Légköri elektromosság

Légköri elektromosság

Ács Ferenc

ELTE

Földrajz- és Földtudományi Intézet Meteorológiai Tanszék

Tematika - röviden

• A Föld légkörének elektromos állapota (elektrodinamikai és elektrosztatikai tartomány)

• A légköri elektromos áramkör elemei

• A levegő elektromos tulajdonságai (pl. elektromos térerősség, ionok mobilitása, vezetőképesség, áramsűrűség stb.) a „szép idő zónában”

• A troposzféra és a sztratoszféra elektromos állapotát meghatározó alapvető folyamatok (töltéssemlegesítő, töltéscsere és töltésszállító folyamatok)

• Elektromos jelenségek és folyamatok a felhőkben (különböző felhőfajták elektromos tulajdonságai)

• Légköri elektromos kisülések (korona kisülés, villámlás, Schumann rezonancia), mennydörgés

• Villámlás elektromágneses tere (a rezgő dipólus modellje)

• A légköri elektromos jelenségek klimatológiai vonatkozásai (légköri elektromos áramkör és a léghőmérséklet)


Célok:

• az ionoszféra alatti légköri elektromosság

fenomenológiájának megértése és

megismerése,

• a „szép idő” zóna elektromos jelenségeinek és

folyamatainak megismerése,

• a felhőkkel és a zivatarokkal kapcsolatos

elektromos jelenségek és folyamatok

megismerése.


• A Föld légkörének elektromos állapotát és folyamatait a felhőkben és a Föld belsejébenuralkodó folyamatok, a különböző kisülések, valamint a kozmikus tényezők együttesen határozzák meg.

• A Föld bolygóval kapcsolatos tényezők közül a Föld mágnessége egy kikerülhetetlen tényező főleg a légkör magasabb tartományaiban.

• A kozmikus tényezők közül a Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása (másképpen napszél vagy űridőjárás) a legfontosabb.

Elektrodinamikai tartomány

• A Föld légkörének azon

övezeteit, ahol a töltött

részecskék száma és

mozgása határozza meg

döntően a légkör állapotát

a légkör elektrodinamikai

tartományának nevezzük.

Ezek a magnetoszférában

és az ionoszférában

vannak.

• Shock wave - lökéshullám

Elektrodinamikai tartomány

• E elektrodinamikai tartomány két részre oszlik:

egy olyan részre, ahol a magnetoszféra

„anizotrópikus” hatása nem érvényesül, ez a

„hideg” plazma övezete az alsó ionoszférában,

és egy olyan részre, ahol a magnetoszféra

„anizotrópikus” hatása érvényesül, ez a „meleg”

plazma övezete a felső ionoszférában és a

magnetoszférában.

• A légkör elektrodinamikai tartományának

tanulmányozásával a geofizika foglalkozik.

Magnetoszféra

• Föld mágneses

térerőssége

Magnetoszféra

Sarki fény

(aurora borealis,

aurora australis)

Magnetoszféra

Ionoszféra

• Az ionoszférában az elektromos vezetés

összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint a légkör

elektrosztatikai tartományában.

• Az ionoszféra tartománya ott kezdődik, ahol az

elektromos vezetésben ez az ugrásszerű

növekedés észlelhető. E magasság változó

térben és időben, de általában kb. 60 km-es

magasságot vesznek.

Ionoszféra

• Az ionoszféra elektromos vezetését döntően a

szabad és igen nagy mozgékonysággal

rendelkező elektronok (e) határozzák meg.

Ugyanis az ionoszférában a töltött részecskék

száma továbbra is sokkal kisebb a neutrális

atomok, molekulák számához képest.

• Az elektronok sűrűsége (Ne) igen változó mind

térben, mind időben. E változások igen széles

határok között teljesülnek.

Ionoszféra

• Az Ne profiljának

kialakulását a levegő

sűrűsége és az ems

(ezentúl csak röviden

sugárzás) gyengülése

határozza meg, mint

ahogy az ábrán

látható. Ez az ún.

Chapman-féle

elmélet.

Elektrodinamikai tartomány:

abszorpció az UV tartományban

O, O2 (termoszféra), O3 (sztratoszféra), N, N2

(termoszféra)

Ionoszféra

• Hőmérsékleti

profil és az

ionoszféra

aljának

magassága

Ionoszféra

• A megfigyelt profilok

hasonlók az előbb

kapott elméleti

profilhoz. Látható az is,

hogy e profilok

jelentősen változnak a

naptevékenységtől

(napfolttevékenység →

napszél) függően.

• a) nappal, b) éjjel

Ionoszféra

• Az Ne profilok napi

változásai, pl. az

átmenet a nappaliból

az éjjeli időszakba

szintén jelentős.

Elektrosztatikai tartomány

• A Föld légkörének azon övezeteit, ahol a töltött részecskék száma a semleges részecskék számához képest kicsi, azaz, ahol a levegő dielektrikumként (szigetelőként) viselkedik a légkör elektrosztatikai tartományának nevezzük.

• E elektrosztatikai tartomány a földfelszín és az ionoszféra között van.

• A légkör elektrosztatikai tartományának tanulmányozásával a geofizika mellett a meteorológia is foglalkozik.

A légköri elektromos áramkör

• Az ionoszféra számunkra csak olyan szempontból fontos, hogy az ún. elektroszféra alsó tartománya.

• Ugyanakkor a mérések szerint állandóan létező, de értékeit illetően változó potenciál különbség van a földfelszín és az elektroszféra között.

• Felvetődik a kérdés: mi tartja fenn e potenciál különbséget? És vannak-e potenciál különbséget csökkentő folyamatok?

• E kérdések taglalásával akaratlanul eljutunk a légköri elektromos áramkör jelenségének megismeréséhez.


• Előbb írjuk le röviden, majd mutassuk be a

légköri elektromos áramkör fontosabb

elektrosztatikai paramétereit!

• Legvégül utaljunk azokra a tényezőkre is,

melyek közrejátszottak a jelenség

megismerésében is!


• A légköri elektromos áramkör „müködtetői” a zivatarok és a zivatarmentes területek, melyeket röviden „szép idő zónának” fogunk nevezni.


• Kihangsúlyozom, hogy a zivatarokkal borított területek nagysága (minden pillanatban gorombán a földfelszín 280-ad része) sokkal kisebb, mint a zivatarmentes területek nagysága. Ezt ugyanis az ábra nem érzékelteti.


• Az ábra azt sugallja, hogy

1) a földfelszín és az elektroszféra közötti potenciál különbséget a zivatarok tartják fenn, míg

2) a potenciál különbséget csökkentő folyamatok a „szép idő” zónában (zivatarmentes területek) mennek végbe.


• A töltések térbeli szétválasztódásában tehát nagy szerepe van a zivatartevékenységnek. Hogy hogyan és mint történik ez a zivatarokban, ezt a mai napig sem tudjuk pontosan és megbízhatóan.

• Láthatjuk azt is, hogy a töltések térbeli szétválasztódása mellett, e töltéseknek a földfelszínre vagy az elektroszférába történő transzportja is fontos. E transzportokat a „kisülések” hordozzák. Ezt különben érzékelteti az ábra is!


• Mit mondhatunk e kisülésekről? Pl. azt, hogy földfelszín irányába teljesülő kisüléseket sokkal előbb tapasztalhattuk, mint az elektroszféra irányába teljesülő kisüléseket.

• Ezért e utóbbiakról igen keveset tudunk. Pedig gigantikus méretűek!

• http://www.agu.org/meetings/fm10/lectures/lecture_video

s/AE12A.shtml. (Davis Sentman cikk)

http://www.agu.org/meetings/fm10/lectures/lecture_videos/AE12A.shtml


• A töltések mozgását a „szép idő” zónában

a levegő elektromos ellenállása és az

elektromos térerősség határozza meg. Az

ábra azt is érzékelteti, hogy az elektromos

ellenállás kisebb a magasabb, míg

nagyobb az alacsonyabb tartományokban.

Most nézzük a további részleteket!


• A földfelszín negatív töltésű. A földfelszín ugyanis „rengeteg” szabad e-t tartalmaz. Hogy miért, azt majd később fogjuk meglátni. Kihangsúlyozom, hogy ezek az e-ok a földfelszín „rabjai”, azaz nem tudnak onnan bejutni a felszín közeli légkörbe.

• Az elektroszféra a földfelszínhez képest pozitív töltésű.


• A polaritási viszonyoknak megfelelően az elektromos térerősség vektor (E) az elektroszférától a földfelszín irányába mutat. Ő negatív előjelű, mivel ellentétes irányú a fölfelé mutató z koordinátával.

• Ennek megfelelően a pozitív töltések lefelé, míg a negatív töltések fölfelé mozognak. Az áramot a lefelé mozgó pozitív töltések és a fölfelé mozgó negatív töltések összege adja.


• Számoljunk ki néhány elektrosztatikai karakterisztikát! E karakterisztikák nyílván csak a „szép idő” zónában érvényesek. A zivatarokkal borított területeken nem.

• A mérések alapján a „szép idő” zónában a J áramsűrűség kb. 3∙10-12 Am-2. Ha ezt az értéket beszorozzuk a földfelszín nagyságával (R≈ 6400 km → f≈ 515∙1012 m2), megkapjuk az elektroszféra és az Föld közötti áram nagyságát, ami kb. 1700 A·földfelszín-1 (Amper=Coulomb∙s-

1).


• Mivel az elektroszféra és a földfelszín közötti potenciál különbség 250 000 V körülinek vehető, az ionoszféra alatti légkör átlagos elektromos ellenállása (R) 150 Ω·földfelszín körül van.

