Статья

Статья

Обзор

2022. Т. 60. № 4. С. 589–624

Смирнов Б.М., Сон Э.Е.

Электрические процессы в атмосферном воздухе

Представлена физическая картина электрических процессов в атмосфере, построенная на основе атмосферных измерений и физических законов. В данной работе проанализированы некоторые процессы атмосферного электричества, связанные с находящимися в атмосфере микрокаплями воды. Показано, что микрокапли приобретают заряд в процессе роста, а потеря заряда микрокаплями, которая имеет место на нижней границе кучевого облака, приводит к развитию пробоя в виде молнии и сопровождается быстрым (в течение минут) объединением микрокапель кучевого облака в капли дождя. Представляя электрические процессы в атмосфере вторичными по отношению к циркуляции воды через атмосферу, имеем, что конденсация воды в атмосфере происходит в результате перемешивания влажных слоев приземного воздуха с холодным воздухом на высотах в несколько километров под действием вертикального ветра. Доминирующими механизмами роста капель является коалесценция для малых капель и гравитационный рост для больших. При этом равновесие между водяными микрокаплями кучевого облака и насыщенным паром свободных молекул устанавливается за доли секунды, т.е. такое равновесие поддерживается в процессе эволюции кучевого облака. Это означает, что водяной пар внутри кучевого облака является насыщенным. Механизм зарядки капель подобен данному процессу в плазме и определяется разной мобильностью положительных и отрицательных ионов в атмосферном воздухе, а сами ионы образуются в нем под действием космических лучей. Атмосферные микрокапли воды являются также одной из парниковых компонент атмосферы. Анализ теплового излучения атмосферных микрокапель воды вместе с энергетическим балансом Земли и атмосферы позволяет оценить долю конденсированной воды в атмосфере, масса которой составляет доли процента от массы атмосферного водяного пара в виде свободных молекул воды. При этом облака являются неоднородной средой, так что участки в атмосфере, содержащие микрокапли воды, находятся в атмосфере в виде отдельных сгустков. Хотя проведенный анализ поведения микрокапель воды в кучевых облаках позволяет ответить на некоторые вопросы физики атмосферного электричества, другие аспекты этой проблемы сохраняют схематический характер и требуют последующего исследования.