КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, том 42, № 3, с. 313-314
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 537.591
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ И ИОННЫХ ТЕМПЕРАТУР ПРИ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА ИОНОСФЕРУ
© 2004 г. В. В. Медведев, С. А. Ишанов, В. И. Зенкин
Калининградский государственный университет Поступила в редакцию 28.11.2002 г.
Краткое описание физико-математической модели. Физико-математическая модель «ионосферной дыры» [1-3] путем вычислительного эксперимента позволяет рассчитать различные ионосферные параметры, такие как концентрации ионов 0+, Н+, N0+, №", Н20+, Н30+, 0Н+, температуру
электронов Те, ионов То
Т н+
и горизонтальные
составляющие нейтрального газа. Концентрация инжектируемой компоненты Н20 и концентрация Н рассчитывались в ограниченной области высот 120 < Ъ < 800 км [1]. В работах [1-3] рассматривался вопрос образования и «затягивания» ионосферной "дыры" при инжектировании [Н20]. В этих работах приводились результаты расчетов высотно-времен-ных распределений N„^2, Ьш^2 и потоков ионосферной плазмы. Показано, что инжектируемая [Н20] существенно влияет на рекомбинацию ионосферной плазмы в области ^2 ионосферы. В данной работе рассматривается вопрос влияния инжектируемой [Н20] на электронную и ионные температуры ионосферной плазмы.
Температуры электронов и ионов рассчитывались по уравнениям вида:
3 дТе д ГКдТе £кы —е = в—I —е
д г
дs^В дs
+
13 т
+ Е ^е<к(Тг - Те) + йе - К,
3 д Т: д А; д ТА
3 кп; эТ =В Ш -т)+3 Те- Т)+
(1)
+
х-, 3тп:
Е т^-^ Чтк ( Тп - Т; ) + й, - Ц, т
'т; + п;
В работе в качестве начального условия [Н20] задавалась для двух случаев: в первом случае [Н20] на высоте к = ктЕ2 составляла 107 см 3 и во втором случае [Н20] = 108 см-3.
Результаты вычислительного эксперимента. Данная работа является продолжением серии работ [1-3]. Расчеты ионосферных параметров проводились в силовой трубке (Ь = 2) для высокой солнечной активности (Р10.7 = 234) в зимних усло-
где В - напряженность магнитного поля; те, т, -масса электронов и ионов; к - постоянная Больцма-на; Ке, К - коэффициенты теплопроводности электронного и ионного газа; \е, V Пп - частота столкновения электрон-ион и ион-нейтрал; Те, Т - температура электронов и ионов; Qe, Qi, Ье, Ц - скорости нагрева и охлаждения электронного и ионного газов [1], Б - координата вдоль силовой линии, положительная в направлении от северного полюса.
N6, см
106 8
6
4
2
105 8
6 4
1 2 3
х 4
10 12 14 16 18 20 22 24 ЬТ, час
Рис. 1. Временное поведение N„^2. 1, 2 - фоновые значения N„^2 при [Н20] = 107 см-3, 3 - значения N„^2 при [Н20] = 108 см-3 (первые сутки) и 4 - вторые сутки.
+
е
314
Т°, к
4000
3000
2000
1000
МЕДВЕДЕВ и др.
Тн+ 4000
3000
2000
1000
10 12 14 16 18 20 22 24 ЬТ, час
Рис. 2. Временное поведение Те на высоте N^2 (обозначения соответствуют рис. 1).
/ / ^ \
_1_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_5_I
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
ЬТ, час
Рис. 3. Временное поведение Т + на высоте ИтГ2 (обозначения соответствуют рис. 1).
виях. Силовая линия имеет неоднородную пространственную сетку с 201 узлом. Шаг интегрирования по времени т = 20 с.
На рис. 1 представлены суточные вариации ИтЕ2 при выбросах воды для зимних условий в момент ЬТ = 12 ч. В первом случае выброс воды составил на ктЕ2 [Н20] = 107 см 3 (на рис. 1 пунктирные линии) и во втором [Н20] = 108 см-3.
Напомним, что начальный профиль [Н20] задавался по барометрическому распределению. Затем [Н20] рассчитывалась численно по диффузионному уравнению. Из рис. 1 видно, что [N^2] в первом случае восстанавливается =2 ч. Во втором случае восстановление [N^2] наблюдается через 24 часа. Восстановление ионосферной "дыры" происходит как за счет ионизации, так и за счет изменения потоков плазмы из магнитосферы в ионосферу [1-2]. На этом же рис. 1 видно появление второй "дыры" в заходный период (ЬТ = = 20) (пунктир). На рис. 2-3 представлена суточная вариация электронной и ионной (Тн+) температуры на высоте Нт¥2 при выбросах Н20. Из рис. 2 видно, что образование ионосферной "дыры" приводит к существенному увеличению темпера туры электронов. При выбросах [Н20] = 107 см в максимуме ^2 слоя уменьшение [N^2] составляет примерно 50% для выбранных условий. Такое уменьшение электронной концентрации не приводит к заметному изменению электронной температуры. При выбросах [Н20] = = 108 см-3 в максимуме ^2 слоя наблюдается как существенные изменения в [N^2], так и в высотно-времен-ном поведении Те (см. рис. 2-3). Так, электронная концентрация в N^2 уменьшилась на порядок величины для ЬТ = 16-18 и для ЬТ = 0.4-06. Такое уменьшение электронной концентрации приводит к увеличению электронной температуры (при
-3
неизменных источниках нагрева ионосферной плазмы), что видно из рис. 2-3 и из уравнения (1).
Что касается ионных температур, то вычислительный эксперимент показал, что образование ионосферной "дыры" не сказывается на изменении Т 0+. Для примера на рис. 3 приведена суточная
вариация Тн+ при антропогенных воздействиях воды на ионосферу в области Нт¥2. Из рис. 3 видно, что Т . подвержена изменениям, в зависимости от количества выбрасываемой воды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные методом вычислительного эксперимента результаты подтверждают тесную взаимосвязь между концентрацией и температурой электронов. Показано, что уменьшение концентрации электронов N^2 и увеличение температуры существенно зависит от величины инжектируемой [Н20].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ишанов С.А.,Латышев КС., Медведев ВВ. Моделирование возмущений ^-области ионосферы при антропогенных воздействиях // Модели в при-родоиспользовании. Калининград, 1989. С. 55-71.
2. Власов М.Н., Ишанов С.А., Латышев К С., Медведев В В. Модель динамики "ионосферной дыры" с учетом процессов в силовой трубке // Космич. ис-след. 1990. Т. 28. № 2. С. 248-254.
3. Власов М.Н., Ишанов С.А., Медведев В В. Моделирование эффектов антропогенных воздействий в сопряженных областях ионосферы и плазмосфе-ры // Космич. исслед. 1994. Т. 32. № 1. С. 154-158.
КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ том 42 < 3 2004
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.