بخشی از مقاله
چكيده
در اين مطالعه اثر ابرهاي تندري بر جريان الكتريكي كل سيستم جفت شده اتمسفر/يونسفر و پتانسيل الكتريكي توسط نرم افزار اوركد-پي اسپايس مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور دو نوع صاعقه مثبت و منفي بررسي شده و مدار معادل فرايندهاي جوي تهيه شد. در مورد صاعقه منفي مشخص شد هنگام شروع صاعقه كانال تخليه از انتهاي طوفان تندري به سطح زمين شكل ميگيرد. جريان بازگشتي از سطح زمين به ابر مقاومت پاييني را در مقابل خود ميبيند و به دليل اختلاف پتانسيل زياد در اين ناحيه، جريان ٣٠ كيلوآمپر در بازه زماني چند ده ميكروثانيه از سطح زمين به سمت سمت ابر حركت ميكند.
پس از آن جريان پيوسته با دامنه ٢٠٠ آمپر در مدت چند ده ميلي ثانيه برقرار ميشود و سپس صاعقه متوقف ميشود. هنگام بروز صاعقه منفي پتانسيل يونسفر ٨.٣ ولت - ٠٠١٣.٠ % - از ٣١٣كيلو ولت افزايش ميبابد. بمنظور شبيه سازي صاعقه مثبت در دامنه ٥ كيلومتري، منابع تغذيه را معكوس ميكنيم. نتايج نشان ميدهد پتانسيل بالاي طوفان تندري ٥- مگاولت و در پايين آن ١٤٠ مگاولت نسبت به زمين است.
١ مقدمه
مدار الكتريكي جهاني - مدار الكتريكي جهاني - ميدان الكتريكي و جريان سيال در اتمسفر پايين، يونسفر و منگتوسفر كه تشكيل يك خازن كروي غول پيكر ميدهند را متصل مي كند Bering et al ., 1980; Bering III et al., 1998; Rycroft et ] [al., 2008; Rycroft et al., 2012; Siingh et al., 2007 كه توسط رعد و برق با پتانسيل چند صد هزار ولت شارژ R G ] - [Roble and Tzur, 1986 و جريان عمودي را از طريق مقاومت ستوني اتمسفر رسانش مي كند.
عامل جريان برق رساني ضعيف ابرهاي [Harrison and Carslaw, 2003] stratified آزادانه در امتداد سطح زمين و در يونيسفر جريان دارد كه توسط جريان سيال از زمين به طوفان رعد و برق و از بالاي طوفان رعد و برق به يونيسفر و برگشت از يونيسفر به زمين از طريق مقاومت بار Ω - global fair-weather١٠٠ - ~ محدود مي شود. مناطق مختلف اتمسفر از جمله يونيسفر و منگتوسفر با الكترو-مغناطيسي مرتبط هستند .
[Singh et al., 2004] در يك طوفان رعد و برق فعال، جريان بالارو از طوفان رعد و برق به يونيسفر جريان مي يابد، كه به عنوان جريان ويلسون شناخته مي شود. اين جريان در سراسر جهان از طريق يونسفر/ منگتوسفر در امتداد خطوط ميدان ژئومغناطيسي به نيمكره مخالف گسترش مي يابد. شكل ١شكل Error! No text of specified -style in document .١ توزيع جهاني جريان را نشان مي دهد [Roble and Tzur, 1986 كه در آن جريان به سطح زمين به عنوان جريان fair-weather air-earth باز مي گردد.
شكل -Error! No text of specified style in document .١: نمودار مختصري از فرآيندهاي الكتريكي مختلف در مدار الكتريكي جهاني - Roble and . - Tzur 1986 بردار B نشان دهنده جهت ميدان ژئومغناطيسي زمين است، و فلش جهت جريان جاري در مناطق مولد تروپوسفر، يونيسفر و مگنتوسفر نشان مي دهد. در اين نمودار، يونسفر و مگنتوسفر به عنوان عناصر كنش پذير مدار مورد استفاده قرار مي گيرند.
جريان بالارو از سطح زمين تا پايين رعد و برق، شامل جريان وابسته به ميدان، جريان رسانش، جريان رعد و برق، جريان بارش و جابجايي جريان R ] [Roble, 1991 است. هرگونه اختلال در محيط بين فضايي يا محيطي جو باعث تغيير در رسانش الكتريكي و در نتيجه تغيير در سيستم ميدان مغناطيسي جاري / الكتريكي مي شود. تغييرات در سطح خورشيد موجب تغييرات در پارامترهاي باد خورشيدي مي شود كه مي تواند با استراتوسفر و تروپوسفر همراه باشد كه منجر به تجميع تراكم جريان در مدار الكتريكي جو زمين از يونيسفر به زمين مي شود.
