Введение к работе
Актуальность работы
Математическое моделирование, сложных геофизических процессов, протекающих в ионосфере и магнитосфере Земли, является одним из основных инструментов в исследовании околоземного пространства. В силу космических масштабов объектов изучения, наземные стационарные станции и искусственные спутники Земли ограничены в своих экспериментальных возможностях. Математические модели позволяют восполнять недостающие в экспериментах звенья и имеют возможность предлагать новые направления развития теории и эксперимента. Важность и актуальность изучения процессов и структур экваториальной ионосферы подтверждается и международными научными организациями, например, под руководством международной ассоциации по геомагнетизму и аэрономии (IAGA), в конце прошлого столетия, проводились масштабные исследования, в рамках года по изучению экваториального электроджета (IEEY), поскольку, как известно, экваториальный электроджет или экваториальная токовая струя, является главной особенностью в токовой структуре на геомагнитном экваторе. В связи с этим, актуальной представляется задача построения обобщенной модели крупномасштабных электрических полей в ионосфере Земли, которая, без искусственных ограничений, корректно учитывает геометрию экваториальной области, естественные граничные условия и основные источники электрических полей в виде: атмосферного динамо и системы продольных магнитосферных токов. Использование в ней эмпирических моделей - ионосферы, термосферы и продольных магнитосферных токов, являющихся обобщением многолетних наблюдений, позволяет считать, что в ходе вычислительных экспериментов, можно получать результаты, в значительной степени, отражающие наблюдаемую реальность.
Цель работы
1. Создание программного комплекса, который на основе реалистичных эмпирических моделей ионосферы, термосферы и продольных магнитосферных токов, в рамках вычислительного эксперимента, позволяет воссоздавать структуру крупномасштабных электрических полей и токов в ионосфере Земли.
2. Проведение вычислительных экспериментов для выяснения роли отдельных физических процессов на формирование структуры крупномасштабных электрических полей.
3. Изучение структур токовой системы присущих только экваториальной ионосфере (электроджет, шир-эффект).
Научная новизна
1. Впервые для различных геофизических условий рассчитаны интегральные, вдоль силовых линий геомагнитного поля, поперечные проводимости ионосферы, включая экваториальную ионосферу.
2. Впервые в постановке, не налагающей на экваториальную область ионосферы никаких ограничений кроме естественных границ, исследован вопрос о просачивании магнитосферных электрических полей на низкие широты. При этом в качестве индикатора выступал экваториальный электроджет, а в качестве источника полей эмпирическая модель продольных магнитосферных токов.
3. Впервые показано, что механизм динамо F-слоя наиболее эффективен на тропических широтах и имеет влияние на структуру полей низкоширотной и среднеширотной ионосферы не только в ночное, но и в дневное время.
4. Впервые показано, что при формировании специфичного шир-эффекта на геомагнитном экваторе, основной вклад вносят вертикальные токи.
Практическая значимость
-
Разработан программный комплекс для проведения численных экспериментов включающий модель ионосферного электричества, которая учитывает электродинамическую связь экваториальной ионосферы с высокими широтами.
-
Модель крупномасштабных электрических полей позволяет воспроизводить 3-х мерную структуру электрических полей и токов в ионосфере Земли для условий низкой и средней солнечной и геомагнитной активности.
-
Модель, в силу своей модульности, допускает модернизацию, (без переналадки внутренней структуры), при замене любой из эмпирических моделей - ионосферы, термосферы, продольных магнитосферных токов - на более совершенную модель.
Апробация результатов диссертации.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях:
Всесоюзное совещание по моделированию ионосферы (Ростов, 1986 г., Звенигород, 1988 г.),
Всесоюзный симпозиум по солнечно-земной физике (Иркутск, 1986 г.), Всесоюзном совещании ”Математические модели ближнего космоса” (Москва, 1990).
Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах, из них 4 статьи опубликованы в изданиях из списка ВАК.
Структура и объем работы.
