Математическое моделирование верхней атмосферы Земли как единой системы

• Автор: Кореньков, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 311 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ
1.1. Основные характеристики ионосферной плазмы
1.2. Математические модели параметров околоземной плазмы
1.2.1. Классификация моделей
1.2.2. Модели ионосферы, использующие полуэмпирические
модели нейтральной атмосферы
1:2.3. Самосогласованные модели верхней атмосферы Земли
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ В РАМКАХ ГЛОБАЛЬНОЙ САМОСОГ -ЛАСОВАННОЙ МОДЕЛИ ТЕРМОСФЕРЫ, ИОНОСФЕРЫ И ПРО -ТОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ
2.1. Структура модели
2.2. Основные уравнения модели
2.2.1. Система уравнений для нейтральной атмосферы
2.2.2. Система уравнений для нижней ионосферы
2.2.3. Уравнения для описания параметров Г2-области и внешней ионосферы
2.2.4. Уравнение для расчета потенциала электрического поля
2.3. Источники ионизации и нагрева околоземной плазмы
2.3.1. Фотоионизация
2.3.2. Ионизация высыпающимися электронами
2.3.3. Источники нагрева термосферы УФ излучением Солнца
2.3.4. Электрические поля
2.4. Системы координат, используемые в модели ГСМ ТЙП
2.5. Начальные и граничные условия
2.6. Методы решения системы уравнений модели ГСМ ТИП
2.7. Общий алгоритм работы программы
ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ГСМ ТИП И ЧИСЛЕННЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ
3.1. Результаты расчетов глобальных распределений ионосферных параметров с использованием эмпирической модели нейтральной атмосферы
3.2. Модельные расчеты ионосферных параметров для условий
19 марта 1988 года
3.3. Самосогласованные расчеты глобальных распределений термосферно-ионосферных параметров
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ НА ГЛОБАЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕЙТРАЛЬНЫХ И ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ
4.1. Влияние динамических процессов на тепловой режим
верхней атмосферы Земли
4.2. Анализ пространственной структуры источника джоулева
нагрева в термосфере Земли
4.3. Взаимосвязь циркуляции нейтральной атмосферы и крупномасштабного электрического поля
4.3.1. Влияние электрического динамо-поля на ветры в нижней термосфере при использовании эмпирической модели нейтральной атмосферы
4.3.2. Влияние электрического поля на ветры в термосфере при самосогласованном описании верхней атмосферы Земли
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ СУББУРИ В
ТЕРМОСФЕРЕ И ИОНОСФЕРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГСМ ТИП
5.1. Постановка задачи. Экспериментальные данные

5.2. Модель высыпаний и продольных токов для условий
суббури 25.03.87 г
5.3. Распределение потенциала электрического поля в высоких
широтах на различных фазах суббури
5.4. Вариации температуры в термосфере высоких широт во время суббури
5.5. Влияние дрейфа ионосферной плазмы и джоулева нагрева
на динамический режим термосферы во время суббури
5.6. Взаимосвязь термосферно-ионосферных параметров во время суббури
5.6.1. Эффекты джоулевой диссипации в термосфере на распределение электронной концентрации в
F2-o6nacTH во время суббури
5.6.2. Вариации термосферно-ионосферных параметров во
время суббури над станцией EISCAT
ГЛАВА 6. ПРИМЕНЕНИЕ ГСМ ТИП ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИОНОСФЕРНЫХ ДАННЫХ
6.1. Экспериментальные данные и геофизические условия
6.2. Результаты расчетов ионосферных параметров над станцией EISCAT и вдоль орбиты спутника Magion-2 с использованием эмпирической модели нейтральной атмосферы MSIS
6.3. Самосогласованный вариант расчетов ионосферных параметров над станцией EISCAT и вдоль орбиты спутника Magion
ГЛАВА 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ИОНИЗАЦИИ В Е-Fl ОБЛАСТЯХ ИОНОСФЕРЫ
7.1. Аналитическое описание фонового состояния электронной концентрации на высотах Е-Fl областей ионосферы
7.2. Модельные расчеты фонового состояния Ne и Те
на высотах Fl-области ионосферы
7.3. Некоторые вопросы динамики среднеширотного слоя
Es на высотах Е-Fl областей ионосферы

Уравнение для расчета температуры молекулярных ионов записывается без учета процесса теплопроводаоеги, который является второстепенным процессом до высот порядка 500 км (Stubbe, 1970):
(Зп,к/2)—'-= +Р>? +Р"т- (2-Ю)
ctni
Здесь P‘T и рРт - скорости теплового обмена между ионным, электронным и нейтральным газами, развернутые выражения которых можно найти в книге Брюнелли, Намгаладзе (1988).
Уравнение для определения электронной температуры (ТУ) до высот порядка 175 км также записывается без учета теплопроводности:
(3nek/2)=peq +р;т+р:т . (2.11)
Здесь Ред - скорость нагрева электронного газа за счет УФ излучения и вторичных фотоэлектронов и высыпающихся корпускул; PleT,PêT - скорости теплового обмена с ионным и нейтральным газами.
Уравнение для определения компонент вектора ионной скорости, входящей в уравнение (2.5), имеет вид:
nimi8 — V(«, ydTi — 2 Pinvmnn ~ )+ etitiß + Vf xü)=0. (2.12)

Здесь g - ускорение свободного падения, Ê, В - векторы напряженности электрического и магнитного полей.
Для определения поля амбиполярной диффузии используется уравнение движения для электронов, записанное в виде:
У(ппкТе)+епе(я+РехР)=0’ (2-13)
с учетом того, ЧТО пе = п(М+) + п(0+).
Скорость нагрева электронного газа, входящая в уравнение 2.7, определяется из выражения:
P'Q = ETq{f),
где q(r) - ионная скорость ионообразования с учетом вторичной ионизации в точке г. Эффективность нагрева ет можно аппроксимировать формулой (Кринберг, Тащилин, 1984):