Исследования полярной ионосферы : сборник научных трудов.

Расчеты реализованы в трех вариантах: полный самосогласованный расчет, когда температура (Тп ) нейтраль­ ного газа и концентрация ( п п ) основных нейтральных компонент N 2 , 0 2 и О определялись путем интегрирования соответствующих уравнений теплового баланса и уравнений непрерывности дпя нейтральных компонент; расчет, в котором Т п и п ( ^ 2 ) , п ^ 2 ^ ' п на высотах выше 1 2 0 км вычислялись по эмпирической модели термосферы M S I S —7 7 / 4 / , а в интервале высот 8 0 - 1 2 0 км по модели / 5 / ; расчет, аналогичный предыдущему, но использовалась эмпирическая мо­ дель термосферы M S I S —8 3 / б / . Результаты расчетов сопоставлялись между собой и со справочной моделью ионосферы СМИ- 8 8 , являющейся модификацией модели / 7 / , Выяснилось, что в первом варианте согласие результатов расчетов с наблюдениями самое пло­ хое. В частности, рассчитанная нами по уравнению теплового баланса темпера­ тура термосферы на высотах области F 2 оказалась в целом по глобусу на 2 0 0 - 3 0 0 К ниже, чем по модели / 4 , 6 / , что связано, на наш взгляд, с неудач­ ным (заниженным) выбором значений эффективности нагрева термосферы сол­ нечным излучением. Низкие значения Тп обусловили низкие значения кон­ центрации п п нейтральных компонент и, как следствие, заниженные в целом то глобусу приблизительно на 2 Ml ц значения критических частот Р 2 - с л о я . Іто же касается качественных характеристик пространственной структуры пара­ метров околоземной среды, то они близки во всех трех вариантах, за некото­ рыми исключениями, которые оговорены ниже. Поэтому мы не представляем результаты расчетов по первому варианту, полагая, что он требует доработки, а остановимся главным образом на результатах расчетов по третьему вариан­ ту, чтобы продемонстрировать эффекты сравнительно слабых электрических попей, соответствующих магнитоспокойным условиям, в глобальном распределе­ нии термосферной циркуляции, концентрации и температуры заряженных компо­ нент холодной околоземной плазмы. Представлены также некоторые данные по второму варианту расчетов, чтобы показать влияние выбора термосферной моде­ ли на результаты расчетов электрических полей и зависящих от них ионосфер­ ных параметров. Сопоставление результатов расчетов с данными эмпирической модели ионосферы СМИ - 8 8 приведено в / 8 /. Описание модели Расчеты осуществляли с помощью численной модели термосферы, ионосфе­ ры и протоносферы Земли, описывающей глобальное распределение параметров многокомпонентной околоземной плазмы на высотах от 8 0 км до геоцентричес­ кого расстояния в 1 5 земных радиусов и их изменения со временем. В модели учитывается несовпадение географической и геомагнитной осей Земли. Струк­ турная схема программы модели и вид моделирующих уравнений представлены в / 1 , 3 / , а явный вид входящих в уравнения членов, описывающих источники и потери частиц, импульса и энергии можно найти в / 9 / . Модель состоит из трех основных блоков: термосферного, ионосферного и блока расчета электри­ ческих полей, между которыми осуществляется обмен информацией. В термосферном блоке рассчитываются температура Т п нейтрального га за , концентрация п п основных нейтральных компонент N 2 , 0 2 и О и циркуляция атмосферы на высоте 8 0 - 5 2 0 км. В сферической геомагнитной системе координат (г, Ѳ, Л ) численно интегрируются уравнения гидроди­ намики: теплового баланса для нахождения Тп> гидростатики дпя нахожде­ ния общей плотности атмосферы р , движения дпя горизонтальных компонент и Ѵд вектора среднемассовой скорости нейтрального газа и непре­ рывности для нахождения концентрации нейтральных компонент 0 2 и О. Концент­ рацию молекул азота N 2 находили из разности между общей плотностью и плотностью кислородных компонент. Вертикальную среднемассовую скорость оп­ ределяли из уравнения непрерывности для общей плотности. В уравнениях учиты­ ваются молекулярная и турбулентная диффузия, молекулярные вязкость и тепло­ 57