Диссертация (1149487), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Выполнить численные расчеты и проанализировать глобальные пространственновременные вариации мезомасштабных электрических полей и соответствующиетермосферные и ионосферные возмущения, формируемые в результате действияразличныхконфигурацийисточниковвертикальногоэлектрическоготока.Вчастности, рассчитать двумерные возмущения полного электронного содержанияионосферы, а также трехмерные возмущения концентраций, температур и скоростейдвижения заряженных и нейтральных частиц с использованием глобальной численноймодели верхней атмосферы Земли UAM (Upper Atmosphere Model).4.
Проанализировать и сопоставить результаты проведенных численных расчетов сданными спутниковых и наземных наблюдений параметров верхней атмосферы приподготовке землетрясений.5. Сделать выводы об относительной роли электромагнитного дрейфа плазмы F2-слояионосферы под действием мезомасштабного электрического поля и внутреннихгравитационных волн в формировании ионосферных возмущений в периодыподготовки сильных землетрясений.Метод исследованияВ работе для исследования мезомасштабных электрических полей и ихтермосферных и ионосферных эффектов применялся метод физико-математическогомоделирования.
Для этого использовалась численная глобальная модель верхнейатмосферы Земли UAM (Upper Atmosphere Model), описывающая околоземноепространство в диапазоне высот от 80 до 100000 км. Основные параметры термосферы иионосферы (концентрации, температуры и скорости движения основных газовыхкомпонент) рассчитывались в модели путем численного интегрирования системынестационарных трехмерных уравнений движения, непрерывности и теплового баланса6 для нейтральных и заряженных частиц совместно с уравнением для расчетаэлектрического потенциала. В качестве локальных источников мезомасштабныхвозмущений на нижней границе уравнения для электрического потенциала задавалисьвертикальные электрические токи.Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работыобеспечены корректностью постановки задач, метода их решения и согласиемполученных результатов численного моделирования с результатами спутниковых иназемных наблюдений, а также с современными представлениями о физике процессов вверхней атмосфере Земли.Научная новизна настоящей работа заключается в следующем.1.
Дано теоретическое объяснение генерации мезомасштабных электрических полей вионосфере в результате действия вертикального электрического тока, текущего междуЗемлей и ионосферой и созданного преимущественно неэлектрическими силами.Показано, что вертикальный электрический ток, возникающий в периоды подготовкиземлетрясений, имеет ту же физическую природу, что и электрические токи,возникающиеприобразованиигрозовыхоблаков,замыкающиеглобальнуюэлектрическую цепь и заряжающие ионосферу положительно относительно Земли.2.
Рассчитаны возмущения напряженности электрических полей и соответствующиедвумерныевозмущенияполногоэлектронногосодержанияионосферы,ипроанализированы их зависимости от плотности и направления вертикальногоэлектрического тока, широтного расположения источников, их конфигурации и сезонамоделируемого события. Воспроизведены основные индивидуальные особенностиотносительных возмущений полного электронного содержания, наблюдавшихся передземлетрясениями на Сумматре в марте 2005 г. и Японии в марте 2011 г.3.
Впервыевыполненымодельныерасчетытрехмерныхвариацийэлектроннойконцентрации под действием мезомасштабных электрических полей. Изучено влияниене только вертикального дрейфа плазмы под действием зональной компонентымезомасштабного электрического поля, но и горизонтальное перераспределениеплазмы. Выявлено формирование всплывающих пузырей (баблов) и капель (блобов) –областей пониженной и повышенной электронной концентрации в низкоширотнойионосфере.7 4.
Впервые выполнены расчеты трехмерных возмущений концентрации, температуры искоростей движения основных нейтральных компонент верхней атмосферы Земли,создаваемых действием сейсмогенных электрических полей в ионосфере.5. Исследован относительный вклад электромагнитного дрейфа плазмы F2-слояионосферы и внутренних гравитационных волн в формирование ионосферныхвозмущений в периоды подготовки сильных землетрясений.Научная и практическая значимость работыПроведенное исследование вносит вклад в развитие представлений о физикеглобальнойэлектрическойформированияцепиионосферныхиподтверждаетвозмущений,электромагнитныйсвязанныхспроцессамимеханизмподготовкиземлетрясений, – генерацию возмущений электронной концентрации и полногоэлектронного содержания посредством электромагнитного дрейфа плазмы (дрейфа вскрещенныхэлектрическомимагнитномполях),создаваемогосейсмогеннымэлектрическим полем, возникающим в результате появления стороннего электрическоготока между Землей и ионосферой.
