WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРУПНОМАСШТАБНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ЗОНАЛЬНОГО ТОКА В ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ...»

На правах рукописи

Клименко Максим Владимирович

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

КРУПНОМАСШТАБНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

И ЗОНАЛЬНОГО ТОКА В ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

05.13.18 – математическое моделирование,

численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Калининград – 2008

Работа выполнена в ФГОУ ВПО “Калининградский государственный технический университет”

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Брюханов Валерий Вениаминович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Мингалев Виктор Степанович доктор физико-математических наук, профессор Кореньков Юрий Николаевич

Ведущая организация: Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск

Защита состоится «____» ___________ 2008 г. в _____часов на заседании диссертационного совета К212.084.10 математического факультета Российского государственного университета имени И. Канта по адресу: 236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета имени И. Канта

Автореферат разослан «____» ______________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.Г. Токарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Электрические поля и токи играют очень важную роль в поведении ионосферы в области высоких широт и вблизи геомагнитного экватора. Особенно возрастает их роль в периоды магнитосферных возмущений, когда ионосфера испытывает значительные изменения. Ионосфера является средой распространения радиоволн, через ионосферу осуществляется радиосвязь космических аппаратов с Землей, навигация воздушных и морских судов, радиолокация и пеленгация. Поэтому необходимо предвидеть те, иногда катастрофические, изменения параметров ионосферы, которые происходят в периоды возмущений, приводящие к нарушению, а иногда и к полному исчезновению радиосвязи. Отсюда следует, что исследование электрических полей и токов и их влияния на поведение ионосферы представляет собой актуальную задачу.

Остается актуальной проблема прогнозирования землетрясений вследствие катастрофических последствий, которые они вызывают. Полученные в последнее время свидетельства того, что в ионосфере за несколько дней до землетрясений формируются их предвестники, позволяют надеяться на возможность хотя бы краткосрочного прогноза землетрясений. Одним из возможных механизмов формирования таких ионосферных предвестников землетрясений являются электрические поля сейсмогенного происхождения, что также указывает на актуальность исследования электрических полей и их эффектов в ионосфере Земли.

Целью диссертационной работы является исследование методами математического моделирования электрических полей термосферного и магнитосферного происхождения и токов в ионосфере Земли, их ионосферных эффектов, а также эффектов электрических полей в ионосфере, возможно, сейсмогенного происхождения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Создание нового блока расчета электрических полей в ионосфере Земли в Глобальной Самосогласованной Модели Термосферы, Ионосферы и Протоносферы (ГСМ ТИП), который позволил бы корректно описывать область ионосферы вблизи геомагнитного экватора и распределение зонального тока в ионосфере Земли (экваториального (EEJ) и авроральных (AEJ) электроджетов). Вывод уравнения Пуассона в выбранном приближении и запись его в разностном виде для решения конечноразностными методами.

2. Написание программы расчета электрических полей и токов в ионосфере Земли, ее отладка и тестирование, сопряжение с моделью ГСМ ТИП и реализация в виде отдельного блока расчета электрического поля и зонального тока в ионосфере в модели ГСМ ТИП.

3. Проведение исследований глобального распределения электрических полей термосферного и магнитосферного происхождения и зональных токов в ионосфере Земли в спокойных и возмущенных геомагнитных условиях. Сравнение полученных результатов расчетов с экспериментом

4. Проведение исследований эффектов рассчитываемых электрических полей на поведение ионосферы. В частности, исследование роли электрических полей в формировании и поведении таких крупномасштабных неоднородностей ионосферы, как дневная и ночная экваториальная ионизационная аномалия (ЭА и ночная ЭА), экваториальная аномалия в электронной температуре (ЭАЭТ), экваториальные и авроральные электроджеты, главный ионосферный провал (ГИП) и провал легких ионов (ПЛИ).

5. Проведение исследования роли электрических полей в процессе расслоения экваториального F2-слоя и в формировании дополнительного экваториального F3-слоя.

6. Проведение исследования роли электрических полей и токов в ионосфере в периоды таких возмущений, как магнитосферная суббуря и солнечное затмение. А также рассмотрение электрического поля в качестве возможного механизма формирования ионосферных предвестников землетрясений.

Методы исследования В работе использовались методы математического моделирования электрических полей и токов в ионосфере Земли. Моделирующие уравнения записывались в разностном виде и решались хорошо известными конечно-разностными методами. Кроме того, для исследований эффектов электрических полей в ионосфере использовалась модель ГСМ ТИП, в которой глобальные распределения всех параметров верхней атмосферы рассчитываются путем численного интегрирования системы квазигидродинамических уравнений непрерывности, движения и теплового баланса нейтральной и заряженной компонент верхней атмосферы Земли.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы определяются корректностью постановки задач и методов их решения, а также согласием полученных результатов численных расчетов с экспериментальными данными, модельными расчетами других авторов и современными представлениями о физике ионосферных процессов, происходящих под действием электрических полей и токов.

