Диффузное расплывание неоднородностей в ионосфере

• Автор: Блаунштейн, Натан Шаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 c. : ил

ГЛАВА I. РАСПЛЫВАНИЕ СЛАБЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

в квазиоднородной ионосферной плазме

§ 1.1. Постановка задачи. Исходные уравнения

§ 1.2. Модель ионосферы. Коэффициенты диффузии

электронов и ионов для ионосферы

§ 1.3. Оценка влияния силы тяжести

§ 1.4. Выражение для концентрации неоднородности: бЖг.-Ь)

§ 1.5. Анализ выражения для концентрации б’МСг.'Ь),

§ 1.6. Результаты численного анализа формулы для

концентрации бЖгД)

§ 1.7. Зависимость характера и времени расплывания

неоднородности от начальных размеров
ВЫВОДЫ
Глава II. РАСПЛЫВАНИЕ СЛАБЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В
НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ
§ 2.1. Одномерный случай
2.1.1. Постановка задачи. Исходные уравнения.
Граничные условия
2.1.2. Конкретная реализация методики расчета
2.1.3. Анализ результатов. Влияние рекомбинации, граничных условий и неоднородности ионосферы на процесс расплывания
§ 2.2. Трехмерный случай
2.2.1. Постановка задачи
2.2.2. Методика численного решения
2.2.3. Анализ результатов численных расчетов

§ 2.3. Эффекты неоднородной ионосферы
§ 2.4. Зависимость характера расплывания от начальных размеров
ВЫВОДЫ
Глава III. СРАВНЕНИЕ РАСПЛЫВАНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В
КВАЗИОДОРОДНОК И НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ
§ 3.1. Характер и форма расплывания неоднородностей
§ 3.2. Эффективные размеры неоднородности
§ 3.3. Зависимость времени релаксации от
начальных размеров
§ 3.4. Влияние суточных и высотных изменений параметров ионосферы на время жизни неоднородностей
§ 3.5. Сравнение результатов расчетов с данными по
искусственному воздействию на ионосферу
ВЫВОДЫ
Глава IV. РАСПЛЫВАНИЕ СИЛЬНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
В НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ
§ 4.1. Постановка задачи. Исходные уравнения
§ 4.2. Сравнение численных моделей
§ 4.3. Численный алгоритм задачи
§ 4.4. Анализ результатов численного счета
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Методика численного решения одномерной
и трехмерной задачи диффузии
П.1. Метод прогонки
П.2. Продольно-поперечная разностная схема
ЛИТЕРАТУРА

Диффузия определяет наиболее длительную стадию релаксации плазменного возмущения. Время диффузионного процесса намного превышает время растекания первоначального инжектированного в плазму заряда, установления квазинейтральности неоднородной плазмы, а также время релаксации возмущения внешних электрического и магнитного полей. Поэтому диффузия играет важную роль в динамике плазмы. Диффузионные процессы существенны в первую очередь для физики ионосферы, околоземного и космического пространства. Диффузия важна при расплывании естественных неоднородностей ионосферы [I] , при формировании спорадических [21 и регулярных [3] слоев, искусственных неоднородностей, созданных нагревом соответствующих областей ионосферы полем мощной радиоволны [4-7] или инжекцией искусственных плазменных облаков [8-12] . Диффузионные процессы существенны при определении возмущений, возникающих при движении в ионосфере ракет и спутников [13-15]
В работе рассматривается более узкий круг вопросов, связанных с исследованием задачи диффузионного расплывания произвольной неоднородности конечных размеров в ионосферной плазме.
Несмотря на конкретизацию поставленных задач применительно к модели среднеширотной неоднородной ионосферной плазмы, полученные в работе результаты применимы в более широком диапазоне условий, так как основываются они в основном на анизотропии коэффициентов переноса заряженных частиц плазмы. В частности, они описывают расплывание низкотемпературной лабораторной плазмы с произвольной степенью возмущенности и ионизации при заданных магнитных полях.
В ионосферной плазме важна диффузия электронов и ионов, ко-

ходе расчетов выявлены характерные поперечные начальные размеры неоднородности d1 и d2 f на первом из которых происходит изменение электронного характера диффузии вдоль и поперек И при соответственно на ионный при dx^. На критическом масштабе do происходит насыщение процесса расплывания: характер
х~Чг
диффузии существенно замедляется ~ X
6. Изменение закона затухания концентрации в максимуме неоднородности при увеличении d приводит к существенному увеличению времени релаксации неоднородности, а также к изменению за-
• гг
висимости времени релаксации Т= а. от поперечных размеров: при d ^ dt у = Vs ^3/г > 1; dt 7. Анализ характерных размеров неоднородности вдоль и поперек И показал, что при малых d < d4 неоднородность расплывается СО СКОРОСТЬЮ диффузии электронов - эффективные размеры L ^ , d^, d2 эффективные размеры неоднородности вдоль и поперек Н изменяются медленно со скоростью диффузии ионов. При этом продольный размер неоднородности ЬЭф фактически не растет со временем, что аналогично случаю расплывания одномерных неоднородностей ( L « d—*■ ©о ) в ионосфере.
8. Полученные в результате численного анализа формулы для концентрации 51Ч(?Д) (I.I8), а также из оценок эффективных размеров и времени релаксации неоднородности, величина критического поперечного размера , а также его уменьшение в два-три раза при переходе от дня к ночи ( d±= 5 * 20 м (день), d^sA) м (ночь! полностью совпадают с оценками, полученными согласно приближенных формул (1.24) - (1.26).