resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-747Research ArticleНауки о ЗемлеEarth sciencesВариации атмосферного электрического поля по наблюдениям в ЯкутскеVariations of the Atmospheric Electric Field by Observations in YakutskТороповАнатолий АнатольевичToropov

ТОРОПОВ Анатолий Анатольевич, м.н.с., e-mail:

Anatol2010@mail.ru;

Anatol2010@mail.ruКозловВладимир ИльичKozlov

КОЗЛОВ Владимир Ильич, к.ф.-м.н., в.н.с., e-mail:

Vkozlov@ikfia.sbras.ru;

Vkozlov@ikfia.sbras.ruКаримовРустам РамильевичKarimov

КАРИМОВ Рустам Рамильевич, к.ф.-м.н., с.н.с., и.о. зав. лаб., e-mail: karimov@ikfia.sbras.ru.

karimov@ikfia.sbras.ruИнститут космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАНРоссияYu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RASRussian FederationИнститут космофизических исследований и аэрономии им. Ю. Г. Шафера СО РАН Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. АммосоваРоссияYu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS North-Eastern Federal University named after M.K. AmmosovRussian Federation2016250320252125864Copyright © Торопов А.А., Козлов В.И., Каримов Р.Р., 20252025Торопов А.А., Козлов В.И., Каримов Р.Р.Торопов А.А., Козлов В.И., Каримов Р.Р.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/747

Проблема появления в атмосфере Земли электрического поля является одной из фундаментальных проблем физики атмосферы, нерешенной до настоящего времени. Наиболее признанной в настоящее время теорией, объединяющей все протекающие в атмосфере электрические процессы в единый токовый контур и объясняющей появлениеатмосферного электрического поля, является концепция глобальной электрической цепи (ГЭЦ).

Экспериментальные исследования атмосферного электрического поля позволяют приблизиться к пониманию физических механизмов, лежащих в основе ГЭЦ.

С 2009 года в ИКФИА СО РАН ведутся непрерывные наблюдения напряженности атмосферного электрического поля, для измерения которого используется электростатический флюксметр. Регистрирующий комплекс реализован на базе нетбука и аналого-цифрового преобразователя.

По результатам (2009–2013) анализа данных атмосферного электрического поля в г. Якутске, установлено, чтосуточный ход имеет два максимума в весенние, летние и осенние месяцы. В зимние месяцы суточный ход имеет один максимум и один минимум. Сезонный ход среднемесячных значений напряженности поля имеет максимумы в весенние и осенние месяцы и минимумы, которые приходятся на летние и зимние месяцы. Годовые вариации напряженности поля в условиях «хорошей погоды» за период наблюдений повторяются из года в год, минимумы и максимумы практически не смещаются по месяцам. В вариациях среднемесячных значений напряженности электрического поля за пятилетний период, наблюдается тренд к уменьшению амплитуды сезонных вариаций напряженности поля и общих значений величины напряженности поля.

В качестве возможной причины наблюдаемого тренда к уменьшению амплитуды среднемесячных значений напряженности поля предполагается изменение уровня солнечной активности, которая в период 2009–2013 гг. находится в фазе возрастания.

The problem of the appearance of atmospheric electric field of the Earth is one of the fundamental problems of atmosphericphysics, unresolved until now. Now the most recognized theory that unites all the electrical processes in the atmosphere into a single current loop, and explains the emergence of the atmospheric electric field, is the concept of the global electric circuit (GEC).

Experimental studies of atmospheric electric fields allow you to approach understanding of the physical mechanisms underlying the global electric circuit.

Regular research of atmospheric electric field in Yakutsk were initiated in 2009 and have been continued to the present. Measurements of atmospheric electric field strength are carried out by electrostatic field-mill. Registering complex is realized on the basis of a netbook with analog-to-digital converter.