Научная новизна

1. Впервые в рамках единой самосогласованной модели системы термосфера, ионосфера и протоносфера реализован блок расчета электрических полей термосферного и магнитосферного происхождения и зональных токов в ионосфере Земли, позволяющий корректно описывать распределение электрического поля и зонального тока не только в высоких и средних широтах, но и на геомагнитном экваторе.

2. Впервые на основании численных расчетов получен дополнительный G-слой на геомагнитном экваторе на высотах ~1000 км и исследован механизм его формирования. Показано, что этот слой формируется ионами H+ за счет меридиональной компоненты термосферного ветра.

3. Впервые методом математического моделирования проведена проверка механизма формирования ионосферных предвестников землетрясений зональным электрическим полем, возможно, сейсмогенного происхождения, предложенного А.А. Намгаладзе. Показано, что наблюдаемые за несколько дней до сильных землетрясений возмущения полного электронного содержания в околоэпицентральной области могут быть вызваны дополнительными источниками зонального электрического поля в ионосфере Земли.

Практическая ценность Новый блок расчета электрических полей и зональных токов в модели ГСМ ТИП может быть использован как с целью проведения, прежде всего, научных исследований физики околоземного космического пространства, так и для прогнозирования и диагностики различного типа возмущений в ионосфере.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новый блок расчета электрических полей и зональных токов в ионосфере Земли в модели ГСМ ТИП, основанный на приведении трехмерного моделирующего уравнения, описывающего закон сохранения плотности полного тока в ионосфере Земли, к двумерному виду интегрированием по толщине токопроводящего слоя ионосферы вдоль силовых линий геомагнитного поля.

2. Полученное в модели поведение экваториальных и авроральных электроджетов в спокойных условиях и во время возмущений.

3. Результаты исследования механизмов формирования в экваториальной ионосфере дополнительных слоев F3 и G. Впервые показано, что меридиональная компонента термосферного ветра может приводить к формированию ионами H+ на высотах ~1000 км дополнительного G-слоя.

4. Результаты исследования механизмов формирования главного ионосферного провала.

5. Результаты численных расчетов ионосферных предвестников землетрясений, которые убедительно свидетельствуют в пользу гипотезы о зональных электрических полях, появляющихся в околоэпицентральных областях за несколько суток до землетрясений.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и были представлены на XI региональной конференции по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, СПбГУ, 2005), Международной научной конференции, приуроченной к 200-летию со дня рождения К.Якоби и 750-летию со дня основания г. Калининграда (Кёнигсберга) (Калининград, 2005), III, IV и V Международных научных конференциях «Инновации в науке и образовании – 2005, 2006, 2007» (Калининград, КГТУ, 2005, 2006, 2007), 28th, 29th, 30th Annual Seminars «Physics of Auroral Phenomena”Apatity, Russia (2005, 2006, 2007), EGU General Assembly (Vienna, Austria, 2006, 2007), 6th International Conference "Problems of Geocosmos" (СанктПетербург, СПбГУ, 2006), 36th COSPAR Scientific Assembly (Beijing, China, 2006), U.R.S.I. Landesausschuss Deutschland e.V. Kleinheubacher Tagung (Miltenberg, Germany, 2006, 2007), AGU Chapman Conference on Mid-latitude Ionospheric Dynamics and Disturbances (Yosemite, USA, 2007), CPEA Symposium (Kyoto, Japan, 2007), Greenland IPY 2007 Space Science Symposium (Kangerlussuaq, Greenland, 2007), Joint Assembly AGU 2007 (Acapulco, Mexico, 2007), International Beacon Satellite Symposium (Boston, Boston College, USA, 2007), XXIV General Assembly of IUGG (Perugia, Italy, 2007), IRI/COST 296 Workshop “Ionosphere - Modelling, Forcing and Telecommunications” (Prague, Czech Republic, 2007), 4th Annual AOGS 2007 Assembly (Bangkok, Thailand, 2007), IV Международной конференции “СолнечноЗемные связи и предвестники землетрясений” (Паратунка, Камчатка, 2007), AGU Fall Meeting (San Francisco, USA, 2007), 9th International Conference on Substorms (Seggau Castle, Austria, 2008), 12 International Symposium on Equatorial Aeronomy (Crete, Greece, 2008).

По теме диссертации опубликовано 65 работ, из них 12 статей и 53 тезиса докладов. Из них 2 статьи опубликованы в изданиях из списка ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Работа содержит 146 страниц текста, в том числе 83 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 179 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, приводятся сведения о научной новизне и практической значимости полученных результатов.

