Исследования полярной ионосферы : сборник научных трудов.

проводность, обмен импульсом между нейтральными и заряженными частицами (ион-нейтральное трение), нагрев нейтрального газа солнечным ионизирующим и диссоциирующим излучением, джоулев нагрев, корпускулярный нагрев высы­ пающимися из магнитосферы энергичными частицами, диссипация турбулентной энергии, турбулентная теплопроводность и охлаждение за счет инфракрасного излучения, диссоциация молекулярного кислорода и реакции рекомбинации кисло­ родных компонент. На верхней границе ( h = 5 2 0 км) задаются нулевые градиенты темпера­ туры и компонент вектора скорости, на нижней границе ( h = 8 0 км) - зн а ­ чения Тп и п п из эмпирических моделей, а значения компонент вектора скорости полагаются равными нулю. Используются также условия периодичнос­ ти искомых функций по долготе и непрерывности на полюсах. В качестве началь­ ных условий используется эмпирическое распределение концентрации и темпера­ туры и нулевые значения скоростей ветров. Трехмерные нестационарные уравнения гидродинамики для нейтральных компонент решаются численно разностными методами с шагами интегрирования 1 0 ° по широте и 1 5 ° по долготе и с переменным шагом по высоте при числе узлов 3 0 в интервале высот от 8 0 до 5 2 0 км. Шаг интегрирования по време­ ни составляет 5 мин. Рассчитанные в сферической геомагнитной сетке коорди­ нат параметры нейтральной атмосферы интерполируются в узлы сетки дипольных координат, в которой ведутся расчеты параметров замагниченных заряженных частиц (ионов 0 + и Н+ и электронов). В свою очередь, необходимые параметры заряженных частиц и электрических полей поступают в термосферный блок из ионосферно-протоносферного блока и блока расчета электрического поля. Как уже отмечалось, в термосферном блоке предусмотрена возможность расчета Т п и п п по эмпирическим моделям термосферы, но трехмерная циркуляция во всех случаях рассчитывается из уравнений движения (горизон­ тальный ветер) и уравнения непрерывности для общей плотности (вертикальный ветер). Ионосферно-протоносферный блок состоит, в свою очередь, из двух моду­ лей: расчета параметров D—, Е - и Р 1-областей ионосферы (высоты 8 0 - 1 7 5 км), в которых преобладают молекулярные ионы О 2 и NO + , и расчета параметров замагниченных заряженных частиц (атомарных ионов 0 + и Н+ и электронов), преобладающих в Р 2 -о б л а с т и и в протоносфере (на высотах выше 1 7 5 км). В модуле расчета параметров D —, Е - и Р1 -областей ионосферы рас­ считываются суммарная концентрация молекулярных ионов n (X Y + ) = n (N O + ) + п ( 0 2 ) + гі ( N 2 ) путем решения уравнения непрерыв­ ности для п ( X Y + ) , записанного в фотохимическом приближении, а также ионная ( T j) и электронная (Те ) температуры путем решения уравнений теп­ лового баланса для Ті и Те , записанных без учета процессов переноса тепла. Расчеты ведутся в интервале высот 8 0 - 1 7 5 км в узлах той же сетки сфери­ ческой геомагнитной системы координат, что и в термосферном блоке. Учиты­ ваются ионизация солнечным прямым и рассеянным в геокороне излучением, корпускулярная ионизация, диссоциативная рекомбинация, ионно-молекулярные реакции, локальный нагрев электронного г а за фотоэлектронами, нагрев элект­ ронного газа высыпающимися из магнитосферы энергичными электронами, джоу- лев нагрев ионного газа, упругий и неупругий теплообмен между нейтральным, ионным и электронным газом. В модуле расчета параметров Р 2 -о б л а с т и ионосферы и протоносферы рас­ считываются концентрация n j, скорость Vj и температура Tj и Те замагниченных ионов 0 + и Н+ и электронов на высотах больше 1 7 5 км. Соот­ ветствующие нестационарные уравнения непрерывности, движения и теплового баланса интегрируются вдоль силовых линий дипольного геомагнитного поля и поперек него вдоль траекторий электромагнитного дрейфа, осуществляемого со скоростью (Ё с В ) /В 2 , где Е и В - электрическое и магнитное поля. В уравнениях непрерывности учитываются фото- и корпускулярная иониза­ ция атомарного кислорода, ионно-молекулярные реакции ионов 0 + с молекулами 58