Диссертация (1149487)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиКарпов Михаил ИвановичИССЛЕДОВАНИЕ ИОНОСФЕРНЫХ И ТЕРМОСФЕРНЫХЭФФЕКТОВ МЕЗОМАСШТАБНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙМЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ25.00.29 – физика атмосферы и гидросферыДиссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наук, профессорНамгаладзе А.А.Мурманск – 2016ОглавлениеВведение .........................................................................................................................................4 Глава 1.
Мезомасштабные возмущения глобальной электрической цепи ............................13 1.1. Глобальная электрическая цепь ......................................................................................13 1.2. Возмущения электрического поля в ионосфере ............................................................15 1.3.
Возмущения электронной концентрации и полного электронного содержанияионосферы ................................................................................................................................18 1.4. Волновой механизм формирования ионосферных возмущений .................................25 1.5. Электромагнитный механизм формирования ионосферных возмущений .................26 1.6. Механизм проникновения электрического поля в ионосферу.....................................27 1.7. Механизм вертикального переноса зарядов сторонним электрическим током .........29 1.8.
Заключение к главе 1........................................................................................................30 Глава 2. Модель UAM (Upper Atmosphere Model) ...................................................................32 2.1. История создания модели ................................................................................................32 2.2. Уравнения модели в общем виде ....................................................................................35 2.3. Блок нейтральной атмосферы и нижней ионосферы ....................................................36 2.4. Блок F2-области ионосферы и внешней ионосферы.....................................................39 2.5.
Блок расчета электрического потенциала ......................................................................40 2.6. Методы решения уравнений. Граничные и начальные условия. .................................41 2.7. Входные параметры .........................................................................................................43 2.8.
Заключение к Главе 2 .......................................................................................................45 Глава 3. Математическое моделирование мезомасштабных электрических полей исоздаваемых ими ионосферных эффектов ................................................................................46 3.1.
Моделирование мезомасштабных электрических полей и двумерных возмущенийполного электронного содержания ........................................................................................48 3.1.1. Зависимость от направления тока ................................................................................52 3.2.
Зависимость электрического поля и возмущений полного электронного содержанияот параметров источников тока..............................................................................................53 3.2.1. Зависимость от плотности вертикального электрического тока ..............................53 3.2.2.Зависимостьотширотногорасположенияисточниковвертикальногоэлектрического тока ................................................................................................................54 3.2.3. Зависимость от сезона ...................................................................................................55 3.2.4. Зависимость от конфигурации источников тока ........................................................55 2 3.3. Моделирование трехмерных возмущений электронной концентрации .....................66 3.4.
Заключение к главе 3........................................................................................................73 Глава 4. Математическое моделирование возмущений термосферы .....................................74 4.1. Заключение к главе 4........................................................................................................79 Глава 5. Обсуждение физического механизма генерации мезомасштабных электрическихполей в ионосфере .......................................................................................................................80 5.1.
Генерация стороннего электрического тока ..................................................................80 5.2. Землетрясения и формирование облаков .......................................................................84 5.3. Моделирование вертикального электрического тока ...................................................85 5.4. Заключение к главе 5........................................................................................................90 Заключение...................................................................................................................................92 Список литературы......................................................................................................................96 3 ВведениеДиссертационная работа посвящена исследованию мезомасштабных вариацийэлектрического поля в околоземной среде и отклика на них ионосферы и термосферыАктуальность темы исследованияВариации электрического поля и токов в ионосфере играют важную роль визменении ее параметров.
В периоды геомагнитных бурь и суббурь электрическое полемагнитосферного происхождения, генерируемое при взаимодействии солнечного ветра сгеомагнитным полем, усиливается в высокоширотной ионосфере и проникает в средние инизкие широты, создавая заметные эффекты в ионосферных параметрах путёмгоризонтального и вертикального перераспределения плазмы. Движение заряженныхчастиц через столкновения с нейтральными воздействует на термосферу и приводит к еенагревувследствиеион-нейтральноготрения.Генерируемыетакимобразомтермосферные ветры и соответствующие широтные изменения состава нейтрального газавоздействуют, в свою очередь, на распределение электронной концентрации посредствомускорения или замедления потерь ионов в ионно-молекулярных реакциях.
