Математическое моделирование теплового баланса, нейтрального и ионного состава мезосферы и нижней термосферы

• Автор: Жаркова, Юлия Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Экспериментальные данные и система гидродинамических

уравнений

1.1. Экспериментальные данные по составу средней и верхней атмосферы.

I I 1

1.2. Основные физикохимические процессы и модельные уравнения

1.3. Характерные времена химических процессов

1.4. Времена диффузии

1.5. Времена срсднемассового переноса

1.6. Уравнения гидродинамики в одномерном приближении

1.7. Краевые условия, начальные условия
Глава 2. Уравнения непрерывности и фотохимическая схема ..
2.1. Уравнения непрерывности для нейтральных и заряженных
частиц
2.2. Расчеты высотного распределения О и 62.
2.3. Расчеты высотного распределения ЛД4У, М9.у
2.4. Расчеты высотного распределения ДГ0 с использованием связанных краевых условий
Глава З.Уравнения теплопроводности и движения нейтрального газа
3.1. Основные экспериментальные и теоретические сведения о тепловом режиме атмосферы
3.2. Уравнение теплового баланса нейтрального газа.
3.3. Результаты численных расчтов.
3.4. Макроскопические скорости движения нейтрального газа
Глава 4. Варианты разностной аппроксимации .моделирующих уравнений и численные методы их решения
4.1. Численные методы решения уравнения непрерывности
4.2. Граничные и начальные условия.
4.3. Алгоритмы решения разностной задачи и результаты численных экспериментов.
4.4. Потоковый вариант метода прогонки для уравнения теплового баланса.
4.5. Численные методы решения уравнения движения нейтрального
4.6. Построение консервативных разностных схем для уравнений теплопроводности и диффузии
4.7. Использование модели в целях распространения радиотрасс
Заключение
Литература


В данной главе представлены основные экспериментальные данные, полученные к настоящему моменту по атомарному и молекулярному кислороду, озону, электронно-возбужденному молекулярному кислороду, азотным компонентам, ионному составу и электронной концентрации, полученные на основе доступной автору современной литературы. Хорошо известно, что верхняя атмосфера является многокомпонентной средой, состав которой определяется фотохимическими процессами и процессами переноса. Важнейшим среди фотохимических процессов являются фотодиссоциация, фотоионизация и ряд химических реакций, включающих процессы рекомбинации как нейтральных молекул, так и ионов. Широкий спектр движений: от крупномасштабной глобальной циркуляции атмосферного газа до акустико-гравитационных волн и интенсивной турбулентности заставляет прибегнуть к сложной системе уравнений для адекватного описания процессов, протекающих в средней атмосфере. Эта область высот является областью преобразования энергии поглощаемого ультрафиолетового излучения Солнца и энергии, переносимой различными акустико-гравитационными волнами (внутренними, гравитационными, планетарными и т. Среди процессов переноса главными для верхней атмосферы являются молекулярная диффузия, турбулентное перемешивание и срсднемассовый перенос. На высотах менее 0 км данные о параметрах нейтральной атмосферы и ионного состава получают с помощью ракет и станций наземного зондирования, а также спутников типа ЛЕ-С, АЕ-Э. На рис. На этом же рисунке показаны высотные распределения [О] и []9 рассчитанные по модели, предлагаемой в данной работе. Из рис. Особенно это видно для условий зимы и равноденствия. Для зимних условий отличие результатов в области максимума достигает порядка величины. Для летних условий разброс данных наблюдается на высотах ниже максимума. Наибольшее количество экспериментальных данных имеется для условий равноденствия. О]/[] в зависимости от сезона. В этих работах показано, что такие вариации объясняются изменениями атомарного кислорода. Анализируя большое количество данных, авторы работ [7] пришли к выводу об отсутствии существенных сезонных вариаций [] • Измерения [2] также подтвердили отсутствие существенных сезонных вариации \. Т.к. Обзор существующих экспериментальных данных по измерению концентрации озона можно найти в работах [1, 3]. Измерения [] проводилось в различное время суток и для различных сезонов. В экспериментах было обнаружено наличие двух максимумов в высотном профиле []. Один расположен на высотах стратосферы, второй - в области высот - км. В области км экспериментальные измерения дают величину []«8см‘3. На рис. Имеющихся экспериментальных профилей [ ] явно недостаточно для выявления их сезонных вариаций. СAg) было проведено в работах [1-3]. На рис. С>2 (' А экспериментально измеренное для лета, осеннего и весеннего равноденствия, и результаты представлены в работе [7]. Как видно, наблюдается существенный разброс экспериментальных данных. Это обстоятельство можно объяснить различием мест проведения экспериментов и сезонов, а также различием методик эксперимента по определению концентраций Оъ и ('Дё). На рис. АЮ в области высот - 0 км, имеющиеся в литературе к настоящему времени [-]. Все приведенные профили на рис. Выше этого уровня измерения [N0] на ракетах для средних широт показывают сильную её изменчивость. Измерения [N0] по интенсивности резонансного рассеяния солнечного излучения в полосах /-системы /VО проводились на спутниках ОГО-4, АЕ-С [-]. Полученные профили [N0] находятся в хорошем согласии. Результаты, полученные на ракетах и спутниках и представленные в работе [], также хорошо согласуются, что говорит о надежности результатов. Существует несколько экспериментальных данных по определению [уУ( ,5')] на высотах ниже 0 км. Экспериментальные результаты по [Аг(*5')] [] в высотном интервале 0 - 0 км дали значения [УО]« (2 -9) • ' см'3. Проводились измерения [Л^(4? Во всех этих экспериментах получены значения концентрации [ Д^()] на высотах 0 — 0 км значительно более высокие, чем выше отмеченные.