• Számoljuk ki a felületi töltéssűrűséget!

Mivel 1e= 1,602∙10-19 C, ez alapján látható tehát, hogy 1 m2 felszínen megközelítően 10000 millió e van (~0,8 106

e·cm-2). E nagy e sűrűség a negatív polaritású villámkisüléseknek köszönhető.

2912

0 103,1][150][1084,8

Cmm

V

mV

CE

Elektromos térerősség

• Az előbbi számításban a földfelszín közeli

elektromos térerősséget a „szép idő” zónában

150 Vm-1 értékűnek vettük.

• A megfigyelések szerint az E-nek van azonban

szabályos napi menete a „szép idő” zónában.

Másrészt e napi menet évszakonként és felszín

típusonként is változik (azaz különbözik a

szárazföldek és az óceánok fölött).


• A tipikus napi menet(ek) az óceánok fölött figyelhető(k) meg, ott ugyanis a zavaró hatások (pl. a radioaktív sugárzás ionizációs hatása) kisebbek. E tipikus napi meneteket (az átlaghoz vett százalékos eltérésben) az UTC függvényében az ún. Carnegie és Maud görbék szemléltetik.


• A mérések alapján kapott

szezonális változások

szintén jelentősek. A napi

menetek szerint az E a

késő délutáni, esti

órákban a legnagyobb,

míg a hajnali órákban a

legkisebb.


• E mérésektől

függetlenül a zivatar

aktivitás napi

változásait is

figyelték. A zivatar

aktivitás mértékének

a zivatarokkal borított

területek nagyságát

vették.

• És mit vettek észre?


• Egyrészt: az előbbi módon értelmezett zivatar aktivitás kontinensenként változik,

• másrészt: az egész Földre (összes kontinens) vonatkozó zivatar aktivitás napi menete késő délutáni, esti maximummal és hajnali minimummal rendelkezik.

• E napi menet viszont „kisértetisen” hasonlít az E napi menetére a „szép idő” zónában.


• Ezek után föltehetjük a kérdést: van-e kapcsolat a Földre vonatkozó zivatar aktivitás napi menete és a „szép idő” zónában észlelt E napi menete között?

• Manapság ezzel kapcsolatban már az a hivatalos tudományos álláspont, hogy a Földre vonatkozó zivatar aktivitás napi menete nagy mértékben meghatározza és szabályozza az E napi menetét a „szép idő” zónában.

• Azaz a zivatar tevékenység a zivatarokon kívüli területeken is érezteti hatását legalábbis a légelektromosság vonatkozásban.


• Az elektromos térerősség

abszolút értékben a

magassággal csökken.

Láthatjuk tehát, hogy az

E a földfelszín közvetlen

közelében a legnagyobb.

Már kb. 10 km-es

magasságban

gyakorlatilag 0–val

egyenlő.


• Az elektromos térerősség ezen jellemzői a

„szép idő” zóna területén figyelhetők meg.

• Egyébként a zivatar tevékenységgel

érintett területeken az E időbeli változása

óriási ingadozásokat mutat.

Elektódréteg

• Írjuk le röviden a légkör elektromos állapotát a felszín közvetlen közelében!

• Az E elektromos térerősség a felszín irányába mutat (a z vertikális koordinátával ellentétes irányú). Ez miatt a + töltések lefelé, míg a – töltések fölfelé mozognak az E hatására.

• Láthatjuk tehát azt is, hogy a + töltések állandó, lefelé tartó, míg a – töltések állandó fölfelé tartó mozgása miatt, a felszín közvetlen közelében több lesz a +, mint a – töltés. Ezt a + töltéstöbblettel rendelkező felszín közeli réteget nevezzük elektródrétegnek. Az elektódréteg teteje addig a szintig terjed, ahol már a + és a – töltések száma egyenlőnek vehető.

Elektódréteg

• Numerikus

szimulációk

eredményei

alapján ez

látható is.

Elektródréteg

• Különböző

hatások

Az elektroszféra potenciálja

• Az elektromos térerősség definiciója alapján, az

elektroszféra potenciálja:

ahol HE az elektroszféra magassága. A ΦE igen

széles határok között (145 – 608 kV) változik,

átlagos értéke 250-300 kV. Mivel az E

rendelkezik napi menettel a ΦE-nek is van napi

menete.

,)()(0

EH

E dzzEz

Az elektroszféra potenciálja

• A ΦE napi menete a

„szép idő” zónában.

Vezetőképesség

• A j áramsűrűség a töltéssűrűség (n) (a töltések száma az egységnyi térfogatban), a töltésmennyiség (q) és a töltések mozgási sebességének (v) szorzata.

• A v függ az elektromos térerősségtől, de az ion nagyságától is. Ugyanis a „nagy” ionok lassúak, a „kicsik” pedig gyorsak. Ezt úgy is szoktuk mondani, hogy a „nagy” ionok mozgékonysága (mobilitása (k a jelölése, mértékegysége m2·s-1·V-1)) kicsi, míg a „kis” ionoké nagy. A mozgékonyság tehát az ion sebessége az egységnyi térerősségben. Így

.vqnj

.Ekqnj

Vezetőképesség

• Ez úgy is felírható mint

σ a levegő elektromos vezető képessége. A σ tehát a

töltéssűrűségtől és a töltések mobilitásától (ez ion

karakterisztika) függ. A felszín közvetlen közelében

(E=80-150 Vm-1) a σ≈ 10-14 Ω-1m-1, 40 km-es

magasságban σ≈ 10-11 Ω-1m-1, míg a ionoszférában

σ≈ 10-5 Ω-1m-1.

.kqn

aholEj

Vezetőképesség

• σ profilja 30 km-ig

Vezetőképesség

• σ profilja 30 km felett

A légoszlop elektromos ellenállása

• A vezetőképesség magasság szerinti változásának ismeretében az egységnyi alapterületű légoszlop elektromos ellenállása (Rc) is becsülhető.

• HE az elektroszféra (ionoszféra) magassága. Az Rc fogalmának nyilván csak a „szép idő” zónában van értelme. Ott, ahol az elektrosztatikai megítélések alkalmazhatóak.

• Az Rc típikus értékei 1017 Ωm2. Ha a m2-t átszámoljuk a Föld bolygó felszínének nagyságára, megkapjuk a Földre vonatkozó átlagos Rc-t, ami 200 Ω körül van. Ezúttal persze elhanyagoltuk a konvekció elektromos vezetésre gyakorolt hatását.

.)()(

1

0

dzzz

REH

c

Az áramsűrűség változásai

• Hogyan változhat a magassággal a j=σ∙E áramsűrűség, ha a σ a magassággal nő, míg az |E| csökken?

• A megfigyelések igazolják, hogy a j áramsűrűség nem tanúsít szisztematikus változást a magassággal az ionoszféra alatti tartományban, a „szép idő” zóna területein. Azaz a j nem rendelkezik konvergencia, vagy divergencia tartományokkal.

Az áramsűrűség változásai

• A j nagyságrendje 10-12

Am-2, azaz pAm-2. Ez az

áramsűrűség a tiszta

arktikus levegőben a

legnagyobb (3,9∙10-12 Am-

2). A kontinentális

környezetben

valamelyest kisebb

(1,3∙10-12 Am-2).

A töltéssűrűség változásai

• A töltéssűrűség (ρ) és a térerősség (E) közötti

kapcsolatot a Gauss törvénye jellemzi. Ez

egydimenziós esetben (a z vertikális koordináta

függvényében) a következőképpen írható fel:

• ahol ε a levegő dielektromos állandója.

,)()(

z

z

zE

A töltéssűrűség változásai

• A töltéssűrűség

magasság szerinti

változásai Gauss

törvénye alapján

Az ionoszféra alatti légkör

elektromos tulajdonságai a

zivatarok környezetében

• Mint ahogy láthattuk, a légköri elektromos áramkör „meghajtói” a zivatarok. Ugyanis intenzív töltésszétválasztást végeznek.

• De a zivatarok környezetében (alattuk, fölöttük) hatékony töltéstranszport folyamatok is vannak. Ezek közül a folyamatok közül kiemelt fontossággal bírnak a különböző típusú kisülések.

• A Földön minden pillanatban 1000-2000 zivatar zajlik.

Maxwell áram

• Maxwell áram komponensek a zivatar alatt:

PD – point discharge (pontkisülés),

CV – convection (konvekció),

P – precipitation (csapadék),

L – lightning (villámlás),

E – conduction (elektromos vezetés).

,t

EJJJJJJ ELPCVPDM

Maxwell áram

• Maxwell áram

komponensek a

zivatar felett

.t

EJJ EM

Maxwell áram

• magaslégköri

kisülések

A troposzféra és a sztratoszféra

elektromos állapotának kialakulása:

alapvető folyamatok

A légköri folyamatokban töltések

1) keletkezhetnek (forrás folyamatok) (Q),

2) semlegesülhetnek (nyelő folyamatok) (L),

3) cserélődhetnek (töltéshordozó cserére kerül sor) és

4) transzportálódhatnak (helyváltoztatásra kerül sor).

Ennek fényében a töltésekre a következő kontinuitási

egyenlet írható fel:

.)( vndivLQt

ni

i

A troposzféra és a sztratoszféra

elektromos állapotának kialakulása

Nézzük sorba a tagokat!

• Töltések keletkezhetnek ionizációval és a felhőkben a töltésszétválasztó folyamatokkal. Ez utóbbiakkal később fogunk foglalkozni. Az ionizáció fenomenológiájával pedig foglalkozzunk most!

• A légkörben az ionizációt a kozmikus és a radioaktív sugárzás hozza létre. Az ionizáció erőssége (az egységnyi térfogatban és az egységnyi idő alatt keletkező ionpárok) változik a magassággal.

