Математическое моделирование электродинамических эффектов электрических полей в экваториальной области ионосферы

• Автор: Смирнов, Олег Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Моделирование пространственной структуры крупномасштабных электрических полей в низко и среднеширотной ионосфере .

1.1 Структура модели ионосферного электричества.

1.2. Основное уравнение.

1.3 Краевые условия.

1.4 Электропроводность ионосферы и е особенности в экваториальной области.

1.5 Термосферные ветра структура, амплитуднофазовые и высотные зависимости.

1.6 Магнитосферный источник система продольных токов

Глава 2. Численный алгоритм и результаты его тестирования.

Глава 3. Результаты расчетов

3.1 Просачивание электрических полей от магиитосферного источника в низкоширотную ионосферу.
3.2 Термосферные моды, структура динамоиолей и экваториальный электроджет .
3.3 Эффекты динамо Р слоя.
3.4 Вертикальные токи в экваториальной ионосфере и ширэффект
3.5 Описание самосогласованной математической модели
Заключение.
Список использованных источников


Разработка технологии расчета интегральной вдоль силовых линий геомагнитного поля поперечных проводимостей ионосферы включая экваториальную область. Разработка технологии расчета динамо-полей ветров нейтральной атмосферы на основе модового подхода. Развитие теоретических представлений о причинах просачивания магнитосферных полей на низкие широты. Разработка технологии расчета токовой структуры в экваториальной ионосфере. Достижение поставленной цели требует решения комплекса взаимосвязанных задач, относящихся к моделированию процессов протекающих в ионосферной плазме и представляет собой решение актуальной научно-практической задачи. При этом в качестве индикатора выступал экваториальный электроджег, а в качестве источника полей эмпирическая модель продольных токов. Разработан прраммный комплекс для проведения численных экспериментов включающий модель ионосферного электричества, которая учитывает электродинамическую связь экваториальной ионосферы с высокими широтами. Земли для условий низкой и средней солнечной и геомагнитной активности. Модель, в силу своей модульности, допускает модернизацию, то есть замену любой из эмпирических моделей - ионосферы, термосферы, продольных магнитосферных токов - на более совершенную модель, при этом, нет необходимости в переналадке внутренней структуры программы. Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях: Всесоюзное совещание по моделированию ионосферы (Ростов, г. Звенигород, г. Всесоюзный симпозиум по солнечно-земной физике (Иркутск, г. Всесоюзном совещании ’’Математические модели ближнего космоса” (Москва, ) Основное содержание диссертации опубликовано в работах [6,- , -,]. В первой главе дано описание структурных единиц - глобальной модели ионосферного электричества. Приведено основное уравнение -уравнение непрерывности токов ионосферной плазмы для квазистационарного случая. Описана технология расчета коэффициентов уравнения для потенциала электрического поля в средне и низкоширотной ионосфере, где силовые линии геомагнитного поля целиком погружены в экваториальную ионосферу. Описана глобальная модель интегральной, вдоль силовых линий геомагнитного поля поперечной проводимости ионосферы и приведены результаты расчетов по этой модели, с использованием эмпирических моделей ионосферы и термосферы. Проведено сравнение с используемыми эмпирическими зависимостями. Описана модель термосферных ветров, рассчитанных на основе приливной теории (модовый подход), как источника электрических динамо-полей в ионосфере Земли. Описана эмпирическая модель продольных токов, используемых в качестве магнитосферного источника электрических полей. Во второй главе приведена схема аппроксимации уравнения для потенциала электрического поля. Пространственные операторы были аппроксимированы вторым порядком точности, также как и уравнение для нижнего* граничного- условия. Для решения полученного разностного уравнения было апробировано два типа методов решения: итерационные -варианты метода верхней релаксации и прямые методы - варианты метода матричной прогонки. Показано, что итерационный метод верхней релаксации, может быть применим для решения эллиптических уравнений на небольших равномерных сетках. Для неравномерных сеток, существенно* лучшим, является метод матричной прогонки решение с его помощью получается за один проход и это для применяемых, в модели, разностных сеток по времени составляет экономию более, чем на порядок. Описана процедура тестирования, методов' решения разностных уравнений, с помощью метода «фиктивных источников». Сравнимость эффективности обоих механизмов на средних и низких широтах делает необходимым разработку математической модели, учитывающей взаимосвязь высоких и низких широт. Подход, реализованный в модели ионосферного электричества, описанный в главе, основан на интегрировании уравнения непрерывности электрических токов, что позволяет естественным образом учесть эту взаимосвязь. В главе проведено количественное исследование эффективности просачивания магнитосферных электрических полей на низкие широты.