Физические параметры приземного слоя атмосферы в зависимости от его термической устойчивости на основании экспериментальных данных

Магистерская диссертация защищена в 2010 году в ЮФУ, оценка отлично, экспериментальные экспедиционные исследования, частичной основой является комплекс Имянитова. Целью работы является исследование закономерностей пространственно-временных вариаций характеристик атмосферы: полярных электропроводностей атмосферы, концентрации радона-222, метеоэлементов - при различной стратификации нижней атмосферы. ...

О Г Л А В Л Е Н И Е
Введение. 3
1. Термодинамика приземного слоя атмосферы 4
1.1 Температурная стратификация приземного слоя 4
1.2 Адиабатические процессы в атмосфере. Адиабатический градиент температуры 6
1.3 Причины вертикальных движений в приземном слое и его устойчивость 8
1.4 Условия термической устойчивости приземного слоя 11
1.5 Влияние термической и динамической устойчивости на развитие турбулентности в атмосфере. 12
2. Электрические процессы в приземном слое атмосферы 15
2.1 Ионизаторы приземного слоя. 15
2.1.1 Космические лучи 15
2.1.2 Естественная радиоактивность. Радиоактивные эманации. Радон-222 16
2.2 Атмосферные ионы 20
2.2.1 Ионообразование и пропадание ионов в приземной атмосфере. Ионизационно-рекомбинационное уравнение. 20
2.2.2 Спектр атмосферных ионов. 23
2.3 Электропроводность приземного слоя. Ток проводимости 27
2.4 Проблема «хорошей погоды» в атмосферном электричестве (на основании работы Израэльссона [9]) 29
3. Пространственно - временные вариации физических параметров приземного слоя при его различной термической устойчивости 37
3.1 Измерительные приборы и методы обработки экспериментальных данных, полученных в период геофизических экспедиций ПИ ЮФУ 2008-2009 г.г. 37
3.1.1 Измерение метеорологических характеристик приземного слоя атмосферы 37
3.1.2 Измерение вертикальных профилей удельной электропроводности атмосферы вблизи земли. 40
3.1.3 Измерение профилей концентрации радона-222 45
3.2 Результаты исследований особенностей вариаций физических характеристик приземного слоя при различной стратификации его температуры. 47
3.4 Исследование критериев «хорошей погоды» в атмосферном электричестве с учетом устойчивости приземного слоя 58
Заключение 63
Список литературы: 64

1.3 Причины вертикальных движений в приземном слое и его устойчивость
Существуют две основные причины упорядоченного вертикального движения воздуха вблизи Земли - механическое вытеснение и конвекция.
Механическое вытеснение воздуха происходит при движении воздушного потока над земной поверхностью при наличии неровностей рельефа или же растительного покрова: воздух вынужден подниматься, обтекая преграду.
1.4 Условия термической устойчивости приземного слоя
Принято различать неустойчивую , устойчивую и безразличную стратификацию атмосферы. Здесь γa=1°/100 м - адиабатический градиент, о котором мы упоминали ранее: изменение температуры смещающейся по вертикали воздушной частицы с высотой, - градиент температуры окружающего частицу воздуха.
Различная устойчивость атмосферы в свою очередь формирует различные физические ситуации и проявляется в различных термодинамических условиях. При неустойчивой стратификации в атмосфере развиваются конвективные движения, что способствует ее вертикальному перемешиванию. В итоге стираются вертикальные градиенты физических величин и концентраций примесей, и выравниваются значения параметров атмосферы на разных уровнях. Устойчивая стратификация не способствует вертикальному перемешиванию слоев, так как конвекция не возникает. Безразличная стратификация соответствует промежуточному состоянию приземного слоя в этом отношении. Устойчивость приземной атмосферы наряду со скоростью ветра влияет, в частности, на турбулентное перемешивание, от которого зависит распределение атмосферных примесей.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
2.1 Ионизаторы приземного слоя.
В конце XIX столетия было обнаружено, что воздух может проводить электричество. На основании различных исследований было также выявлено, что своей проводимостью воздух обязан наличию в нем заряженных частиц – ионов. Процесс, который приводит к образованию ионов, называется ионизацией. Физика процесса ионизации состоит в том, что под воздействием внешнего агента молекуле или атому газа может быть передана энергия, которая будет достаточной для того чтобы удалить один из наружных валентных электронов из сферы действия ядра. В результате этого процесса нейтральный атом становиться положительно заряженным, а выделившийся электрон почти мгновенно присоединяется к одному из нейтральных атомов и образует отрицательный ион. Молекулы, ионизированные таким образом, будут парными, будут иметь молекулярный размер и нести по одному элементарному заряду. Существуют разнообразные ионизаторы атмосферного воздуха: космические лучи, радиоактивные излучения, ультрафиолетовые и корпускулярное излучение Солнца, фотоэлектрический эффект. Для ионизации приземного слоя атмосферы над континентами наиболее важны космические лучи и радиоактивные излучения земли и атмосферы.
3. ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ ПРИ ЕГО РАЗЛИЧНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ


3.1 Измерительные приборы и методы обработки экспериментальных данных, полученных в период геофизических экспедиций ПИ ЮФУ 2008-2009 г.г.

Метеорологические измерения являются непременной частью экспедиционного комплекса измерений, поскольку, как показал опыт исследований, это способствует пониманию физических процессов в атмосфере и позволяет успешнее описывать результаты атмосферно-электрических наблюдений.
Для анализа различных стратификаций атмосферы и группировки данных была проведена работа для отыскания параметра стратификации. Устойчивость атмосферы оценивалась по параметру, рассчитываемому на основании данных градиентных измерений метеоэлементов в приземном слое. Характеристики атмосферы усреднялись для каждого типа условий, рассчитывались параметры их вариаций. Осуществление непрерывной регистрации метеопараметров в экспедиции 2009 года позволило получить новую информацию о характере их временных вариаций в зависимости от устойчивости приземного слоя атмосферы.

3.1.1 Измерение метеорологических характеристик приземного слоя атмосферы
Измерение температуры и влажности воздуха. Для измерения температуры и определения характеристик влажности воздуха на уровнях 0,5; 1,0; 2,0 метра использовались аспирационные психрометры Ассмана, которые перед началом измерений тщательно сверялись. 3.1.2 Измерение вертикальных профилей удельной электропроводности атмосферы вблизи земли.

Измерение электропроводности атмосферы вблизи земли осуществлялись прибором Гердиена системы Литвинова, работающим по методу разряда. Применявшийся в работе аспирационный цилиндрический конденсатор имел следующие характеристики: длина внутреннего электрода- 200 мм, его радиус–3,5 мм, радиус наружного электрода – 36 мм. Наружный электрод конденсатора заземлялся. Также для создания воздушного ламинарного потока наружный электрод снабжен раструбами. Внутренний собирающий электрод соединен с электростатическим вольтметром C-50, закреплен на его входном изоляторе. Скорость аспирации потоков воздуха в конденсаторе определялась ручным чашечным анемометром, который был установлен перед аспиратором за собирающим электродом.
3.2 Результаты исследований особенностей вариаций физических характеристик приземного слоя при различной стратификации его температуры.

Успех анализа атмосферно-электрических данных определяется в значительной степени тем, как результаты эксперимента сгруппированы. Важно обеспечить однородность массивов, полученных при группировке, с точки зрения физических условий.
Исследования атмосферных характеристик показывают, что электрическое состояние приземного слоя в значительной степени зависит от его стратификации. Устойчивость приземной атмосферы влияет, в частности, на турбулентное перемешивание, от которого зависит распределение атмосферных примесей.
В качестве параметра стратификации приземного слоя в работе использовался параметр, обозначаемый далее как m, где - универсальная функция теории подобия.
Функция зависит от числа Ричардсона:
.
(3.26)

Как видно, число Ричардсона определяется градиентом температуры и градиентом скорости ветра.
В методе Орленко [27], использованном нами, универсальная функция зависимости от Ri определяется по различным формулам:
• при (безразличная стратификация, m=1) ,
• при (неустойчивая стратификация, m>1) ,
• при (устойчивая стратификация,

Электрическое состояние приземного слоя в значительной мере обусловлено термодинамикой атмосферы вблизи земной поверхности, поскольку ею определяется перенос важных для атмосферно-электрических процессов примесей: радиоактивных изотопов, водяных паров, аэрозолей различного происхождения. Изменения интенсивности перемешивания приземного слоя, связанные как с регулярными суточными ритмами, так и с процессами циркуляции атмосферы разного масштаба, модулируют процессы ионизации и формирования электрической структуры приземного слоя, влияя на распределение концентрации природных радиоактивных газов в приземной атмосфере. Представляется интересным исследовать влияние термодинамических факторов на электрическое состояние приземного слоя.В связи с намеченной целью решались следующие задачи:
1. рег истрация метеорологических и атмосферно-электрических характеристик в период геофизических экспедиций ПИ ЮФУ;
2. обработка, группировка полученных экспериментальных данных, систематизация материала с учетом устойчивости атмосферы;
3. поиск закономерностей, построение графиков, анализ полученных результатов, их физическая интерпретация;
4. формулировка выводов, подведение итогов, поиск перспектив применения результатов в теории и на практике.

При постоянных значениях интенсивности ионизации и коэффициента рекомбинации состояние равновесия устанавливается за время от минуты до четверти часа.Пренебрегая током проводимости, получим уравнения ионизационного равновесия в воздухе в стационарных условиях в следующем виде:(2.8)Если число легких ионов значительно меньше числа других частиц аэрозолей, то в выражении (2.8) первым слагаемым можно пренебречь по сравнению со вторым и третьим. Тогда при условии ионизационное равновесие в воздухе, содержащем тяжелые частицы, принимает следующий простой вид:(2.9)где зависит от природы и концентрации тяжелых частиц в воздухе и не зависит от концентрации и скорости образования легких ионов. По аналогии с (2.5) время жизни в этом случае(2.10)Скорость исчезновения ионов в загрязненном воздухе согласно (2.7) и (2.8) выражается уравнением (индексы опущены): или(2.11)В завершение отметим, что геомагнитное поле не влияет на движение ионов в нижних слоях атмосферы из-за сравнительно малых скоростей их движения вследствие большой плотности газа и большого числа столкновений ионов с нейтральными молекулами и между собой, как отмечено в монографии Тверского[2]. 2.2.2 Спектр атмосферных ионов.Спектр атмосферных ионов по подвижности содержит информацию о наличии в нем газовых и аэрозольных примесей и описывает электрические свойства воздуха. Подвижность - это скорость движения ионов в электрическом поле напряженности, равной единице. Это одна из наиболее удобных величин, которая позволяет охарактеризовать ионы различных типов. Обычно используют всем известную классификацию ионов по подвижности: легкие, средние и тяжелые. Группы ионов выделяются с учетом физических характеристик и процессов образования. Первая группа - легкие ионы - по физической природе являются заряженными молекулярными кластерами: «кластерные ионы». Кроме легких ионов в атмосфере принято выделять группу средних ионов с подвижностью (0,30,5), которые имеют, по-видимому, конденсационную природу, как уже было отмечено, а также тяжелые ионы, подвижности которых лежат в интервале 10-5-10-9·м2/В·с.Ионы 2 и 3 групп по своей физической природе являются заряженными аэрозольными частицами. Частицы аэрозоля с точки зрения образования можно разделить на частицы с «врожденным зарядом и с «приобретенным» зарядом. Первые возникают в результате конденсации вещества на легкий ион, их предлагается называть конденсационными ионами (средние ионы по подвижности). Вторые - частицы, возникающие при столкновении нейтральных частиц с легкими ионами и адсорбции зарядов последних частицами аэрозоля - аэрозольными ионами (тяжелые ионы). Диапазоны подвижности разных групп ионов частично перекрываются. Остановимся подробнее на легких (кластерных) ионах.Важно отметить, что электропроводность практически полностью обусловлена концентрацией и средней подвижностью легких ионов. Поэтому рассмотрим эту группу ионов более подробно. Молекулярные положительные и отрицательные ионы, которые появляются в атмосфере благодаря действию ионизаторов, под влиянием поляризационных сил быстро покрываются сольватной оболочкой из нейтральных молекул, число которых может доходить до 30. Такая совокупность молекул, имеющая элементарный заряд, получила название легкого или кластерного иона. Подвижность легкого иона составляет (12)· м2/В·с [2]. Относительно комплексного характера легкого иона можно заметить следующее. Легкий ион не состоит из одной молекулы, так как если бы он был всего лишь молекулой с одним избыточным или недостающим электроном, то нельзя было бы ожидать влияния влажности или примесей на его подвижность и предполагалась бы одинаковая подвижность как для положительных, так и для отрицательных ионов. Но подвижность легких ионов зависит от выше указанных факторов. Молекулы воды легко поляризуются. Это означает, что там, где их находится достаточное количество, они будут легче притягиваться к ионизированным молекулам, чем другие соседние молекулы. Известная из эксперимента зависимость подвижности от влажности объясняется этой моделью: активный рост сольватной группы за счет молекул воды приводит к уменьшению подвижности с ростом влажности. Особенно сильно зависит от влажности подвижность отрицательных ионов [7]. Лабораторные исследования показали, что в смесях газов обычно не образуются отдельные группы ионов с подвижностями соответствующие каждому отдельному газу входящему в состав смеси, а возникают ионы некоторой одинаковой подвижности. С изменением состава смеси изменяется и величина подвижности. Уменьшение подвижности ионов, а в особенности отрицательных, вызывает содержащийся в воздухе водяной пар. Подвижность отрицательных ионов заметно убывает с ростом влажности, а на подвижность положительных ионов содержание влажности не оказывает никакого влияния - этот вывод в своих работах первым высказал Зелени. Позднее это было подтверждено рядом исследований. При увеличении влажности от 0 до 100% подвижность отрицательных ионов уменьшается на 18 %. Подвижность отрицательных легких ионов несколько больше, чем положительных, при одних и тех же условиях, что вызвано присутствием в группе отрицательных ионов некоторого количества свободных электронов. Хотя время жизни последних очень мало в условиях нормального атмосферного давления, их подвижность столь значительна, что это увеличивает среднюю подвижность отрицательных ионов [2].Что касается подвижности легких ионов, Тверской [2] указывает, что Ланжевен, исходя из предположений о кинетической теории газов, дал для подвижности ионов следующее выражение:(2.12)Это выражение носит название уравнения Ланжевена.Здесь a - это некоторый коэффициент величиной от 0,5 до 1, - отношение заряда к массе иона, λ- средняя длина свободного пробега, V-средняя скорость его неупорядоченного движения. Уравнение Ланжевена было уточнено рядом исследований. Выражение позволяет оценить величину подвижности ионов. Ланжевен прежде всего учел различие между массой иона и массой нейтральной молекулы, затем принял во внимание поляризационные силы притяжения, которые действуют между ионами и нейтральными молекулами и которые уменьшают среднюю длину свободного пробега иона в газе. Таммет [8]отмечает, что существует эмпирическая связь между подвижностью b и массой легкого иона m, которая аппроксимируется формулой:(2.13)Здесь масса иона m дана в а.е.м.2.3 Электропроводность приземного слоя. Ток проводимостиНеобходимость внимательнейшего изучения проводящих свойств атмосферы в различных точках земного шара, в различных метеорологических условиях диктуется как важностью разрешения общетеоретических проблем атмосферно-электрической науки, так и необходимостью решения вопросов прикладного характера. Одним из важнейших атмосферно-электрических элементов является электропроводность атмосферы [2]. Наряду с остальными электрическими характеристиками атмосферы, электропроводность определяет ее общее электрическое состояние. Наличие ионов обуславливает проводимость атмосферы. В однородном электрическом поле ионы движутся со скоростью , которая пропорциональна напряженности электрического поля :(2.14)где - подвижность ионов. Подвижность ионов зависит от различных факторов, но в широких пределах (от долей до ) не зависит от напряженности электрического поля . Поэтому подвижность может служить характеристикой самих носителей зарядов, которая показывает их способность активно участвовать в создании электрического тока.Ионы, перемещаясь в направлении поля со скоростью , создают электрический ток, плотность которого можно определить следующей формулой:(2.15)Учитывая уравнение (2.14), получим: (2.16)где – плотность тока, - заряд иона, - подвижность, - напряженность, - концентрация ионов. При этом выполняется закон Ома:(2.17)где - удельная проводимость газа, величина, обратная удельному сопротивлению. Принимая во внимание уравнение (2.16), для проводимости газа получаем следующее:(2.18)Но в осуществлении тока участвуют оба вида ионов: и положительные, и отрицательные носители заряда, - значит, следует различать полярные и суммарную проводимости. В связи с этим имеем следующие уравнения:(2.19)(2.20)(2.21)2.4 Проблема «хорошей погоды» в атмосферном электричестве (на основании работы Израэльссона [9])В связи с необходимостью отбора наземных атмосферно-электрических данных, пригодных для получения информации о глобальных вариациях потенциала электросферы, выделяют условия «хорошей погоды», которые предполагают отсутствие гроз, осадков, метелей, туманов, ограничение скорости ветра, баллов облачности, а так же амплитуды и частоты колебаний напряженности электрического поля. Имеется в виду, что это, в конечном счете, соответствует отсутствию локальных генераторов электрического поля, когда электрическое состояние атмосферы определяется действием только глобальных генераторов, то есть, формируется квазистационарное электрическое состояние атмосферы. В этих условиях плотность вертикального тока проводимости в атмосфере не изменяется с высотой, и на поверхность земли ионы попадают только под действием электрического поля. Однако, при измерениях в условиях «хорошей погоды» вблизи земной поверхности было обнаружено, что плотность тока проводимости имеет сложный профиль, а значит, в исследуемой области имеет место ток механического переноса, который можно рассматривать как один из локальных генераторов электрического поля. Одной из наиболее значительных работ, посвященных проблеме выделения условий «хорошей погоды» в атмосферном электричестве, является известная статья Израэльсона [9].Во введении статьи Израэльсон отмечает, что использование концепции “хорошей погоды” в атмосферном электричестве дискуссионно, так как комплекс метеоусловий, известный как “условия хорошей погоды” включает в себя очень широкий диапазон состояний атмосферы в плане ее устойчивости. Автор указывает, что Международной комиссией по атмосферному электричеству в 1965 году рекомендовано определять часы с “хорошей погодой” как часы, в которые действие локальных генераторов тока незначительно. Ссылаясь на Kazemir [10], Israelsson отмечает, что локальные генераторы сильно связаны с конвективным током, который обусловливает отклонения от закона Ома. По Kazemir, малые отклонения от закона Ома являются критерием для определения условий “хорошей погоды”. Результаты атмосферно-электрических измерений, обсуждаемые в работе Israelsson, приводят к выводу, что в условиях “хорошей погоды” при устойчивом состоянии атмосферы измерения могут представлять только очень локальные, но не глобальные условия.Далее в статье приводится теоретическое обоснование рассматриваемой проблемы, в котором автор исходит из факта ионизации атмосферного воздуха вследствие естественной и искусственной радиоактивности. Условие ионизационного равновесия в работе сформулировано в соответствии с равновесием между ионообразованием, исчезновением малых ионов из-за рекомбинации, из-за локальных вариаций индуцированного полем ионного дрейфа и турбулентного обмена. Локальное изменение концентрации положительных малых ионов может, таким образом, быть записано как(2.22)где QUOTE QUOTE – механический перенос концентрации малых ионов, QUOTE -вектор вертикальной скорости, QUOTE - интенсивность ионообразования, α- коэффициент рекомбинации малых ионов, QUOTE - рекомбинация больших частиц, QUOTE - подвижность, QUOTE - концентрация больших ионов, QUOTE незаряженных частиц, QUOTE - коэффициент турбулентной диффузии. Уравнение равновесия для концентрации отрицательных малых ионов совершенно аналогично.Проводимость воздуха задается как (2.23)Соотношение плотности объемного заряда (ρ) с электрическим полем (E) задается хорошо известным уравнением Пуассона: QUOTE (2.24)(2.24)Проводимость, плотность тока проводимости и электрическое поле связаны следующим образом i пров. = QUOTE (2.25)Воспользовавшись теорией турбулентного обмена, величину направленного вверх турбулентного переноса объемного заряда Израэльсон записывает как: QUOTE (2.26)Далее автор указывает, что измеряемая плотность вертикального тока iизм. является суммой плотностей конвективного тока и тока проводимости :i изм.= i пров + iдифф(2.27)где iдифф.- плотность конвективного тока. В электрической модели атмосферы Израэльсона ионосферный потенциал обозначается Vu, и атмосфера представляется цепью сопротивлений wi..Суммарное сопротивление есть интеграл: QUOTE (2.28)где R- сопротивление столба.Сопоставляя местные и глобальные аспекты атмосферного электричества, Израэльсон из закона Ома получает:(2.29)Полагая, что в идеализированном предположении вариации электрического поля есть функция изменяющегося глобального сопротивления R и изменяющегося локального сопротивления w. Для плотности тока проводимости атмосфера-земля Израэльсон записывает простое соотношение:(2.30)В своей работе Израэльсон касается концепции «условий хорошей погоды» путем изучения флуктуаций радиоактивности, концентрации ионов и плотности объемного заряда в электрическом поле и плотности вертикального электрического тока в различных метеорологических условиях. Автор статьи отмечает, что по результатам эксперимента в период с условиями хорошей погоды атмосферная устойчивость менялась от очень неустойчивой в дневное время до очень устойчивой ночью. Таким образом, эти условия представлены очень широким диапазоном устойчивостей. С целью получения информации об атмосферных условиях определялся параметр конвективной устойчивости S, S= QUOTE (2.31)где изменение потенциальной температуры до 32 метров, - изменение скорости ветра с высотой до 10 метров. Изральсон указывает, что в период с условиями хорошей погоды S положителен ночью и быстро уменьшается после восхода солнца, принимая отрицательные значения. При неустойчивых условиях днем получены значительные вертикальные движения. Интенсивность турбулентного переноса в очень высокой степени зависит от условий устойчивости атмосферы. Соотношение между устойчивостью S и скоростью ионизации q получено в результате исследований в обсерватории Марста [11]. В широком диапазоне устойчивостей от неустойчивого до слабо устойчивого состояния и концентрации, и вертикальные градиенты естественной радиоактивности совершенно постоянны. Но при достижении устойчивости S=+0.1 (S – параметр стратификации) как концентрация, так и вертикальные градиенты естественной радиоактивности значительно увеличиваются. Автор статьи отмечает, что в устойчивых условиях часто получаются большие концентрации аэрозолей и радиоактивных частиц, вызывающие большие локальные плотности объемного заряда, и, соответственно, имеют место большие локальные источники тока, которые дают флуктуации электрического поля и плотности конвективного тока.В ходе дальнейших исследований Израэльсона выяснилось, что отсутствие нарушающих метеоусловий не исключает наличия тока механического переноса в нижней атмосфере, а вследствие чего и локальных генераторов, нарушающих закон Ома в данном участке глобальной электрической цепи. Степень отклонения от закона Ома, как известно, предложил оценивать Долезалек:(2.32)где – непосредственно измеренная плотность полного вертикального тока на землю, – напряженность электрического поля у поверхности земли, – удельная электропроводность атмосферы. Желая показать существование большого конвективного тока и, следовательно, нарушение закона Ома, Израэльсон приводит таблицу среднемесячных значений Ω. Таблица 1. Средние