Ionizáció

• Látható, hogy a felszín közelében a radioaktív sugárzás, míg az 1 km-nél magasabb szintekben a kozmikus sugárzás az ionizáció fő okozója.

• Az ionizáció erőssége a felszín közelében (1-10 m-es magasság) 1-20 ionpár köbcentiméterenként és másodpercenként.

Ionizáció

A radioaktív sugárzás a földfelszín közvetlen közelében (cm-es távolságokban) fejti ki hatását.

• Az α-sugárzás az első egynéhány cm-ben.

• A β-sugárzás az első egynéhány m-ben (0,1-10 ionpár/(cm3s)).

• A γ-sugárzás az első egynéhány 10 m-ben (1-6 ionpár/(cm3s)).

Ionizáció

• A radioaktív anyagok közül a Rn (radon) említendő meg. 220Rn felezési ideje 54 s, míg a 222Rn 3,8 nap.

• A levegőben elektromosan töltött részecskék is ionizálhatnak, pl. por- és hóviharokban, de ehhez nagy elektromos térerősség szükséges.

• A levegőben 1 ionpár létrehozásához szükséges energia 35 eV körül van.

Ionok

• Mi a létrejött ion(ok) további sorsa?

• Elvileg két lehetőség van: vagy rekombinálódnak(töltéssemlegesítő folyamat), vagy felveszi őket egy semleges molekula vagy részecske (ez utóbbi a töltéscsere folyamata). A két folyamat közül mindig a gyorsabb folyamat teljesül.

• A légkör alacsonyabb tartományaiban a töltéscsere folyamatok gyorsabbak, mint a rekombinációs folyamatok, így a létrejött ionok semleges molekulához, vagy részecskéhez csapódnak. De írjuk le részletesebben e folyamatot!

Ionok

• A létrejött iont molekuláris ionnak nevezzük. A molekuláris ion pillanatok alatt (10-3 s az időskála) hidratálódik, azaz poláros vízmolekulák veszik körül. E képződményt már kis ionnak nevezzük.

Ionok

• A kis ion nagy valószínűséggel –főleg ha szennyezettebb a légkör- összeolvad egy aeroszol részecskével, és létrejön a nagy ion.

• E nagy ion mozgékonysága viszont már kicsi, így a levegőben az elektromos vezető képesség is csökken.

Ionok

• Az aeroszolok különben hatékony ionfelvevők.

• Ezért: a „tiszta légkör” (az aeroszolok számsűrűsége kicsi) elektromos vezető képessége „nagy”, míg a „szennyezett légkör” (az aeroszolok számsűrűsége nagy) elektromos vezető képessége kicsi.

Töltéssemlegesítő folyamatok

• A légkör magasabb tartományaiban, ahol az

ionsűrűség nagyobb, a töltéssemlegesítő

folyamatok teljesülésének valószínűsége is

nagyobb.

• E folyamatok két típusát különböztetjük meg:

1) az e-ion rekombinációt és

2) az ion-ion rekombinációt.

Most ezeket ismertetjük röviden.

Elektron-ion rekombináció

• E folyamat általános alakja:

A folyamat lejátszódásával energia szabadul fel.

Ugyanis a „szabad” e és a kötött e energiája

közötti energia különbség szabadul fel. De mi

történik a felszabaduló energiával?

.energiaXeX


• A folyamatban részt vehet egy harmadik

részecske is. Ekkor hármas ütközési

rekombinációról beszélünk. A felszabaduló

energia a részecske mozgási energiájává alakul.

A folyamat sematikus ábrája:

.MXMeX


• A folyamat során a folyamatban részt vevő

részecske részelemekre is eshet (ezt

disszociációnak is mondják). A felszabaduló

energia pedig a keletkező részecskék

gerjesztésére fordítódik. Az e típusú

rekombinációt disszociatív rekombinációnak

nevezzük.

. YXeXY


• A rekombináció során felszabaduló energia

sugárzási energia formájában is távozhat. Az

ilyen típusú rekombinációt sugárzási

rekombinációnak nevezzük. Folyamatábrája:

.hvXeX

Ion-ion rekombináció

• Egy pozitív és egy negatív ion közötti reakció

folyamatábrája:

• A légkör alsó 40 km-es tartományában a Thomson-féle

hármas rekombináció van túlsúlyban. A kísérletek

szerint a hármas rekombináció együtthatója a pára-

tartalom függvénye.

• A légkör 40 km feletti tartományaiban a kettős

rekombináció van túlsúlyban.

.YXYX

Töltéscsere folyamatok

• A töltéscsere folyamatoknál a töltés megmarad, de töltéshordozó váltásra kerül sor.

• A folyamat lejátszódása során történhet energia felszabadulás is, de energia elnyelés is. Ez a folyamatban résztvevő részecskék ionizációs potenciáljának és elektron affinitásának viszonyától függ.

• A töltéscsere folyamatok lehetnek:

1) elektronfelvétel,

2) elektronleadás,

3) ion-molekula reakció és

4) ion-aeroszol koaguláció.

Jellemezzük most őket röviden!

Elektronfelvétel

• Amikor a semleges atom, molekula szabad e-t vesz fel elektronfelvételről beszélünk. Angolul: attachment. A folyamat egyenlete:

• A felszabaduló energiát felhasználhatja egy harmadik részecske (pl. a részecske mozgási energiájává alakul)

.energiaXeX

. MXMeX

Elektronfelvétel

• A felszabaduló energia fordítódhat

disszociációra és gerjesztésre is.

• De a felszabaduló energia távozhat sugárzás

formájában is.

. YXeXY

.hvXeX

Elektronfelvétel

• A légkör 60 km alatti tartományaiban az

uralkodó folyamat a hármas ütközés. A

harmadik részecske az esetek legnagyobb

százalékában – a kísérletek szerint- az O2

molekula.

.600195

2222

KTK

OOOeO

A legstabilabb negatív ion

• A légkörben a legstabilabb negatív ion az NO2-.

Egyrészt legnagyobb az elektron affinitása,

másrészt nem elektronfelvétellel, hanem a

következő levegőkémiai reakcióval jön létre:

• Nyilván azért, mert e reakció gyorsabb, mint az

egyszerű elektron felvétel.

.2222 ONONOO

Elektronleadás

• Mikor a negatív ion e-t ad le elektronleadásról beszélünk. Angolul: detachment. A folyamat egyenlete:

• A reakció teljesüléséhez energia szükséges, melynek értéke legalább akkora, amekkora az elektronaffinitás értéke. A negatív előjel energia elnyelésre utal.

.eXenergiaX

Elektronleadás

• Az energiaközlés módja szerint megkülönböztetünk ütközésienergia közlést

• valamint foto vagy sugárzási energia közlést.

• Ha a hv energia nagyobb, mint az adott ion elektronaffinitása az energia különbség az e mozgási energiájára fordítódik. A légkör 20-60 km-es tartományában nappal a fotoleválás, míg éjszaka az ütközéses leválás az uralkodó folyamat.

eMXMX

.eXhvX

Ion-molekula reakció

• A folyamat egyenlet általános alakja:

• A +ΔE energia felszabadulást, míg a – ΔE energia elnyelést jelent. Látható tehát, hogy a ΔE energiát a folyamatban résztvevő részecskék ionizációs potenciáljai határozzák meg.

.EYZXYZX


• Amennyiben az X+ részecske ionizációs

potenciálja nagyobb, mint az YZ molekuláé, a

folyamat lejátszódásakor energia szabadul fel,

azaz ΔE pozitív.

• Fordítva, amennyiben az X+ részecske

ionizációs potenciálja kisebb, mint az YZ

molekuláé, a folyamat lejátszódásához energia

szükséges, azaz ΔE negatív.

• Ugyanez a gondolatmenet érvényes az X-

részecskére is.


• Típusaiból kettőt említünk: a töltésátadással

kapcsolatos reakciókat, általános alakjuk:

• és az ion-atomcsere típusú reakciókat,

általános alakjuk:

YZXYZX

.ZXYYZX

Az ionok és az aeroszolok

koagulációja• A folyamat egyenlet általános alakja:

• A koaguláció vagy összeolvadás folyamata eltér a különböző reakció folyamatoktól pl. a sebességében. A B0 aeroszolt, az a+- kis iont, míg a C+- közepes vagy nagy iont jelöl.

• A folyamat sebességét nehéz megítélni, mivel a töltéssel rendelkező aeroszollal való összeolvadás sebességét igen nehéz becsülni. Ennek becsléséhez a semleges aeroszollal való összeolvadás sebességének becslése szükséges.

• E koagulációs folyamatok olyan szempontból meghatározóak, hogy nagy mértékben csökkentik a levegő elektromos vezető képességét az aeroszolok kicsi mozgékonysága miatt.

.0

CaB

Töltésszállító folyamatok

• A töltéstranszportot meghatározza a

konvekció, turbulencia valamint az ambipoláris

diffúzió.

Ambipoláris diffúzió

• Az ambipoláris diffúzió a töltések, azaz a

töltéshordozók diffúziójával és vezetésével

kapcsolatos jelenség, ahol a töltött

részecskék mobilitása meghatározó

tényező.

• Ismertessük a jelenséget egy példán és

magyarázzuk meg!


• Szemléljünk szabad elektronokat (e) és

ionokat! Mozgásukat koncentrációjuk, valamint

elektromos térerősségük (E) határozza meg.

Legyen Je az e-ok, míg Ji az ionok árama.

.

,

x

nDEnkJ

x

nDEnkJ

iiiii

eeeee


• Tegyük fel, hogy

• Ekkor

• ahonnan

.