By observations in Yakutsk in 2009–2013 it is shown that the diurnal variation in atmospheric electric field has the character of a double wave with two maxima and two minima for spring, summer and autumn months. The diurnal variation in atmospheric electric field is a simple half-wave with one maximum and one minimum for the winter months. Seasonal variation of the atmospheric electric field intensity has peaks in the spring and autumn months and lows that occur in the summer and winter months. Annual variations in atmospheric electric field in the "good" weather conditions during the period of observation are repeated from year to year, minimums and maximums practically displaced by months. It was found that the variation of the electric field has a trend to a decrease in the amplitude of seasonal variations in field strength and common values 2009–2013 of the quantity of tension.

As a possible cause of the observed trend to a decrease in the amplitude of the monthly averages of the field strength, it is assumed change of solar activity, which in the period 2009–2013 it is in the increase of phase.

атмосферное электрическое полеунитарная вариацияглобальная электрическая цепьионосфера.atmospheric electric fieldunitary variationglobal electric chainionosphere.Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ: 15-45-05005 р_восток_а, 15-45-05135 р_восток_а, а также гранта главы Республики Саха (Якутия) для молодых ученых за 2016 г.ReferencesMauchly S.J. Studies in atmosphere electricity based on observations made on the Carnegie (1915-1921) // Researches of the Departament of Terretrial Magnetism. – Washington: Carnegie Institution, Publ. – 1926. – No. 175. – P. 385–424.Mauchly S.J. Studies in atmosphere electricity based on observations made on the Carnegie (1915-1921) // Researches of the Departament of Terretrial Magnetism. – Washington: Carnegie Institution, Publ. – 1926. – No. 175. – P. 385–424.Имянитов И.М. Электричество свободной атмосферы / И.М. Имянитов, Е.В. Чубарина. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 240 с.Имянитов И.М. Электричество свободной атмосферы / И.М. Имянитов, Е.В. Чубарина. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 240 с.Имянитов И.М. Современное состояние исследований атмосферного электричества / И.М. Имянитов, Н.С. Шифрин // Успехи физических наук. – 1962. – Т. 76, Вып. 4. – С. 593–642.Имянитов И.М. Современное состояние исследований атмосферного электричества / И.М. Имянитов, Н.С. Шифрин // Успехи физических наук. – 1962. – Т. 76, Вып. 4. – С. 593–642.Парамонов Н.А. Широтный ход элементов атмосферного электричества // Тр. Главн. геофиз. обсерватории им. А.И. Воейкова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1963. – Т. 146. – С. 65–70.Парамонов Н.А. Широтный ход элементов атмосферного электричества // Тр. Главн. геофиз. обсерватории им. А.И. Воейкова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1963. – Т. 146. – С. 65–70.Тверской П.Н. Атмосферное электричество. – Л.: Гидрометеоиздат, 1949. – С. 252.Тверской П.Н. Атмосферное электричество. – Л.: Гидрометеоиздат, 1949. – С. 252.Markson R. The global circuit intensity: Its measurement and variation over the last 50 years // Bull. Am. Met. Soc. – 2007. – P. 223–241. – Doi: 10.1175 / BAMS-88-2-223.Markson R. The global circuit intensity: Its measurement and variation over the last 50 years // Bull. Am. Met. Soc. – 2007. – P. 223–241. – Doi: 10.1175 / BAMS-88-2-223.Rycroft M.J. An overview of Earth's global electric circuit and atmospheric conductivity / M.J. Rycroft, R.G. Harrison, K.A. Nicoll, E.A. Mareev // Space Sci. Rev. – 2008. – Vol. 137, № 1-4. – Doi: 10.1007/s11214-008-9368-6.Rycroft M.J. An overview of Earth's global electric circuit and atmospheric conductivity / M.J. Rycroft, R.G. Harrison, K.A. Nicoll, E.A. Mareev // Space Sci. Rev. – 2008. – Vol. 137, № 1-4. – Doi: 10.1007/s11214-008-9368-6.