Диссертация (1149487), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Горизонтальные размеры области действияэлектрического тока составляли 250 км вдоль меридиана и 4500 км вдоль параллели(вдоль разлома). Источники электрического тока были включены с 00:00 UT до 23:59 UT 9января 2010 г. (дата наблюдения предвестников), что соответствовало 19:00 – 18:59 LT намеридиане эпицентра.Были рассмотрены две конфигурации электрических токов: направленных вверх (кионосфере) и вниз (к Земле), в отличие от диссертации (Золотов, 2015), в которойрассматривались только токи, направленные вниз. Для наглядности конфигурацииисточников представлены на рис.
3.2 и 3.3. Результаты расчетов измененийэлектрического потенциала в ионосфере относительно спокойных условий для обоихвариантов расчетов представлены на рис. 3.4. 48Рис. 3.2. Модельная конфигурация вертикальных электрических токов для землетрясенияв Гаити. Звездой обозначен эпицентр землетрясения, красными кружками – источникивертикального электрического тока, направленного к ионосфере.Рис. 3.3.
Модельная конфигурация вертикальных электрических токов для землетрясенияв Гаити. Звездой обозначен эпицентр землетрясения, синими кружками – источникивертикального электрического тока, направленного к Земле.Как видно из рис. 3.4, возмущенное электрическое поле формируется в ночноевремя над областью действия источников и передается в магнитосопряженную область,что объясняется эквипотенциальностью геомагнитных силовых линий.
В светлое времясуток возмущения исчезают, что объясняется увеличенной электрической проводимостьюдневной ионосферы по сравнению с ночной. Горизонтальные масштабы возмущеннойобласти составляют 40–50° по долготе и 20–30° по широте.
Напряженностьэлектрическогополядостигает10–15мВ/м,чтосоответствуетизмерениямквазистационарных электрических полей спутниками DEMETER и Intercosmos Bulgaria1300 над сейсмоактивными областями (Chmyrev et al., 1989; Gousheva et al., 2005, 2006,2008, 2009; Zhang et al., 2012a, 2012b, 2014). 49Рис. 3.4. Рассчитанные возмущения электрического потенциала (кВ) относительноспокойных условий для вертикальных электрических токов, направленных к ионосфере(верхний ряд) и к Земле (нижний ряд). Звездой обозначен эпицентр, ромбом –магнитосопряженная точка, черной линией – линия терминатора. Указано местное времяна меридиане эпицентра землетрясения на о. Гаити (9 января 2010 г.)Отметим, что электрическое поле, создаваемое вертикальными электрическимитоками, имеет радиальную структуру, и направлено во все стороны от или к источнику взависимости от направления тока, т.е.
имеет как зональные, так и меридиональныекомпоненты. Следствием смены направления электрического тока на противоположноестало изменение знака возмущения разности электрических потенциалов. Отметим такжеасимметриювозмущенийэлектрическогопотенциалаотносительномагнитногомеридиана эпицентра, связанную с кривизной линией терминатора в геомагнитныхкоординатах.Соответствующие рассчитанные относительные возмущения полного электронногосодержания,представленывызванныенарис.возмущениями3.5.Здесьпотенциала,звездамипоказаннымиобозначенонаположениерис.3.4,источниковвертикального электрического тока. По своим морфологическим характеристикаммодельные возмущения TEC соответствуют аномалиям, наблюдавшихся перед сильными 50землетрясениями в средних и низких широтах (см. рисунки 1.3–1.6 в главе 1, а также вработе Золотов, 2015).
Как наблюдаемые, так и модельные возмущения проявляются надобластью эпицентра и в магнитосопряженной области на площади с горизонтальнымиразмерами порядка 1500–2000 км по меридиану и 3000–4000 км по параллели, остаютсястабильными в течение ночного времени. Магнитуда возмущений превосходит 40%.Как и для рассчитанных изменений электрического потенциала, модельныевозмущения полного электронного содержания зависят от освещенности ионосферы. Ониуменьшаются вплоть до полного исчезновения в светлое время суток (в связи с ростомэлектрическойпроводимости)ивосстанавливаютсяночью(свосстановлениемсейсмогенного электрического поля).Рис.
3.5. Рассчитанные возмущения TEC (%) относительно спокойных условий длявертикальных электрических токов, направленных к ионосфере (верхний ряд) и к Земле(нижний ряд). Обозначения как на рис. 3.4.Отличием от двумерной картины потенциала, показанной на рис. 3.4, являетсяотсутствие симметрии возмущений полного электронного содержания относительногеомагнитного экватора и более сильная (чем для потенциала) зависимость отнаправления тока. Как видно из рис. 3.5, асимметрия возмущений полного электронного 51содержания относительно магнитного экватора зависит от направления электрическоготока и местного времени, т.е. от расположения источников относительно терминатора,которое определяет близость источников к дневной или ночной ионосфере, имеющихразличные формы высотного профиля электронной концентрации.