,

nnn

JJ

ie

ie

x

nDEnk

x

nDEnk iiee

.n

x

n

kk

DDE

ei

ei


• Az E-t behelyetesítve a Ji-be

• Ha ezt átrendezzük

.1

x

nD

x

n

nkk

DDnkJ i

ei

eiii

.

,

ei

ieeia

ai

kk

DkDkD

ahol

x

nDJ


• Mivel ke>>ki

• Ugyanakkor

ahol K a Boltzmann állandó, T az abszolút hőmérséklet és q az ion töltése.

.e

e

iia D

k

kDD

,q

TK

k

D


• Kombinálva az előbbi egyenleteket

• Látható, hogy a Da-t a Di függvényében fejeztük ki. Ugyanis az ion diffúziós együtthatója megközelítően egyenlő a semleges atom diffúziós együtthatójával.

.)1(i

eia

T

TDD


• A diffúziós egyenletben a Da tag szerepel, így

.2

2

x

nD

t

na

Elektromos jelenségek és

folyamatok a felhőkben

• A felhőkkel kapcsolatban az egyik

alapvető kérdés az, hogy módosítják-e a

felhők a jelenlétükkel a földfelszín és az

ionoszféra közötti, állandónak vehető j

vezetési áram nagyságát?

Elektromos jelenségek és

folyamatok a felhőkben

• A válasz: nem.

• De ennek (hogy nem módosul a j áram) következményeképpen kialakul egy érdekes jelenség a felhők határfelületén. A felhők határfelületeit angolul – egy kicsit megtévesztően – „screening layer”-nek (árnyékoló rétegnek) nevezték el.

• De, hogy miről is van szó, nézzük meg a következőkben!

Elektromos vezetés a felhőben

• Ugyanazon magasságban a felhőben levő

elektromos vezetés kisebb, mint a felhőn

kívüli levegőben. Mondhatjuk úgy is, hogy

a felhő jobb dielektrikum, mint a levegő.

• Rust and Moore (1974) szerint a felhőben

levő levegő vezetése a felhőn kívüli levegő

vezetésének kb. 10%.

Screening-layer

• A nagy vezetésbeli különbségek miatt a

felhő határfelülete mentén markáns

töltéssűrűség-különbség alakul ki.

• A töltéssűrűség kisebb lesz a határfelület

külső, szabad levegővel érintkező oldalán,

és nagyobb lesz a határfelület belső

oldalán a felhőn belül.

Screening-layer

• Az ilyen eloszlás a j vezetési áram (a j

állandónak vehető és elhanyagolható a

magasság szerinti változása) folytonosságából

következik. Ugyanis a határfelületen a

következő feltétel érvényesül:

cloudcloudclearclear EE

Screening-layer

• Grenet-Vonnegut modell

Screening-layer

• A „screening” szó árnyékolást, védést jelent, de

a kifejezés egyfajta „övezetbehatároltságra” utal.

• A felhő belső tartományai a széleken egy

nagyobb töltéssűrűségű réteggel vannak

behatárolva, de ez a réteg se nem „véd”, se nem

„árnyékol”.

• Annak ellenére sem „véd”, vagy „árnyékol”, hogy

e réteg vastagsága akár 100 m-es

nagyságrendű is lehet.

Különböző felhőfajták elektromos

tulajdonságai

• Imyanitov és Chubarina (1967), valamint

Imyanitov és mtsai. (1972) tanulmányainak

eredményeit ismertetjük.

• A vizsgált felhőfajták: St, Sc, As és a Ns. A

fontosabb mérési eredmények összesítése a

alábbi táblázatokban látható.


tulajdonságai

Stratus

• Emin=-500 Vm-1, Emax=1500 Vm-1,

• E80%=-300 és 100 Vm-1 között volt.

Stratocumulus

• Emin=-1400 Vm-1, Emax=1600 Vm-1,


• Allee és Phillips (1959) mérési eredményei szerint egy kb. 7 μm-es átmérőjű cseppecske átlagban qavg≈10-18 C(ez kb. 10 e töltése) nagyságú töltéssel rendelkezik.

• Phillips és Kinzer (1958) eredményei alapján a csepp növekedésével a töltésmennyiség is növekedett.

• A felhő belsejében az elektromos vezetés a felhőn kívüli, ugyanazon szintben levő levegő elektromos vezetésének kb. 5-30%.

• A felhők kb. 2/3 része dipólus szerkezetű.

Cirostratus

• Emin=-2000 Vm-1, Emax=900 Vm-1,


• Az eredmények igen kevés mintából

származnak.

• Az eredmények attól is függnek, hogy a

vizsgált Cs hogyan jött létre: önálló

fejlődéssel, vagy más felhőről történő

leszakadás révén?

Altostratus

• Emin=-6450 Vm-1, Emax=1450 Vm-1,


• Itt a töltésszétválasztás és a töltések

elkülönülése nyilvánvalóan még nagyobb.

Nimbostratus

• A hideg, a meleg

és a vegyes

halmazállapotú Ns

E(z) profilja.

Nimbostratus

• Emin=-18000 Vm-1, Emax=12000 Vm-1,

• Brylev és mtsai. (1989) bevezetik az

elektromosan aktív zóna (nagy elektromos

térerősségű tartomány) [EAZ – electrically

active zone] fogalmát.

Nimbostratus

• Az EAZ-t

jellemző

paraméterek

A villámlást, mennydörgést kiváltó

felhők: a zivatarfelhők

Elektromos szerkezet

• A zivatarfelhők elektromos szerkezete [E(z)] első

közelítésben pozitív dipólusként (fenn +, míg

lenn – a töltéstartomány) jellemezhető. Mondjuk

ki, hogy a felhő össztöltése különbözhet nullától,

azaz a neutralitás feltételezése nem

szükségszerűen áll fenn.


• A megfigyelések és a modellszámítások alapján azonban a Cb elektromos szerkezete tripólusként is közelíthető.

• Megfigyelhető egy alsó, pozitív töltéstartomány (angolul: lower positive charge center, LPCC)


• Ugyanez a tripólus

szerkezet mérések

alapján a

következőképpen

ábrázolható.


• A töltéstartományokra vonatkozó

töltésmennyiség- (Q) és magasság-értékek (z)

az alábbi táblázatban tekinthetők át.


• De az elektromos

szerkezet lehet sokkal

összetettebb is. Ime

egy modellszimuláció

alapján kapott kép.

Általános jellemzők

A Cb elektromos szerkezetével kapcsolatos általános jellemzők a következők:

• A negatív töltéstartomány általában addig a magasságig terjed, ahol még T>-25 °C-nál, esetenként, ahol T>-10 °C-nál.

• A pozitív töltéstartomány közvetlenül (kb. 1 km-el magassabban) a negatív töltéstartomány felett van.

• Az E(z) profilok alapján a pozitív és negatív töltésű tartományok több rétegre is tagolódhatnak (lásd az előbbi ábrát!).

Általános jellemzők

• Az észlelt E-értékek a felszín közelében 1-10 kVm-1, a felhőalap magasságában 10-50 kVm-1, míg a felhő belsejében 70-200 kVm-1

értékűek.

• A felhőn belül észlelt maximális töltéssűrűség ≈ 10 nCm-3 (50-100 elemi töltés cseppenként, ha cm3-ként 1000 cseppet veszünk).

• A hidrometeorokon észlelt maximális töltéssűrűség (pl. esőcsepp esetén) ≈ 200 pC, ami kb. 109 elemi töltést jelent.

• A csapadékelemek többnyire pozitív töltésűek, de a töltésüket jelentősen befolyásolják a felszín közeli kis-ionok töltései is.

• A zivatarfelfő alatti kis-ion tartományt a felszínen történő pont- és koronakisülések jelentős mértékben szabályozzák.

Fejlődési fázisok

• A Cb fejlődése szakaszokra bontható.

• Minden egyes szakaszban a dinamikus, a

mikrofizikai és az elektromos jellemzők

viszonya más és más. Foglaljuk össze

röviden e viszonyrendszert fejlődési

szakaszonként!

A fiatal cumulus fázisa

• Dinamika: gyenge feláramlás, nincs leáramlás.

• Mikrofizika: túltelítés a feláramlási zónában, intenzív diffúziós cseppnövekedés (max. cseppfolyós víztartalom), túlhűlt vízcseppek, jégképző magvak képződése és a jégrészecskék diffúziós növekedése ha T≤-10 °C.

• Elektromosság: nincs nem-induktív típusú töltésszétválasztás.

A tornyosuló cumulus fázisa

• Dinamika: erős feláramlás, gyengébb leáramlás a középső szintekben.

• Mikrofizika: max. cseppfolyós víztartalom, a kis jégkristályok feláramlása, a nagy jégkristályok leáramlása, a jégkristályok zuzmarásodása, hódaraképződés.

• Elektromosság: nem-induktív típusú töltésszétválasztás (negatív töltésű hódara, pozitív töltésű jégkristályok), pozitív töltéstartomány kialakulása a földfelszínen.

Ütközési együttható, zúzmarásodás

• A zúzmarásodáskor

zajló ütközések

valószínűsége

Az érett Cb

• Dinamika: erős feláramlás, erős leáramlás kifutó széllel a felszínen.

• Mikrofizika: max. cseppfolyós víztartalom, a jégkristályok intenzív zuzmarásodása, a hódara olvadása, párolgása, ami erősíti a leáramlást.

• Elektromosság: intenzív töltésszétválasztás, a felhő dipólus elektromos szerkezetének erősödése, a felszín pozitív töltéstartományának erősödése, negatív lecsapó villám kialakulása.

A szétoszló Cb

• Dinamika: gyenge feláramlás, erős leáramlás.

