Диссертация (1149487), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Рассчитанные относительные возмущения полного электронного содержания (%)в зависимости от расположения источников вертикального электрического тока (слеванаправо): на 5°, 15°, 30° (Гаити) и 45° геомагнитной широты, для вертикальныхэлектрических токов, направленных к ионосфере (верхний ряд) и к Земле (нижний ряд)Как видно, максимальные возмущения полного электронного содержания имеютместо при расположении источников электрического тока на 30º геомагнитной широты 54(магнитуда порядка 30-45%), а для низкоширотных и экваториальных источниковвозмущения минимальны или отсутствуют вовсе. Это объясняется углом наклонамагнитных силовых линий.
На экваторе, где силовые линии параллельны Земле,вертикальный электрический ток не может течь поперек магнитного поля, и,соответственно, электрическое поле, создаваемое дополнительным переносом зарядов вионосферу снизу, отсутствует. Малая интенсивность возмущений полного электронногосодержания, создаваемых источником на 45º, по сравнению с источником на 30ºобусловлена большим наклонением силовых линий и, соответственно, меньшимвертикальным дрейфом плазмы.3.2.3.
Зависимость от сезонаЗависимость ионосферного отклика от сезона моделируемого события можновидеть на рис. 3.5, который показывает, что различия между эффектами в летнем (южном)и зимнем (северном) полушариях зависят от местного времени, т.е. от формы высотногопрофиля фоновой электронной концентрации, значений NmF2 и HmF2 и от расположенияисточников относительно терминатора. Существенно, что возмущения электрическогопотенциалаодинаковывлетнемизимнемполушариях(рис.3.4)из-запутемвключенияэквипотенциальности геомагнитных силовых линий.3.2.4.
Зависимость от конфигурации источников токаПривнесениидополнительныхзарядоввионосферусейсмогенных источников электрического тока на нижней границе модели полныйэлектрический ток в цепи значительно изменялся по сравнению со спокойнымиусловиями. Для сохранения полного тока в цепи на нижней границе в уравненииэлектрическогопотенциалазадавалисьдополнительныеэлектрическиетокипротивоположного направления (обратные или возвратные токи). Были рассмотренынесколько конфигураций, в которых менялось положение обратных токов относительноосновных (прямых токов), схематично представленных на рис. 3.7–3.10.В первом моделируемом варианте обратные токи задавались распределённымиравномерно по всему глобусу, как показано на рис.
3.7. Такая конфигурация упрощенносоответствует представлениям о глобальной электрической цепи, где ток зарядки течетвверх преимущественно в локальных грозовых областях, а в обширных областях хорошейпогоды течет ток противоположного направления и тем меньший, чем больше областьхорошей погоды.Сопоставлениерезультатов55модельныхрасчетоввозмущенийэлектрических полей, электронной концентрации и полного электронного содержания длятакой конфигурации с представленными на рис. 3.4 и 3.5 результатами (без обратныхтоков) не выявило каких-либо существенных изменений (Karpov et al., 2012a).Во втором рассмотренном случае источники обратного тока были расположены вузлах численной сетки вокруг узлов с основными источниками, непосредственно рядом сними и сопоставимой плотности (как показано на рис.
3.8). В данном случаеединственными изменениями стало уменьшение магнитуды возмущений электрическогополя и полного электронного содержания, а также площади их проявления примерно в 2раза (Karpov et al., 2012a).Рис. 3.7. Модельная конфигурация с обратными токами, распределеннми равномерно поглобусу. Звездой обозначен эпицентр, красными кружками – вертикальные электрическиетоки, направленные к ионосфере (прямые токи), светлосиними кружками – вертикальныеэлектрические токи, направленные к Земле.Рис. 3.8.
Модельная конфигурация с обратными токами, расположенными вокругисточников прямого тока. Обозначения как на рис. 3.6. 56В третьей и четвертой рассмотренных конфигурациях цепочки источниковэлектрического тока противоположных направлений были расположены вдоль друг друга,но на разных широтах. В одном случае источники прямого электрического тока(направленного к ионосфере) были расположены севернее эпицентра, обратного тока(направленного к Земле) – южнее него (рис. 3.9), в другом случае источники прямого токазадавались южнее эпицентра, обратного тока – севвернее (рис. 3.10).
Соответствующиерассчитанные изменения электрического потенциала и возмущения полного электронногосодержания относительно спокойных условий представлены на рис. 3.11 и 3.12.Рис. 3.9. Модельная конфигурация с прямыми и обратными токами севернее и южнееэпицентра, соответственно. Обозначения как на рис. 3.6.Рис. 3.10. Модельная конфигурация с прямыми и обратными токами южнее и севернееэпицентра, соответственно. Обозначения как на рис. 3.6. 57Рис. 3.11. Рассчитанные относительные изменения электрического потенциала (кВ) дляконфигураций с обратными электрическими токами: верхний ряд по схеме на рис. 3.9,нижний ряд по схеме на рис. 3.10.Для таких конфигураций характерно то, что электрическое поле от источниковэлектрического тока, расположенных ближе к экватору, выражено заметно слабее (рис.3.11).