Результаты проведенных расчетов могут бытьиспользованывразработкеметодикмониторингаипрогнозированиятакихмезомасштабных природных явлений как тайфуны, штормы, грозовые облака иземлетрясенияподаннымспутниковыхнаблюденийифизико-математическогомоделирования эффектов этих явлений в термосфере и ионосфере.На защиту выносятся:1. Результаты численного моделирования генерации локальных квазистационарныхэлектрических полей в ионосфере действием сторонних электрических токов вглобальной электрической цепи, текущих между Землей и ионосферой. Обоснованиереальности таких токов и их количественные оценки.2.
Описание структуры электромагнитного дрейфа плазмы F2-слоя ионосферы поддействием мезомасштабного электрического поля и создаваемых этим дрейфомтрехмерных возмущений электронной концентрации ионосферы, в частности, в видевсплывающих пузырей в низких широтах.3. Описание двумерных возмущений полного электронного содержания ионосферы взависимости от магнитуды, широтного и долготного расположения источниковвертикального электрического тока, с учетом обратных токов и в зависимости отсезона.8 4. Описаниетрехмерныхвозмущенийтермосферы(концентрации,скоростейитемператур нейтрального газа), создаваемых при взаимодействии с заряженнымичастицами.5.
Оценка относительной роли генерируемых в термосфере внутренних гравитационныхволн в формировании возмущений полного электронного содержания в сравнении сролью [E × B] дрейфа плазмы F2-слоя ионосферы, создаваемого мезомасштабнымэлектрическим полем.Личный вклад автораАвтор участвовал в постановке задач, разработке физического механизмагенерации мезомасштабных электрических полей, выполнил численные расчетытермосферныхиионосферныхвозмущенийотдействияквазистационарныхэлектрических полей с использованием модели UAM, выполнил обработку, анализ исопоставление результатов модельных расчетов между собой, а также с даннымиэмпирических моделей и данными спутниковых и наземных наблюдений. Авторпринимал участие в обсуждении и подготовке публикаций с описанием полученныхрезультатов и выводов диссертации.Апробация работы и публикацииРезультаты работы были представлены и обсуждались на международныхконференциях «Атмосфера.
Ионосфера. Безопасность» (Калининград, 2012, 2014) и«Проблемы геокосмоса» (Санкт-Петербург, 2012, 2014), ежегодных семинарах «Физикаавроральныхявлений»«Высокоширотные(Апатиты,геофизические2013,2014),исследования»региональных(Мурманск,2012,конференциях2013,2015),конференции «Радиофизические исследования ионосферы» (Харьков, Украина, 2013), нагенеральных ассамблеях Европейского союза наук о Земле (Вена, Австрия, 2013, 2014),Международногонаучногорадиосоюза(Пекин,Китай,2014),Американскогогеофизического союза (Сан-Франциско, США, 2013) и Комитета по космическимисследованиям (Москва, 2014), а также на семинарах в Бернском международноминституте космических исследований в 2014 и 2015 г.По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе четыре статьи вжурналах из перечня научных изданий Высшей аттестационной комиссии РФ, в которыхдолжны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соисканиеученой степени кандидата наук, две статьи в других реферируемых журналах и 15 работ в9 трудах и материалах научных конференций.Основные публикации по теме диссертациив реферируемых журналах из перечня ВАК1.Намгаладзе А.А., Карпов М.И.
Ток проводимости и сторонний электрический ток вглобальной электрической цепи // Химическая физика. 2015. Т. 34. № 10. С. 8–11.doi:10.7868/S0207401X15100106.2.Карпов М.И., Намгаладзе А.А., Золотов О.В. Моделирование возмущений полногоэлектронного содержания ионосферы, создаваемых электрическими токами междуЗемлей и ионосферой // Химическая физика. 2013. Т. 32.
№ 9. С. 14–19.doi:10.7868/S0207401X13090069.3.Karpov M.I., Zolotov O.V., Namgaladze A.A. Modeling of the ionosphere response on theearthquake preparation // Proceedings of the MSTU. 2012. V. 15. N. 2. P. 471–476.4.Karpov M.I., Namgaladze A.A., Zolotov O.V. Three-dimensional structure of the seismoelectromagnetic ionospheric electron density disturbances // Proceedings of the MSTU.2012.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