• Mikrofizika: a telítés csökkenése, a cseppfolyós víztartalom csökkenése, a hódaraképződés csökkenése.

• Elektromosság: megszűnik a töltésszétválasztás, a pozitív dipólus deformálódása az üllő szétterülése miatt, negatív töltéstartomány kialakulása a földfelszínen, pozitív lecsapó villám kialakulása.

A töltésszétválasztás

mechanizmusai

• A felhőkben a hidrometeorok, és nem az ionok,

vagy az aeroszolok a töltéshordozók. Ez a

felhőben levő telítési és/vagy túltelítési állapot és

az ion-aeroszol koaguláció megnövekedett

mértékének következménye.

• Így, a töltésszétválasztás a hidrometeorok

mikrofizikájával és mozgásával kapcsolatos.


mechanizmusai

• A mikrofizika (pl. a fázisátalakulás és a vele járó hőfelszabadulás) szerepéről a töltésszétválasztásban igen keveset tudunk.

• Egyértelmű, hogy a víz szerkezete és a vele kapcsolatos fázisátalakulások (kondenzáció/párolgás; depozició/szublimáció) döntő jelentőséggel bírnak.


mechanizmusai

• Az is nyilvánvaló, hogy a hidrometeorok

kölcsönhatása és mozgása szintén fontos

szerepet tölt be a töltésszétválasztásban.

Tekintsük át az előbb említett hatásokat

részletesebben!

A vízmolekula szerkezete

A víz mint anyag

• A vízmolekulák poláros szerkezetének

következményeképpen kialakulnak a

vízmolekulák közötti ún. hidrogén-kötések.

Jég és víz fázis

Jég és víz fázis

• A víz mint anyag a jégfázisban több, mint

tízféle (15-16) szerkezetileg elkülöníthető

állapotban lehet a nyomás és hőmérsékleti

viszonyoktól függően. Az állapotokhoz

tartozó tulajdonságok is egyértelműen

elkülönülnek.

Jégfázis

• Jég: tetraéder és hexagonális szerkezetek

A mozgás szerepe a

töltésszétválasztásban

A hidrometeorok mozgását a felhőben a

következő erők határozzák meg:

• Coulomb erő,

• felületi feszültség,

• gravitációs erő,

• felhajtó erő (mechanikai és/vagy termikus

eredetű konvekció),

• súrlódási erő.

A hidrometeorra ható erők

• Az alapvető kérdés az, hogy hogyan viszonyul a Coulomb erő a mechanikai erőkhöz (gravitáció, felhajtó erő, súrlódás) és a felületi feszültséghez (egyfajta mikrofizikai hatást kifejező erő).

• A Coulomb erőnek a felületi feszültséghez való viszonya meghatározza a hidrometeoron maximálisan tárolható töltésmennyiséget, míg a mechanikai erőkhöz való viszonya a hidrometeorok mozgását.

A felületi feszültség szerepe

• A hidrometeoron az egynemű töltések taszító

ereje ellentétes irányú a felületi feszültséggel.

Így a töltésmennyiség további növelésével a

hidrometeor előbb-utóbb „szétrobbanna”.

• Azt a kritikus töltésmennyiség-értéket, melynél e

„robbanás” megtörténne Rayleigh-féle

határértéknek nevezzük. Felvetődik a kérdés:

mekkora e határérték, és mekkorák a

valóságban létező értékek?


• E határérték a

felületi feszültség

és a Coulomb erő

által végzett munka

egyensúlyából

határozható meg.

.8

22

1

2/13

12

rq

ahonnanrE

Ray


• A megfigyelések szerint a hidrometeorokon levő

töltésmennyiség-értékek sokkal kisebbek, mint a

qRay értékek.

• Így, a qRay érték csak elméleti és nem gyakorlati

szempontból bír jelentőséggel! Azaz, a qRay

érték nem limitálja a hidrometeorokon levő qmax

maximális töltésmennyiség-értékeket sem!

A mechanikai erők szerepe

• A mechanikai erők szerepe a Coulomb erőhöz

viszonyított nagyságuktól függ. Ezért felvetődik a

kérdés: mikor a legnagyobb a Coulomb-erő és a

mechanikai erők aránya?

• A válasz: a Coulomb erő és a mechanikai erők

aránya a nagy térerősségben (pl. a kisülés előtti

térerősségben) levő kis hidrometeorokon a

legnagyobb. De az ilyen estekben is a Coulomb

erő legfeljebb csak összemérhető a gravitációs

erő nagyságával vagy még annál is kisebb.

A mechanikai erők szerepe

• Nos, az előbbiekből látszik, hogy a

felhőkben a töltésszétválasztást nagy-

nagy részt a mechanikai erők

szabályozzák a mikrofizikai folyamatokkal

együtt.

A töltésszétválasztás folyamatai

• A töltésszétválasztás a hidrometeorok

kölcsönhatásával zajlik. E kölcsönhatás

függ az elektromos térerősség

nagyságától (mint ahogy láthattuk: inkább

csak kisebb mértékig) és a részecskék

típusától.

Induktív és a nem-induktív

mechanizmusok

• Ha az elektromos térerősség (E) létezése szükséges ahhoz, hogy a hidrometeor töltést kapjon, vagy veszítsen, akkor induktív (indukción alapuló) mechanizmusról beszélünk. Ebben az esetben az E polarizációs hatása fontos tényező a kölcsönhatás lejátszódásában.

• Ha a hidrometeor töltésmérlegét nem az E, hanem az E-től független folyamatok határozzák meg, akkor nem-induktív (indukción nem alapuló) mechanizmusokról beszélünk.

Kölcsönhatás-típusok

A kölcsönhatás jellegét alapvetően a kölcsönhatásban résztvevő részecskék nagysága határozza meg. Eszerint megkülönböztetünk

• ion-részecske és

• részecske-részecske

típusú kölcsönhatásokat.

Induktív mechanizmusok

• Az induktív mechanizmusok inkább ott

érvényesülnek, ahol a kölcsönhatásban

egy kis részecske is van. Ilyen az ion-

részecske kölcsönhatás.

• Ebben az esetben a kölcsönhatás módját

a részecske esési sebessége és az

ion(ok) mobilitása határozza meg.

Induktív mechanizmusok: ion-

részecske kölcsönhatás

• A „gyors” és

a „lassú” ion

esete

Induktív mechanizmusok: ion-

részecske kölcsönhatás

• Az ion felvétele,

taszítása

Induktív mechanizmusok:

részecske-részecske kölcsönhatás

• E kölcsönhatás

során a

tömegátvitel

révén

töltéssemlegesü-

lés is történik.

Induktív mechanizmusok:

részecske-részecske kölcsönhatásAhhoz, hogy e induktív mechanizmus hatékony legyen, három feltételnek kell teljesülnie:

• Az összeütköző részecskéknek nem szabad összeolvadniuk.

• A részecskék érintkezési ideje elég hosszú kell legyen, hogy a töltéscsere megtörténhessen.

• A részecskéknek ellentétes irányokban kell mozogniuk (a nagy részecske lefelé, a kis részecske felfelé).

Nem-induktív mechanizmusok:

részecske-részecske kölcsönhatás

• E kölcsönhatások mikrofizikai vonatkozásai

(depoziciós növekedés, a kovalens- és

hidrogén-kötések erősségének egymás közötti

viszonya) sok tekintetben ismeretlenek. Ez már

a fizikai kémia vagy a kondenzált anyag

fizikájának területe.

• Ezért e kölcsönhatásokat „empirikusan”, a

környezeti állapot függvényében, jellemezzük.

Nem-induktív mechanizmusok

• A hidrometeor „felszíni töltéssűrűségének”

polaritása és nagysága függ a

fázisváltozás típusától (pl. depozició vagy

kondenzáció) és a tömegnövekedés

mértékétől (dm/dt).

Nem-induktív mechanizmusok –

kettős elektromos réteg

• A hidrometeorok felszínén (csepp/levegő;

jégkristály/levegő; jégkristály/hódara;

hódara/levegő) molekuláris skálán kettős

elektromos réteg alakul ki.



• A felszínen általában OH- ionok vannak,

de a töltéssűrűséget vagy a polaritási

struktúrát a fázisátalakulással járó

hőfelszabadulás, vagy hőelvonás is

szabályozza a felszín és a hidrometeor

belseje közötti hőmérsékleti gradiens

irányának szabályozásával.



• Az OH- ionok felszíni sűrűségét a

fázisátalakulás mértéke (dm/dt) is

szabályozza.

• A felszíni töltéssűrűség ott nagy, ahol a

fázisváltozással járó relatív

tömegnövekedési mérték (1/m·dm/dt)

nagy.

A gaupel polaritása

• Sötét= kis felszíni OH-

sűrűség

• Se nem sötét, se nem

világos= közepes OH-

felszíni sűrűség

• Világos= nagy felszíni

OH- ion sűrűség

Jégkristály/graupel kölcsönhatás

I. Általában a kicsi részecskék (nagy/nagyobb relatív depoziciós mérték) felszíni töltéssűrűsége nagyobb, mint a nagy részecskéké (kicsi/kisebb relatív depoziciós mérték).

II. Ütközés, hőfelszabadulás, olvadékvíz. Az olvadékvízbe az OH- ionok mindaddig gyűlnek, míg a két részecske felszíni töltéssűrűsége ki nem egyenlítődik. Az olvadékvízben levő OH- ionok térbeli eloszlása egyenletes az OH- ionok nagy mozgékonysága miatt.


III. Az olvadékvíz térfogatát megosztja mind

a nagy, mind a kicsi részecske.

