Формирование вихревых структур в атмосфере в присутствии аэрозольной плазмы

В атмосферной облачности наблюдаются сильные электрические поля и могут генерироваться вихри плазменной природы. Возникновение вихревых структур в неоднородной гиротропной среде стохастически детерминировано. Наблюдаемое неравномерное распределение аэрозолей способствует неравномерному нагреву атмосферы, появлению локальных градиентов давления, зарождению и усилению вихрей. Немонотонное расслоение неустойчивых плазменных неоднородностей способствует образованию ячеистых структур. В полях градиентов давления мозаичной ячеистой топологии при ионизации частиц возможно проявление электрического поля плазменных вихрей. В аэрозольной плазме атмосферной облачности силы электромагнитного взаимодействия между элементами потоковой структуры способствуют интенсификации вихревой структуры. Взаимодействие плазменных спиральных токовых вихрей определяется их величиной и геометрическими параметрами их пространственного распределения (Izhovkina et al., 2016). Взаимодействие спиральных вихрей с током зависит от магнитного момента вихрей, подобно взаимодействию соленоидов с током.
В нелинейной неоднородной структуре суммарный импульс при столкновениях частиц сохраняется, если длина свободного пробега частиц много меньше размеров структуры. Уравнения плазменного вихря зависят от градиентов плотности и температуры плазмы. В полях градиентов давления вихрь сохраняется, градиенты давления несут информацию о поле импульсов и поле столкновений частиц. Нелинейные полевые структуры, такие как плазменный вихрь, имеют дополнительную устойчивость. В возбуждении МГД-генератора и атмосферных и ионосферных плазменных вихрей проявляются фундаментальное сходство и существенные различия. Электрическое поле вихря возбуждается на плазменных потоках, ортогональных геомагнитному полю. В ячейках возбуждается электрическое поле, когерентно вращающееся вместе с частицами плазмы. При учёте столкновений проявляется заметное влияние аэрозольной примеси в генерации плазменных вихрей и накоплении вихрями энергии и массы при конденсации влаги (Ижовкина и др., 2015).
При движении в полях градиентов давления вдоль геомагнитных силовых линий вихри при взаимодействии могут сливаться и образовывать более мощные вихри. При этом крупномасштабная вихревая структура затягивает в себя мелкомасштабные вихри (Ижовкина и др., 2016). С ростом вертикальных градиентов усиливаются вертикальные потоки. Вынос аэрозолей струйными течениями на градиентах давления из областей нагрева в верхнюю тропосферу и стратосферу приводит к нарастанию времени жизни аэрозолей в атмосфере и эффектам последействия в погоде и климате.
Столкновения вихрей вызывают изменения электрического поля когерентных вихревых структур. При затухании электрических полей, ортогональных геомагнитному полю, усиливаются диффузия заряженных частиц поперёк геомагнитного поля и поляризационный дрейф, что приводит к разделению зарядов. В аэрозольной плазме облачности торнадо развивается мощный поляризационный дрейф заряженных частиц из областей затухания электрического поля.
Возбуждение плазменных вихрей в неоднородной области нагрева при ионизации частиц может быть причиной появления спиральных струйных течений. При взаимодействии плазменных вихрей области нагрева, струйные течения и более мощные вихри могут возбуждаться также и в ионосфере, чему способствует электростатическая неустойчивость ионосферной плазмы.

1. Ижовкина Н.И., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А., Артеха С.Н. Особенности взаимодействия плазменных вихрей в атмосфере и ионосфере // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 4. С. 106-116.
2. Ижовкина Н.И., Артеха С.Н., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А. Спиральные токовые структуры в аэрозольной атмосферной плазме // Инженерная физика. 2016. № 7. С. 57-68.
3. Izhovkina N.I., Artekha S.N., Erokhin N.S., Mikhailovskaya L.A. Interaction of Atmospheric Plasma Vortices // Pure and Applied Geophysics. 2016. Vol. 173, No 8, P. 2945-2957.
4. Ижовкина Н.И., Артеха С.Н., Ерохин Н.С., Михайловская Л.А. Вихревые структуры в аэрозольной атмосферной плазме // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 157-167.