Математическое моделирование поведения E- и F-областей высокоширотной ионосферы

• Автор: Лукичева, Татьяна Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 151 с.

Введение

Глава 1. ВЫСОКОШИРОТНАЯ ИОНОСФЕРА И ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЕЕ ПОВЕДЕНИЯ.

1.1. Высокоширотная ионосфера, е характерные особенности.

1.2. Ионосферное прогнозирование, его задачи и проблемы

1.3. Современное состояние математического моделирования ионосферы. Глава 2. ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ.
2.1. Система моделирующих уравнений, описывающих поведение высокоширотной ионосферы.

2.2. Правые части системы уравнений неразрывности

2.3. Способ задания параметров нейтральной атмосферы.

2.4. Граничные и начальные условия.

Глава 3. МЕТОД РЕШЕНИЯ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ

ДЛЯ ОДНОМЕРНОГО И ДВУХМЕРНОГО СЛУЧАЕВ.

3.1. Одномерный вариант системы моделирующих уравнений.
3.2. Использование для одномерных элементов базисных функций высших
степеней.
3.3. Метод решения пространственно двухмерной системы моделирующих уравнений
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ
ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ
4.1. Эффекты неоднородного термосферного ветра в высокоширотной ионосфере
4.1.1. Ионосферные эффекты волны Россби в Е и Б 1областях высокоширотной ночной ионосферы.
4.1.2. Исследование влияния амплитуды возмущенного термосферного ветра и высоты возмущенной области на элекгронную концентрацию вЕиПобластях высокоширотной ночной ионосферы.
4.1.3. Исследование влияния направления возмущенного термосферного ветра на Е и Е 1области высокоширотной ночной ионосферы
4.1.4. Эффекты неоднородного термосферного ветра в дневной высокоширотной ионосфере.
4.2. Результаты исследования влияния электрических полей на высокоширотную ионосферу на уровне Еи областей.
4.2.1. Исследование влияния компонент электрического поля на электронную концентрацию в Еобласти высокоширотной ионосферы.
а Влияние меридиональной компоненты электрического поля.
б Влияние зональной компоненты электрического поля
4.2.2. Модельные расчеты влияния главного ионосферного провала на распространение коротких радиоволн на высокоширотных радиотрассах
а Расчеты распределений электронной концентрации вдоль радиотрассы МурманскС.Петербург
б Влияние местоположения ГИП на вид ионограмм наклонного зондирования на субавроральной радиотрассе Мурманск С.Петербург
4.3. Моделирование поведения высокоширотных Е и Еобластей ионосферы во время солнечных вспышек
4.3.1. Влияние солнечных вспышек различной интенсивности на высотное распределение концентрации заряженных частиц в Е и Еобластях высокоширотной ионосферы.
4.3.2. Исследования широтных изменений ионного состава высокоширотной ионосферы во время солнечных вспышек.
Заключение
Список используемой литературы


Сверху тропосфера заканчивается тропопаузой, выше которой температура с высотой не уменьшается, а увеличивается. Там начинается стратосфера. Она простирается до высоты около км. Стратосфера на высоте км заканчивается стратопаузой, выше которой температура с увеличением высоты снова, как и в тропосфере, уменьшается. Эта область называется мезосферой, которая является самой холодной областью атмосферы. Рис. Стратификация атмосферы. Общепринятые названия областей отражают соответствующие высоты, особенности физических условий и характерные компоненты. Выше мезопаузы находится термосфера, где температура сильно увеличивается, достигая на уровне 0 км порядка К. Следующая область атмосферы экзосфера, в которой столкновения между частицами столь редки, что нейтральные частицы движутся по баллистическим траекториям под действием одной лишь силы тяжести, а ионизованные частицы удерживаются магнитным полем. Структура магнитосферы схематически показана на рисунке 2 из 2. Рис. Схематическое изображение основных областей магнитосферы Земли. Авроральные овалы расположены на высоте 0 км и располагаются в полосе магнитных широт а сечение меридиональной плоскостью полденьполночь б трехмерная картина, соответствующая сечению а. Внутри магнитосферы динамика атмосферных компонент определяется магнитным полем Земли. Нижнюю е границу довольно трудно определить, гак как магнитное поле влияет на движение ионизованных компонент в любой области атмосферы выше порядка 0 км. Учитывая влияние на атмосферу магнитного поля, можно сказать, что земная атмосфера заканчивается магнитопаузой, т. Земли на расстоянии около земных радиусов от ее поверхности, а на ночной стороне отодвигается еще дальше. Она экранирует Землю от солнечной корпускулярной радиации, не давая ей уничтожить атмосферу. Но, несмотря на магнитную защиту, часть земной атмосферы разлагается солнечной волновой радиацией. При этом из нейтральных атомов и молекул образуются положительные ионы и электроны. Земли. Па рисунке 3 показан средний химический состав ионосферы в дневное время в период минимальной солнечной активности по данным наблюдений, проведенных в течение Международного года спокойного Солнца 4. Для ионизации молекул и атомов требуется вполне определенная энергия, величину которой можно выразить в электронвольтах 1эВ1. Дж или характеризовать длиной волны кванта излучения, обладающего такой энергией. Все указанные длины волн соответствуют ультрафиолетовой части спектра излучения Солнца, на которую приходится ничтожно малая доля всей энергии, поступающей от Солнца. Поэтому даже весьма разреженный воздух на высотах ионосферы в состоянии полностью поглотить все способное к ионизации излучение. Наблюдаемые в ионосфере концентрации ионов и электронов есть результат баланса между скоростью их образования в процессе ионизации и скоростью уничтожения вследствие рекомбинации и других процессов. В результате многочисленных экспериментальных исследований было установлено, что концентрация ионов и электронов распределена но высоте неравномерно имеются слои, где она достигает максимальной величины. Реальная ионосфера состоит из нескольких таких слоев, между которыми может не быть резких границ. Их положение и интенсивность регулярно изменяются в течение дня, сезона и летнего солнечного цикла. Самый верхний слой называется слоем и отличается максимальной концентрацией электронов. Ночыо он поднимается до высоты около км, а днем раздваивается на слои 1 и 2 с максимальными величинами электронной концентрации на высотах соответственно от 0 до 0 км и от 0 до 0 км. На высотах от до 0 км выделяют слой Е, а ниже км слой . На высотах соответствующих слою Е, часто появляются нерегулярные узкие толщиной от 5 до 1 км слои, в которых концентрация электронов может быть повышена на порядок и более по сравнению с фоновой, так называемые спорадические слои Е . Типичное вертикальное распределение электронной концентрации в ионосфере показано на рис. Рис. Типичное вертикальное распределение электронной концентрации в ионосфере.