Жеребцов Г.А. Физические процессы в полярной ионосфере. Москва, 1988.
Глава 8 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ 8.1. Постановка задачи Несмотря на наличие пространственно-одномерных и двумерных мате матических моделей ионосферы, наиболее желаемым является моделиро вание пространственно-трехмерной структуры полярной ионосферы. Одна ко осуществление этой идеи наталкивалось на серьезные трудности. К счастью, оказалось, что физические условия позволяют получать прост ранственное распределение характеризующих заряженные частицы высоко широтной ионосферы величин путем решения всего лишь нестационарных пространственно-одномерных уравнений переноса. Это становится возмож ным благодаря использованию некоторых свойств конвекции ионосфер- но-магнитосферной плазмы. В этой главе будет описана математическая модель конвектирующей полярной ионосферы, позволяющая рассчитывать наряду с пространствен ным распределением заряженных частиц также и тепловой режим ионов и электронов в высоких широтах. Эта модель была разработана в нача ле 80-х годов совместными усилиями Вычислительного центра и Поляр ного геофизического института Кольского филиала АН СССР при участии двух авторов этой книги. В этой главе найдут также отражение результаты расчетов по описываемой модели, полученные до 1984 г. Рассмотрим поведение высокоширотной ионосферы на основе решения системы уравнений неразрывности, движения и теплопроводности ионов и электронов. В ионосферной плазме F l -слоя, так же как и в вышележа щей магнитосферной плазме, осуществляется ’’вмороженность” геомаг нитных силовых линий в заряженную составляющую ионосферной плаз мы [1, 2]. Движение плазмы поперек магнитного поля подразумевает такое движе ние силовых линий, при котором их поперечная скорость оказывается равной поперечной скорости плазмы. При этом все частицы плазмы, перво начально находившиеся на магнитной силовой линии, продолжают оста ваться на ней. Так как выше примерно 70 км электроны, а выше 140 км и ионы сильно замагничены, то движение заряженных частиц выше 140 км является фактически дрейфом, т.е. заряженные частицы движутся в направлении, перпендикулярном как вектору магнитной индукции В, так и вектору действующей на них внешней силы. Поскольку самой главной составля ющей внешней силы является сила, обусловленная внешним электри ческим полем Ев, скорости дрейфа от действия которого для электронов и для ионов совпадают, то поперечное движение заряженных частиц выше примерно 140 км происходит почти с одинаковой скоростью. Если концент рация заряженных частиц или другие микроскопические характеристики плазмы неоднородны в пространстве, то появляется поле поляризации Ел, возникающее вследствие нарушения электронейтральности плазмы, кото рое препятствует движению положительных ионов и электронов с разли чающимися скоростями.
Made with FlippingBook
RkJQdWJsaXNoZXIy MTUzNzYz