Конфигурации возмущенных областей полного электронного содержания (рис. 3.12)при этом заметно изменяются по сравнению с основным вариантом, рассмотренном вразделе 3.1 (рис. 3.5). В данном случае возмущенные области проявляются в несколькихместах, отделены друг от друга, и имеют различную форму. Например при конфигурациис прямыми электрическими токами севернее эпицентра и обратными токами южнее него(схема на рис.
3.9) положительные возмущения полного электронного содержанияформируются на меридианах западнее и восточнее эпицентра, отрицательные возмущения– западнее эпицентра, а также вдоль широты магнитоспоряженной точки (верхний ряд нарис. 3.12).В данных GPS наблюдений полного электронного содержания для различныхземлетрясений также просматривается формирование как одного, так и несколькихвозмущенных областей различной формы.
Очевидно, что интенсивность возмущений,форма их проявления и преимущественное направление вдоль меридиана и/или параллели 58зависит от конфигурации электрического поля и, соответственно, конфигурацииэлектрических токов. В модельных случаях рассматриваются эффекты от равномерныхцепочек источников электрических токов, действующих непрерывно и в одном режиме,однако при подготовке реальных сейсмических событий источники могут располагаться вразных местах и изменяться с течением времени в зависимости от процессов,происходящих в земной коре, усиления или ослабления источников ионизации, выбросовпочвенных газов, изменения атмосферных условий в течение суток и т.д.Рис. 3.12.
Рассчитанные относительные возмущения TEC (%) для конфигурацийс обратными электрическими токами: верхний ряд по схеме на рис. 3.9,нижний ряд по схеме на рис. 3.10.Кроме того, анализ данных GPS наблюдений полного электронного содержанияперед некоторыми землетрясениями показывает доминирование либо отрицательных,либо положительных возмущений. Например, ночью за 1-2 суток до землетрясения наСумматре, произошедшего в 23:09 LT 28.03.2005 г., наблюдались отрицательныевозмущения полного электронного содержания, форма которых была вытянута вдольэкватора (см. рис. 3.13). Для данного землетрясения в модельных расчетах прямые иобратные электрические токи задавались севернее и южнее эпицентра, расположенного в 59точке с координатами 8º юж.
геом. широты и 168º вост. геом. долготы, как показано нарис. 3.14. Источники электрического тока были включены с 14:00 UT до 23:59 UT 27марта 2005 г. (дата наблюдения предвестников), что соответствовало 21:00 – 23:59 LT намеридиане эпицентра.Соответствующие данной конфигурации расчеты изменения электрическогопотенциала и возмущений полного электронного содержания относительно спокойныхусловий представлены на рис.
3.15 и 3.16. На рис. 3.15 видно, что изменениеэлектрического потенциала стало значительно меньше, чем в случае с моделированиемусловий для гаитянского землетрясения, где эпицентр находился на широте 30º, несмотряна то, что источники электрического тока использовались те же. Возмущения полногоэлектронного содержания, тем не менее, оставались на том же уровне порядка 40-45%. Вмодельном случае были получены преимущественно отрицательные возмущения,вытянутые вдоль параллели, что соответствовало возмущениям, наблюдавшимся за двадня до землетрясения и представленным на рис. 3.16.Рис.
3.13. Относительные возмущения TEC (%) по данным GPS наблюдений за двое сутокперед землетрясением на о. Суматра 28.03.2005 г. 60Рис. 3.14. Модельная конфигурация электрических токов для землетрясения на о.Сумматра 27.03.2005 г. Звездой обозначен эпицентр, красными кружками – вертикальныеэлектрические токи, направленные к ионосфере (прямые токи), светлосиними кружками –вертикальные электрические токи, направленные к Земле (обратные токи).Рис. 3.15. Рассчитанные относительные изменения электрического потенциала (кВ)для землетрясения на о. Суматра 27.03.2005 г. 61Рис. 3.16.
Рассчитанные относительные возмущения TEC (%)для землетрясения на о. Суматра 27.03.2005 г.Интересные результаты были получены при моделировании ионосферныхэффектов серии мощных землетрясений в юго-восточной Азии в первой декаде марта2011 г. Наиболее мощное землетрясение (магнитуда Mw 9,0) произошло у восточногопобережья японского острова Хонсю 11.03.2011 г.
(координаты эпицентра 29º сев. геом.шир., 149º зап. геом. долг.) За четыре дня до главного подземного толчка в радиусе 2500км от эпицентра (типичный размер области прояления сейсмогенных возмущений TEC)имели место четыре землетрясения магнитудой Mw > 5,5: 7 марта в районе Соломоновыхостровов (16º юж. геом. шир., 126º зап. геом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
