Исследование грозовой активности в атмосфере на основе математической модели электризации кучево – дождевых облаков

Развита, усовершенствована и тестирована созданная в 2015 г. численная модель электризации конвективных облаков, которая учитывает электрические и термодинамические процессы, а также влияние грубодисперсных аэрозолей на формирование электрических полей в конвективной облачности.Для определения разности потенциалов в атмосфере решается трехмерное уравнение Пуассона.Определяющими для модели электричества в атмосфере являются механизмы генерации зарядов и формирования пробивного заряда. В разработанной модели используется несколько механизмов генерации зарядов. Безиндуктивный механизм электризации - заключающийся в возникновении зарядов при столкновении частиц ледяной крупы с кристаллами снега в присутствии переохлажденной воды (схема И.М. Имянитова). Столкновения между поляризованными облачными частицами могут послужить дополнительным механизмом для электризации облака. Носителями зарядов являются гидрометеоры (частицы льда, града, снежинки и т.д.), которые перемещаются со скоростью, которая складывается из их собственной скорости гравитационного оседания, скорости турбулентной коагуляции и вертикальной составляющей скорости ветра. Индукционный механизм генерации зарядов состоит в том, что гидрометеоры поляризуются под действием электрического поля, существующего в атмосфере. При этом предполагается, что взаимодействующие частицы имеют форму шара или эллипсоида. Хотя, конечно, ледяная крупа и снежинки имеют более сложную форму, но распределение зарядов по поверхности сложных тел не поддается обобщенному математическому описанию. Считается, что частички имеют разные диаметры. Они соударяются по касательной, а электрическое поле в атмосфере однородно и квазистационарно. При этом рассматривается взаимодействие жидких гидрометеоров (облачные и дождевые капли), твердых с жидкими (ледяная крупа и облачные капли) и твердых друг с другом (ледяная крупа и ледяные кристаллы). Диффузионный механизм - заряжение частиц облака (дождевых и облачных капель, частиц льда и ледяной крупы) вследствие диффузии к этим частицам атмосферных положительных и отрицательных ионов и их последующего захвата. Комбинация использованных методов и подходов, представляющая собой физико-математическую модель электризации кучево-дождевых облаков, является совершенно новой и оригинальной, прежде всего для России. Зарубежные работы используют несколько иные предположения. Испытаны различные версии описания гидрометеоров, получаемых на основе различных процедур параметризации микрофизики в модели. Полученные результаты показывают превосходство прогнозов по модели по ряду показателей над наиболее распространенным прогнозом гроз с помощью индексов неустойчивости атмосферы. В рамках выполнения проекта было испытано 26 индексов неустойчивости атмосферы и проведено сравнение результатов прогнозов грозовой активности с численной моделью электризации.