Гелиогеофизические исследования в Арктике: сборник трудов всероссийской конференции, Мурманск, 19-23 сент. 2016г. Апатиты, 2016.

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК АЛЬТЕРНАТИВА НАБЛЮДЕНИЯМ В АРКТИКЕ А.А. Намгаладзе1, М.А. Князева1, М.И. Карпов1, О.В. Золотов2 'ФГБОУ ВО «Мурманский арктический государственный университет» 1Мурманский филиал ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России» e-mail: namgaladze@yandex. ru Аннотация. Для задач прогнозирования возмущений космической погоды над Арктическим регионом использование средств наземного и космического мониторинга недостаточно из-за: 1) их малого количества, 2) практической невозможности наращивания сети приемных устройств и, как следствие, 3) невозможности обеспечения требуемого пространственно-временного разрешения поставляемых ими данных. Альтернативой является физико-математическое моделирование с помощью глобальных трехмерных моделей верхней атмосферы Земли, учитывающих взаимодействие Арктического и примыкающих к нему регионов. Этим требованиям соответствует модель UAM (Upper Atmosphere Model). В работе приведены примеры ее применения для исследований высокоширотной ионосферы и определены пути повышения ее эффективности в практических целях. Abstract. An application of satellite and ground-based observations is insufficient for forecasting space weather disturbances over the Arctic region because of: 1) their small number, 2) the practical impossibility of increasing the receiving station network and, as a consequence, 3) impossibility to provide the required spatial-temporal resolution of data supplied by them. The alternative is physical and mathematical simulation by using a global three-dimensional models of the Earth’s upper atmosphere taking into account the interaction of the Arctic and adjacent regions. These requirements correspond to the UAM (Upper Atmosphere Model). The examples of its application to the high-latitude ionosphere studies and ways to improve model efficiency for practical purposes are presented in this paper. Введение Арктический регион наиболее восприимчив к возмущениям космической погоды, деструктивными последствиями которых являются нарушения радиосвязи, работы электронной аппаратуры спутников и самолетов, индуцирование паразитных токов в протяженных проводящих линиях энергопередач. Это определяет значимость прогнозирования возмущений космической погоды и их последствий. Традиционно считается, что для этого необходимо использовать средства наземного и космического мониторинга, но их возможности в Арктике ограничены. Большую часть Арктического региона занимает Северный Ледовитый океан, на льдах которого невозможно разместить густую сеть приемных устройств. Имеющиеся станции вертикального зондирования ионосферы и радары некогерентного рассеяния расположены в очень небольшом количестве на континентальном побережье и островах Северного Ледовитого океана. Выше 70°N насчитывается около 40 станций, 39% из которых являются недействующими. К высокоширотным относятся всего 3 радара: EISCAT Свальбард (78°N, 16°Е), EISCAT Тромсё (70°N, 19°Е) и Сондрестром (67°N, 51°W). Ни один из них не действует в непрерывном режиме. Спутниковые навигационные системы GPS/ГЛОНАСС, широко используемые в низких и средних широтах, ограничены орбитами в пределах ±60° широты. Поставляемые действующими средствами наземного и космического мониторинга разрозненные данные о состоянии верхней атмосферы над Арктикой не обеспечивают пространственно-временного разрешения, требуемого для задач мониторинга космической погоды и прогнозирования ее возмущений. Альтернатива Альтернативой является физико-математическое моделирование с помощью глобальных трехмерных моделей верхней атмосферы Земли, учитывающих взаимодействие Арктического и примыкающих к нему регионов. Этим требованиям соответствует модель UAM (Upper Atmosphere Model, http://uamod.wordpress.com , Namgaladze et al., 1988, 1998), численно рассчитывающая глобальные распределения параметров основных нейтральных (О, 0 2, N2) и заряженных (0 2+, NO+, 0 +, Н*, электроны) компонент околоземной среды в интервале 60-100000 км для любых широт и долгот с переменными шагами по времени и пространству. Модель описывает мезосферу, термосферу, ионосферу, плазмосферу и внутреннюю магнитосферу как единую самосогласованную систему путем численного интегрирования основных физических уравнений, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии для нейтральных и заряженных компонент. В UAM учтены все процессы, ответственные за передачу энергии и импульса от Солнца. «Гелиогеофизика в Арктике». Труды всероссийской конференции. Апатиты. 19-23 сентября 2016. с. 42-45. © Полярный геофизический институт. Российская Академия наук, 2016 42