IV. A szétpattanás után a hódara negatív

felületi töltéssűrűsége egyértelműen

nagyobb, a jégkristályé pedig

egyértelműen kisebb, mint az a töltéssűrűség,

amivel az ütközés előtt rendelkeztek.


• E kölcsönhatás sok-sok tekintetben

ismeretlen.

• Ezért e kölcsönhatásokat „empirikusan”, a

környezeti állapothatározók függvényében

jellemzik.

Jégkritály-jégkristály közötti

kölcsönhatás

• Hőmérséklet

és

víztartalom

Graupel polaritása

• A graupel polaritása

a hőmérséklet

és a víztartalom

függvényében

Grenet-Vonnegut mechanizmus

• A konvekció

meghatározó

szerepe,

• történelmi

szemponból

fontos

Összefoglalás

• A mai felfogásunk szerint a nem-induktív jellegű részecske-részecske kölcsönhatást leíró mechanizmusok a meghatározóak a töltésszétválasztó folyamatokban.

• Ugyanakkor azt is tudjuk, hogy a mechanizmusok szerepe és fontossága igen változó a felhő fajtájától és fejlődési stádiumától függően.

• A modern meteorológia egyik legfontosabb feladata e mechanizmusok megértése és számszerű leírása.

Légköri elektromos kisülések

• Típusai

Légköri elektromos kisülések

• A légköri elektromos kisülések közül a

legismertebbek a koronakisülés és a

villámlás.

• Ismerkedjünk meg ezek fenomenológiai

leírásával!

Koronakisülés

• A szikrakisülésnél kisebb intenzitású pontkisüléseket koronakisüléseknek nevezzük. Fénylésük gyenge, ezért csak a teljes sötétségben látszanak.

• A kisülések az elektródok közvetlen közelében vannak, kékes-pirosan világító foltoknaklátszanak. A „közbülső térben” ugyanakkor nincsenek fényeffektusok. A folyamat során elektromágneses hullámok emittálódnak, és jellegzetes sercegés hallható.

Koronakisülés

• A koronakisülést a szabad elektronok folyama

alkotja.

• Inicializálása a szabad elektron ionizáló

hatásának drasztikus megnövekedésével

kapcsolatos, amikor a tényleges elektromos

térerősség (E) eléri a koronakisülést

eredményező kritikus elektromos térerősség-

értéket (Ekrit). Azaz, amikor

.kritEE

Koronakisülések fajtái

• A légköri koronakisülések közül a felszíni objektumokon történő és a felhőn belül a hidrometeorokon történő koronakisüléseket különböztetjük meg.

• A felszíni koronakisülések esetében az Ekrit

értéke nagy mértékben függ a felszín anyagi minőségétől (növényzet, szikla, talaj) és formájától (csúcsosságától). A megfigyelt értékek 1-10 kVm-1 értékek között változtak.

• Felhőn belül a hidrometeorok esetében az Ekrit

értékek sokkal magasabbak.

Koronakisülések fajtái

• Az elektród polaritása szerint megkülönböz-

tetünk pozitív és negatív polaritású koronát.

Pozitív és negatív korona

• Pozitív korona esetén az elektród pozitív

polaritású, az elektronok pedig az

elektródához közelednek.

• Negatív korona esetén az elektród negatív

polaritású, az elektronok pedig az

elektródától távolodnak.

Koronakisülés a felhőkben

• Az Ekrit értéke

nagyobb felhő- és

csapadékelemek

esetében 250-500

kVm-1.

• Koronakisülések a E

≥ Ekrit esetén

keletkezhetnek, és

ezek villámkisülést is

inicializálhatnak.

Villám és a villámlás folyamata

• Villám a Földön létező kisülések közül a legintenzívebb és a legnagyobb méretű kisülés.

• Gigantikus mérete és intenzitása ellenére igen gyakori. Ezért az emberek, emberiség lelki világára nagy hatást gyakorolt: alázatra és tiszteletre ösztönzött.

A villámlás folyamata

• E folyamat lezajlásának sok-sok részlete a mai napig is ismeretlen. Nem csoda, hiszen a Föld egyik legextrémebb folyamatáról (cunami, vulkánkitörés, földrengés) van szó.

• Hogyan zajlik? A villámlás folyamata részfolyamatokra bontható. Ezek sorrendben a következők: az előkisülés(agolul step-leader) és a főkisülés (angolul return stroke) vagy főkisülések sorozata.

• Az előkisülés szaggatott, lépcsős jellegű. Az 1. főkisülést az elővillám, de az 1. főkisülést követő főkisüléseket egy „folytonos” előkisülés (angolul dart leader) előzi meg.

A villámlás folyamata

A sorrend tehát

• lépcsős előkisülés (step leader),

• 1. főkisülés (return stroke),

• folytonos előkisülés (dart leader),


• folytonos előkisülés (dart leader),


• és így tovább az utolsó főkisülés lezajlásáig (a megfigyelések szerint akár 20 főkisülés is lehet, de általában 3-4 körül szokott lenni)

Elővillám

• A lépcsős előkisülés

(elővillám)

inicializálásának

folyamata a mai napig is

ismeretlen.

• Egyik ismert elmélet Alex

Gurevich (1992) elmélete,

mely a kozmikus

sugárzásnak tulajdonít

nagy szerepet.

Elővillám

• Az előkisülés szaggatott mind időben, mind térben. Szökellésekben halad előre, azaz hosszabodik a vezetési csatorna.

• A felhőben kialakulva lefelé halad a legkisebb elektromos ellenállás irányába, kb. 10-100 m-es lépésekben. Ezeket 1-2 μs alatt teszi meg, így sebessége kb. 105 ms-1. A lépések között 10-50 μs-os szünetek vannak. Kihangsúlyozandó, hogy az előkisülés csatornájában a plazmát a hidrometeorokról „begyüjtött” töltött részecskék alkotják.

• A földfelszín közelében a lefelé tartó előkisülés egy felfelé tartó előkisülést hoz létre. Legvégül ők egyesülnek létrehozva egy folytonos kisülési csatornát.

Elővillám

• Az elővillám szerepe tehát a

hidrometeorokon levő töltött részecskék

begyüjtése és áthelyezése az előbbiek

során leírt vezetési csatorna falára.

Fővillám

• A fővillám nem más, mint előkisülés

csatornájában levő töltéseknek a

semlegesítése vagy elszállítása (pl. a

földfelszínre).

• Az előkisülést követő 1. kisülést

főkisülésnek nevezzük. Ez a legnagyobb

áramú és fényintenzitású kisülés.

Fővillám

• A főkisülés után további többszörös kisülések következnek, és ezek együttese alkotja a fővillámot. A kisülések közötti időtartam rövid (20-100 ms), de nem annyira, hogy a szem ezt valamelyest ne érzékelné sorozatos villanásokként (angolul ezt flash-nek mondják).

• Ne felejtsük el, hogy a fővillámot alkotó többszörös kisüléseket a „folytonos” előkisülés (dart leader) előzi meg. A folytonos előkisülések előtt azonban egy felhőn belüli töltésátrendeződés zajlik le a kisülési csatorna tájékán, amit „J” és „K” folyamatoknak nevezünk.

Fővillám

• A fővillám sebessége 108 ms-1.

• Maximális áramerősség 10-30 kA.

• Töltésmennyiség 2-5 C.

• A töltésáramlás időtartama 40-70 ms.

• Belső hőmérséklet 30 000 K (2cm-en belül).

• Összenergia 109 - 1010 J (300 - 3000 kWh).

• A villámcsatorna hossza 5 km.

• Észlelhető átmérő 15 cm.

A villámok osztályozása: Föld- és

felhővillámok

• A villámok több szempontból csoportosíthatók, osztályozhatók.

• Aszerint, hogy mi között jön létre a kisülés, megkülönböztetünk földvillámokat (cloud-to-ground lightning (CG)) és felhővillámokat (cloud-to-cloud lightning (CC))

Földvillám

• Az elővillám a

felhőből a

földfelszín

irányába tartott.

(95%)

Földvillám

• Az elővillám a

földfelszíntől a felhő

irányába tartott.

(5%)

Felhővillám

• felhőn belül,

• felhő és felhő

között,

• felhő és

felhőn kívüli

„légtér” között

Felhővillám

• lehet

kifejezetten

szétágazó,

szerte-

szétterülő

alakzatú, ezt

angolul

„spider”-nek

mondják.

Pozitív és negatív polaritású

villámok

• Aszerint, hogy a felhő a katód, vagy az

anód szerepét tölti be, megkülönböztetünk

negatív és pozitív polaritású villámokat.

Pozitív és negatív polaritású

villámok

• Aszerint, hogy a

földfelszín

irányába szállított töltés

polaritása milyen,

megkülönböztetünk

szintén pozitív és negatív

polaritású villámokat.

A villámkisülés folyamatának típusa

• A villámlás folyamatának lejátszódása szerint Mazur és Ruhnke (1993) négy különböző típusú villámot különböztet meg.

• E klasszifikációban fontos szerepet játszik a villám polaritása, valamint az elő- és a fővillám (a fővillámot ellenkisülésnek is szokták mondani) fogalma.

Mazur és Rhunke klasszifikációja

• Amit szemlélünk: a

polaritás, valamint

az elő- és a fővillám

iránya.

• Berger (1977),

Mazur és Rhunke

(1993).

Mennydörgés

• A villámlás mennydörgést okoz. A mennydörgésnek van hallható és nem-hallható része.

• A mennydörgés hallható részét mennydörgésnek nevezzük. Ezt a fővillám kialakulásával kapcsolatos melegedés (a fővillám csatornájában a hőmérséklet 20 000 K körüli, a levegő pedig plazma állapotban van) okozza.

