Труды КНЦ вып.9 (ГЕЛИОГЕОФИЗИКА вып. 5/2018(9))

влияния смещения истинных геомагнитных полюсов на структуру и динамику термосферы и ионосферы методом математического моделирования с использованием численной глобальной трехмерной модели верхней атмосферы Земли UAM (Upper Atmosphere Model). Предложенная постановка позволяет верифицировать модельные результаты путем сопоставления с данными спутниковых и наземных наблюдений. 1. Модель верхней атмосферы Земли UAM Глобальная численная трехмерная модель верхней атмосферы Земли UAM описывает околоземное пространство (мезосферу, термосферу, ионосферу, плазмосферу и внутреннюю магнитосферу) как единую систему в диапазоне высот от 60-80 км (переменная нижняя граница) до геоцентрического расстояния, равного 15Re, где Re - средний радиус Земли [7-11]. Модель рассчитывает трехмерные вариации параметров основных нейтральных (O, O 2 , N 2 ) и заряженных частиц (O 2 + NO+, O+, H+, электроны): концентрации, скорости движения, температуры, а также распределение электрического потенциала и напряженности электрического поля путем численного интегрирования уравнений непрерывности, движения и теплового баланса для каждого сорта частиц и уравнения для электрического потенциала. Модель UAM учитывает все основные процессы, ответственные за передачу энергии и импульса от Солнца. Для описания геомагнитного поля в UAM используется геоцентрическое дипольное приближение с осью диполя, не совпадающей с осью вращения Земли. Это приближение употребляется в сфере с геоцентрическим радиусом 15 земных радиусов, соответствующим вершине силовой линии с геомагнитной широтой пересечения с поверхностью Земли 70 градусов. На границе этой сферы силовые линии обрезаются, и давление в этом месте считается нулевым. Тем самым имитируется переход к соплу Лаваля, расширяющемуся в вакуум со сверхзвуковым истечением в него плазмы, что соответствует режиму полярного ветра. В модели используются две системы координат: 1) геомагнитная сферическая для расчетов параметров нейтральной атмосферы, нижней ионосферы, потенциала и напряженности электрического поля; 2) геомагнитная дипольная для расчета параметров F2-области и внутренней магнитосферы. Геомагнитные силовые линии считаются электрически эквипотенциальными, то есть плазма замагничена, на высотах от 175 км. Ниже проводимость плазмы считается анизотропной и удовлетворяющей тензорному закону Ома. Входными параметрами UAM являются: дата и мировое время начала моделируемого события; спектры солнечного ультрафиолетового и крайнего ультрафиолетового излучений; солнечная активность; потоки высыпающихся из магнитосферы в ионосферу энергичных электронов; продольные токи и/или распределение потенциала электрического поля на границе полярной шапки; индексы магнитной активности. Граничные условия формулируются из физических предположений или экспериментальных данных. Для формирования начальных условий используются либо данные эмпирических моделей (MSISE для нейтральной атмосферы, IRI для ионосферы), либо для геомагнитно спокойных периодов используются квазистационарные решения уравнений, полученные в ходе многократных прогонов, а для возмущенных периодов - распределения параметров верхней атмосферы после их расчета для предыдущих спокойных суток. 140