2
СОДЕРЖАНИЕ СТР
ВВЕДЕНИЕ :.................................................................. 6
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ......................................................................14
1.1. Основные характеристики ионосферной плазмы.......................14
1.2. Математические модели параметров околоземной плазмы..............19
1.2.1. Классификация моделей...................................19
1.2.2. Модели ионосферы, использующие полуэмпирические
модели нейтральной атмосферы..............................23
1:2.3. Самосогласованные модели верхней атмосферы Земли........26
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ В РАМКАХ ГЛОБАЛЬНОЙ САМОСОГ -ЛАСОВАННОЙ МОДЕЛИ ТЕРМОСФЕРЫ, ИОНОСФЕРЫ И ПРО -ТОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ.............................................................30
2.1. Структура модели.................................................30
2.2. Основные уравнения модели...................................... 33
2.2.1. Система уравнений для нейтральной атмосферы.............33
2.2.2. Система уравнений для нижней ионосферы..................36
2.2.3. Уравнения для описания параметров Р2-области и внешней ионосферы.......................................................38
2.2.4. Уравнение для расчета потенциала электрическог о поля...41
2.3. Источники ионизации и нагрева околоземной плазмы.................43
2.3.1. Фотоионизация...........................................43
2.3.2. Ионизация высыпающимися электронами.....................46
2.3.3. Источники нагрева термосферы УФ излучением Солнца.......50
2.3.4. Электрические поля......................................51
2.4. Системы координат, используемые в модели ГСМ ТИП................53.
2.5. Начальные и граничные условия....................................57
2.6. Методы решения системы уравнений модели ГСМ ТИП..................60
3
2.7. Общий алгоритм работы программы...............................66
ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ГСМ ТИП И ЧИСЛЕННЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ................................................. 72
3.1. Результаты расчетов глобальных распределений ионосферных параметров с использованием эмпирической модели нейтральной атмосферы..........................................................72
3.2. Модельные расчеты ионосферных параметров для условий
19 марта 1988 года.............................................90
• 3.3. Самосогласованные расчеты глобальных распределений
гермосфсрно-ионосферных параметров............................101
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ НА ГЛОБАЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕЙТРАЛЬНЫХ И ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ.....................................................116
4.1. Влияние динамических процессов на тепловой режим
верхней атмосферы Земли.......................................116
4.2. Анализ просгранственной структуры источника джоулева
нагрева в термосфере Земли....................................122
4.3. Взаимосвязь циркуляции нейтральной атмосферы и крупномасштабного электрического поля.............................131
4.3.1. Влияние электрического динамо-иоля на ветры в нижней термосфере при использовании эмпирической модели нейтральной атмосферы.......................................132
4.3.2. Влияние электрического поля на ветры в термосфере при самосогласованном описании верхней атмосферы Земли..........141
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ; ЭФФЕКТОВ СУББУРИ В
ТЕРМОСФЕРЕ И ИОНОСФЕРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГСМ ТИП.......................................................157
5.1. Постановка задачи. Экспериментальные данные..................157
31
дага™? ^та, ОТ, Ріо_т, К^. А
Е
і і і і
«Начальные Солнечные Потоки Продольные токи или
условия УФ электронных разность потенциалов
і потоки высыпаний . . . . через полярную шапку
ТЕРМОСФЕРНЫЙ
БЛОК
ИОНОСФЕРНО-ПРОТОНОСФЕРНЫИ БЛОК
Б, Е и Б1-области Е2-область и протоносфера
БЛОК РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИ11ЕС-КОГО ПОЛЯ
т
.«..і
\ і :
Т . р . V . п П п Т.Т.У,. і е 1 Т , Т . V , і О 1
п(Иг). П(0+)+ п(0+)+
п(0 ), п(0) 11 ь + п(Ю+) п(Н+) -VI/)
І 80*Н*520т 80$їі<175т Ь>175км
Рис.2.1. Структурная схема модели.
32
ионизирующего излучения Солнца и высыпающихся электронов, начальных и граничных условий. Блок параметров термосферы и нижней ионосферы рассчитывает концентрации основных нейтральных компонент С>2, N2, О, Н, малых компонент N(*8), Ы(20), N0, температуру нейтральной атмосферы То, компоненты вектора среднемассовой скорости Уд, суммарную концентрацию молекулярных ионов ХУ* = Ы2*+02*+>Ю+, компоненты скорости молекулярных ионов V; (ХУ*), их температуру Т | и температуру электронного газа Т *, в области высот от 80 до 520 км. В блоке расчета параметров Б2-об ласти ионосферы и протоносферы рассчитываются концентрации ионов 0+, II*, температура ионов и электронов, ионные скорости в области высот от 175 км до 15 земных радиусов. Предусмотрена возможность расчета колебательной температуры молекулярного азота. Блок расчета электрического поля позволяет рассчитать глобальное распределение электрического потенциала при наличии источников магнитосферного и динамо-происхождения с учетом всех параметров среды, рассчитанных в предыдущих блоках.
Структура модели предусматривает расчет термосферных параметров по какой-либо эмпирической модели термосферы, в частности М8К>-86,90. В этом случае термо-сферная циркуляция рассчитывается с использованием градиентов давления, полученных из этих моделей. В блоке расчета эмпирического поля имеется возможность использования эмпирической модели высокоширотной конвекции (VоИапб, 1978). Для обработки и визуализации результатов расчетов разработан отдельный пакет программ, позволяющий получать на экране дисплея или в виде твердой копии картинки глобальных распределений всех основных параметров околоземной плазмы.
- Київ+380960830922