• A mennydörgés nem-hallható részét (20 Hz-nél kisebb frekvenciájú rész) infraszónikus mennydörgésnek nevezzük. Ezt a villámlás során működő elektrosztatikus erők hozzák létre.

Lökéshullám

• A mennydörgés megértése végett írjuk le a villámlás lejátszódása után bekövetkező folyamatokat!

• A fővillám kialakulása rövidebb ideig tart, mint 10 μs. Az 1-2 cm vastagságú csatornában óriási a nyomás és a fényesség. A nagy nyomás hatására lökéshullám keletkezik, melynek sebessége kb. 10-szer nagyobb, mint a hangsebesség (≈ 3·103 ms-1). A lökéshullám termodinamikai energiájának forrása nyílván a plazmában levő elektromos és mágneses energia.

Lökéshullám szakaszai

Few (1969, 1982) szerint a mennydörgés folyamata 3 szakaszra osztható:

• az erős lökéshullámos szakaszra,

• a gyenge lökéshullámos szakaszra és

• a hanghullámos szakaszra.

• Az erős és a gyenge lökéshullám közötti átmenetet szimulációs eredményei alapján definiálta viszonyítva a lökéshullám hordozta maximális nyomást az 1 atm referencianyomáshoz képest.

Lökéshullám

• A lökéshullám terjedve munkát végez, ezért gyengül, csökken terjedési sebessége és a benne levő nyomás értéke is. E gyengülés révén jelentéktelen perturbációvá (lineáris perturbációs elmélet), majd hanghullámmá alakul. E hanghullám létrejöttét mennydörgésként észleljük.

A kisülési csatorna hűlése

• A lökéshullám terjedésével egyidejűleg hűl

a kisülési csatorna is. A hűlést a

kisugárzás és a hőelvezetés okozza. A

hűlés eredményeképpen a kisülési

csatornában levő levegő elveszíti

elektromos vezetőképességét. Ez kb. 50

ms után következik be, amikor a levegő

hőmérséklete kb. 2000-4000 K-re süllyed.

A mennydörgés terjedése

• A lökéshullámból keletkező hanghullám a kb. 1 km-es szakasz megtétele során igen jelentősen gyengül a súrlódás, a hővezetés és a molekuláris abszorpciómiatt. Ezek közül a tényezők közül a molekuláris abszorpció a legfontosabb.

• Ezen kívül gyengülést okoznak még a turbulens örvények és a felhőkben levő hidrometeorok.

A mennydörgés terjedése

• A mennydörgés terjedésével kapcsolatban igen fontos jelenség még a refrakció. A refrakció meghatározza azt a maximális távolságot, ahol a mennydörgés még hallható.

• A mérések szerint (pl. De L’Isle, 1783; Veenema, 1920) e maximális távolság átlagosan 25 km körül van.

A mennydörgés karakterisztikái

• Érdemes szemlélni a mennydörgések spektrumát! Ez alapján mondhatjuk: ahány villám, annyi mennydörgés. Durranás: nagy amplitudó, morajlás: kis amplitudó

a) lecsapó, b) felhő villám (~ horiz. kiterjedés)


• A mennydörgés morajló hangját a villámcsatorna makro- és mezoskálájú tortuozitása okozza!

• A mennydörgés azonban nemcsak a villámlás folyamatától függ! A mennydörgés nagy-nagy mértékben függ a megfigyelő villámlás helyszínéhez viszonyított térbeli helyzetétől is.


• A mennydörgésnek van kezdete és vége, azaz érzékelhetően meghatározott időtartammal rendelkező folyamat.

• A menydörgés kezdete a villám hozzánk viszonyított legközelebbi, míg a vége a hozzánk viszonyított legtávolabbi részéből származik.

• Nyilvánvaló, hogy a villám e két „pontja” közötti távolság, amit – első közelítésben – a villámcsatorna hosszaként értelmezhetünk, a mennydörgés időtartamából becsülhető.

Villámláskarakterisztika: a

villámcsatorna hossza

• A villámcsatorna hossza (km) ≈ a

mennydörgés időtartama (s) · a menny-

dörgés sebessége (~0,33 kms-1)

Villámláskarakterisztika: a

villámcsatorna tőlünk vett távolsága

• A villámlás tőlünk vett távolsága becsülhető, ha

mérjük a villámlás és a mennydörgés közötti

időtartamot.

• A villámcsatorna tőlünk vett távolsága (km) ≈

a villámlás és a mennydörgés közötti időtartam

(s) · a mennydörgés sebessége (~0,33 kms-1)

Elhanyagolások a

villámláskarakterisztikák

becslésében

• E becslésekben persze vannak elhanyagolások.

Így pl. e becslésekben nem vettük számításba

azt a tényt, hogy a mennydörgés

lökéshullámmal kezdődik.

• Ez nem okoz „nagy” hibát, mert a lökéshullám

terjedési sebessége sokkal nagyobb, mint a

hanghullámé, és a lecsengése is gyors, amiért a

kiindulási helyétől nem messze hanghullámmá

alakul.

A villámlás elektromágneses tere

• A villámlás során nemcsak hanghullámok, hanem

elektromágneses (em) hullámok is keletkeznek.

Az emittált em hullámok hullámhossza a

rádióhullámok hullámhossz tartományába esnek.

A villámlás elektromágneses tere

• Terjedésük során keveset gyengülnek (számukra a légkör igen jó áteresztő közeg) és igen jó visszaverődnek mind a talajfelszínről, mind az ionoszféráról. Ezért e hullámok esetében a talajfelszín és az ionoszféra közötti tartomány gyakorlatilag egy hullámvezető tartomány.

• Egy alapvető kérdés: hogyan becsülhető ezen em hullám(ok) tere, azaz az elektromos térerősség (E) és a mágneses indukció (B) vektora, a hullámvezető tartomány egy tetszőleges M pontjában?

A villámlás rezgő dipólussal való

közelítése

• A villámlás – a kisülési csatorna szabálytalan formája ellenére – egy antennának tekinthető elsősorban a benne folyó áram erősségének gyors változásai miatt.

• Ez az antenna ugyanakkor rezgő dipólusként(egyik legegyszerűbb típusa a Hertz-féle dipólus) fogható fel és közelíthető.

• A villámlás em terének meghatározását tehát a Hertz-féle dipólus em terének meghatározására vezetjük vissza!

A rezgő dipólus modellje

• A dipólust dipólus

momentumával (p)

jellemezzük:

• Mivel rezgő dipólusról

van szó, a p időbeli

változása harmonikus

függvénnyel közelíthető:

lep

tieptp 0)(

Hertz-vektor, skalár- és

vektorpotenciálok

• Az em teret, azaz az E és a B vektorokat,

általában skalár (φ) és vektorpotenciáljaik (A)

segítségével szoktuk leírni.

• A rezgő dipólus esetében a φ-t és az A-t az ún.

Hertz-vektor függvényében fejezzük ki. Alakja:

.

)(

4

1),(

r

c

rtp

trZ


vektorpotenciálok

• A Hertz-vektor kielégíti a hullámegyenletet,

azaz

• Írjuk fel most a φ és az A kifejezéseit!

.01

2

2

2

t

Z

cZ

.

)(

4

1

,1

)(

4

11

00

00

t

Z

r

c

rtp

tA

Zdivr

c

rtp

div


vektorpotenciálok

• A bevezetett

konstansok

értékei és

egymás közötti

kapcsolatai:.10998,2

,1

,104

,10854,8

18

00

17

0

112

0

msc

c

mH

mF

Hertz-vektor és az elektromos

térerősség vektora

• Fejezzük ki az E-t a φ és az A függvényében!

• Mivel

.1

2

2

0

0 t

ZZdivgrad

t

AgradE

.11

,

2

2

0

00 t

ZZZrotrotE

ZZdivgradZrotrot

Hertz-vektor és az elektromos

térerősség vektora

• További átrendezések alapján

• Mivel a Z kielégíti a hullámegyenletet

.]1

[11

2

2

2

00 t

Z

cZZrotrotE

.1

0

ZrotrotE

Hertz-vektor és a mágneses

indukció vektora

• Fejezzük ki most a B-t az A vektorpotenciál

függvényében!

• Látható, hogy mind az E, mind a B mező

meghatározását a Hertz-vektor rotációjának

meghatározására vezettük vissza.

.][ 000 Zrottt

Zrot

t

ZrotArotB

A Hertz-vektor rotációjának

meghatározása

• A rotZ meghatározása során azt

tételezzük fel, hogy a p dipólus momentum

vektorának iránya változatlan marad a

térben (a kisülési csatorna iránya nem

módosul), valamint szférikus koordináta

rendszerben fogunk szemlélődni.

A B mágneses indukció vektor

szférikus koordináta rendszerben

• Ha a p iránya állandó a térben, akkor kifejezhető

mint

• Ez alapján

.)(0 tfpp

.4

)(

),(

),(0

r

c

rtf

tr

aholtrpZ



• Így

• Mivel

.),(),(]),([ 000 ptrgradprottrptrrot

.)(1

,)(),(

,0

0

000

0

prrr

Zrot

prr

ptrgradZrot

prot



• A mellékelt ábráról

viszont láthatjuk, hogy

.sin)(

,0)()(

00

00

prpr

prpr r



• Így

• Mindezek alapján

.sinsin)(

,0)()(

0r

Zp

rZrot

ZrotZrot r

.sin)(

,0)(

,0)(

2

00

0

0

rt

ZZrot

tB

Zrott

B

Zrott

B rr

Az E elektromos térerősség vektor


• Mivel

• nyílván még egyszer szükséges a rotáció

operátorának (nabla vektoriális) alkalmazása.