Стационарные и нестационарные модели глобальной электрической цепи: корректность, аналитические соотношения, численная реализация / А.В. Калинин, Н.Н. Слюняев, Е.А. Мареев, Жидков А.А. // Изв. РАН. ФАО. – 2014. – Т. 50, № 3. – С. 355–364.Стационарные и нестационарные модели глобальной электрической цепи: корректность, аналитические соотношения, численная реализация / А.В. Калинин, Н.Н. Слюняев, Е.А. Мареев, Жидков А.А. // Изв. РАН. ФАО. – 2014. – Т. 50, № 3. – С. 355–364.Mallios S.A. Charge transfer to the ionosphere and to the ground during thunderstorms / S.A. Mallios, V.P. Pasko // J. Geophys. Res. – 2012. – Vol.Mallios S.A. Charge transfer to the ionosphere and to the ground during thunderstorms / S.A. Mallios, V.P. Pasko // J. Geophys. Res. – 2012. – Vol.– A08303. – Doi:10.1029/2011JA017061.– A08303. – Doi:10.1029/2011JA017061.Mareev E.A. Lifetime of the thunderstorm electric energy in the global atmospheric circuit and thunderstorm energy characteristics / E.A. Mareev, S.V. Anisimov / Atmos. Res. – 2009. – Vol. 91, N 1-4. – P.161–164.Mareev E.A. Lifetime of the thunderstorm electric energy in the global atmospheric circuit and thunderstorm energy characteristics / E.A. Mareev, S.V. Anisimov / Atmos. Res. – 2009. – Vol. 91, N 1-4. – P.161–164.Mareev E.A. On the role of transient currents in the global electric circuit / E.A. Mareev, S.A. Yashunin, S.S. Davydenko, T.C. Marshall, M. Stolzenburg, C.R. Maggio // Geophys. Res. Lett. – 2008. – Vol. 35. – Doi:10.1029/2008GL034554.Mareev E.A. On the role of transient currents in the global electric circuit / E.A. Mareev, S.A. Yashunin, S.S. Davydenko, T.C. Marshall, M. Stolzenburg, C.R. Maggio // Geophys. Res. Lett. – 2008. – Vol. 35. – Doi:10.1029/2008GL034554.Rycroft M.J. Electromagnetic atmosphericplasma coupling: The global atmospheric electric circuitRycroft M.J. Electromagnetic atmosphericplasma coupling: The global atmospheric electric circuit/ M.J. Rycroft, R.G. Harrison // Space Sci. Rev. – 2011. – Vol. 137, N 1-4. – Doi: 10.1007/s11214-011-9830-8./ M.J. Rycroft, R.G. Harrison // Space Sci. Rev. – 2011. – Vol. 137, N 1-4. – Doi: 10.1007/s11214-011-9830-8.Tinsley B.A. The global atmospheric electrical circuit and its effects on cloud micro-physics // Rep. Progr. Phys. – 2008. – Vol. 71. – Doi:10.1088/0034-4885/71/6/066801.Tinsley B.A. The global atmospheric electrical circuit and its effects on cloud micro-physics // Rep. Progr. Phys. – 2008. – Vol. 71. – Doi:10.1088/0034-4885/71/6/066801.Wilson C.T.R. Investigations on lightning discharges and on the electric field of thunderstorms // Phil. Trans. Roy. Soc. A 221. – 1920. – P. 73–115.Wilson C.T.R. Investigations on lightning discharges and on the electric field of thunderstorms // Phil. Trans. Roy. Soc. A 221. – 1920. – P. 73–115.Williams E.R. The global electrical circuit // A Review Atm. Res. – 2009. – Vol. 91. – P. 140–152.Williams E.R. The global electrical circuit // A Review Atm. Res. – 2009. – Vol. 91. – P. 140–152.Williams E.R. Progress on the Global Electrical Circuit / E.R. Williams, E.A. Mareev // Atmos. Res. – 2013. Vol. 95. –URL: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.atmosres.2013.05.019.