تغيير نامنظم اندك رسانش در لايه اختلاط آن را براي اندازه گيري تغييرات سيستماتيك عمودي با توجه به ورودي باد خورشيدي دشوار ميسازد. حتي تغييرات بسيار كوچك - ١ ~ ٣٪ - در شار نوري كيهاني در مناطق استوايي به علت تغييرات در ورودي هاي باد خورشيدي ممكن است بر جريان شارژ رعد و برق و پتانسيل يونسفر تاثير بگذارد. از آنجاكه فرآيندهاي زيادي در پايين و بالاي طوفان هاي تندري رخ ميدهد، هدف اين مطالعه بررسي و تحليل رفتار تغييرات پتانسيل يونسفر در حين بروز اين رخداد طبيعي ميباشد. مبناي كلي در اين گزارش شبيه سازي مدار الكتريكي جهاني، پروسه هاي الكتريكي كه اتمسفر و يونسفر را كوپل ميكنند و مدلسازي تخليه صاعقه ميباشد.
٢- روش تحقيق
بطور ساده فرض ميشود كه جريان هاي همرفتي در بالاي طوفانهاي تندري نقش اساسياي در حفظ اختلاف پتانسيل الكتريكي ٣٠٠ كيلوولت بين زمين و يونسفر ايفا ميكنند كه اين اختلاف پتانسيل باعث ايجاد ميدان الكتريكي در نواحي دور از طوفان هاي تندري ميشود. به اين نواحي دور ناحيه ي با هواي صاف - fair-weather area - ميگويند. بمنظور مدلسازي مدار جهاني از منبع جريان و المانهاي الكتريكي پسيو استفاده كردهايم.
مقاومت ناحيه هواي صاف را با RFW و خازن را با CFW مدل ميكنيم. منابع طوفان تندري شامل يك منبع جريان I0 كه بصورت موازي با يك مقاومت R2 كه بصورت سري از بالا - ارتفاع بالاي ناحيه طوفان تندري - به مقاومت R3 و از پايين - ناحيه زير طوفان تندري - به مقاومت R1 متصل شده است. اين سه مقاومت با سه خازن C1, C2, C3 موازي شده اند. شكل ٢ شماي كلي اين مدار به همراه مقادير مربوط به هر المان را نشان ميدهد.
C2, C3 نشان داده ميشوند. اين منبع منجربه برقراري جريان ٩٥.٠ كيلوآمپري در مدار ميشود. اين جريان از RFW عبور ميكند. پتانسيل الكتريكي مابين زمين و يونسفر ميدان الكتريكي ١٢٠ ولت بر متر را در سطح زمين در ناحيه هواي صاف ايجاد ميكند. يك طوفان تندري ايزوله شده T به ٨٠ سطح با ضخامت يك كيلومتري در ناحيه مابين زمين و يونسفر تقسيم شده كه با مقاومت هاي RTi و خازن هاي CTi مدل ميشود. يك طوفان تندري يك منبع جريان مشابه باطري ميباشد. اين باطري جريان ٦٥.٠ آمپر را درخود دارد.
٢-١ بررسي اثر صاعقه:
براي مشاهده اثر صاعقه يك شاخه مجزا تعريف شده است. به دو روش ميتوان مقاومت ناحيه يك طوفان تندري را محاسبه نمود.
الف - روش اول:
عامل تفاوت در مقادير مقاومت در هر سطح با ضخامت يك كيلومتر از زمين تا يونسفر شاخص رسانندگي الكتريكي σ - z - در اين فاصله ميباشد. نمودار رسانندگي الكتريكي در شكل ٣ نشان داده شده است. يك مقاومت در ارتفاع zi با ضخامت ١ كيلومتر براي يك طوفان تندي AT = 314 km2 شعاع اثر يك طوفان ١٠ كيلومتر است. RTi و CTi از روابط زير بدست مي آيند. و كه نفوذپذيري مغناطيسي دي الكتريك در فضاي آزاد ميباشد. براي محاسبه مقاومت هاي R1, R2, R3 ١٠٠٠ طوفان تندري مشابه در سراسر كره زمين روابط زير استفاده ميشود.