В первой главе представлен обзор работ по электрическим полям и токам в ионосфере Земли. Рассмотрены работы по электродинамике ионосферы и по измерениям электрических полей. Проанализированы работы по динамо электрическому полю, полю магнитосферной конвекции и токам в ионосфере. Обсуждается поведение электрических полей и токов во время возмущений и дан краткий обзор моделей электрических полей в ионосфере Земли.

Во второй главе представлена постановка задачи моделирования крупномасштабного электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли. Распределение квазистационарного крупномасштабного электрического поля во внутренней магнитосфере Земли описывается законом сохранения плотности тока: rr div ( j + j0 ) = 0 (1)

r)rrr r ) где j = ( E + Vn B) = E – поверхностная плотность тока проводимоr сти, j0 – поверхностная плотность тока, создаваемого внешними источниr ) ками, – тензор ионосферной проводимости, E – электрическое поле магrr r нитосферной конвекции, Vn B – динамо поле, Vn – скорость среднемассоr вого движения нейтрального газа, B – индукция геомагнитного поля.

Решение трехмерного уравнения (1) осуществляется приведением его к двумерному интегрированием по толщине токопроводящего слоя ионосферы. Описаны два подхода к решению этой задачи: интегрирование по высоте и вдоль силовых линий геомагнитного поля. Дано краткое описание модели ГСМ ТИП, разработанной в Западном отделении ИЗМИРАН [Namgaladze et al., 1988], и двумерной модели электрического поля с интегрированием по высоте. Представлено подробное описание модели электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли с интегрированием вдоль силовых линий геомагнитного поля.

В дипольной (диполярной) системе координат ( q, v, u ), где q = d 2 cos, v =, u = d sin 2, d = R E / r = R E /( R E + h), RE – радиус Земли, h – высота над поверхностью Земли уравнение сохранения плотности тока в ионосфере Земли (1) имеет вид:

(hq hv hu ) 1 ( (hv hu j q ) / q + (hq hu ( P E v + H Eu + ( PVnu H Vnv ) B)) / v + + (hq hv ( P Eu H E v ( PVnv + H Vnu ) B )) / u ) = 0, где hq = RE /(d 3 f ), hv = R E sin / d и hu = RE /(d 2 f sin ) – коэффициенты Ламе, P и H – педерсеновская и холловская проводимости, а f = 1 + 3 cos 2.

Учитывая потенциальность электрического поля в ионосфере Земли, получаем:

(hq hv / hu P / u ) / u + (hq H ) / v / u + + (hq hu / hv P / v) / v (hq H ) / u / v = (hv hu j q ) / q + + (hq hu ( PVnu H Vnv ) B ) / v (hq hv ( PVnv + H Vnu ) B ) / u Проинтегрируем это уравнение от q1 до q2 вдоль отрезка силовой линии, лежащего в токопроводящем слое ионосферы, где q1 и q2 – значения q на концах этого отрезка. Если силовая линия полностью лежит в проводящем слое ионосферы, то интегрирование осуществляется от основания этой линии в данном полушарии до ее вершины.

q2 q2

–  –  –

ний индекс указывает номер итерации. От нулевого начального приближения с относительной погрешностью расчета потенциала порядка 1% на выбранной пространственной сетке решение получается примерно за 400 – 1500 итераций.

Поверхностная плотность зонального тока рассчитывается по формуле j v = P E v + H E u + ( PVnu H Vnv ) B, а зональный электроджет по формуле:

q2

–  –  –

На основании представленной постановки задачи разработана и реализована численная модель электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли, которая позволяет проводить исследования низкоширотной и экваториальной ионосферы.

В третьей главе представлены результаты численного моделирования динамо электрического поля, зонального тока и ионосферных эффектов динамо-поля в спокойных геомагнитных условиях. Проведено сравнение моделей динамо электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли с интегрированием вдоль геомагнитного поля и по высоте.

Показано, что:

Новая модель электрического поля с интегрированием вдоль силовых линий геомагнитного поля, в отличие от ранее использовавшейся модели с интегрированием по высоте, позволяет удовлетворительно описать распределение электрического поля на экваторе и экваториальный электроджет, генерируемый динамо полем. При этом новая модель электрического поля дает результаты, близкие к наблюдениям.

Динамо поле, рассчитанное в новой модели, удовлетворительно согласуется с существующими моделями динамо электрического поля. На рис. 1 показаны скорости дрейфа, полученные в новой модели и результаты измерений на станции некогерентного рассеяния в Jicamarca. Видно их удовлетворительное согласие.

Поведение зонального тока и его широтный ход в окрестности геомагнитного экватора на разных высотах и долготах, рассчитанные в новой модели, удовлетворительно согласуются как с другими моделями, так и с наблюдениями на экваториальных и низкоширотных станциях, что видно из рисунков 2 и 3.

150 Исследовано влияние нижних граничных условий в термосфере на Vвост, м/c

–  –  –

Рис. 4. Вертикальные профили электронной концентрации см-3, рассчитанные над станцией Jicamarca а) для 09.00, 11.20 и 12.00 UT и б) для 03.00 UT (пунктирными линиями показано поведение рассчитанного ионного состава ионосферы).

Магнитосферная конвекция ослабляет ЭАЭТ на высотах вблизи максимума F2-слоя и практически не влияет на поведение электронной температуры вблизи геомагнитного экватора на высоте спутника.

Дневная ЭА формируется меридиональным дрейфом, который вместе с диффузией плазмы вдоль силовых линий геомагнитного поля приводит к известному фонтан-эффекту [Martyn, 1947]. Поле магнитосферной конвекции без экранирования приводит к небольшому уменьшению foF2 в гребнях ЭА. Экранирование продольными токами второй зоны приводит к тому, что ЭА становится такой же, как и в случае действия только динамо поля.

Механизм формирования ночной ЭА аналогичен механизму формирования дневной ЭА. При этом ночная ЭА формируется послезаходным всплеском восточного динамо электрического поля на геомагнитном экваторе. Учет поля магнитосферной конвекции без экранирования приводит к исчезновению ночной ЭА. Экранирование приводит к восстановлению ночной ЭА.

Ночной среднеширотный максимум в широтном поведении foF2 формируется меридиональной компонентой термосферного ветра. Динамо электрическое поле приводит к небольшому росту ночного среднеширотного максимума и его сдвигу в сторону экватора.

День Ночь

–  –  –

Рис. 5. Рассчитанные широтные разрезы foF2 в МГц: а) без дрейфа и с учетом динамо поля, б) без дрейфа и без меридионального дрейфа, в) с учетом динамо поля и без меридионального ветра, г) с учетом динамо поля и его суперпозиции с полем магнитосферной конвекции без экранирования, д) с учетом динамо поля и его суперпозиции с полем магнитосферной конвекции с экранированием.

ГИП формируется без учета электромагнитных дрейфов за счет недозаполненности плазменных трубок на L 2 и высыпаний низкоэнергичных частиц в авроральной зоне [Кринберг, Тащилин, 1984]. Динамо электрическое поле и, в большей степени, поле магнитосферной конвекции без экранирования углубляют провал и сдвигают его к экватору. Экранирование приводит к уменьшению глубины провала и его смещению к полюсу. В результате учет электромагнитного дрейфа завершает формирование ГИП, углубляя и сдвигая его к экватору. Меридиональный ветер уменьшает глубину ГИП.

Проведено исследование поведения ионосферных параметров над станцией Jicamarca с учетом рассчитываемой суперпозиции динамо поля и поля магнитосферной конвекции. Показано, что рассчитываемые самосогласованным образом электрические поля способны при отсутствии экранирования приводить к стратификации F2-слоя экваториальной ионосферы и образованию F3-слоя. Кроме того, ионы H+ формируют на высотах ~1000 км G-слой благодаря меридиональной компоненте ветра глобальной термосферной циркуляции.

Выполнены численные расчеты поведения провала легких ионов и теплового баланса внешней ионосферы. Показано, что в спокойных геомагнитных условиях высота перехода от ионов O+ к ионам H+ днем выше, чем ночью и возрастает при удалении от геомагнитного экватора. Наиболее сильный рост происходит на субавроральных и высоких широтах. ПЛИ существует в неосвещенное время суток. Наиболее глубокий провал формируется в 03 LT. ПЛИ глубже и смещен к высоким широтам относительно ГИП и провалов в электронной концентрации на высотах внешней ионосферы.

Днища ПЛИ находятся в интервалах геомагнитных широт ±(60-68).

Во внешней ионосфере на субавроральных и высоких геомагнитных широтах формируются горячие зоны в электронной и ионной температурах.

Результаты расчетов ионной и электронной температур во внешней ионосфере указывают на существование в 17 LT Экваториальной Аномалии в Плазменной Температуре.

В пятой главе представлены результаты численного моделирования некоторых типов ионосферных возмущений с учетом электрических полей.

