Формирование крупномасштабной структуры ионосферы в спокойных и возмущенных условиях

• Автор: Тащилин, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 236 с. : 29 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Пространственная структура ионосферы и плазмосферы.
Наблюдения и теория
1.1. Горизонтальные структуры глобального масштаба
1.1.1. Общая характеристика горизонтальной структуры ионосферы
1.1.2. Главный ионосферный провал
1.1.3. Провал в легких ионах
1.1.4. Высокоширотные провалы
1.1.5. Полярная полость
1.1.6. Авроральные пики и «язык» ионизации
1.2. Высотная структура ионосферы на различных широтах
1.2.1. Среднеширотная ионосфера
1.2.2. Ионосфера на субавроральных и высоких широтах
1.3. Ионная структура внешней ионосферы и плазмосферы
1.4. Сведения о тепловой структуре ионосферы и плазмосферы
1.4.1. Вариации температуры электронов и ионов в ионосфере
1.4.2. Вариации температуры электронов и ионов в плазмосфере
1.5. Физические механизмы формирования крупномасштабной структуры
ионосферы
1.5.1. Процессы образования тепловой плазмы
1.5.2. Ионосферные химические реакции
1.5.3. Процессы переноса тепловой плазмы в ионосфере и плазмосфере
1.5.4. Механизмы образования ионосферных слоев
1.5.5. Заполнение геомагнитных силовых трубок ионосферной плазмой
1.5.6. Влияние процесса заполнения плазмосферы на формирование
широтной структуры ионосферы
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. Теоретическая модель системы ионосфера-плазмосфера
2.1. Выбор системы координат и модели коротации

2.2. Уравнения непрерывности и движения ионов вдоль силовых линий
2.3. Уравнения теплового баланса электронов и ионов
2.4. Уравнения непрерывности и теплового баланса в дрейфующей

системе координат
2.5. Задание начальных и граничных условий для уравнений
непрерывности и теплового баланса
2.6. Расчет траекторий дрейфа плазменных трубок
2.7. Потоки фотоэлектронов и скорость нагрева тепловой плазмы
2.8. Скорости горизонтального термосферного ветра
2.9. Выбор исходных данных к модели ионосферы и плазмосферы
2.9.1. Спектр ионизирующего излучения Солнца
2.9.2. Задание параметров нейтральной атмосферы и термосферного ветра.
2.9.3. Эмпирические модели магнитосферных источников
2.10. Методы решения системы модельных уравнений
2.10.1. Общий алгоритм решения
2.10.2. Численный метод решения уравнений переноса ионов и тепла вдоль силовых линий
2.10.3. Численное решение уравнений переноса фотоэлектронов в магнитосопряженных ионосферах
2.10.4. Численный расчет скоростей термосферного вегра в Р-области ионосферы
2.11. Выводы
ГЛАВА 3. Среднеширотная ионосфера в геомагнитно - спокойный период
3.1. Временные изменения электронной концентрации по данным
моделирования
3.1.1. Сезонные вариации
3.1.2. Циклические изменения концентрации электронов в ионосфере
3.2. Качественная интерпретация динамики среднеширотной ионосферы
3.2.1. Анализ уравнения диффузии ионосферной плазмы
3.2.2. Дневная ионосфера
3.2.3. Ночная зимняя ионосфера
3.2.4. Ночная ионосфера в летний и равноденственный сезоны

3.3. Взаимодействие сопряженных областей среднеширотной ионосферы
3.4. Регулярные вариации температуры заряженных частиц в
среднеширотной ионосфере и плазмосфере
3.5. Особенности распределения температур в сопряженных областях
среднеширотной ионосферы
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. Крупномасштабная структура высокоширотной ионосферы в
спокойных и умеренно возмущенных условиях
4.1. Широтные вариации электронной концентрации в невозмущенной
F-области ионосферы
4.2. Слой F2 в субавроралыюй ионосфере
4.3. Главный ионосферный провал
4.3.1. Образование главного ионосферного провала
4.3.2. Динамика ионосферного провала во время магнитных бурь
4.4. Широтные вариации концентрации заряженных частиц во
внешней ионосфере
4.5. Образование провала легких ионов
4.6. Формирование полярной полости
4.7. Эффекты мирового времени в высокоширотной ионосфере
4.8. Тепловая структура высокоширотной ионосферы
4.9. Выводы
ГЛАВА 5. Реакция крупномасштабной структуры ионосферы на умеренные и
сильные магнитные бури
5.1. Особенности моделирование отклика ионосферы на
геомагнитные возмущения
5.2. Ионосфера во время магнитной бури 22 марта 1979 г
5.3. Реакция ионосферы на сильную магнитную бурю 25 сентября 1998 г
5.4. Реакцій главного ионосферного провала на магнитную бурю
3 апреля 2004 г
5.5. Образование «сумеречного эффекта» на главной фазе магнитной бури
5.6. Выводы

ставляет ~ 10°, тогда как с ростом активности дневная часть сужается, а ночная - расширяется. При этом экваториальная граница плазменного кольца смещается в сторону низких широт с ростом геомагнитной активности. Авроральные пики на ночной стороне принято называть полярной стенкой ГИП, т.к. они ограничивают провал со стороны полюса. Величина электронной концентрации в ночном авроральном пике может превышать соответствующее значение в днище провала более чем в пять раз в зависимости от геомагнитных условий. С ростом высоты авроральные пики ионизации (полярная стенка) уменьшаются и выше 1500 км практически всегда отсутствуют [Brace, Theis, 1974; Mendillo, Chacko, 1977].
В работе [Sato, 1959] на основе карт критической частоты foF2, построенных по наземным данным вертикального зондирования, была обнаружена область повышенных значений электронной концентрации до значений ~ 106 см'3, которая простиралась от низких широт на дневной стороне внутрь полярной шапки в виде «языка» ионизации (рисунок 1.8а). Установлено, что язык ионизации (tongue of ionization) образуется в результате переноса дневной
концентрация электроны*. 10 см"
Рисунок 1.8 - Вид языка ионизации в распределении пе по данным ВЗ в южном полушарии (a) [Sato, 1959] и в распределении полного электронного содержания (ПЭС) по данным наблюдений на радарах HP в северном полушарии (б) [Foster et al., 2005]. Большим значениям ПЭС соответствуют более темные оттенки. Стрелки указывают направление горизонтального дрейфа плазмы
северное
полушарие
20 ноября 2003 г, (б)
18.20 Щ
плазмы через полярную шапку под действием электрического поля магнитосферной конвекции. Наблюдения во время сильной магнитной бури 20 ноября 2003 г. на радарной сети SuperDARN и радарах HP северного полушария совместно с измерениями на спутнике DMSP-13 [Foster et al., 2005] прямо показали, что язык ионизации образуется в зоне антисол-нечной конвекции плазмы (рисунок 1.86). Структура языка ионизации сильно зависит от ми-