Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №2.

Нестационарная многокомпонентная модель, основанная на совместном решении уравнений неразрывности для 39 сортов частиц, среди которых имеются положительные и отрицательные ионы, основные, малые и возбужденные нейтральные составляющие атмосферы, которые могут участвовать в 139 химических реакциях, была описана в работе [34]. Модель позволяет прослеживать изменения во времени высотных профилей концентраций рассматриваемых сортов частиц, в том числе электронной концентрации, в интервале высот 50-500 км, т.е. кроме слоя F она охватывает также слои E и D ионосферы. Еще одна пространственно одномерная нестационарная модель высокоширотной ионосферы, которая охватывает не только слой F, но и нижележащий слой E, была описана и использована в работе [35]. Эта модель основана на численном решении нестационарных пространственно одномерных уравнений переноса для 5 сортов положительных ионов. Скорости ионов находятся из упрощенных уравнений движения (в диффузионном приближении). Привлекаются также упрощенные уравнения теплового баланса ионов (без учета теплопроводности и конвективного переноса тепла). Модель позволяет прослеживать изменения во времени высотных профилей концентраций заряженных частиц, в том числе электронной концентрации, трех проекций скорости ионов и температуры ионов в интервале высот 90-164 км. Пространственно двухмерные модели. Рассмотренные выше пространственно одномерные модели позволяют исследовать зависимость отыскиваемых параметров либо от высоты, либо от расстояния от земной поверхности вдоль направления магнитной силовой линии, которое в высоких широтах близко к вертикальному, поэтому они пренебрегают горизонтальной неоднородностью ионосферы. Ясно, что поскольку реальная ионосфера является неоднородной не только в вертикальном, но и в горизонтальных направлениях, то для того, чтобы исследовать горизонтальную неоднородность, необходимо учитывать в моделях хотя бы одну горизонтальную пространственную переменную. Первая из разработанных в ПГИ математическая модель ионосферы, описанная в работе [36], была нестационарной и пространственно двухмерной, причем учитывала зависимость переменных от высоты и широты. В ней решалось уравнение неразрывности для электронов (2) с учетом члена движения, входящая в который скорость складывалась из скорости электродинамического дрейфа и скорости амбиполярной диффузии. Температура заряженных частиц задавалась. Для решения применялся метод конечных разностей. Модель позволяла прослеживать изменения во времени высотно-широтных распределений электронной концентрации в приэкваториальных широтах от 0 до 30Ои в пределах высот от 150 до 1000 км. Следующая из разработанных сотрудниками ПГИ пространственно двухмерная нестационарная модель ионосферы предназначалась для моделирования высокоширотной ионосферы и была описана в работе [37]. Она основывалась на совместном решении уравнений неразрывности для 5 сортов положительных ионов (в диффузионном приближении) и упрощенных уравнений теплового баланса ионов (без учета теплопроводности и конвективного переноса тепла). Модель позволяла прослеживать изменения во времени отыскиваемых величин в прямоугольной вертикальной области, находящейся на высотах 100-420 км, лежащей в плоскости меридиана и имеющей протяженность 1000 км. В этой модели для получения численных решений применялся метод конечных элементов. Еще одна пространственно двухмерная модель высокоширотной ионосферы, учитывающая зависимость отыскиваемых величин не только от высоты, но и от горизонтального расстояния вдоль меридиана, была описана в работе [38]. Эта модель во многом схожа с только что описанной двухмерной моделью, но отличается от нее учитываемыми сортами положительных ионов и тем, что в ней для численного решения применялся метод конечных разностей. Для исследования поведения ионосферы на уровне F- и E-слоев во время активных экспериментов по искусственному нагреву ее наземными КВ-передатчиками была разработана в ПГИ математическая модель, учитывающая конвекцию ионосферной плазмы. Модель основывается на совместном решении уравнения неразрывности положительных ионов, уравнения движения этих ионов в продольном (относительно магнитного поля) направлении, содержащего силы инерции и вязкого трения, а также уравнений теплового баланса ионов и электронов. Модель позволяет находить пространственно двухмерные распределения отыскиваемых величин в пределах расстояний от земной поверхности 100-700 км над траекториями дрейфа плазмы (траекториями конвекции), проходящими над нагревными стендами и определяемыми ионосферным электрическим полем. Описание этой модели можно найти в работах [39, 40]. 31