Physics of auroral phenomena : proceedings of the 35th Annual seminar, Apatity, 28 Februaru – 02 March, 2012 / [ed. board: A. G. Yahnin, A. A. Mochalov]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2012. - 187 с. : ил., табл.

“Physics ofAuroral Phenomena", Proc. XXXV Annual Seminar, Apatity, pp. 56 - 58, 2012 © Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2012 Polar Geophysical Institute ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СКЕЙЛИНГ АВРОРАЛЬНЫХ ВЫСЫПАНИЙ: ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СРАВНЕНИЕ С НАБЛЮДЕНИЯМИ Б.В. Козелов, О.В. Мингалёв, И.В. Головчанская, М.Н. Мельник (Полярный геофизический институт, Апатиты, 184209 Россия) 1. Введение В работе [Golovchanskaya et al., 2011] в рамках сценария Chang et al. [2004] нелинейного взаимодействия когерентных альвеновских структур было выполнено численное моделирование турбулентности в мелкомасштабных продольных токах и электрических полях, развивающейся в верхней ионосфере Земли (далее - альвеновская турбулентность). Одной из отличительных черт модельной турбулентности является временная эволюция (с характерным временем -5-10 мин) пространственного скейлинга мелкомасштабных полей и токов на начальном этапе развития турбулентности. Она свидетельствует о том, что результатом нелинейного взаимодействия между возмущениями на разных пространственных масштабах является перекачка энергии от малых масштабов к большим (в определённом смысле, обратный каскад энергии). Эту особенность было желательно подтвердить по экспериментальным данным. Прямые измерения электрических и магнитных полей в отдельных пролётах одиночных низковысотных спутников над авроральной зоной не пригодны для сопоставления результатов моделирования с наблюдениями, поскольку происходят в заданной точке орбиты примерно раз в 1.5 часа, дают одномерные распределения полей, не позволяют отличить временные вариации от пространственных и, соответственно, корректно рассчитать продольные токи, и т.д. Несмотря на очевидные ограничения оптических наблюдений, связанные с ограниченным полем зрения наземных камер, недостаточно высокой разрешающей способностью спутниковых камер, геометрическими искажениями, контаминиру- ющими эффектами светимости звёзд, тумана и прочих факторов, а также на неоднозначность связи электродинамических и авроральных возмущений, авроральные имиджи дают единственную возможность получить представление о двумерной пространственной картине альвеновской турбулентности в заданный момент времени. Кроме того, оптические наблюдения в начале брейкапа (при переходе к взрывной фазе суббури), позволяют проследить начальный этап развития турбулентности и провести сравнение с численным решением. Далее в разделе 2 приведены результаты моделирования пространственного скейлинга 56 турбулентных продольных токов и потоков энергии высыпающихся частиц, а также временной эволюции скейлинга. В разделе 3 по наблюдениям спутника Polar исследована динамика авроральных возмущений в области авроральной выпуклости в начале взрывной фазы суббури в предположении о том, что эти возмущения являются оптическим проявлением альвеновской турбулентности, и выполнено сравнение с результатами раздела 2. В заключение сформулированы выводы работы. 2. Пространственный скейлинг турбулентных продольных токов и потоков энергии высыпающихся частиц: численное моделирование В численном моделировании в t = 0 когерентные альвеновские структуры задавались как трубки продольного тока разных поперечных масштабов и малой интенсивности (порядка 10‘ 8 -10 '9 А/м2), случайно распределённые по области моделирования. Коллективное взаимодействие токов под действием силы Ампера (при наличии магнитной диффузии в задаче) приводило к постепенному укрупнению структур положительной и отрицательной полярности, так что к моменту t - 4 мин. распределение “укрупнённых” продольных токов 7 цв плоскости перпендикулярной к внешнему магнитному полю В0 имело вид, показанный на рис. 1 . i | | , цА/m2 0 50 100 X, km Рис.1. Распределение в перпендикулярной к В„ плоскости продольных токов, связанных с когерентными альвеновскими структурами, после коллективного взаимодействия структур в течение -4 мин.