Относительныевозмущения в ночных областях имеют большую интенсивность, чем возмущения вобластях на утренней стороне (более высокий и с большей полутолщиной максимум F2слоя ночью по сравнению с днем). Дополнительное влияние оказывают различия вэлектрическойпроводимостиночнойиутреннейионосферы,вследствиечеговозмущенное электрическое поле имеет в этих областях разную интенсивность и,соответственно, движет плазму под действием электромагнитного [E × B] дрейфа с разнойскоростью.Максимумы отрицательных и положительных возмущений полного электронногосодержания смещены к востоку и к западу от эпицентра, где максимальны зональныекомпоненты электрического поля.
На меридиане эпицентра, где, как видно на рис. 3.4,градиент потенциала равен нулю и вертикальный дрейф отсутствует, возмущения TECминимальны.3.1.1. Зависимость от направления токаПри смене направления вертикального электрического тока на противоположноемодельное электрическое поле (рис. 3.4 верхняя и нижняя панели, соответственно) и,соответственно, дрейф плазмы также меняют свой знак на противоположный. В картахотносительных возмущений полного электронного содержания это выражается взеркальномперераспределенииположительныхиотрицательныхвозмущенийотносительно меридиана эпицентра (верхняя и нижняя панель на рис.
3.5), т.е. области спониженной электронной концентрации образуются на месте, где ранее были полученыобласти с увеличенной концентрацией электронов и наоборот. Однако формаположительных и отрицательных возмущений при этом не сохраняется, посколькузависимость возмущений полного электронного содержания от направления токов болеесложная, чем для электрического потенциала. Она обусловлена влиянием местноговремени, т.е. различиями в высотных профилях фоновой электронной концентрации и вэлектрической проводимости восточнее и западнее меридиана эпицентра. 523.2.
Зависимость электрического поля и возмущений полного электронногосодержания от параметров источников токаНижепредставленырезультатычисленныхмодельныхэкспериментов,выполненных с помощью модели UAM, для источников с различными характеристиками,иллюстрирующие зависимости ионосферных эффектов подготовки землетрясений от:а) плотности электрического тока;б) широтного расположения источников;в) сезона моделируемого события;г) конфигурации источников.3.2.1. Зависимость от плотности вертикального электрического токаПри изменении плотности электрического тока с 10 нА/м2 до 20 нА/м2 иодновременномуменьшениивдваразаплощади,черезкоторуювносилисьдополнительные заряды, картина возмущений полного электронного содержаниясохранялась.
Это означает, что при исследовании физических механизмов вертикальныхэлектрических токов, генерируемых в атмосфере над тектоническим разломом, важна нетолько интенсивность тока, но и размеры области, над которыми они возникают наподготовительных стадиях землетрясений. Здесь имеет смысл упомянуть численныерасчеты сейсмогенных возмущений полного электронного содержания, выполненные сиспользованием модели SAMI3 (Kuo et al., 2011).
В отличие от численных экспериментов,представленных в настоящей диссертационной работе, Куо и соавт. рассматривалилокальные эффекты от источника вертикального электрического тока, а не в глобальноммасштабе, как в нашем случае, и игнорировали магнитосопряженную область. В качествепричины формирования электрического тока считались электрические поля т.н.положительных "дыр", возникающих при сдавливании породы и накапливающихся уповерхности (Freund, 2011). По результатам их расчетов источники электрического токаплотностью 0,2–10 мкА/м2, текущего через площадку с размерами 200 на 30 км, создаютвозмущения полного электронного содержания порядка 2–25 % относительно спокойныхусловий в ночное время, а токи плотностью 0,01–1 мкА/м2 – возмущения порядка 1–30% всветлое время суток.
Общий вносимый заряд примерно соответствовал нашимисточникам, и результаты расчетов в обоих случаях в целом согласуются друг с другом. 533.2.2.Зависимостьотширотногорасположенияисточниковвертикальногоэлектрического токаДля исследования зависимости возмущений полного электронного содержания отширотного расположения мезомасштабных электрических полей были выполненырасчеты, в которых источники располагались на широтах 45°, 15° и 5°.
Результатырасчетов были сопоставлены с расчетами для землетрясения на Гаити, представленными вразделе 3.1 (эпицентр 0º геом. долготы, 30º геом. широты; 9 января 2010 г.). Визуализациярезультатов расчетов для всех четырех вариантов в 01:00 LT представлена на рис. 3.6.Рис. 3.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