Таким образом,возникаетнепрерывноемагнитосферно-ионосферно-термосферноевзаимодействие,имеющее глобальный, т.е. планетарный, характер.В последнее время особое внимание уделяется исследованию ионосферныхвозмущений с меньшими горизонтальными масштабами, от нескольких сотен до 10003000 км – так называемых мезомасштабных возмущений. Спутниковые и наземныеизмерения показывают локальные изменения электрических полей и соответствующих имвозмущений ионосферной плазмы в связи с процессами, происходящими в атмосфере илитосфере, такими как землетрясения и процессы их подготовки, извержения вулканов,грозовая активность, пылевые и песчаные бури, тайфуны, а также в связи сантропогенными загрязнениями. Изучение этих процессов и механизмов их влияния наионосферу – среду распространения радиоволн – представляет собой актуальнуюпроблему в виду необходимости осуществления задач радиосвязи, радиолокации инавигации в условиях упомянутых явлений, а также их мониторинга и прогнозирования вцеляхпредотвращениякатастрофическихпоследствийэтихявленийдляинфраструктурных объектов и жизни человека.Ростнаучногоинтересакданнойпроблеместимулировалзапускспециализированных научных программ, таких как DEMETER (Detection of Electro4 Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions), ESPERIA(EarthquakeInvestigation by Satellite and Physics of Environment Related to the Ionosphere andAtmosphere), COMPASS, Vulcan и др., направленных на исследование мезомасштабныхвозмущений, связанных с сейсмической активностью.
Активно применяются спутниковыесистемы глобального позиционирования GPS (Global Positioning System), ГЛОНАСС,Galileo для измерения ряда параметров, характеризующих состояние ионосферы. Развитаягруппировка спутников и наземных приемников их сигналов обеспечивает непрерывныймониторинг в глобальном масштабе в отличие от фрагментарных наблюдений верхнейатмосферы с использованием наземных станций вертикального зондирования. Вгустонаселенных районах, таких как Европа, США, Япония, с многочисленной сетью GPSстанций, система обеспечивает приемлемую погрешность измерений. Однако над другимиучастками суши (с малым количеством приемников), над океанами, где приемникиотсутствуют вовсе, а также в высоких широтах за пределами орбит спутников изучениелокальных воздействий на ионосферу затруднительно в виду отсутствия данныхнаблюдений. Кроме того, несмотря на запуск новых спутниковых программ космическогомониторинга и появление новых научных работ, посвященных исследованию возмущенийглобальной электрической цепи, научное сообщество еще далеко от единого,общепринятого объяснения выявленных закономерностей.В этой связи представляется актуальным использование численных моделейоколоземного пространства, которые в совокупности с набором данных наблюдений вкачестве начальных и граничных условий используются для физической интерпретациинаблюдаемых явлений, а также в качестве средств их мониторинга (путем интерполяциимодельных результатов в места, где наблюдения отсутствуют) и прогнозирования.Целью диссертационной работы является изучение методом математическогомоделирования механизмов генерации мезомасштабных возмущений электрического поляв ионосфере в периоды подготовкиземлетрясений и влияния этих полей напространственно-временные вариации параметров термосферы и ионосферы в двумернойи трёхмерной постановках задачи.Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующиезадачи:1.
Проанализировать опубликованные спутниковые и наземные данные наблюдениймезомасштабных электрических полей, формируемых в ионосфере локализованными5 источниками, и соответствующие ионосферные возмущения, в частности, возмущенияэлектронной концентрации и полного электронного содержания в периоды подготовкисильных землетрясений.2. Осуществить математическое моделирование физических процессов, ответственных загенерацию мезомасштабных электрических полей в ионосфере от локальныхисточниковвертикальногоэлектрическоготока,текущегомеждуЗемлейиионосферой. Исследовать физическую природу источников этого тока и оценить егопараметры, необходимые для генерации наблюдаемых электрических полей и ихсоответствующих эффектов в термосфере и ионосфере Земли.3.
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}
