Выпуски

 / 

2014

 / 

Ноябрь

  

Обзоры актуальных проблем


Электрический цикл в земной атмосфере


Объединенный институт высоких температур РАН, ул. Ижорская 13/19, Москва, 127412, Российская Федерация

Представлена качественная физическая картина атмосферного электричества как вторичного явления по отношению к циркуляции воды в атмосфере Земли. Основанием для этой картины являются известные электрические процессы в атмосфере, которые дополняются усреднёнными наблюдательными параметрами, а также детальным анализом физики отдельных процессов. Электрические атмосферные процессы начинаются с зарядки аэрозолей на высотах в несколько километров в результате столкновения аэрозолей, находящихся в разных агрегатных состояниях. Электрический ток создаётся за счёт разных скоростей падения в кучевом облаке положительно и отрицательно заряженных аэрозолей, имеющих разную массу. В результате нижний крап кучевого облака содержит преимущественно отрицательно заряженные аэрозоли со средним зарядом (25—30)e. Это создаёт электрическое поле между Землёй и кучевым облаком, а последующее проникновение потоков тёплого влажного воздуха с поверхности Земли в кучевое облако вызывает электрический пробой атмосферы в виде отдельных вспышек молнии. Одновременно эти процессы ведут к росту аэрозолей и выпадению их на Землю в виде дождя. Процессы в атмосферном воздухе, в том числе с участием аэрозолей, электронов и ионов, создают единую физическую картину электрических явлений в атмосфере Земли.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
PACS: 92.60.Bh, 92.60.Mt, 92.60.Pw (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0184.201411a.1153
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2014/11/a/
Цитата: Смирнов Б М "Электрический цикл в земной атмосфере" УФН 184 1153–1176 (2014)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 20 января 2014, доработана: 28 июня 2014, 15 июля 2014

English citation: Smirnov B M “Electrical cycle in the Earth’s atmospherePhys. Usp. 57 1041–1062 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201411a.1153

Список литературы (172) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (13) Похожие статьи (20)