A rotA vektor (A egy tetszőleges vektor) r, θ

és φ komponensei a következőképpen

írhatók fel:

ZrotrotE

0

1

A rotA vektor r, θ és φ komponensei

.1

)(1

)(

,)(1

sin

1)(

,sin

1)(sin

sin

1)(

r

r

r

A

rAr

rrArot

Arrr

A

rArot

A

rA

rArot


r komponense

• Az előbbiek alapján

.])sin([sinsin

11

,})(sin

1

])([sinsin

1{

1)(

1

0

00

r

Z

rE

Zrotr

Zrotr

ZrotrotE

r

rr


θ és φ komponensei

• Hasonlóképpen

.0

)(sin1

]})sin([1

{1

},])([1

)(

sin

1{

1)(

1

00

00

E

ésr

Zr

rrr

Zr

rrE

Zrotrrr

Zrot

rZrotrotE r

A B és az E vektorok viszonya

• Mivel a B-nek Bφ

komponense van, az E-nek

pedig Er és Eθ

komponense, nyilvánvaló,

hogy az E és a B vektorok

egymásra merőlegesek.

• A B a szélességi kör, míg

az E a meridián mentén

hat.

A Bφ, az Er és az Eθ komponensek

• A levezetésünk azonban még nem kész! Ehhez

a Z különböző deriváltjait kell meghatároznunk.

.)1

(

)(4

1

4

1

,4

1),(

)(

02

)(

0

)(

0

Zc

i

r

c

i

r

ep

r

ep

r

Z

r

eptrZ

c

rti

c

rti

c

rti


• Továbbá

.)1

(

])([)1

(

)1

()1(

)1(])1([)(

2

2

2

Zrcc

i

r

Zrc

i

c

iZ

c

i

rZ

c

i

Zc

i

rc

riZ

c

i

r

Z

c

riZ

c

iZ

c

ri

rr

Zr

r


• És legvégül

.)(

)()1

(

)1

(])1

[()(

2

2

Zr

i

c

Zcr

iZi

c

i

r

t

Z

c

i

rZ

c

i

rtr

Z

t


• Ezeket behelyetesítve a Bφ-be, az Er-be és az

Eθ-ba:

.)1

(sin1

,)1

(cos21

,)1

(sin

2

2

2

0

2

0

0

Zccr

i

rE

Zcr

i

rE

Zc

i

riB

r


• A B és az E komponensek változása függ a

zárójelben levő tagok egymás közötti

viszonyától. E viszony egyszerűen becsülhető

az (ω/c) és az (1/r) tagok aránya alapján.

Fejezzük ki ezért ezt az arányt!

.222

1

r

Tc

r

c

r

c

r

r

c


• Ha tehát χ<<1 akkor 2π·r<<λ. Nyilvánvaló az is, hogy ha e feltétel érvényes, akkor a rezgő dipólus közelében vagyunk.

• Fordítva, ha χ>>1 akkor 2π·r >> λ. E feltétel érvényesülése azt is jelenti, hogy a rezgő dipólustól távol vagyunk.

• Vizsgáljuk meg mind a két esetet!

Tér a dipólus közelében: közeli

sugárzási zóna

• Ekkor

• Így

.4

1),(

,)(

0r

eptrZ

tc

rt

ti

.)(sin

4

)(

4

1sinsin

2

0

00

t

tp

r

r

tp

r

iZ

r

iB


sugárzási zóna

• Továbbá

.)(sin

4

1

)(

4

1sin11sin

1

,)(cos2

4

1

)(

4

11cos2

11cos2

1

3

0

2

0

2

0

3

0

2

0

2

0

tpr

r

tp

rZ

rE

tpr

r

tp

rZ

rEr


sugárzási zóna

• A rezgő dipólus közelében a B az (1/r2)-el,

míg az E az (1/r3)-el arányosan csökken

az r növekedésével.

Tér a dipólustól távol: távoli

sugárzási zóna

• E tartományt hullámzónának nevezzük. Itt

.

)(sin

4

1)(

4

1sin

1

,0

.

)(sin

4

)(

4

1sinsin

2

2

2

0

2

2

0

2

2

0

00

t

c

rtp

rcr

c

rtp

cE

E

t

c

rtp

rc

r

c

rtp

c

iiZ

c

iiB

r


sugárzási zóna

• Mivel• Mivel

.

)(sin

4

1

,

)(sin

4

1

,4

1

44

2

2

2

0

2

2

3

0

0

3

0

000

t

c

rtp

rcE

t

c

rtp

rcB

ccc


sugárzási zóna

• Látható, hogy

.)(

,

)(

4

1

,

)(sin

4

11

0

02

2

3

0

2

2

3

0

rBcE

r

rt

c

rtp

cB

t

c

rtp

rcE

cB


sugárzási zóna

• A hullámzónában tehát a B és az E

vektorok az (1/r)-el arányosan csökkennek

az r növekedésével.

• A B és az E vektorok egymásra és az r-re

is merőlegesek. A B a szélességi körökre,

míg az E a meridiánokra érintőleges.

Schumann rezonancia

• Azt már említettük, hogy a villámlás során kibocsátott em hullámok keveset gyengülnek (számukra a légkör igen jó áteresztő közeg) és igen jó visszaverődnek mind a talajfelszínről, mind az ionoszféráról.

• Ezért e hullámok esetében a talajfelszín és az ionoszféra közötti tartomány gyakorlatilag egy hullámvezetőtartomány.

• E hullámvezető tartomány üregrezonátorként[üregrezonátor egy olyan térrész, melyben a hullámmozgás állóhullámokat (azonos frekvenciájú és amplitúdójú, ellentétes irányú síkhullámok találkozásakor jönnek létre) is kialakíthat] is viselkedik.

Schumann rezonancia

• A kérdés tehát az, hogy a hullámvezetőből mikor lesz üregrezonátor?

• Ez alapvetően a hullámvezető méreteinek (hossza (k), magassága (h)) és az emittált em hullámok hullámhosszának (λ) arányától függ. Ha a hullámok közül adódik olyan hullám is, melynél az k/λ arány egész szám, akkor nagy valószínűséggel kialakul az üregrezonátor.

• A Schumann rezonancia a Föld kerületével (k) összemérhető arányban álló kvázisztatikus állóhullámok interferencia jelensége.

Schumann rezonancia

• Az állóhullám saját magával történő együttrezgése a hullám intenzitását is megnöveli. Ezt nevezzük Schumann rezonanciának.

• Az az em hullám, amelynek hullámhossza (λ) megegyezik a Föld kerületével (k) 7,8 Hz körüli frekvenciájú (ν). Ez nyilvánvalóan a Schumann rezonancia alapfrekvenciája.

Schumann rezonancia

• Az alapfrekvencia

változásai

Schumann rezonancia

• A ν egész számú többszörösei esetén szintén tapasztalható intenzitás növekedés. A karakterisztikus frekvenciák tehát 7, 14, 20, 26, 33, 39 és 45 Hz körüliek.

Schumann rezonancia

• A rezonancia

intenzitása a

karakterisztikus

frekvenciák

függvényében.

Schumann rezonancia

• Az előbbi jelenség megálmodója, azaz elméleti előrejelzője Schumann volt 1952-ben.

• A jelenséget kísérletileg is igazolták Schumann és König 1954-ben.

• Manapság a jelenség mérése igen népszerű lett a globális hatások (pl. klímaváltozás) vizsgálata céljából.

• Hazai kutatója: Sátori Gabriella

Schumann rezonancia

• Egy Schumann

rezonancia vevő,

Negev sivatag,

Izrael.

Villámklimatológia

• Másodpercenként 40-50 darab villám

világszerte az 1000 db állandóan fennálló

zivatarból.

• Túlnyomórészt szárazföldek felett vannak.

• Területi sűrűség: 20-30 darab · km-2·év-1 a

trópusokban, 1-4 darab · km-2·év-1

közepes szélességeken


• Havi összegek

évi menete


• Perces

összegek

napi menete


• A havi összegek

nagyon jó korrelálnak

a nedves

hőmérséklettel


• A havi összegek

évi menete

nagyon jó korrelál

a nedves

hőmérséklet évi

menetével

Villámsűrűség Európa felett

• 1-7 km-2

• észak-déli gradiens

• maximum az Alpok

peremén,

Olaszországban és az

Adrián

• a mérési tartományon

kívül kevés adat

• ez csak 1 év!

Globális villámeloszlás

Globális villámeloszlás (NASA műholdas megfigyelések 1996-2000)

• 50 villám másodpercenként (1000 db aktív zivatarban)

• Maximum a trópusi területek felett


• Földrajzi szélesség

szerinti eloszlás


• Az IC-CG

villámok

aránya (egy

modellszimu-

láció)

Villámlás és az éghajlatváltozás

• Villámlás gyakori-

sági anomália és

a hőmérsékleti

anomália

kapcsolata

Schumann rezonancia és az

éghajlatváltozás

• Hőmérsékleti anomália és Schumann rezonancia intenzitás (Kingston Rhode Inland, (71 ºW, 41 ºN))

Schumann rezonancia és az

éghajlatváltozás

• Hőmérsékleti

anomália és

Schumann

rezonancia

intenzitás

Schumann rezonancia és

éghajlatváltozás

• SR és ionoszféra

potenciál

Irodalom

• 1. MacGorman, D.R., and Rust, W.D.,

1998: The electrical nature of storms.

Oxford University Press, New York,

Oxford, 422 pp.

• 2. Budó, Á., 1972: Kisérleti fizika II.,

Tankönyvkiadó, 395 pp.

Légköri elektromosság

Documents

Transcript of Légköri elektromosság