–10.05.2016.Williams E.R. Progress on the Global Electrical Circuit / E.R. Williams, E.A. Mareev // Atmos. Res. – 2013. Vol. 95. –URL: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.atmosres.2013.05.019.–10.05.2016.Анисимов С.В. Геофизические исследования глобальной электрической цепи / С.В. Анисимов, Е.А. Мареев // Физика Земли. – 2008. – № 10. – С. 8–18.Анисимов С.В. Геофизические исследования глобальной электрической цепи / С.В. Анисимов, Е.А. Мареев // Физика Земли. – 2008. – № 10. – С. 8–18.Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Уcпехи физических наук. – 2010. – Т.180, № 5. – С. 527–534.Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Уcпехи физических наук. – 2010. – Т.180, № 5. – С. 527–534.Критерии формирования и сравнительный анализ глобальных атмосферных электрических цепей планет Солнечной системы / Н.В. Ильин, Ф.А. Кутерин, Е.А. Мареев, М.В. Шаталина // Сб. тр. VII Всерос. конф. по атмосферному электричеству. – СПб., 2012. – С. 88–90.Критерии формирования и сравнительный анализ глобальных атмосферных электрических цепей планет Солнечной системы / Н.В. Ильин, Ф.А. Кутерин, Е.А. Мареев, М.В. Шаталина // Сб. тр. VII Всерос. конф. по атмосферному электричеству. – СПб., 2012. – С. 88–90.Anisimov S.V. Space charge and aeroelectric flows in the exchange layer: An experimental and numerical study / S.V. Anisimov, S.V. Galichenko, N.M. Shikhova // Atmos. Res. – 2014. –Vol. 135/136. – P. 244–254.Anisimov S.V. Space charge and aeroelectric flows in the exchange layer: An experimental and numerical study / S.V. Anisimov, S.V. Galichenko, N.M. Shikhova // Atmos. Res. – 2014. –Vol. 135/136. – P. 244–254.Anisimov S.V. Aeroelectric structures and turbulence in the atmospheric boundary layer / S.V. Anisimov, E.A. Mareev N.M. Shikhova et al. // Nonlinear Process. Geophys. – 2013. – Vol. 20, №Anisimov S.V. Aeroelectric structures and turbulence in the atmospheric boundary layer / S.V. Anisimov, E.A. Mareev N.M. Shikhova et al. // Nonlinear Process. Geophys. – 2013. – Vol. 20, №– P. 819–824.– P. 819–824.Редин А.А. Электродинамическая модель конвективно-турбулентного приземного слоя атмосферы / А.А. Редин, Г.В. Куповых, А.С. Болдырев // Изв. ВУЗ. Сер. Радиофизика. – 2013. – Т. 56, № 11/12. – С. 820–828.Редин А.А. Электродинамическая модель конвективно-турбулентного приземного слоя атмосферы / А.А. Редин, Г.В. Куповых, А.С. Болдырев // Изв. ВУЗ. Сер. Радиофизика. – 2013. – Т. 56, № 11/12. – С. 820–828.К вопросу о мониторинге электрического поля атмосферы по данным наземных наблюдений / А.С. Болдырев, К.А. Болдырева, Г.В. Куповых и др. // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. – С. 875.К вопросу о мониторинге электрического поля атмосферы по данным наземных наблюдений / А.С. Болдырев, К.А. Болдырева, Г.В. Куповых и др. // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. – С. 875.О роли конвективного генератора в глобальной электрической сети / О.В. Мареева, Е.А. Мареев, А.В. Калинин, А.А. Жидков // Солнечно-земная физика. – 2012. – № 21(134). – С. 115–118.О роли конвективного генератора в глобальной электрической сети / О.В. Мареева, Е.А. Мареев, А.В. Калинин, А.А. Жидков // Солнечно-земная физика. – 2012. – № 21(134). – С. 115–118.Денисенко В.В. Проникновение электрического поля из приземного слоя атмосферы в ионосферу / В.В. Денисенко, Е.В. Помозов // Солнечноземная физика. – 2010. – № 16. – С. 70–75.Денисенко В.В. Проникновение электрического поля из приземного слоя атмосферы в ионосферу / В.