  1. Braham R R (Jr.) J. Meteor. 9 227 (1952)
  2. Lightning rod, http://en.wikipedia.org/wiki/Lightning-rod
  3. Reynolds S E, Brook M, Gourley M F J. Meteor. 14 426 (1957)
  4. Latham J Quart. J. R. Meteor. Soc. 89 265 (1963)
  5. Takahashi T J. Atmos. Sci. 35 1536 (1978)
  6. Latham J Quart. J. R. Meteor. Soc. 107 277 (1981)
  7. Javaratne E R, Saunders C P R, Hallett J Quar. J. R. Meteor. Soc. 109 609 (1983)
  8. Caranti J M, Illingworth A J, Marsh S J (D4) 6041 (1985)
  9. Saunders C P R, Peck S L J. Geophys. Res. 103 13949 (1998)
  10. Saunders C P R et al. Quart. J. R. Meteor. Soc. 130 1395 (2004)
  11. Saunders C P R et al. Quart. J. R. Meteor. Soc. 132 2653 (2006)
  12. Wilson C T R Nature 62 149 (1900)
  13. Wilson C T R Nature 68 102 (1903)
  14. Wilson C T R Proc. Cambr. Philos. Soc. 13 363 (1906)
  15. Wilson C T R Proc. R. Soc. Lond. A 80 537 (1908)
  16. Wilson C T R Proc. R. Soc. Lond. A 92 555 (1916)
  17. Wilson C T R Philos. Trans. R. Soc. A 221 73 (1920)
  18. Wilson C T R Mon. Weather Rev. 49 241 (1921)
  19. Wilson C T R Proc. R. Soc. Lond. A 37 32D (1925)
  20. Wilson C T R J. Franklin Inst. 208 1 (1929)
  21. Wilson C T R Proc. Cambr. Philos. Soc. 22 534 (1925)
  22. Гуревич А В, Зыбин К П УФН 171 1177 (2001); Gurevich A V, Zybin K P Phys. Usp. 44 1119 (2001)
  23. Malan D Ann. Geophys. 8 385 (1952)
  24. Schonland B F J Atmospheric Electricity (London: Methuen, 1932)
  25. Chalmers J A Atmospheric Electricity (Oxford: Claredon Press, 1949)
  26. Schonland B F J Atmospheric Electricity (London: Methuen, 1953)
  27. Schonland B F J Gasentladungen II (Handbuch der Physik) Vol. 22 (Ed. S Flügge) (Berlin: Springer, 1956) p. 576
  28. Israël H Atmospheric Electricity Vol. 1 Fundamentals, Conductivity (Leipzig: Academische Verlagsgesellschaft, 1957)
  29. Israël H Atmospheric Electricity Vol. 2 Fields, Charges, Currents (Leipzig: Academische Verlagsgesellschaft, 1961)
  30. Reiter R Phenomena in Atmospheric and Environmental Electricity (Amsterdam: Elsevier, 1992)
  31. Malan D J Physics of Lightning (London: English Univ. Press, 1963)
  32. Uman M A Lightning (New York: McGraw-Hill, 1969)
  33. Uman M A All about Lightning (New York: Dover Publ., 1986)
  34. Uman M A The Lightning Discharge (Orlando: Academ.Press, 1987)
  35. Rakov V A, Uman M A Lightning: Physics and Effects (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2003)
  36. Feynman R P, Leighton R B, Sands M The Feynman Lectures on Physics Vol. 2 (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1964)
  37. Mason B J The Physics of Clouds (Oxford: Clarendon Press, 1971)
  38. Fowler R G Applied Atomic Collision Physics Vol. 5 (Eds H S W Massey, E W McDaniel, B Bederson) (New York: Academic Press, 1984) p. 35
  39. Byers H R Elements of Cloud Physics (Chicago: Univ. of Chicago Press, 1965)
  40. Fletcher N H The Physics of Rainclouds (Cambridge: Univ. Press, 1962)
  41. Twomey S Atmospheric Aerosols (Amsterdam: Elsevier, 1977)
  42. Pruppacher H R, Klett J D Microphysics of Clouds and Precipitation (Dordrecht: D. Reidel Publ. Co., 1978)
  43. Fleagle R G, Businger J A An Introduction to Atmospheric Physics (New York: Academic Press, 1980)
  44. Salby M L Fundamentals of Atmospheric Physics (San Diego: Academic Press, 1996)
  45. Mason B J The Physics of Clouds (Oxford: Clarendon Press, 2010)
  46. Chalmers J A Atmospheric Electricity (Oxford: Pergamon Press, 1967)
  47. Israël H Atmospheric Electricity (Jerusalem: Keter Press Binding, 1973)
  48. Golde R H (Ed.) Lightning (London: Academic Press, 1977)
  49. Смирнов Б М Энергетика атмосферы (Новое в жизни, науке, технике. Сер. Физика, Вып. 3) (М.: Знание, 1979)
  50. Pollack H N, Hunter S J, Johnson R Rev. Geophys. 30 267 (1997)
  51. Earth's-energy-budget, en.wikipedia.org/wiki/Earth's-energy-budget
  52. Brooks C E P Geophys. Mem. London 24 147 (1925)
  53. Berger K Lightning (Ed. R H Golde) (London: Academic Press, 1977) p. 119
  54. Orville R E, Spencer D W Mon. Weather Rev. 107 934 (1979)
  55. http://en.wikipedia.org/wiki/Distribution-of-lightning
  56. http://en.wikipedia.org/wiki/Catatumbo-lightning
  57. http://maxcls.ya.ru/replies.xml?item-no=369
  58. http://www.guardian.co.uk/world/2010/mar/05/venezuela-lightning-el-nino
  59. Moore C B, Vonnegut B Lightning (Ed. R H Golde) (London: Academic Press, 1977) p. 51
