Анализ характеристик электрической турбулентности в грозовой облачности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

Ирина Анатольевна Краснова

Российский университет дружбы народов

Email: irinakrasnova8@mail.ru
Кафедра теоретической физики

Николай Сергеевич Ерохин

Институт космических исследований РАН

Email: nerokhin@iki.rssi.ru
Отдел космогеофизики

Людмила Анатольевна Михайловская

Институт космических исследований РАН

Email: nerokhin@iki.rssi.ru
Отдел космогеофизики

Список литературы

  2. Lazarev A.A., Moiseev S.S. Geophysical Precursors of Early Stages of Cyclogenesis // Preprint IKI RAS. Pr-1844. — 1990. — 14 p.
  3. Моисеeв С.С., Чхетиани О.Г. Спиральный скейлинг в турбулентности // ЖЭТФ. — 1996. — Т. 110, вып. 1(7). — С. 357.
  4. 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.
  5. Ерохин Н.С., Моисеев С.С. Проблемы геофизики XXI века. — М.: Наука, 1998. — Т. 1, С. 160–182.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Multifractal Cascade Dynamics and Turbulent Intermittency / D. Schertzer, S. Lovejoy, F. Schmitt et al. // Fractals. — 1997. — Vol. 5, No 3. — Pp. 427–471.
  15. 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.
  16. 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.
  17. Лидванский А.С., Хаердинов Н.С. Статистика вариаций мюонов космических лучей во время гроз // Известия РАН. — 2011. — Т. 75, № 6. — С. 888–890.
  18. Zadorozhny A.M., Tyutin A.A. Effects of Geomagnetic Activity on the Mesospheric Electric Fields // Ann. Geophysicae. — 1998. — Vol. 16. — Pp. 1544–1551.
  19. 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.
  20. She Z., Leveque E. Universal Scaling Laws in Fully Developed Turbulence // Phys. Rev. Lett. — 1994. — Vol. 72. — Pp. 336–339.
  21. 20. Dubrulle B. // Phys. Rev. Lett. — 1994. — Vol. 73. — Pp. 959–962.
  22. 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 ]
  23. 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. ]
  24. 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 ]

© Краснова И.А., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А., 2013

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах