Диссертация (1149487), страница 12
Текст из файла (страница 12)
долг.), 9 марта первые толчки у о. Хонсю, атакже в Папуа Новой Гвинее (13º юж. геом. шир., 137º зап. геом. долг.) и 10 марта награнице Мьянмы и Китая (15º сев. геом. шир., 171º зап. геом. долг.)На рис. 3.17 представлены карты относительных возмущений TEC для данногорегиона (Золотов, 2015). С 5 по 8 марта между эпицентром японского землетрясения имагнитосопряженной точкой наблюдаются стабильные возмущения магнитудой более60% относительно фоновых условий, проявляющиеся, в основном, ночью и в отдельныечасы в светлое время суток. 9 марта (в день первого подземного толчка, произошедшего в11:45LT) возмущения ослабевают и возрастают вновь 10 марта (за день до главногоземлетрясения). Затем их выявление затруднено в связи появлением с начинающейсямагнитной бурей, продолжавшейся до 12 марта.
Тем не менее, ночью 11 марта на фонемощных отрицательных возмущений, перемещающихся с высоких широт и связанных сбурей,ещесохраняютсяположительныевозмущениямагнитосопряженной точки. 62врайонеэпицентраиРис. 3.17. Карты относительных возмущений TEC ионосферы (%) по данным наблюденийдля 4-12 марта 2011 г. Звездой обозначен эпицентр землетрясения в Японии в 14:46LT11.03.2011 г. Указано местное время на меридиане эпицентра. 63Рис.
3.18. Модельные конфигурации электрических токов для землетрясения у о. Хонсю09.03.2011 г. Звездой обозначен эпицентр, красными кружками – вертикальныеэлектрические токи, направленные к ионосфере, светлосиними кружками – вертикальныеэлектрические токи, направленные к Земле.Отличительными особенностями для данного случая, в отличие от землетрясения,например, на Гаити, также произошедшего на широте 30º и рассмотренного ранее,является, во-первых, отсутствие до 10 марта, включительно, отрицательных возмущенийи, во-вторых, симметрия возмущений относительно магнитного экватора и магнитногомеридиана эпиентра. Такие отличительные характеристики были воспроизведены вмодельных расчетах, в которых прямые и обратные электрические токи в модели UAMзадавались по обеим сторонам от меридиана эпицентра, как показано на рис. 3.18.Соответствующие таким конфигурациям модельные возмущения TEC показаны нарис.
3.19, который показывает существенную зависимость в расположении и симметриипятен от способа задания прямых и обратных электрических токов. При прямых токахзападнее эпицентра и обратных токах восточнее (верхняя схема на рис. 3.18) наиболееинтенсивные положительные возмущения формируются восточнее меридиана эпицентра,менее интенсивные – западнее (верхний ряд на рис.
3.19). При прямых токах восточнее 64эпицентра и обратных токах западнее него (нижняя схема на рис. 3.18) положительныевозмущения формируются в районе эпицентра и магнитосопряженной точки исимметричны относительно магнитного меридиана эпицентра (нижний ряд на рис. 3.19),как и в данных наблюдений (рис.
3.17). В обеих модельных конфигурациях, как и вданныхнаблюдений,доминируютположительныевозмущениясимметричныеотносительно магнитного экватора.Рис. 3.19. Рассчитанные относительные возмущения TEC (%) для конфигураций прямыхи обратных электрических токов на рис. 3.18 и условий подготовки землетрясенияв Японии 9 марта 2011 г.Таким образом, учет обратных электрических токов в расчетах мезомасштабныхвозмущений электрического поля и вариаций полного электронного содержанияпоказывает сильную зависимость результатов от конфигурации токов. В работе (Золотов,2015) "синтетическое" сейсмогенное электрическое поле задавалось либо методомподбора дополнительных электрических потенциалов на нижней границе модели UAMтаким образом, чтобы создать возмущения полного электронного содержания ионосферы,похожие на наблюдавшиеся в преддверии сильных землетрясений, либо заданиемэлектрических токов одного направления для одного случая (землетрясения в Гаити).
Внастоящей работе учет обратных токов, сохраняющих полный ток в цепи, показал, какие 65конфигурации прямых и обратных токов необходимы для воспроизведения характерныхособенностей возмущений полного электронного содержания перед землетрясениями наСумматре в марте 2005 г. и Японии в марте 20011 г., а именно, доминированиеположительных или отрицательных возмущений, протяженность вдоль меридиана илипараллели, симметрия или ассимметрия относительно магнитного экватора и/илимагнитного меридиана эпицентра.3.3.
Моделирование трехмерных возмущений электронной концентрацииВ работах (Namgaladze et al., 2009; Намгаладзе и др., 2009; Золотов, 2015)обсуждалась только зональная компонента сейсмогенного электрическое поля имоделировались только двумерные возмущения полного электронного содержания дляодного варианта источника. Ниже рассматриваются эффекты трёхмерности воздействиясейсмогенного электрического поля на ионосферную плазму.Для этого вернемся к конфигурации с электрическими токами, направленными кЗемле (без обратных токов). Для данного варианта рассмотрим сначала трехмернуюструктуру дрейфа в скрещенных электрическом и магнитном полях, схематичнопредставленную на рис. 3.20.Рис.
3.20. Схема векторов движения плазмы под действием электрического поля,созданного вертикальным электрическим током, направленным к Земле. 66Движение плазмы определяется вектором скорости дрейфа, который направленперпендикулярно вектору напряженности E и вектору магнитной индукции B иопределяется выражением EBv.B2Как видно из рис. 3.2 для электрического потенциала и схемы дрейфа 3.20,непосредственно над источником (эпицентром) разность электрических потенциалов φ инапряженность электрического поляE ,направленного перпендикулярно изолиниям электрического потенциала, равны нулю.Соответственно, электромагнитный дрейф плазмы в данной точке отсутствует. Восточнееи западнее источника зональные компоненты электрического поля максимальны и имеютпротивоположные направления на противоположных сторонах от меридиана эпицентра.Создаваемый восточным полем вертикальный дрейф приводит к перемещению плазмывверх в области с повышенной скоростью потерь ионов O+ в ионно-молекулярныхреакциях, т.е.
к увеличению электронной концентрации. На противоположной сторонезападное электрическое поле приводит к обратному эффекту – уменьшению электроннойконцентрации из-за переноса плазмы вниз в области с большими скоростями потерьдоминирующих ионов. При землетрясении на о. Суматра в 2005 г. спутниковые измеренияпоказали аналогичную картину противоположно направленного движения ионов западнееи восточнее эпицентра, а возмущенное электрическое поле составляло порядка 10 мВ/м(Ryu et al., 2014c).При смене направления вертикального электрического тока на противоположноемодельное электрическое поле и, соответственно, дрейф плазмы также меняют свой знакна противоположный. В картах относительных возмущений полного электронногосодержания это выражается в зеркальном перераспределении положительных иотрицательных возмущений относительно меридиана эпицентра, т.е.
области спониженной электронной концентрации образуются на месте, где ранее были полученыобласти с увеличенной концентрацией электронов и наоборот (см. раздел 3.1.1 и рис. 3.5).Строго на меридиане эпицентра, где зональная компонента поля равна нулю,отсутствует только вертикальный дрейф плазмы. Здесь максимальна меридиональнаясоставляющая электрического поля, ответственная за горизонтальное движение плазмы иеё перераспределение в горизонтальной плоскости.Таким образом,результирующеедвижение67плазмыкаксуперпозициягоризонтальных и вертикальных компонент дрейфа имеет гораздо более сложнуютрехмерную структуру по сравнению с обсуждавшейся в работах (Namgaladze et al., 2009;Намгаладзе и др., 2009; Золотов, 2015).
Как показывает схема 3.16, наряду свертикальным переносом плазмы, ответственным за увеличение и уменьшениеэлектронной концентрации, не менее важную роль играют другие компоненты дрейфа,совестное действие которых приводит к формированию отрицательных и положительныхвозмущенных областей электронной концентрации по обеим сторонам от меридианаэпицентра. На это действие накладывается влияние искривленности линии терминатораотносительно магнитного меридиана, а также эффекты суточной вариации высоты иполутолщины максимума F2-слоя и электрической проводимости ионосферы восточнее изападнее меридиана эпицентра (местная ночь и местное утро), описанные выше в разделе3.1.Дляиллюстрациисуммарногодействияперечисленныхвышеэффектоврассмотрим подробнее трехмерную структуру возмущений для фоновых условий,соответствующих гаитянскому землетрясению, и электрических токов, направленных кионосфере. Для этого построим профили электронной концентрации вдоль меридианаэпицентра (долгота 0º), а также вдоль меридианов, расположенных на 30º западнее ивосточнее, соответственно (долготы 330º и 30º), где, как показывает рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
