Модификация глобальной численной модели верхней атмосферы земли для исследования высокоширотных явлений

• Автор: Мартыненко, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Современное состояние численного моделирования процессов в верхней атмосфере (Обзор)

1.1. Ионосферные модели

1.2. Ионосферно-термосферные модели

1.3. Модели ИСАЯ

Глава 2. Глобальная численная модель верхней атмосферы Земли КО ИЗМИРАН

2.1. Структура м одели

2.2. Моделирующие уравнения

2.2.1. Блок нейтральной атмосферы и нижней ионосферы

2.2.1.1. Нейтральная атмосфера

2.2.1.2. Нижняя ионосфера (Б, Е й Н области ионосферы)
2.2.2. Блок ионосферной Г2-области и протоносферы
2.2.3. Блок расчета электрического поля
2.3. Входные параметры модели
2.4. Численные сетки
Глава 3. Реконструкция глобальной численной модели верхней атмосферы Земли
3.1. Данные модели
3.1.1. Рассчитываемые в модели параметры и общий алгоритм расчета
3.1.2. Размещение данных во время расчета в оперативной памяти компьютера
3.1.3. Механизм указателей на массивы данных в памяти
3.1.4. Повышение скорости работы программы
3.2. Стандартная структура файлов данных модели
3.2.1. Чередование ролей логических файлов с данными "шара" и "трубки" в расчете
3.3. Возможность задавать произвольное пространственное разрешение
3.3.1. Системы координат, используемые вмодели
3.3.2. Модификация программы модели для использования переменных шагов интегрирования по широте
3.3.3. Модификация программы модели для использования переменных шагов интегрирования по высоте
3.3.4. Модификация программы модели для использования переменных шагов интегрирования по долготе
3.3.5. Требования к модифицированной пространственной координатной сетке модели
3.4. Обеспечение более гибкого задания внешнего ввода модели
3.4.1. Изменение способов задания электрических полей и токов магнитосферного происхождения
3.4.2. Модификация программы модели для произвольного задания электронных высыпаний
3.5. Пакеты сервисных программ
3.5.1. Программы сохранения и копирования наборов данных
3.5.2. Программы извлечения результатов расчетов
3.5.3. Программы графического представления данных
3.5.4. Сохранение насчитанных данных непосредственно в ходе расчета
3.5.5. Примеры возможностей представления модельных данных
Глава 4. Расчеты спокойных вариаций параметров верхней атмосферы с использованием модифицированной модели
4.1. Результаты тестирования
4.1.1. Вариант с использованием эмпирической модели термосферы (МСИС-86)
4.1.2. Полностью самосогласованный вариант
4.2. Сравнение результатов модельных расчетов для спокойных условий с
эмпирическими моделями
4.3. Исследование влияния джоулева разогрева и высыпаний мягких
электронов на поведение термосферы и ионосферы над ЕИСКАТ
4.3.1. Исследование влияния выбора широтных шагов интегрирования
на результаты модельных расчётов параметров термосферы
4.3.2. Исследование влияния джоулева разогрева на температуру и состав термосферы над ЕИСКАТ
4.3.3. Исследование влияния нагрева мягкими высыпающимися электронами на температуру и состав термосферы над ЕИСКАТ
4.3.4. Исследование влияния высыпаний мягких электронов на концентрацию и температуру электронов и ионов в Е2-обласги над

ЕИСКАТ
4.4. Численное моделирование скорости диссипации турбулентной энергии в высокоширотной мезосфере
4.4. Численное моделирование долготной вариации электронной плотности в верхней ионосфере
Глава 5. Численное моделирование поведения верхней атмосферы Земли во
время геомагнитных возмущений
5.1. Ионосферная суббуря над ЕИСКАТ 25 марта 1987 года
5.2. Термосферное возмущение во время суббури 25 марта 1987 года
5.3. Численное моделирование поведения верхней атмосферы Земли во время длительных усилений магнитосферного электрического поля (геомагнитных бурь)
Заключение
Список использованных источников
3.1.3. Механизм указателей на массивы данных в памяти
Все участвующие в расчете данные: глобальные распределения параметров "шара", "трубки", потенциала, интерполяционные массивы - постоянно хранятся в оперативной памяти машины. Обращение к диску производится только для записи новонасчитанных состояний, причем уже в виде логических файлов стандартного формата, с добавлением метки времени. Для еще большего повышения скорости работы исключены перекопирования выходных глобальных массивов во входные при переходе к новому шагу по времени: они просто меняются своими ролями в расчете, и новые данные на следующем шаге записываются поверх начального состояния предыдущего шага. Для этого применена система указателей на входные и выходные данные. Работает она следующим образом.
При трансляции программы объявляется глобальный массив PAR для размещения рассчитываемых параметров размера, равного утроенному наибольшему из размеров наборов данных "шара" и "трубки". Объявленный так массив PAR достаточен, чтобы разместить три глобальных распределения параметров "шара" или "трубки", и в подпрограммах нижних, расчетных уровней используется как три отдельных глобальных массива (независимых набора данных). Создаются также 3 переменных целого типа UN, IOUT и IZAN, играющих роль указателей на эти три части массива PAR. При запуске программы переменные-указатели инициируются, и в 1-ю (IIN) часть массива PAR записывается (читается с диска или рассчитывается в зависимости от задания) начальное состояние "шара", в 3-ю (IZAN) — начальное состояние "трубки". Во 2-ю (IOUT) часть массива в ходе расчета записывается новое состояние "шара".
По окончании расчета "шара" указатели циклически переставляются так, что IIN указывает на начальное распределение параметров "трубки", IZAN - на новонасчитанное распределение параметров "шара" и IOUT — на место, где ранее было записано исходное распределение параметров "шара": оно больше не нужно, и на это место будет записано новое распределение параметров "трубки".
Передвижки переменных-указателей производятся вышеописанным образом на каждом шаге по времени, так что все время указатель IIN указывает на входное для текущей части расчета ("шара" или "трубки") состояние, IOUT - на выходное, а IZAN - на часть массива PAR, занятую неиспользуемым сейчас состоянием другой части модели (соответственно, "трубки" или "шара").
Нижние расчетные подпрограммы получают через параметры при вызове адреса начала в оперативной памяти мест, где расположено исходное состояние (т.е. элемента PAR (1, IIN)), и куда записывать результат расчета (т.е. элемента PAR ( 1, IOUT)). В списке формальных параметров они обозначены как начала отдельных глобальных массивов (их имена различны в различных подпрограммах: