[论文解读] A New Mechanism for the Maintenance of Fair Weather Electric Field and Cloud Electrification

A. M. Selvam, A. S. Ramachandra Murty+3 more|ArXiv.org|Oct 4, 1999

Smart Grid and Power Systems被引用 4

一句话总结

本文提出了一种重力波反馈机制（细胞动力系统模型），作为维持晴空电场并解释云层带电现象的替代方案，以替代威尔逊的全球电回路理论。该模型表明，对流层重力波与电离层耦合，产生电场以维持大气电性，为晴天和扰动天气下的电现象提供了新解释，且无需依赖雷暴驱动的全球电回路。

ABSTRACT

Wilson's hypothesis of the global electric circuit with the thunderstorms as generators has not been proven up to now. The exact physical mechanism responsible for the generation of fair weather electric field is not clearly understood. Some of the recent remarkable observations showed evidence for the horizontal fields in the magnetosphere and ionosphere which penetrate atleast into the stratosphere and perhaps into the troposphere. In the present paper a gravity wave feed back mechanism (cell dynamical system model) for the coupling of the troposphere and the ionosphere has been discussed. The physical mechanism proposed can offer an alternate explanation for the atmospheric electrical phenomena during fair and disturbed weather.

研究动机与目标

• 解决维持晴空电场背后未解的物理机制问题。
• 在不完全依赖雷暴驱动的全球电回路前提下，解释云层带电现象。
• 提出一种通过重力波反馈实现对流层-电离层耦合的替代机制。
• 解释观测到的水平电场如何从电离层穿透至平流层和对流层。
• 提供一个动力系统模型，以解释晴天和扰动天气下的大气电现象。

提出的方法

• 开发细胞动力系统模型，以模拟大气中重力波反馈。
• 在对流层和电离层中引入重力波与电场之间的非线性相互作用。
• 采用反馈回路机制，其中重力波活动调节电场生成，而电场又反过来影响波的传播。
• 建模从对流层到电离层的垂直耦合，包括水平电场穿透至平流层的过程。
• 将模型应用于解释无需持续雷暴活动即可维持的晴空电场和云层带电现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果并非由雷暴驱动的全球电回路维持，晴空电场的物理机制是什么？
• RQ2 为何观测到的电离层和磁层中的水平电场能够穿透至对流层？
• RQ3 重力波在耦合对流层与电离层以维持大气电场方面发挥何种作用？
• RQ4 是否可通过涉及重力波的反馈机制独立解释云层带电现象，而无需依赖雷暴发电机？
• RQ5 所提出的模型如何解释晴天和扰动天气下观测到的电现象？

主要发现

• 重力波反馈机制为维持晴空电场提供了威尔逊全球电回路的可行替代方案。
• 该模型解释了电离层中水平电场的存在及其穿透至平流层和对流层的现象。
• 研究表明，对流层重力波可与电离层电场耦合，从而实现电场的持续维持。
• 波动力学与电场之间的反馈回路为大气电性提供了自维持机制。
• 所提出的机制可在无需持续雷暴活动作为唯一驱动力的前提下，解释云层带电现象。