Численное моделирование крупномасштабного электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли

• Автор: Клименко, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 146 с. : ил.

1.1. Электродинамика ионосферы.

1.2. Измерения электрических нолей.

1.3. Динамо поле.

1.4. Поле в магнитосфере Земли.

1.5. Электрические токи в ионосфере. Экваториальный электроджет.

Аврорал ьные электроджеты

1.6. Электрические поля и токи во время возмущений.

1.7. Моделирование электрических полей в ионосфере.

Глава 2. Постановка задачи моделирования электрических полей и

зонального тока в ионосфере Земли

2.1. Два подхода к моделированию электрических полей в ионосфере Земли

2.2. Краткое описание Глобальной Самосогласованной Модели Термосферы,
Ионосферы и Протоносферы.
2.3. Двумерная модель потенциала электрического поля в ионосфере
Земли в сферической геомагнитной системе координат с интегрированием по высоте токопроводящего слоя ионосферы
2.4. Двумерная модель потенциала электрического поля в ионосфере Земли в диполярной системе координат с интегрированием вдоль силовых
линий геомагнитного поля.
2.5. Зональный электроджет.
Глава 3. Численное моделирование динамо электрического поля, зонального тока
и ионосферных эффектов электрического поля в спокойных геомагнитных условиях
3.1. Сравнение моделей динамо электрического поля и зонального тока в
ионосфере Земли с интегрированием вдоль геомагнитного поля и по высоте
3.2. Исследование влияния нижних граничных условий в термосфере на распределение динамо электрического поля в ионосфере Земли.
3.3. Численное моделирование 1ГГвариации экваториального электроджета.
3.4. Численное моделирование ионосферных эффектов динамо электрических
полей в экваториальной ионосфере.
3.4.1. Расслоение Р2слоя экваториальной ионосферы и формирование
3 и слоев
3.4.2. Экиаториальная ионизационная аномалия, экваториальная
аномалия в электронной температуре и их вариация
Глава 4. Численное моделирование суперпозиции динамо поля и ноля магнитосферной конвекции и их ионосферных эффектов
4.1. Численное моделирование электрического поля магнитосферной конвекции и исследование его влияния на зональный ток в ионосфере и электрическое
поле на геомагнитном экваторе.
4.2. Численное моделирование влияния магнитосферной конвекции на
формирование и развитие экваториальной ионизационной аномалии, главного ионосферного провала и экваториальной аномалии в электронной температуре
4.3. Поведение ионосферных параметров над станцией i, рассчитанное с
учетом суперпозиции динамо ноля и поля магнитосферной конвекции.
4.4. Провал легких ионов и тепловой баланс внешней ионосферы в
спокойных геомагнитных условиях.
Глава 5. Численное моделирование некоторых типов ионосферных возмущений с учетом электрических полей
5.1. Магнитосферная суббуря
5.1.1. Влияние высыпаний энергичных частиц во время магнитосферной суббури па поведение зонального тока и критической частоты
2 ионосферы.
5.1.2. Магнитосфсрные суббури с различными моментами начала
5.1.2.1. Экваториальный и авроральный электроджеты.
5.1.2.2. Главный ионосферный провал, экваториальная ионизационная аномалия и ионосферные эффекты суббурь
5.2. Экваториальный элекгроджет во время Солнечного затмения 8 апреля
5.3. Ионосферные предвестники сильных землетрясений
Заключение.
Литература


То есть, при возникновении разности потенциалов между точками на силовой линии геомагнитного поля, возникают продольные токи, снимающие эту разность потенциалов. Геомагнитное поле является связующим звеном системы термосфераионосферамагнитосфсра. Таким образом, крупномасштабные электрические поля в ионосфере возникают, в основном, благодаря совместному действию термосферных и магнитосферных источников. Однако, иногда следует учитывать и третий источник, а именно грозовую активность, которая принимается в расчет только в отдельных случаях, хотя ночью может иметь важное значение , , . Обзор различных методов измерения электрических полей в ионосфере Земли представлен в , . Первые прямые измерения электрических полей в ионосфере были выполнены в середине ых годов прошлого века. Они проводились При ПОМОЩИ ионных в основном бариевых и нейтральных облаков Герендсль, Люст, в неосвещенное время суток, методом двух сферических шаров, разнесенных на несколько метров , и с помощью баллонов , Мапка, и спутников Неррпег, . До этого сведения об электрических полях основывались на наземных магнитных измерениях. Среди измерений электрических нолей в ионосфере и магнитосфере Земли также можно выделить измерения, выполненные доплеровскнм методом с использованием высокочастотных цифровых ионозондов i . Кроме того, для исследования природы электрических полей в ионосфере Земли часто используются измерения электрических полей на пространственных цепочках станций или одновременные измерения электрических полей и других параметров околоземного космического пространства для выяснения их взаимосвязей. Одним из механизмов генерации электрического поля в ионосфере Земли является термосферпый ветер. Нейтральные частицы, сталкиваясь с ионами и электронами на высотах нижней ионосфер,1, увлекает за собой заряженные частицы незамагниченной плазмы поперек геомагнитного ноля, приводя к появлению токов в нижней ионосфере. Движение заряженных частиц поперек магнитного поля Земли можно интерпретировать как действие электрического поля поляризации. Электрическое поле, создаваемое термосферным ветром, получило название динамо электрического поля. Механизм ионосферного динамо был предложен , . Основной вклад в динамо электрическое поле вносит Еобласть ионосферы высотный диапазон от до 0 км, особенно в дневное время, изза ее высокой проводимости. Однако, ночью поперечная проводимость Еобласти сильно понижается, поэтому вклад термосферного ветра на высотах области ионосферы в генерацию динамо поля в ночное время возрастает и становится существенным. Исследованиям динамо электрического поля в ионосфере Земли, его генерации термосферным ветром в токопроводящем слое ионосферы, а также описанию его глобального распределения в ионосфере посвящены работы i, Фидель. Мишин, . В цитируемых выше работах представлены как теоретические исследования, так и статистические, основанные на экспериментальных данных. Важную роль в формировании динамо поля, помимо регулярных термосферных ветров, играют тсрмосферные приливы. Роль термосферных приливов исследовалась , , . Прилив на нижней границе приводит к формированию в послезаходные часы всплеска восточного электрического поля i, , . Кроме того, следует заметить, что ряд исследователей связывают формирование всплеска восточного электрического поля на экваторе в послезаходные часы с динамо действием ветров в области ионосферы i, i, . Второй основной областью генерации электрического поля является магнитосфера Земли. Обзоры по электрическим полям в магнитосфере Земли представлены в работах vi i, Еркаев, Антонова, Тверской, . Магнитосфсрный генератор получает энергию из кинетической и тепловой энергии солнечного ветра и магиитосфсрной плазмы, генерируя электрические поля и токи, которые связаны с высокоширотной и авроральной ионосферой вдоль силовых линий геомагнитного поля, как предполагал i, . Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой сильно зависит от направления межпланетного магнитного поля, переносимого солнечным ветром, поскольку направление этого поля определяет топологию его связи с магнитным полем Земли.