Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №2.

полной задачи о поведении земной ионосферы и введение таких упрощений, которые бы позволили свести полную задачу к ряду подзадач, каждая из которых поддавалась бы решению имеющимися численными методами с использованием доступной вычислительной техники. Необходимость такого расщепления и введения различных упрощений и привела к многообразию разработанных до настоящего времени математических моделей ионосферы. Теоретические модели D-области D-область земной ионосферы, лежащая на высотах примерно 50-90 км, является самой нижней частью ионосферы и самой сложной по химическому составу и химическим процессам, протекающим в ней. К счастью, есть факторы, которые делают рассмотрение протекающих в ней процессов более простым, чем в других вышележащих слоях ионосферы. В частности, из-за высокой плотности основных нейтральных частиц заряженные частицы в нижней ионосфере увлекаются ими и движутся практически со скоростью нейтрального газа, вертикальными движениями которого часто пренебрегают. Поэтому в этом приближении в левой части уравнения неразрывности (2) опускают член движения (второй член левой части), и для нахождения зависящих только от времени концентраций отдельных сортов частиц получается система обыкновенных дифференциальных уравнений, для решения которой можно применить стандартные программы, реализующие давно и хорошо разработанные численные методы. Модели нижней ионосферы, в которых пренебрегается членами движения в уравнениях неразрывности будем называть нестационарными статическими моделями, а если в них пренебрегается еще и зависимостью концентраций от времени, то будем называть их стационарными статическими моделями. И в стационарных, и в нестационарных статических моделях для расчета концентраций отдельных сортов частиц в любой точке пространства нужно знать лишь параметры среды в этой точке, значения каких-либо величин в соседних точках пространства не привлекаются. К нестационарным статическим моделям высокоширотной D-области ионосферы относится теоретическая модель, разработанная в ПГИ и описанная в работе [7]. Модель основана на численном решении методом Рунге-Кутта системы шести обыкновенных дифференциальных уравнений вида (2) с опущенными членами движения. В модели использована упрощенная схема преобразования ионов, в которой присутствуют 4 положительных и 2 отрицательных иона, причем один их последних является сложным. Электронная концентрация находится как разность концентраций положительных и отрицательных ионов. Еще одна, аналогичная предыдущей, упрощенная теоретическая модель высокоширотной D- области была представлена и использована в работе [8]. Там была реализована четырехионная схема преобразования положительных ионов, в которой скорости всех процессов являются эффективными параметрами, выраженными через скорости процессов в детальных схемах и зависящими от температуры и концентрации малых нейтральных составляющих. Еще одна упрощенная теоретическая модель высокоширотной D-области была подробно описана в работах [9, 10]. В учитываемом в ней ионизационно-рекомбинационном цикле участвуют 4 положительных и 4 отрицательных иона, включая сложные, а также электроны. Концентрации основных и малых нейтральных составляющих атмосферы задавались. Более детальная, чем две предыдущие, нестационарная теоретическая модель высокоширотной D-области была описана в цикле статей [11-14]. В ней предпринята попытка учесть члены движения в вертикальном направлении в уравнениях неразрывности, которые рассмотрены для 11 положительных и 2 отрицательных ионов, а также 15 малых и возбужденных нейтральных составляющих (4 кислородных, 6 водородных и 5 азотных компонентов). Нестационарная статическая модель высокоширотной D-области была разработана и описана в работе [15]. В этой модели решались уравнения неразрывности с опущенными членами движения для 46 сортов положительных и отрицательных ионов, а концентрации основных и малых нейтральных составляющих атмосферы задавались. Корректировка перечня химических реакций и их констант скоростей, учитываемых этой моделью, выполнена в работе [16]. Скорректированная модель стала содержать 44 реакции с участием 21 вида положительных ионов и 54 реакции с участием 18 видов отрицательных заряженных частиц, включая электроны. Позже и эта модель была усовершенствована за счет изменения констант скоростей некоторых реакций, что стало возможным благодаря учету уточненных термодинамических параметров реакций. Усовершенствованная модель была описана в работе [17]; теперь она стала включать в себя 130 реакций с участием 19 видов положительных и 17 видов отрицательных ионов, фотопроцессы (фотоотлипание электронов от отрицательных ионов и фотодиссоциацию положительных и отрицательных ионов), диссоциативную рекомбинацию 28