Номинация ²Лучшая научная
работа Института²
Направление : Фундаментальные
и прикладные научные исследования планеты Земля
Цикл работ по электрической турбулентности и вихревым структурам в
атмосфере
Данный цикл
работ включает публикации из 3 статей.
1) S.N. Arteha, A.V. Belyan, N.S. Erokhion.
Electromagnetic phenomena in atmospheroc plasma-like subsystems. Вопросы атомной
науки и техники. Серия Плазменная электроника и новые методы ускорения. 2013. №
4 (86). С.115-120.
2) Краснова И.А., Ерохин Н.С.,
Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А. Анализ обобщенной масштабной инвариантности
для электрической турбулентности в грозовой облачности. // Современные проблемы
дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013, т.10, № 3, с.114-121.
3) Ерохин Н.С., Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А., Лазарев А.А. Анализ малопараметрической модели сезонного хода крупномасштабного регионального циклогенеза с вариациями скорости ветра. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013, т.10, № 2, с.206-211.
Как известно,
ветровые потоки в интенсивных атмосферных вихрях типа тропических циклонов (ТЦ)
обладают гидродинамической спиральностью,
которая повышает их устойчивость и увеличивает время существования.
Кроме того, в ТЦ имеются заряженные
подсистемы, создающие большие напряженности электрического поля порядка 100
кВ/м, которые способствуют генерации в
атмосфере ураганов и торнадо. Поэтому для корректного описания роли заряженных подсистем в формировании и
последующей динамике спиральных ветровых потоков в мощном атмосферном вихре необходим анализ
структурных характеристик электрической турбулентности в грозовой облачности. В
работе на основе анализа структурных функций Sm(L) представлены
результаты исследования возможности обобщенной масштабной инвариантности
электрической турбулентности для экспериментальных данных по вертикальному
профилю электрического поля Ez(z) в грозовой облачности на высотах z
< 13 km. Рассмотрены инерционные интервалы электрической
турбулентности, скейлинговые экспоненты, величины индекса Херста и куртозиса в
них. В инерционных интервалах выявлены отклонения Sm(L) от степенного скейлинга. Показано, что для интервалов
малых и средних масштабов приближенно выполняется обобщенная масштабная
инвариантность электрической турбулентности. Наблюдаемые отклонения скейлинга
структурных функций, от соответствующего обобщенной масштабной инвариантности,
обьясняются наличием перемежаемости электрической турбулентности и когерентных
электрических структур. Полученные результаты могут быть использованы для
последующих оценок роли электрических подсистем в формировании
самосогласованной, существенно неоднородной структуры ветровых потоков в ТЦ,
при численном моделировании их нелинейной динамики с использованием схем
параметризации, учитывающих электрические подсистемы вихрей, а также для
выявления возможности воздействия на ТЦ. Кроме того, это представляет интерес для
дальнейшего развития методик обработки данных дистанционного зондирования
атмосферных вихрей, более полной и корректной физической интерпретации
результатов обработки экспериментальных данных
На основе системы связанных нелинейных
уравнений для средней скорости ветра и температуры поверхности океана в области
тропического циклона (ТЦ), описывающих временную динамику мощного атмосферного
вихря, проведен анализ сезонного хода крупномасштабного регионального
циклогенеза (РКЦ) с возможностью вариаций скорости ветра в ТЦ. Численными
расчетами показано, что соответствующим выбором параметров задачи и внешних
источников возможно описать генерацию в активном сезоне заданного числа
тайфунов с различающимися характеристиками вихрей и вариациями скорости ветра
на квазистационарной стадии жизненного цикла ТЦ. Следовательно, на основе
обобщения нелинейной малопараметрической модели можно исследовать особенности
сезонного хода временной динамики РКЦ в период активного сезона, анализировать
зависимость их характеристик от различных внешних факторов, например, от
космической погоды, явления Эль-Ниньо, которые ранее рассматривались методами
корреляционного анализа. Развиваемый подход с учетом экспериментальных данных
по крупномасштабному тропическому циклогенезу позволит также разработать
аналитическую модель сезонного хода
РКЦ в конкретном регионе, что
представляет научный и практический интерес, в частности, для разработки
современных методов прогноза крупномасштабных кризисных атмосферных явлений
типа тайфунов, исследований особенностей их временной динамики в различных
регионах. Например, в описанной нелинейной модели можно получить обьяснение
наблюдаемых трендов интенсивности РКЦ. Развиваемый подход будет полезен при
оценках влияния ТЦ на крупномасштабную циркуляцию атмосферы, в понимании
механизмов реализации связей циклогенеза с различными внешними факторами
поскольку обычно применяемые стандартные методы корреляционного анализа
зачастую дают неоднозначные ответы.
Данные космических и наземных наблюдений
свидетельствуют о наличии чётко выраженных асимметрий тайфуногенеза.
Систематизированные данные демонстрируют важную роль электромагнитных явлений
во многих атмосферных процессах (грозах, торнадо, тропических циклонах –
тайфунах, ураганах). Многослойная заряженная облачная система часто
представляет собой некоторую динамически равновесную структуру. В работе
выполнены численные оценки действующих сил и механизмов в атмосферных
плазмоподобных подсистемах и доказана необходимость учёта влияния
электромагнитных сил на формирование, поддержание неоднородной структуры и
характеристики их движения. Из проведенного анализа следует, что ключевые
наблюдательные факты свидетельствуют о существенной роли электромагнитных
явлений во многих атмосферных процессах. Многослойная заряженная облачная
система представляет собой некоторый аналог динамически равновесной структуры,
удерживаемой ионными и поляризационными силами. Оценки действующих сил и
механизмов показывают, что для более полного описания процессов в ТЦ необходимо
учитывать движение этих плазмоподобных подсистем.