Приводятся результаты численных расчетов модельной суббури. Проанализированы эффекты дополнительных высыпаний во время суббури и зависимость эффектов суббури от момента ее начала в EEJ и AEJ (рис. 6, 7), а также в поведении ГИП и ЭА. Показано, что во время суббурь интенсивность авроральных электроджетов возрастает, а разрыв Харанга смещается в вечерний сектор. Причем за счет дополнительных высыпаний энергичных частиц из магнитосферы в высокоширотную ионосферу западный электроджет становится больше, чем восточный. Кроме того, суббуря, начинающаяся в 18:00 UT вызывает наибольшие изменения авроральных электроджетов по сравнению с суббурями, начинающимися в другие моменты UT.

Полученные результаты модельных расчетов согласуются с морфологической картиной поведения авроральных электроджетов во время магнитосферных возмущений [Kamide, 1991].

В окрестности гребней ЭА, все суббури выJwest max, А/км

–  –  –

Рис. 7. Рассчитанный временной ход максимальной ваториального электроинтенсивности в А/км обратного (западного) (слева) и джета при прохождении восточного (справа) AEJ для четырех модельных суб- пятна солнечного затмебурь. Сплошными линиями показано поведение во ния через область провремя суббурь, пунктирными линиями – в спокойных дольных токов второй зогеомагнитных условиях.

ны происходит за счет изменения проводимости ионосферы в этой области, что приводит к изменению распределения поля магнитосферной конвекции и условий его проникновения к экватору. При прохождении пятна солнечного затмения через геомагнитный экватор происходит сильное уменьшение экваториального электроджета за счет локальных изменений ионосферной проводимости в области затмения и перестройки термосферной циркуляции. Это происходит с запаздыванием ~30 мин, которое обусловлено временем перестройки термосферной циркуляции во время солнечного затмения.

Описаны полученные в модели ионосферные предвестники землетрясений в F области и во внешней ионосфере, вызванные действием дополнительных источников зонального электрического поля, возможно, сейсмогенного происхождения, предложенные в [Намгаладзе, 2007]. Показано, что полученные на модели ГСМ ТИП результаты численных расчетов согласуются с наблюдениями, что убедительно свидетельствуют в пользу гипотезы о зональных электрических полях, появляющихся в околоэпицентральных областях за несколько суток до землетрясений и вызывающих локальные изменения ТЕС в средних широтах и в области ЭА. При высказанных предположениях о параметрах сейсмогенных источников электрического поля перед землетрясениями происходят значительные изменения электронной концентрации, ионного состава и теплового баланса холодной плазмы во внешней ионосфере Земли.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

1. Разработан новый блок расчета электрических полей и зональных токов в ионосфере Земли в модели ГСМ ТИП. В этом блоке приведение трехмерного моделирующего уравнения, описывающего закон сохранения плотности полного тока в ионосфере Земли, к двумерному виду осуществляется его интегрированием по толщине токопроводящего слоя ионосферы вдоль силовых линий геомагнитного поля. Использование нового блока расчета электрических полей позволило корректно описать поведение электрического поля на геомагнитном экваторе. Полученные в модельных расчетах глобальные распределения потенциала электрического поля удовлетворительно согласуются с результатами модельных расчетов других авторов.

2. Проведены численные расчеты поведения экваториального и авроральных электроджетов в спокойных условиях и во время возмущений. Показано, что:

а) В спокойных условиях интенсивность восточного аврорального электроджета больше, чем западного.

Во время суббурь интенсивность авроральных электроджетов возрастает, а разрыв Харанга смещается в вечерний сектор. Причем за счет дополнительных высыпаний энергичных частиц из магнитосферы в высокоширотную ионосферу западный электроджет становится больше, чем восточный. Кроме того, суббуря, начинающаяся в 18:00 UT вызывает наибольшие изменения авроральных электроджетов по сравнению с суббурями, начинающимися в другие моменты UT. Полученные результаты модельных расчетов согласуются с морфологической картиной поведения авроральных электроджетов во время магнитосферных возмущений.

б) В спокойных условиях существует UT-вариация экваториального электроджета. Наибольшие и наименьшие значения максимальной интенсивности экваториального электроджета могут отличаться в 2 раза. В результатах наших расчетов максимальная интенсивность экваториального электроджета приходится примерно на 11.00 LT и составляет ~35 А/км, что согласуется с экспериментальными данными и модельными расчетами других авторов. Во время суббурь, в основном, происходит уменьшение интенсивности экваториального электроджета за счет проникновения электрического поля магнитосферной конвекции к экватору. Однако, во время суббури, начавшейся в 18.00 UT, восточный экваториальный электроджет вначале возрастает, а затем падает относительно спокойных значений. Во время солнечного затмения интенсивность экваториального электроджета уменьшается либо за счет изменений условий экранирования поля магнитосферной конвекции, либо за счет локальных изменений проводимости в области экваториального электроджета. При моделировании ионосферных предвестников землетрясений действие дополнительных источников зонального электрического поля, возможно, сейсмогенного происхождения проявляется в виде отчётливых эффектов в экваториальном электроджете.