  60. Rycroft M et al. Space Sci. Rev. 137 83 (2008)
  61. Williams E Atmos. Res. 91 140 (2009)
  62. Smirnov B M Cluster Processes in Gases and Plasmas (Weinheim: Wiley-VCH, 2010)
  63. Latham J, Stromberg I M Lightning (Ed. R H Golde) (London: Academic Press, 1977) p. 99
  64. Childs W H J Physical Constants: Selected for Students (London: Chapman and Hall, 1972)
  65. http://photo-element.ru/ps/photo-of-lightning/photo-of-lightning.html
  66. Базелян Э М, Райзер Ю П УФН 170 753 (2000); Bazelyan E M, Raizer Yu P Phys. Usp. 43 701 (2000)
  67. Bazelyan E M, Raizer Yu P Lightning Physics and Lightning Protection (Bristol: Institute of Physics Publ., 2000)
  68. Базелян Э М, Райзер Ю П Физика молнии и молниезащиты (М.: Физматлит, 2001)
  69. Райзер Ю П Физика газового разряда (Долгопрудный: Интеллект, 2009)
  70. http://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere-of-Earth
  71. http://en.wikipedia.org/wiki/Properties-of-water
  72. http://en.wikipedia.org/wiki/Troposphere
  73. Lide D R (Ed.) Handbook of Chemistry and Physics 86th ed. (London: CRC Press, 2003 - 2004)
  74. Latham J, Mason B J Proc. R. Soc. Lond. A 260 523 (1961)
  75. Latham J, Mason B J Proc. R. Soc. Lond. A 260 537 (1961)
  76. Железняк А Х, Мнацаканиан А Х, Сизых С В ТВТ 20 423 (1982); Zheleznyak M B, Mnatsakanian A Kh, Sizykh S V High Temp. 20 357 (1982)
  77. Dehmer P M, Chupka W A J. Chem. Phys. 62 4525 (1975)
  78. Carter V L J. Chem. Phys. 56 4195 (1972)
  79. Liu N, Pasko V P J. Geophys. Res. 109 A04301 (2004)
  80. Gutzow I, Schmelzer J The Vitreous State: Thermodynamics, Structure, Rheology, and Crystallization (Berlin: Springer, 1995)
  81. Smirnov B M Nanoclusters and Microparticles in Gases and Vapors (Berlin: De Gruyter, 2012)
  82. Ostwald W Z. Phys. Chem. 22 289 (1897)
  83. Ostwald W Z. Phys. Chem. 34 495 (1900)
  84. Warner J Tellus 7 450 (1955)
  85. Leaitch W R, Isaak G A Atmosp. Environ. 25 601 (1991)
  86. http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid-water-content
  87. Wigner E, Seitz F Phys. Rev. 46 509 (1934)
  88. Wigner E Phys. Rev. 46 1002 (1934)
  89. Smirnov B M Clusters and Small Particles: in Gases and Plasmas (New York: Springer, 2000)
  90. Smirnov B M Fundamentals of Ionized Gases (Weinheim: Wiley, 2012)
  91. Smirnov B M Europhys. Lett. 99 13001 (2012)
  92. Gaskell W et al. Quart. J. R. Meteor. Soc. 104 460 (1978)
  93. Christian H et al. Quart. J .R. Meteor. Soc. 106 159 (1980)
  94. Лифшиц И М, Слезов В В ЖЭТФ 35 479 (1958); Lifshitz I M, Slezov V V Sov. Phys. JETP 8 331 (1959)
  95. Лифшиц Е М, Питаевский Л П Физическая кинетика (М.: Наука, 1979); Lifshitz E M, Pitaevskii L P Physical Kinetics (Oxford: Pergamon Press, 1981)
  96. Лифшиц И М, Слезов В В ФТТ 1 1401 (1959)
  97. Lifshitz I M, Slyozov V V J. Phys. Chem. Solids 19 35 (1961)
  98. Слезов В В, Сагалович В В УФН 151 67 (1987); Slezov V V, Sagalovich V V Sov. Phys. Usp. 30 23 (1987)
  99. Ino S J. Phys. Soc. Jpn. 27 941 (1969)
  100. Smolukhowski M V Z. Phys. 17 585 (1916)
  101. Варгафтик Н Б Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей (М.: Энергоатомиздат, 1972); Vargaftik N B Tables on the Thermophysical Properties of Liquids and Gases (Washington: Hemisphere Publ. Corp., 1975)
  102. http://www.bugaga.ru/pictures/1146729812-oblaka-v-fotografiyah.html
  103. http://ru.fishki.net/picsw/042011/27/post/mir/mir-029.jpg
  104. http://en.wikipedia.org/wiki/Thunderstorm
  105. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Механика сплошных сред (М.: ГИТТЛ, 1954); Landau L D, Lifshitz E M Fluid Mechanics (London: Pergamon Press, 1959)
  106. Batchelor G K An Introduction to Fluid Dynamics (Cambridge: Univ. Press, 1967)
  107. Drazin P G, Reid W H Hydrodynamic Stability (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1981)
  108. Acheson D J Elementary Fluid Dynamics (Oxford: Oxford Univ. Press, 1990)
  109. Крайнов В П Качественные методы в физической кинетике и гидрогазодинамике (М.: Высшая школа, 1989); Krainov V P Qualitative Methods in Physical Kinetics and Hydrodynamics (New York: American Institute of Physics, 1992)
  110. Chandrasekhar S Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (Oxford: Clarendon Press, 1961)
  111. Koschmieder E L Bénard Cells and Taylor Vortices (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993)
  112. Getling A V Rayleigh—Bénard Convection Structure and Dynamics (Advanced Ser. in Nonlinear Dynamics) Vol. 11 (Singapore: World Scientific Publ., 1998)
  113. Гершуни Г З, Жуховицкий Е М Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости (М.: Наука, 1972)
  114. Lorenz E The Nature and Theory of the General Circulation of the Atmosphere (Geneva: World Meteorological Organization, 1967)
  115. Andrews D G, Holton J R, Leovy C B Middle Atmosphere Dynamics (Orlando: Academic Press, 1987)
  116. Andrews D G An Introduction to Atmospheric Physics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2000)
  117. Csanady G T Turbulent Diffusion in the Environment (Dordrecht: D. Reidel Publ. Co., 1973)
  118. Tritton D J Physical Fluid Dynamics (Oxford: Clarendon Press, 1988)
  119. http://en.wikipedia.org/wiki/Rain
  120. http://en.wikipedia.org/wiki/Convection
  121. Cotton W R, Anthes R A Storm and Cloud Dynamics (San Diego: Academic Press, 1989)
  122. Emanuel K A Atmospheric Convection (New York: Oxford Univ. Press, 1994)
  123. Houze R A (Jr.) Cloud Dynamics (San Diego: Academic Press, 1993)
  124. Massey H Negative Ions (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1976)
  125. Smirnov B M Cluster Ions and Van der Waals Molecules (Philadelphia: Gordon and Breach Sci. Publ., 1992)
  126. Smirnov B M Negative Ions (New York: McGraw-Hill, 1982)
  127. Einstein A Ann. Physik 17 549 (1905)
  128. Einstein A Ann. Physik 19 371 (1906)
  129. Einstein A Z. Electrochem. 14 235 (1908)
  130. Ellis H W et al. Atom. Data Nucl. Data Tabl. 17 177 (1976)
  131. Ellis H W et al. Atom. Data Nucl. Data Tabl. 22 179 (1978)
  132. Ellis H W et al. Atom. Data Nucl. Data Tabl. 31 113 (1984)
  133. Viehland L A, Mason E A Atom. Data Nucl. Data Tabl. 60 37 (1995)
  134. Neher H V J. Geophys. Res. 76 1637 (1971)
  135. Nicolet M Planet. Space Sci. 23 637 (1975)
  136. Krivolutsky A et al. Phys. Chem. Earth 27 471 (2002)
  137. Sayers J Proc. R. Soc. Lond. A 169 83 (1938)
  138. Mächler W Z. Phys. 104 1 (1964)
  139. Thomson J J Philos. Mag. 47 334 (1924)
  140. LangevP Ann. Chem. Phys. 8 245 (1905)
  141. Ruderman M A, Chamberlain J W Planet Space Sci. 23 247 (1975)
  142. Stommel H J. Meteor. 4 91 (1947)
  143. Taylor B R, Baker M B J. Atmos. Sci. 48 112 (1991)
  144. Gregory D Quart. J. R. Meteor. Sci. 127 153 (2001)
  145. Squires P Tellus 10 256 (1958)
  146. Heymsfield A J, Johnson P N, Dye J E J. Atmos. Sci. 35 1689 (1978)
  147. Heus T, Jonker H J J J. Atmos. Sci. 65 1003 (2008)
  148. Heus T et al. J. Atmos. Sci. 65 2581 (2008)
  149. Kyle T G, Sand W R Science 180 1274 (1973)
  150. Petrenko V F, Ryzhkin I A J. Phys. Chem. B 101 6285 (1997)
  151. Petrenko V F, Whitworth R W Physics of Ice (Oxford: Oxford Univ. Press, 1999)
  152. Dash J G, Mason B L, Wettlaufer J S J. Geophys. Res. 106 20395 (2001)
  153. Nelson J, Baker M Atmos. Chem. Phys. Discuss. 3 41 (2003)
  154. Williams E R, Zhang R, Rydock J J. Atmos. Sci. 48 2195 (1991)
  155. Dong Y, Yallett J J. Geophys. Res. 97 20361 (1992)
  156. Mason B L, Dash J G J. Geophys. Res. 105 10185 (2000)
  157. Berdeklis P, List R J. Atmos. Sci. 58 2751 (2001)
  158. Kuettner J P, Levin Z J. Atmos. Sci. 38 2470 (1981)
  159. Saunders C P R J. Appl. Meteor. 32 642 (1993)
  160. Marshall B J P, Latham J, Saunders C R R Quart. J. R. Meteor. Soc. 104 163 (1978)
  161. Petrenko V F, Colbeck S C J. Appl. Phys. 77 4518 (1995)
  162. Saunders C P R Atmos. Res. 58 187 (2001)
  163. Hallett J, Saunders C P R J. Atmos. Sci. 36 2230 (1979)
  164. Rydock J P, Williams E R Quart. J. R. Meteor. Soc. 117 409 (1991)
  165. Ives R L J. Franklin Inst. 226 691 (1938)
  166. Имянитов И М Электризация самолетов в облаках и осадках (Л.: Гидрометеоиздат, 1970)
  167. MacGorman D R et al. Bull. Am. Meteor. Soc. 89 997 (2008)
  168. Френкель Я И Теория явлений атмосферного электричества (Л.- М.: Гостехиздат, 1949)
  169. http://en.wikipedia.org/wiki/water-vapor
  170. http://news.nationalgeographic.com/news/2008/05/photogalleries/volcano-photos
  171. http://www.theatlantic.com/infocus/2011/06/chiles-puyehue-volcano-erupts/10081/
  172. en.wikipedia.org/wiki/St.-Elmo's-fire

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение