Моделирование высокоширотной ионосферы в спокойные и возмущенные геомагнитные периоды

• Автор: Романова, Елена Борисовна
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение.

1. Современное состояние проблемы моделирования высокоширотной ионосферы

1.1. К рупномасштабные особенности высокоширотной ионосферы по данным внешнего и наземного зондирования

1.1.1. Главный ионосферный провал.

1.1.2. Провал легких ионов

1.1.3. Полярная полость.

1.1.4. Ионосферные бури в области Р2 .

1.2. Математическое моделирование высокоширотной ионосферы

1.3. Теоретические исследования высокоширотной ионосферы .

1.3.1. Климатологическое моделирование

1.3.2. Моделирование отклика ионосферы на магни
госферные бури
1.4. Выводы
2. Математическая модель высокоширотной ионосферы
2.1. Гидродинамические уравнения
2.1.1. Система координат
2.1.2. Коротация плазмы.
2.1.3. Траектории конвекции.
2.1.4. Уравнения непрерывности и движения тепловых ионов
2.1.5. Уравнения теплового баланса
2.1.6. Расчет скорости тсрмосферного ветра
2.1.7. Скорость ионизации высыпающимися электронами .
2.1.8. Численный алгоритм решения.
2.2. Выбор исходных данных к ионосферной модели
2.2.1. Параметры нейтральной атмосферы и спектры ультрафиолетового излучения Солнца . .
2.2.2. Модель электрического поля магнитосферной конвекции .
2.2.3. Эмпирическая модель высыпаний энергичных электронов.
2.3. Выводы
3. Механизмы образования крупномасштабных неоднородностей в высокоширотной ионосфере
3.1. Описание численного эксперимента
3.2. Сравнение механизмов формирования главного ионосферного провала в геомагнитноспокойных условиях
3.3. Тепловая структура высокоширотной ионосферы . .
3.4. Моделирование крупномасштабной структуры высокоширотной ионосферы на высотах максимума Р2слоя
3.4.1. Электронная концентрация в высокоширотной ионосфере
3.4.2. Электронная концентрация в полярной полости
3.4.3. Температура ионов и электронов на высоте
3.5. Широтная структура ионного состава внешней ионосферы .
3.6. Сравнение с измерениями 2
4. Моделирование отклика ионосферы на геомагнитную бурю марта г.
4.1. Характеристика магнитосферной бури марта г.
4.2. Характеристика ионосферной бури по наблюдениям
4.3. Магнитосферные входные параметры
4.4. Результаты моделирования
Заключение.
Приложение 1 .
Приложение 2 .
Приложение 3
Литература


В качестве верхней границы была взята поверхность, ортогональная к силовым линиям и проходящая над геомагнитным полюсом на расстоянии три с половиной радиуса Земли. Приведены граничные условия. Уравнения были приведены к стандартной консервативной форме и решались методом потоковой прогонки. Обсуждены внешние управляющие параметры модели нейтральная атмосфера, электрическое поле магнитосферной конвекции, характеристики высыпающихся энергичных электронов. В третьей главе представлены результаты расчетов, выполненных при постоянных геофизических условиях по модели. Они предназначены для изучения крупномасштабной структуры ионосферы. Исследовался случай низкой солнечной активности ю Для изучения зависимости от сезона и мирового времени расчеты выполнялись для летних и зимних условий в и ЦТ. Были рассмотрены два состояния геомагнитной активности спокойные условия Кр 1 и возмущенные условия Кр 5. Исследовано влияние различных процессов на формирование ГИП. Рассмотрено формирование широтного профиля электронной температуры. Показано, что в распределении элек тронной концентрации на высоте 0 км в зимней ионосфере присутствуют такие особенности, как главный ионосферный провал, авроральные пики ионизации, полярная полость. В летней ионосфере ГИП и апроралытые пики ионизации отсутствуют, но существует полярная полость. Показано, что полярная полость формируется в области, где вертикальная проекция скорости электромагнитного дрейфа направлена вниз и ослаблены источники ионизации, такие, как фото и авроральная ионизация зимой и авроральная ионизация летом. Вычисленные величины электронной концентрации в полярной полости соответствуют измерениям, полученным на спутнике АЕС. Отмечено, что в высокоширотной Гобласти ионосферы наиболее сильными вариациями являются Г Гвариации. Исследована широтная структура ионного состава внешней ионосферы на высоте км и показано, что широтные вариации электронной концентрации в Р2слое и во внешней ионосфере подобны. Выполнено сравнение рассчитанной по модели электронной концентрации в максимуме слоя Е2 и вычисленной но данным вертикального зондирования для ионосферных станций. Относительная погрешность изменяется в пределах от до . Четвертая глава посвящена моделированию отклика ионосферы на геомагнитную бурю марта г. Представленная в главе 2 модель была применена к описанию суточных вариаций электронной концентрации в максимуме Е2слоя во время бури марта г. Свердловск, расположенной в средних широтах о. Диксон и Форт Черчилл в авроральиых широтах и о. Хейса в полярных широтах. Суточные вариации электронной концентрации в максимуме Р2слоя рассчитывались двумя способами. При расчете первым способом для определения электрического поля магнитосферной конвекции и характеристик высыпающихся энергичных электронов использовались распределения электрического потенциала и корпускулярных проводимостей Педерсена и Холла, рассчитанные по технике инверсии магнитограмм ТИМ. При расчете вторым способом электрический потенциал и характеристики высыпаний на всем временном интервале интегрирования задавались по эмпирическим моделям с использованием реальных вариаций компонент ММГ и К,, индекса. Отмечено, что для изучения отклика среднеширотной ионосферы на магпитше бури необходимо существенно повысить точность описания параметров нейтральной атмосферы на основе эмпирических или теоретических моделей. Показано, что суточный ход электронной концентрации на авроральных и полярных широтах, рассчитанный с использованием магнитосферных параметров, определенных по ТИМ, ближе к наблюдениям погрешность , чем рассчитанный с использованием эмпирических моделей погрешность . В заключении диссертации сформулированы основные результаты исследований. В приложениях приводятся, вопервых, сферические компоненты вектора скорости коротации в солнечногеографической системе координат вовторых, матрица преобразования между солнечномагнитными и солнечногеографическими декартовыми системами координат втретьих, частоты столкновений ионов с нейтральными и заряженными частицами.