Обобщение стандартной модели атмосферы Земли с учетом нелинейного электрического поля

• Автор: Абакумов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 НЕЛИНЕЙНОЕ ОБОБЩЕНИЕ МОДЕЛИ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ, ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД И КОМПЛЕКС
ПРОГРАММ
1Л Стандартная модель атмосферы, электрические явления в атмосфере Земли и методы их исследования

1.2 Нелинейное обобщение модели стандартной атмосферы

1.3 Численный метод поиска оптимальных значений неизвестных параметров обобщения модели стандартной атмосферы
1.4 Комплекс программ для применения нелинейного обобщения модели стандартной атмосферы
1.5 Выводы
Глава 2 ПРИМЕНЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО ОБОБЩЕНИЯ МОДЕЛИ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ

2.1 Свойства областей Е и Б ионосферы Земли

2.2 Применение предложенного обобщения для моделирования области Б ионосферы
2.3 Применение предложенного обобщения для моделирования области Е ионосферы
2.4 Выводы
Глава 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРОПОСФЕРЫ, СТРАТОСФЕРЫ,
МЕЗОСФЕРЫ
3.1 Свойства тропосферы, стратосферы, мезосферы
3.2 Моделирование тропосферы, стратосферы и мезосферы
3.3 Выводы
Глава 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЛАСТИ АТМОСФЕРЫ, РАСПОЛОЖЕННОЙ НА ВЫСОТЕ ОТ 1000 ДО 2000 КМ
4.1 Свойства атмосферы Земли в интервале высот от 1000 до 2000 км.
4.2 Моделирование атмосферы Земли в интервале высот от 1000 до 2000 км.
4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Для математического моделирования земной атмосферы широко применяется стандартная модель, описывающая ее равновесное состояние под действием внутреннего давления и гравитационной силы. Численные расчеты, проведенные на основании этой модели, показали, что на высотах более 150 км над поверхностью Земли наблюдаются существенные отклонения от экспериментальных данных. В связи с этим в работе предложено обобщение стандартной модели, учитывающее действие электрического поля, и рассмотрено его применение для моделирования состояния атмосферы Земли.
Исследования атмосферного электричества началось еще в 18 веке, тогда основное внимание уделялось грозам. В начале 20 века в исследованиях проводимых Я.И. Френкелем [1] рассматривались электрические явления в тропосфере Земли. С развитием радиотехники начали проводить исследования вышележащих слоёв атмосферы при помощи наземных радаров. С развитием космонавтики появляется возможность прямых исследований атмосферы Земли на больших высотах.
В конце 20 века был обнаружен ряд световых явлений, происходящих в атмосфере на высотах в несколько десятков километров. Перечислим их названия: спрайт, красный спрайт, эльф, джет и др. [2]. Предполагают, что эти явления являются разновидностями молний. В работе [3] рассматривается их взаимосвязь с электрическим полем в атмосфере Земли.
Существуют как косвенные, так и прямые свидетельства, подтверждающие существование в атмосфере Земли значительных объемных зарядов и электрических полей. Так в статье выдающегося исследователя атмосферного электричества И.М. Имянитова [4, 5] приводятся следующие факты:
• Измерения напряженности электростатических полей вблизи поверхности Земли показывают, что как значения этой напряженности, усредненной за
действовать электрическая сила, направленная вниз, а над ней - вверх, что разделяет рассматриваемый слой и располагающийся выше него слой.
Для того чтобы, привести уравнение (21) к нелинейному дифференциальному уравнению второго порядка, введем следующее обозначение:
Тогда, используя соотношения (18), (24) и (25), найдем для производной давления р:

и{г) = ^р{г)г2с1г, п

из которого получим соотношения

Положим

Выберем теперь вместо г безразмерную переменную х:
х - Г

В результате из формул (24) и (26) получим
с1р(г) а{х)(„ 2 и'(х) а'(х)г/(х)’)
_—■ _ —■ - и (х; -л —-

с1г г04х2 V х а(х) /
Ввиду формул (23), (27) и (28), уравнение (21) принимает вид