Physics of auroral phenomena : proceedings of the 38th annual seminar, Apatity, 2-6 march, 2015 / [ed. board: A. G. Yahnin, N. V. Semenova]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2015. - 189 с. : ил., табл.

МОДЕЛЬ ВОЗМУЩЕННОЙ ПОЛЯРНОЙ АТМОСФЕРЫ Ж.В. Дашкевич, В.Е. Иванов, Б.В. Козелов Полярный геофизический институт, Апатиты, Россия *P hysics o f Auroral P henom ena", Proc. XXXVIII A nnual Seminar, Apatity, pp. 119-122, 2 0 1 5 © K ola Science Centre, Russian Academy o f Science, 2015 Polar Geophysical Institute Аннотация. Представлена физико-химическая модель возбужденной полярной ионосферы, позволяющая рассчитывать концентрации следующих нейтральных и ионизированных компонент: 0 2+, N2+, 0 +( 4 S), 0 +( 2 D), 0 +( 2 Р), 0 ( ‘D), O('S), N( 4 S), N( 2 D), N( 2 P), NO, NO+, N*. N 2 (A) и концентрацию электронов. Модель составлена на основе имеющихся литературных данных и включает в себя 57 физико-химических реакции, оказывающих в полярной ионосфере влияние на концентрации перечисленных компонент. Входными параметрами модели являются энергетический спектр электронов на верхней границе ионосферы и концентрации нейтральных составляющих. Модель ионосферы апробированы на результатах координированного ракетно­ спутникового эксперимента [Rees et al., 1977]. Введение Проводимые на протяжении многих десятилетий наземные, спутниковые и ракетные спектрометрические измерения полярных сияний содержат большое количество информации о процессах, происходящих в верхней атмосфере во время высыпаний авроральных частиц. Ранее эти данные использовались только для восстановления параметров авроральных частиц и концентраций некоторых составляющих верхней атмосферы. С развитием авроральной томографии появилась возможность увидеть пространственно-временное распределение свечения полярных сияний и, имея определенную методику восстановления энергетических спектров по данным томографических экспериментов, можно получать информацию о пространственной динамике характеристик потоков высыпающихся частиц. Решение этой задачи невозможно без численных моделей излучения эмиссий полярных сияний и авроральной ионосферы. Описание модели При проникновении в ионосферу заряженные ' частицы инициируют сложный комплекс физико­ химических процессов, в результате которых образуются возбужденные составляющие атмосферы - источники эмиссий полярных сияний. Так эмиссии 630.0 нм и 557.7 нм являются результатом спонтанных излучений возбужденных атомов кислорода O('D) и O('S). Наиболее интенсивная эмиссия Первой отрицательной системы полос возникает вследствие разрешенного дипольного перехода В 2 £ц+—>X 2 Sg+в молекуле N2+. В силу того, что некоторые возбужденные атомы и ионы являются долгоживущими (так, время жизни O('D) порядка 110 сек., O('S)- порядка 0.74 сек.), они являются активными участниками физико­ химических реакций, происходящих в ионосфере. В эти физико-химические реакции вовлечены как атмосферные газы в основном и возбужденном своем состоянии, так и их ионы. Для того, чтобы корректно учесть роль большинства составляющих ионосферы физико-химическом процессе была создана нестационарная по времени физико­ химическая модель возбужденной полярной ионосферы, позволяющая рассчитывать концентрации следующих нейтральных и ионизированных компонент: 0 2+, N2+, 0 +( 4 S), 0 +( 2 D), 0 +( 2 Р), O('D), O('S), N( 4 S), N( 2 D), N( 2 P), NO, NO+, N 1", N 2 (A) и концентрацию электронов. Модель составлена на основе имеющихся литературных данных и включает в себя 57 физико-химических реакции, оказывающих в полярной ионосфере влияние на концентрации перечисленных компонент. Входными параметрами данной модели авроральной ионосферы являются энергетический спектр авроральных электронов на верхней границе ионосферы и концентрации нейтральных составляющих атмосферы, рассчитанные по модели MSIS90 для конкретного дня. За верхнюю границу ионосферы в случае модельных расчетов принимается высота 700 км, а в случае анализа экспериментальных данных высота спутника, на котором измерялся спектр авроральных частиц. Пространственный перенос не учитывается, поэтому модель действительна для Е и нижней F областей ионосферы. Модель позволяет рассчитывать как высотные профили излучения основных авроральных эмиссий, таких как интенсивности эмиссий 557.7 нм и 630.0 нм атомарного кислорода, 391.4 нм Первой отрицательной системы полос, 337.1 нм Второй положительной системы и 320.0 нм системы Вегарда-Каплана молекулярного азота, так и интегральную интенсивность свечения этих эмиссий в надире. Данная модель возмущенной полярной ионосферы нестационарна по времени. В основе модели лежит решении системы нестационарных одномерных уравнений неразрывности для всех 14 входящих в модель составляющих ионосферы: dN,{h,t) dt где Nj - концентрация i-ой составляющей атмосферы, ^-скорость образования, L, скорость потерь /-ой составляющей. 119