздействие мезомасштабных атмосферных вихревых процессов на верхнюю атмосферу и ионосферу Земли // Исследования Земли из космоса. — 2012. — № 3. — С. 3–11. [Bondur V. G., Pulinec S. A. The Influence of Mesoscale Vortex Processes in the Upper Atmosphere and Ionosphere of the Earth // Research the Earth From Space. — 2012. — No 3, P. 3–11 ]