В. Денисенко, Е.В. Помозов // Солнечноземная физика. – 2010. – № 16. – С. 70–75.Mareev E.A. Variation of the global electric circuit and ionospheric potential in a general circulation model / E.A. Mareev, E.M. Volodin // Geophys. Res. Lett. – 2014. – Vol. 41, № 24. – P. 9009–9016.Mareev E.A. Variation of the global electric circuit and ionospheric potential in a general circulation model / E.A. Mareev, E.M. Volodin // Geophys. Res. Lett. – 2014. – Vol. 41, № 24. – P. 9009–9016.Kupovykh G.V. Negative space charge in surface layer // Proc. 10th Int. Conf. On Atm. El. – Osaka,1996. – P. 164–167.Kupovykh G.V. Negative space charge in surface layer // Proc. 10th Int. Conf. On Atm. El. – Osaka,1996. – P. 164–167.Гордюк В.П. Связь электрических характеристик атмосферы с загрязненностью воздуха аэрозолем по данным измерений в обсерватории Мирный // Атмосферное электричество: тр. III Всесоюз. симп. – Тарту, 1986. – С.70–73.Гордюк В.П. Связь электрических характеристик атмосферы с загрязненностью воздуха аэрозолем по данным измерений в обсерватории Мирный // Атмосферное электричество: тр. III Всесоюз. симп. – Тарту, 1986. – С.70–73.Семенов К.А. Связь элементов атмосферного электричества с загрязнением воздуха Атмосферное электричество: тр. I Всесоюз. симп. – Л., 1976. – С. 75–79.Семенов К.А. Связь элементов атмосферного электричества с загрязнением воздуха Атмосферное электричество: тр. I Всесоюз. симп. – Л., 1976. – С. 75–79.Филиппов А.Х. Влияние выбросов целлюлозно-бумажного производства на электрическое поле атмосферы /А.Х. Филиппов, А.А. Кречетов // Тр. ГГО. – Л.: ГИМИЗ, 1981. – Вып. 442. – С. 96–102.Филиппов А.Х. Влияние выбросов целлюлозно-бумажного производства на электрическое поле атмосферы /А.Х. Филиппов, А.А. Кречетов // Тр. ГГО. – Л.: ГИМИЗ, 1981. – Вып. 442. – С. 96–102.Колоколов В.П. О связях напряженности электрического поля на океанах с метеорологическими величинами / В.П. Колоколов, Ю.В. Шаманский // Тр. ГГО. – Л.: ГИМИЗ. – 1984. – Вып. 474. – С. 94–98.Колоколов В.П. О связях напряженности электрического поля на океанах с метеорологическими величинами / В.П. Колоколов, Ю.В. Шаманский // Тр. ГГО. – Л.: ГИМИЗ. – 1984. – Вып. 474. – С. 94–98.Reiter R. Fields, currents and aerosols in the lower troposphere. Scientific Research Reports // Natural Sciencas Series. – 1985. – Vol. 71. – Р. 714.Reiter R. Fields, currents and aerosols in the lower troposphere. Scientific Research Reports // Natural Sciencas Series. – 1985. – Vol. 71. – Р. 714.Унитарная вариация f0F2 и солнечная активность / В.В. Кузнецов, В.В. Плоткин, Г.В. Нестерова, И.И. Нестерова // Геомагнетизм и аэрономия. –1998. – Т. 38, № 2. – С. 107–111.Унитарная вариация f0F2 и солнечная активность / В.В. Кузнецов, В.В. Плоткин, Г.В. Нестерова, И.И. Нестерова // Геомагнетизм и аэрономия. –1998. – Т. 38, № 2. – С. 107–111.Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180, № 5. – С. 527–534.Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180, № 5. – С. 527–534.Парамонов Н.А. О годовом ходе градиента атмосферно-электрического потенциала // ДАН СССР. – 1950. – Т. 71, № 1. – С. 37–38.Парамонов Н.А. О годовом ходе градиента атмосферно-электрического потенциала // ДАН СССР. – 1950. – Т. 71, № 1. – С. 37–38.Space Weather Prediction Center [Электронный ресурс] // URL: http://www.swpc.noaa. gov/SolarCycle. – 10.05.2016.Space Weather Prediction Center [Электронный ресурс] // URL: http://www.swpc.noaa. gov/SolarCycle. – 10.05.2016.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.