Жеребцов Г.А. Физические процессы в полярной ионосфере. Москва, 1988.

Глава 6 ПРОСТРАНСТВЕННО-ОДНОМЕРНЫЕ МОДЕЛИ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ 6.1. Влияние электрического поля на движение и распределение заряженных частиц В выяснении роли отдельных механизмов и процессов, определяющих поведение полярной ионосферы в различных гелиогеофизических условиях, в последнее время все большую роль начинает играть математическое моделирование, которое превращается в новый метод исследования в науке. Разработка математических моделей полярной ионосферы в конце 60-х годов началась совместными усилиями Полярного геофизического института и Вычислительного центра Кольского филиала АН СССР. В этой главе будут описаны постановки ряда задач по моделированию поведения высокоширотной ионосферы и полученные путем их решения результаты, которые основаны на нестационарных пространственно-одномерных сис­ темах уравнений переноса ионосферной плазмы. Описываемые результаты были получены в течение 70-х годов, творческой группой, в состав кото­ рой входили и двое из авторов этой книги. Опишем вначале задачу по исследованию влияния высокоширотных электрических полей на движение ионосферной плазмы в полярной шапке и на поведение концентрации заряженных частиц в авроральной зоне. Модель электрического поля принята в согласии с [1]. В полярной шапке вектор напряженности электрического поля, поперечного магнит­ ному полю, направлен от утренней стороны к вечерней, его величина составляет примерно 10—30 мВ/м в спокойное время и увеличивается в 1,5—2 раза во время возмущений. Электрическое поле в полярной шапке характеризуется значительной пространственной однородностью, сохра­ няющейся и во время возмущений. Поле такой конфигурации вызывает дрейф заряженных частиц через полярную шапку в антисолнечном на­ правлении. В авроральной зоне оно направлено в утреннем секторе к эква­ тору, в вечернем секторе к полюсу; его величина в 2—3 раза превышает величину поля в полярной шапке. Описанное поле приводит к двухвихре­ вой картине конвекции плазмы в высоких широтах. Рассматривается слой ионосферы в пределах высот 50-350 км над некоторой точкой поверхности Земли, в которую поместим начало прямо­ угольной системы координат с осью х, направленной на юг, осью у —на восток, осью z — в зенит. Делаются следующие упрощающие предположе­ ния. Ионосфера считается горизонтально-слоистой, т.е. ионосферные пара­ метры зависят только от высоты z и времени t. Считаем также, что ионо­ сферная плазма состоит из пяти нейтральных компонент N2 , 0 2 , О, Не, Н, положительных ионов 0 + и электронов е. Высотная зависимость концентрации нейтральных компонент задается* по обобщенному барометрическому закону, а вертикальными движениями пренебрегают. Температура нейтрального газа Тп задается в аналитическом виде как функция высоты. Считается, что температура ионов Tt равна 116