месячные значения Ω. Апрель М а й ИюньИюль АвгустСентябрь3,05,89,74,23,33,3Далее Израэльсон указывает, что Долезалек [12] показал суточные, месячные и сезонные кривые суточных вариаций Ω на пяти станциях. В итоге исследований критерия Долезалека Израэльсоном обнаружилось, что характер вариаций Ω зависит от типа станции, а именно: воздух с малым содержанием аэрозолей представлен малым отклонением Ω, а для станций с большим содержанием аэрозолей характерно на сильное отклонение Ω. Марста – обсерватория относится к станциям с относительно низкой концентрацией производимых человеком аэрозолей, но содержание естественной радиоактивности в воздухе очень велико. Измерения обнаруживают, что в условиях хорошей погоды Ω имеет вполне четко выраженный суточный ход. При обзоре следующих работ [13,14,15,16], посвященных вопросу существования в приземном слое атмосферы конвективного электрического тока наряду с током проводимости, можно сделать следующий вывод, что конвективная токовая компонента способна вносить свой вклад в нарушение закона Ома в атмосфере. Каземир [17] для идеальной станции обнаружил унитарную вариацию плотности тока (глобальный тип) всего лишь один раз за две недели. Израэльсон справедливо отмечает, что в тропосфере электрические параметры очень сильно зависят от метеорологических процессов, и приводит результаты подсчета процента ионосферного потенциала который создается тропосферой. Процентный ионосферный потенциал, полученный из тропосферы, считался согласно QUOTE (2.33)где Тр - высота тропопаузы, Тр определена из температурного профиля. Автор отмечает, что на основании 24 зондирований получено Vтр=88% со стандартным отклонением 9 %. Таким образом, большая часть ионосферного потенциала и его суточных вариаций создается тропосферой, где имеет место большая часть суточных метеорологических процессов. Приведенный в работе рисунок суточных изменений ионосферного и тропосферного потенциала, измеренного радиозондированием, с точки зрения автора обнаруживает, что максимумы этих потенциалов приходятся на часы, когда конвекция наиболее развита и вертикальное движения простираются на большую часть тропосферы. Рисунок 2.2 Суточные изменения ионосферного и тропосферного потенциала, измеренного радиозондированием.Обсуждая концепцию “условий хорошей погоды” посредством атмосферно – электрических и метеорологических измерений, Израэльсон приходит к ряду выводов. Он констатирует, что во время хорошей погоды атмосферная устойчивость изменяется от устойчивой в ночное время до неустойчивой днем. Концентрация радиоактивности в воздухе очень зависит от условий устойчивости. Следовательно, заключает Израэльсон, благодаря ионизации атмосферно – электрические элементы зависят от устойчивости. Затем, объемные заряды переносятся, в основном, воздушными течениями. Следовательно, плотность конвективного тока является важной в обсуждении генераторов. С точки зрения Израэльсона, исследования быстрых изменений температуры, естественной α - радиоактивности, концентрации малых ионов и плотности объемного заряда показывают, что во всех условиях устойчивости метеорологические процессы влияют на электрические явления. Эти местные генераторы, дают изменения сравнительно больших частот, чем с периодом 4 минуты. Дискретные измерения атмосферно – электрических параметров должны соответствовать временам измерений большим, чем 4 минуты.На основании спектрального анализа можно сделать следующее заключение, что в условиях устойчивого приземного слоя вариации электрического поля и плотности суммарного вертикального тока целиком определяются нижайшими слоями атмосферы. Таким образом, констатирует автор, в так называемых “условиях хорошей погоды” измерения могут представлять только очень локальные, но не глобальные условия. Измерения обнаруживают, что различие между плотностью суммарного вертикального тока и плотностью тока проводимости увеличивается с увеличением устойчивости атмосферы. 3. Пространственно - временные вариации физических параметров приземного слоя при его различной термической устойчивости 3.1 Измерительные приборы и методы обработки экспериментальных данных, полученных в период геофизических экспедиций ПИ ЮФУ 2008-2009 г.г.