3. В результатах модельных расчетов получено расслоение F2-слоя экваториальной ионосферы и формирование дополнительных слоев F3 и G.

Проведены исследования механизмов формирования в экваториальной ионосфере этих слоев. Слой F3 формируется зональной компонентой электрического поля за счет расслоения экваториального F2-слоя. Показано, что расслоения экваториального F2-слоя ионосферы и F3-слой формируются только при наличии восточной компоненты электрического поля достаточной амплитуды (0,2 мВ/м). Впервые показано, что меридиональная компонента термосферного ветра может приводить к формированию ионами H+ на высотах ~1000 км дополнительного G-слоя.

4. Главный ионосферный провал формируется без учета электромагнитных дрейфов за счет недозаполненности плазменных трубок на L 2 и высыпаний низкоэнергичных частиц в авроральной зоне. Учет электромагнитного дрейфа завершает формирование ГИП, углубляя и сдвигая его к экватору. При этом динамо электрическое поле и поле магнитосферной конвекции без экранирования углубляют провал и сдвигают его к экватору, а экранирование уменьшает глубину провала и смещает его к полюсу. Меридиональный ветер уменьшает глубину ГИП.

5. Механизм формирования ночной экваториальной ионизационной аномалии аналогичен механизму формирования дневной ЭА. Экваториальная ионизационная аномалия формируется меридиональным дрейфом, который вместе с диффузией плазмы вдоль силовых линий геомагнитного поля приводит к известному фонтан-эффекту. При этом ночная ЭА формируется послезаходным всплеском восточного динамо электрического поля на геомагнитном экваторе. Учет поля магнитосферной конвекции без экранирования приводит к исчезновению ночной ЭА. Учет экранирования поля магнитосферной конвекции полем Альвеновского слоя препятствует исчезновению ночной ЭА под действием поля магнитосферной конвекции.

6. Модельные расчеты показали, что ночной среднеширотный максимум в широтном поведении foF2, наблюдающийся в эксперименте, формируется меридиональной компонентой термосферного ветра. Динамо электрическое поле приводит к небольшому росту этого максимума и его сдвигу в сторону экватора.

7. Проведены модельные исследования ионосферных предвестников землетрясений на модели ГСМ ТИП. Целью этих исследований была проверка предложенного А.А. Намгаладзе в [Намгаладзе, 2007] механизма формирования ионосферных предвестников землетрясений зональными электрическими полями, возможно, сейсмогенного происхождения. Результаты численных расчетов ионосферных предвестников землетрясений согласуются с наблюдениями. Это убедительно свидетельствуют в пользу гипотезы о зональных электрических полях, появляющихся в околоэпицентральных областях за несколько суток до землетрясений и вызывающих локальные изменения ТЕС в средних широтах и в области экваториальной аномалии.

Литература Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука,

1984. 189с.

Намгаладзе А.А. О возможных физических механизмах формирования ионосферных предвестников землетрясений // Материалы Международной Научно-технической конференции МГТУ «Наука и образование-2007».

2007.

Kamide Y. VII-1. The Auroral Electrojets: Relative Importance of Ionospheric Conductivities and Electric Fields. In Auroral Physics, ed. dy C.-I. Meng, M.J. Rycroft, and L.A. Frank, Cambridge UP. 1991. P.385-399.

Martyn D.F. Atmospheric tides in the ionosphere. 1. Solar tides in the F2 region // Proc. Roy. Soc. London. 1947. V.A189. P.241-260.

Namgaladze A.A., Korenkov Yu.N., Klimenko V.V., Karpov I.V., Bessarab F.S., Surotkin V.A., Glushchenko T.A., Naumova N.M. Global model of the thermosphere-ionosphere-protonosphere system // Pure and Applied Geophysics.

1988. V.127. No.2/3. P.219-254.

Richmond A.D. Equatorial Electrojet. Part II. Use of the Model to Study the Equatorial Ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1973. V.35. P.1105-1118.

Richmond A.D. Modeling Equatorial Ionospheric Electric Fields // J. Atmos.

Terr. Phys. 1995. V.57. P.1103-1115.

Richmond A.D., Ridley E.C., Roble R.G. A thermosphere/ionosphere general circulation model with coupled electrodynamics // Geophys. Res. Lett. 1992.

V.19. P.601-604.

Stening R.J. Modeling the Equatorial Electrojet // J. Geophys. Res. 1985.

V.90. P.1705-1719.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах в реферируемых журналах по перечню ВАК

1. Клименко В.В., Клименко М.В., Брюханов В.В. Численное моделирование электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли – Постановка задачи и тестовые расчеты // Математическое моделирование. Т.18.

