Анализ структурных свойств электрической турбулентности в грозовой облачности

Проведен численный анализ структурных функций Sm(L) электрической турбулентности в грозовой облачности на основе имеющихся в литературе экспериментальных данных по измерению высотного профиля вертикальной компоненты электрического поля E(z) в области высот до 13 км. Проведена оцифровка экспериментальных профилей, с использованием системы локализованных по высоте функций. Для рассматриваемой конкретной выборки E(z) разработана аналитическая аппроксимация Ea(z). Для различных значений порядка структурной функции m в диапазоне 0,1 ≤ m ≤ 7 вычислены Sm(L) с достаточно малым шагом по высоте δz = 1 м. Построены графики структурных функций (СФ), выявлены два инерционных интервала (малые и средние масштабы L), в которых имеются степенные скейлинги СФ электрической турбулентности. В инерционных интервалах определены скейлинговые экспоненты g(m), существенно отличающиеся от колмогоровского gk(m) = m / 3 и спирального gh(m) = 2 m / 3 скейлингов для однородной, изотропной, гидродинамической турбулентности. В интервале средних масштабов возможно присутствие когерентных структур, влияющих на скейлинговые экспоненты g(m), и перемежаемости. Результаты анализа представляют интерес для последующих исследований вклада заряженных подсистем мощных атмосферных вихрей в генерацию гидродинамической спиральности H = V rot V и формирование неоднородной, самосогласованной, долгоживущей структуры ветровых потоков в вихре.

The analysis of structure properties of electric turbulence in thunderstorm clouds

It has been performed the numerical analysis of structure functions Sm(L) for an electric turbulence in thunderclouds by usage of experimental data on altitude profile of the electric field vertical component E(z) in the height range up to 13 km. Digitization of the experimental plots and development of analytical approximations Ea(z) for the electric field E(z) in thunderstorm clouds in a class of localized functions were made. Numerical calculations of the structure functions Sm(L) for the orders m in the range 0.1 ≤ m ≤ 7 were performed with small enough step in the altitude δz = 1 m. Plots of Sm(L) have been obtained and inertial intervals (where power law degree dependence of Sm(L) is observing) of electric turbulence were detected in the small scales range and the middle scale one. Scaling exponents g(m) for inertial intervals were determined which are significantly differ from the Kolmogorov scaling gk(m) = m / 3 and the helical one gh(m) = 2 m / 3 in the homogeneous, isotropic hydrodynamical turbulence. It is established that Sm(L) behaviour may be explained by presence in middle scale range of intermittency and coherent structures which influence on scaling exponents g(m). Results obtained are of the great interest for following investigations of intense atmospheric vortices charged subsystems contribution to the hydrodynamical helicity H = V rot V generation and to the development of inhomogeneous, self-consistent wind structure in the vortice.