Численное моделирование генерации акустико-гравитационных волн и ионосферных возмущений от наземных и атмосферных источников (1105201)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙРЕВОЛЮЦИИ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 550.388.2+551.509.33АХМЕДОВ Раван Рамин оглыЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ АКУСТИКОГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН И ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ОТНАЗЕМНЫХ И АТМОСФЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВСпециальность 25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2004 г.Работа выполнена на кафедре физики атмосферы физического факультетаМосковского Государственного Университета им.
М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,КУНИЦЫН Вячеслав ЕвгеньевичпрофессорОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,КУТУЗА Борис Георгиевичпрофессордоктор физико-математических наук,ШУВАЛОВ Валерий ВикторовичВедущая организация: Научно-исследовательский институт физики СанктПетербургского Государственного УниверситетаЗащита диссертации состоится «22» апреля 2004 г.в ____ часов на заседании Диссертационного совета Д501.001.63при МГУ им.
М.В. Ломоносова по адресу: 119992 Москва, Ленинские горы,физический факультет, аудитория _____С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ.Автореферат разослан «19» марта 2004 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д501.001.63кандидат физ.-мат. наукВ.Б. СМИРНОВОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность. В конце XIX века ученые начали обращать внимание на то,что сила тяжести и стратификация геофизических сред сильно модифицируютраспространяющиеся в них звуковые волны. С тех пор начались первыетеоретические исследования свойств распространения акустико-гравитационныхволн (АГВ) в атмосфере. Наряду с этим, с развитием радиотехнических средств, всередине XX столетия начались наблюдения перемещающихся ионосферныхвозмущений (ПИВ). Впервые в 1960м году ПИВ были интерпретированы какпроявления АГВ в ионосфере [1]. С тех пор с помощью различных методов ведутсяинтенсивные наблюдения АГВ в нижней и верхней атмосфере.
В 90-х годах, сразвитием дистанционных методов зондирования ионосферы с помощьюспутников [2-5], начался новый «бум» в области исследования ионосферныхвозмущений. Радиотомографические методы позволили получить двумерныесечения ПИВ. Существующие радиотомографические системы и сеть приемниковGPS/ГЛОНАСС дают возможность исследовать данное явление непрерывно вшироких временных и пространственных масштабах. В течение почти 50 лет былнакоплен огромный экспериментальный материал об ионосферных возмущениях,вызванных источниками разной природы. Среди таких источников особую рольиграют сильные землетрясения, ядерные испытания, промышленные взрывы,сверхзвуковые полеты ракет и т.д.Исследование отклика ионосферы на такие антропогенные и природныеисточники имеет большое значение для физики атмосферы, так как это позволяетподробно изучить различные физические процессы, происходящие в атмосфере.Земная атмосфера является уникальной лабораторией для изучения многихсложных физических процессов, таких как, генерация и распространениекрупномасштабных волн, ударных волн, возникновение неустойчивых образованийв ионосферной плазме и т.д.
Изучение данной проблемы актуально в связи снеобходимостью обоснования надежных сигнальных признаков техногенныхвоздействий (запуски ракет, несанкционированные взрывы и подземные ядерныеиспытания) [5,11]. Кроме того, результаты этих работ могут быть использованы дляидентификации откликов от цунами и предвестников землетрясений в ионосфере[6,7].Несмотря на огромное количество экспериментальных данных, лишь вотносительно небольшом количестве работ были сделаны попытки с теоретическихпозиций объяснить наблюдаемые возмущения в атмосфере и ионосфере отназемных и атмосферных источников [6-12].
Следует отметить, что работы вданном направлении сыграли существенную роль в понимании механизма связей всистеме литосфера – атмосфера – ионосфера [1]. Эти исследования внесли большойвклад в развитие теории распространения АГВ в атмосфере и т.д. Несмотря на это,до настоящего времени отсутствует полная интерпретация данных наблюдений[4,6]. Как правило, в предшествующих теоретических работах акустические волны(АВ) [11], внутренние гравитационные волны (ВГВ) [9], нелинейность среды,влияния вязкости, стратификации и зонального ветра на распространение волнрассматривались обособлено друг от друга.
В результате этого, ни одна изсуществующих моделей не может объяснить весь спектр атмосферных иионосферных возмущений, возбуждаемых источниками разной природы. Что3касается моделирования атмосферных волновых возмущений, генерированных вовремя сверхзвукового движения ракет, то эта задача интересна и еще тем, что здесьмощный источник возбуждения находиться прямо в верхней атмосфере.В последнее десятилетие в связи c увеличением быстродействия компьютерови развитием вычислительной гидродинамики зародилось новое направление вфизике атмосферы - исследование распространения атмосферных волн с помощьючисленного решения нелинейных уравнений геофизической гидродинамики [13].Применение таких численных методов позволяет учесть совместно все факторы,влияющие на распространения АГВ с конечной амплитудой в реальнойдиссипативной среде.Цели работы:• Разработка численного метода для моделирования распространения АГВ сконечной амплитудой на большие горизонтальные и вертикальные расстояния;• Моделирование генерации АГВ и волнообразных ионосферных возмущений отразного типа источников: наземных импульсных и длиннопериодныхисточников, сверхзвуковых полетов ракет;• Сопоставление результатов моделирования с данными наблюдений.•••••••Новизна результатов:Предложена система уравнений геофизической гидродинамики и граничныеусловия, позволяющие провести численное моделирование генерации ираспространения АГВ от источников разной природы;Разработан численный алгоритм для решения системы уравнений вместе ссоответствующими начальными и граничными условиями с помощью конечноразностного метода;Промоделирована генерация волн от разного типа источников: сильныхземлетрясений, подземных ядерных взрывов, поверхностных волн Рэлея,длиннопериодных наземных источников, сверхзвуковых движенийракетоносителей;Впервые с помощью конечно-разностного метода были получены вместе двеветви спектра акустико-гравитационных волн – акустические волны ивнутренние гравитационные волны;Впервые были построены кривые чувствительности (отклика) нейтральнойатмосферы на воздействие поверхностных источников с разными периодами;Впервые были промоделированы волнообразные вариации электроннойплотности в ионосфере с учетом геомагнитного поля на больших временных ипространственных масштабах, генерированные вышеуказанными источниками;Впервые с помощью разработанной модели были интерпретированы возмущенияполного электронного содержания в ионосфере по разным направлениям лучей,связывающих спутники и приемники.Научная и практическая ценность работы.
Используя разработаннуючисленную модель, можно исследовать свойства АГВ, генерированныхисточниками разных видов, такими как движение солнечного терминатора,экваториальные и полярные токовые системы, тропические циклоны и т.д.4Полученные численные результаты могут быть использованы для выделения иидентификации отклика в ионосфере от слабых длиннопериодных колебанийземной поверхности, наблюдаемых в некоторых случаях перед землетрясениями,зарегистрировать которые крайне трудно традиционными сейсмическимиметодами. Развитая модель позволяет исследовать нелинейный режимраспространения АГВ и распространение слабых ударных волн в атмосфере.Результаты работы могут быть использованы в будущем для разработки ипостановки экспериментов по наблюдению атмосферных и ионосферныхвозмущений, генерированных источниками разной природы.
Полученныеграфические и мультимедийные материалы могут применяться в учебных курсахкак наглядное пособие для изучения свойств АГВ в атмосфере.Апробация работы. Результаты работы докладывались на XII Всероссийскойшколе-конференции по дифракции и распространению волн (Москва, 2001), XXВсероссийской научной конференции по распространению радиоволн (НижнийНовгород, 2002), на V сессии Байкальской молодежной школе по фундаментальнойфизике (Иркутск, 2002), Международной конференции «Потоки и структуры вжидкостях» (Санкт-Петербург, 2003), Генеральной Ассамблее ЕвропейскогоГеофизического Союза (Nice, 2003), LVIII Научной Сессии НТОРЭС им.
А.С.Попова (Москва, 2003), международной конференции и школе для молодых ученых«Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде»(Томск, 2003). По теме диссертации опубликовано 12 работ в отечественных изарубежных изданиях.Защищаемые положения.1. Система нелинейных уравнений гидродинамики и соответствующие граничныеусловия, позволяющие описывать распространение интенсивных АГВ вдвумерной и трехмерной сжимаемой плоскопараллельной атмосфере, с учетомреальной стратификации и зонального ветра. Граничные условия позволяютвключить наземные источники с разными характеристиками и цилиндрическийзвуковой источник, возникающий во время сверхзвукового полета ракет.2. Численный метод для решения соответствующих систем уравненийгеофизической гидродинамики.3.
Результаты моделирования пространственных и временных распределенийвозмущений плотности и температуры нейтральной атмосферы, скоростигидродинамических частиц, плотности волновой энергии АГВ, генерированныхназемными и атмосферными источниками.4. Результаты моделирования пространственных и временных распределенийвозмущений электронной концентрации в ионосферной плазме, генерированныхназемными и атмосферными источниками при разных моделях нейтральнойатмосферы и ориентации магнитного поля.5.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
