Давыденко С.С.
Фильченков С.Е.
Широков Е.А.
 Статья на сайте eLibrary

Представлен пример расчёта нелинейной стадии формирования мелкомасштабных вариаций электрического поля в мультидисперсной плазмоподобной среде, состоящей из фракции сравнительно тяжёлых частиц и обтекающего их слабопроводящего конвективного потока в постоянном фоновом электрическом поле. Приведена общая система уравнений, описывающая указанную среду в одномерном приближении и состоящая из уравнений динамики тяжёлых частиц, уравнений непрерывности для потока тяжёлых частиц и суммарной плотности заряда, а также уравнения Пуассона. Расчёты неустойчивости выполнены для условий, характерных для высот около 6 км над земной поверхностью в области сильной конвекции грозовых облаков. Результаты расчёта начальной стадии неустойчивости соответствуют оценкам, следующим из анализа дисперсионного уравнения. Показано, что в результате развития неустойчивости формируются смещающиеся с потоком многослойные структуры электрического поля, концентрации тяжёлых частиц и плотности заряда с характерным вертикальным масштабом порядка 10 м, при этом максимальное значение электрического поля может значительно превышать его исходную (фоновую) величину.

На английском языке
Formation of small-scale variations of the electric field in convective flows in the earth's troposphere
Davydenko S.S., Filchenkov S.E. and Shirokov E.A.

We present an example of calculations of the nonlinear stage of the formation of small-scale variations of the electric field in a multidisperse plasma-like medium consisting of a fraction of relatively heavy particles and a weakly conducting convective flow in a constant background electric field. A general system of equations describing the specified medium in a one-dimensional approximation and consisting of the equations of the dynamics of heavy particles, the continuity equations for the flow of heavy particles, and the total charge density, as well as the Poisson equation is given. Calculations of the instability were conducted for conditions at the heights of about 6 km above the Earth's surface in the region of strong thunderclouds convection. The results of calculations of the initial stage of instability correspond to the estimates following from the analysis of the dispersion equation. It is shown that due to development of the instability, multilayer structures of the electric field, density of heavy particles and charge density with a characteristic vertical scale of the order of 10 m are being formed. The structures are shifted with the flow, the maximum value of the perturbed electric field can significantly exceed the initial (background) value.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2024_67_06_469