Variations of the Atmospheric Electric Field by Observations in Yakutsk
Abstract
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.
About the Authors
Анатолий Toropov
Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Владимир Kozlov
Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS
North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Russian Federation
Russian Federation
Рустам Karimov
Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy SB RAS
Russian Federation
Russian Federation
References
1. 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.
2. Имянитов И.М. Электричество свободной атмосферы / И.М. Имянитов, Е.В. Чубарина. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 240 с.
3. 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.
4. Парамонов Н.А. Широтный ход элементов атмосферного электричества // Тр. Главн. геофиз. обсерватории им. А.И. Воейкова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1963. – Т. 146. – С. 65–70.
5. Тверской П.Н. Атмосферное электричество. – Л.: Гидрометеоиздат, 1949. – С. 252.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. – A08303. – Doi:10.1029/2011JA017061.
11. 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.
12. 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.
13. Rycroft M.J. Electromagnetic atmosphericplasma coupling: The global atmospheric electric circuit
14. / M.J. Rycroft, R.G. Harrison // Space Sci. Rev. – 2011. – Vol. 137, N 1-4. – Doi: 10.1007/s11214-011-9830-8.
15. 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.
16. 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.
17. Williams E.R. The global electrical circuit // A Review Atm. Res. – 2009. – Vol. 91. – P. 140–152.
18. 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.
19. Анисимов С.В. Геофизические исследования глобальной электрической цепи / С.В. Анисимов, Е.А. Мареев // Физика Земли. – 2008. – № 10. – С. 8–18.
20. Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Уcпехи физических наук. – 2010. – Т.180, № 5. – С. 527–534.
21. 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.
22. 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.
23. 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, №
24. – P. 819–824.
25. 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.
26. 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.
27. 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.
28. 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.
29. 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.
30. Kupovykh G.V. Negative space charge in surface layer // Proc. 10th Int. Conf. On Atm. El. – Osaka,1996. – P. 164–167.
31. 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.
32. Семенов К.А. Связь элементов атмосферного электричества с загрязнением воздуха Атмосферное электричество: тр. I Всесоюз. симп. – Л., 1976. – С. 75–79.
33. 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.
34. 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.
35. Reiter R. Fields, currents and aerosols in the lower troposphere. Scientific Research Reports // Natural Sciencas Series. – 1985. – Vol. 71. – Р. 714.
36. 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.
37. Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180, № 5. – С. 527–534.
38. Парамонов Н.А. О годовом ходе градиента атмосферно-электрического потенциала // ДАН СССР. – 1950. – Т. 71, № 1. – С. 37–38.
39. Space Weather Prediction Center [Электронный ресурс] // URL: http://www.swpc.noaa. gov/SolarCycle. – 10.05.2016.
Review
For citations:
Toropov , Kozlov , Karimov Variations of the Atmospheric Electric Field by Observations in Yakutsk. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2016;21(2):58-64. (In Russ.)
Views:
44
Email this article 