№3. С.77-92. 2006.

2. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Численное моделирование электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли – Динамо поле и экваториальный электроджет // Геомагнетизм и аэрономия. Т.46. №4.

С.485-494. 2006.

в научных журналах и материалах научных конференций

3. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Сравнение двух вариантов модели электрического поля в ионосфере Земли // Известия КГТУ.

2005. №8. С.59-68.

4. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Численное моделирование EIA, ETWA, EETA в модели ГСМ ТИП с учетом полей динамо и магнитосферной конвекции при заданных продольных токах первой зоны // Известия КГТУ. 2006. №10. P.220-226.

5. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical Modeling of Equatorial Electrojet During Geomagnetic Substorms // Proceedings of the 6th International Conference “Problems of Geocosmos”. St. Petersburg, Russia, Petrodvorets, May 23–27, 2006. St. Petersburg, 2006. P.83-86.

6. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Численное моделирование аврорального электроджета во время геомагнитной суббури // Вестник МГТУ. 2006. Т.9. №3. P.453-457.

7. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical Modeling of Auroral Electrojet during Geomagnetic Disturbances // Proceedings of the 29th Annual Seminar “Physics of Auroral Phenomena”, Apatity, February 27 – March 3, 2006. Apatity, 2006. P.31-35.

8. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical Modeling of Auroral Electrojet During Geomagnetic Disturbances With the Account of Particle Precipitation // Proceedings of the 29th Annual Seminar “Physics of Auroral Phenomena”, Apatity, February 27 – March 3, 2006. Apatity, 2006. P.36-39.

9. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical modeling of the equatorial electrojet UT-variation on the basis of the model GSM TIP // Advances in Radio Science. 2007. V.5. P.385-392.

10. Намгаладзе А.А., Клименко М.В., Клименко В.В., Захаренкова И.Е.

Формирование ионосферных предвестников землетрясений электрическим полем // Сборник докладов IV международной конференции “Солнечноземные связи и предвестники землетрясений”, 14-17 августа 2007 года, с.

Паратунка Камчатской обл., Петропавловск-Камчатский, ИКИР ДВО РАН,

2007. С. 424-430.

11. Клименко М.В., Намгаладзе А.А., Клименко В.В., Брюханов В.В.

Численное моделирование эффектов электрического поля как предвестников землетрясений во внешней ионосфере Земли // Сборник докладов IV международной конференции “Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений”, 14-17 августа 2007 года, с. Паратунка Камчатской обл., Петропавловск-Камчатский, ИКИР ДВО РАН, 2007. С. 313-318.

12. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Численное моделирование EIA, ETWA, EETA в модели ГСМ ТИП с учетом полей динамо и магнитосферной конвекции при заданной разности потенциалов через полярные шапки // Материалы IV международной научной конференции «Инновации в науке и образовании – 2006». Известия КГТУ. 2007. №11. С.82Клименко М.В. Влияние нижних граничных условий в термосфере на динамо поле и экваториальный электроджет // Труды научной конференции. Часть II. Международная научная конференция «Инновации в науке и образовании – 2005», посвященная 75-летию основания КГТУ и 750-летию Кенигсберга-Калининграда, 19-21 октября, 2005 г. Калининград: КГТУ,

2005. С. 162-163.

14. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Investigation of formation mechanisms of equatorial ionosphere F2-layer stratifications, F3- and Glayers // Geophys. Res. Abstracts. 2006. V.8. P. 00078.

15. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical modeling of the equatorial ionosphere on the basis of Global Self-consistent Model of Thermosphere, Ionosphere, and Protonosphere (GSM TIP) // Geophys. Res. Abstracts. 2006. V.8. P. 00232.

16. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Investigation of the magnetosphere convection influence on equatorial electrojet and electric field on geomagnetic equator under self-consistent approach to modeling on the basis of the GSM TIP // COSPAR Scientific Assembly 2006 Abstracts. The 36th COSPAR Scientific Assembly July 16 – 23, 2006, Beijing, China. COSPAR2006-AC1.1-0082-06.

17. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Comparison of the EIA, EETA and ETWA, received in the model GSM TIP, at the self-consistent approach and with use of the model MSIS-90 // COSPAR Scientific Assembly 2006 Abstracts. The 36th COSPAR Scientific Assembly July 16 – 23, 2006, Beijing, China. COSPAR2006-A-00163. C1.1-0083-06.

18. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Light Ion Trough and Heat Balance of the Topside Ionosphere in Quiet Geomagnetic Conditions – Numerical Modeling // Abstracts of Greenland IPY 2007 Space Science Symposium, May 4 – 9, 2007, Kangerlussuaq, Greenland. P.75.

19. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Main Ionospheric Trough and Auroral Electrojets in Quiet Geomagnetic Conditions of Vernal Equinox in Solar Activity Minimum – Numerical Modeling // Abstracts of Greenland IPY 2007 Space Science Symposium, May 4 – 9, 2007, Kangerlussuaq, Greenland. P.77.

20. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Main Ionospheric Trough and Equatorial Ionization Anomaly During Substorms With the Different UT Onset Moments // Eos Trans. AGU, 88(23), Jt. Assem. Suppl. 2007. Abstract A52B-09.

21. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical Modeling of Equatorial Electrojet Behavior During April, 8, 2005 Solar Eclipse // Eos Trans. AGU, 88(23), Jt. Assem. Suppl. 2007.

Abstract

SA33A-01.

22. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Investigation of Dependence of Substorm Effects in Auroral Electrojet and Parameters of F-region of Ionosphere on the Separate Stations From UT Substorm Beginning on the Basis of GSM TIP // Earth: Our Changing Planet. Proceedings of IUGG XXIV General Assembly, Perugia, Italy 2007. P.2872.

23. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Investigation of Dependence of Substorm Effects in Equatorial Electrojet and Parameters of F-region of Ionosphere on the Separate Stations From UT Substorm Beginning on the Basis of GSM TIP // Earth: Our Changing Planet. Proceedings of IUGG XXIV General Assembly, Perugia, Italy 2007. Oral Presentation. P.332.

24. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Numerical Modeling of the Light Ion Trough and Heat Balance of the Topside Ionosphere in Quiet Geomagnetic Conditions // Abstracts of AOGS 2007 4th Annual Meeting. 2007.

ST01-A0008.

25. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Main Ionospheric Trough During Substorms With the Different UT Onset Moments // Abstract Book of the U.R.S.I. Landesausschuss Deutschland e.V. Kleinheubacher Tagung 2007, 24-28 September 2007, Miltenberg, Germany. 2007. KH2007-G-092.

26. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Bryukhanov V.V. Ionosphere Electrodynamics and its Influence on the Main Ionospheric Trough and Equatorial Ionization Anomaly // 2007 Fall Meeting Program and Abstracts CD-ROM, 10-14 December 2007, San Francisco, CA, USA. 2007. SA51A-0235.

Клименко Максим Владимирович

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

КРУПНОМАСШТАБНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

И ЗОНАЛЬНОГО ТОКА В ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

–  –  –

Подписано в печать 3.09.2008 г. Формат 60х90 1/6 Бумага для множительных аппаратов. Ризограф. Печ. л. 1,4 Уч.- изд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ.

Издательство УОП ФГОУ ВПО “Калининградский государственный технический университет”

Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт электронного обучения Направление 38.03...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт природных ресурсов Специальность прикладная геология Кафедра геологии и...»

«Триол АК Станции управления погружными электродвигателями Каталог www.triolcorp.ru 04.2015 О каталоге Уважаемый читатель! Каталог включает в себя набор технической информации (габаритные размеры, раз...»

«Разработка системы управления запасами методами классической теории автоматического управления Сергеев Антон Владимирович Кандидат технических наук, доцент Самарский государственный...»

«ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. "Лесной журнал". 2012. № 4 УДК 628.16 А.М. Байбородин, К.Б. Воронцов, Н.И. Богданович Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова Байбородин Артем Михайлович родился в 1985 г., окончил Архангельский государственный техническ...»

«ОКП 237820 УТВЕРЖДАЮ УДК 776.3.665.225 Директор ТОО Резист Группа З10 _ Д.Б. Аскеров _1992 г. ФОТОРЕЗИСТЫ НЕГАТИВНЫЕ ФН-11Су и ФН-11СКу ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТУ Р-11433386-4-О-92 Дата введения 23.07.1992 Срок действия: не ограничен. СОГЛАСОВАНО Главный инженер НПО "Интеграл...»

«gas valves water valves ball valves industrial valves K омпания Enolgas Bonomi была основана в 1960 году как предприятие семейного бизнеса. Производство началось с клапанов для пищевой и нефтегазовой промышленности. В скором времени компания стала специализироваться в производстве клапанов и конусных кранов для применения в строи...»

«ISBN 5-98298-470-1 ©Издательство Томского политехнического университета, г.Томск, 2009 г. ISBN 5-98298-470-1 ©Издательство Томского политехнического университета, г.Томск, 2009 г. Томский политехнический университет ООО "Фторидные техн...»

«ТРИММЕР BC-28 BC-36 BC-46 СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 2 2. Технические характеристики 3 3. Графические предупреждения 4 4. Техника безопасности 5 5. Описание 9 6. Сборка 11 7. Правила безопасной экс...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.