Диссертация (1149487), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В расчетах вданной работе параметры Im, Φmd, Φmn, Φm, Λm, Φ и Λ выбирались для спокойныхусловий и задавались по эмпирическим моделям высыпаний (Fuller-Rowel and Evans,1987; Hardy et al., 1985).Длязаданиямагнитосферныхисточниковэлектрическогополязадаютсяраспределения продольных токов зон 1 и 2 и в области каспа по модели (Ijima andPotemra, 1976) либо распределение электрического потенциала на границе полярнойшапки по модели (Weimer et al., 1990) и продольные токи каспа и зоны 2.Геомагнитнаяактивностьхарактеризуетсявмоделипутемзаданияобщепланетарного индекса Kp (осредненного по всем обсерваториям K-индекса,соответствующего логарифму изменения магнитного поля для каждой обсерватории за 3часа), индекса Ap (получаемого переводом Kp-индекса по специальной таблице,исключающейширотнуюзависимость),Dst-индекса(описывающеговозмущениягеомагнитного поля во время бури), а также авроральных индексов AE, AL и AU, где AUхарактеризует наибольшее повышение северной компоненты магнитного поля посравнению со спокойным значением, AL – наименьшее понижение, AE является суммойиндексов AU и AL и характеризует наибольший размах магнитного поля во времясуббури в данный момент времени в высокоширотной области (Брюнелли и Намгаладзе,1988). 442.8.
Заключение к Главе 2Глобальная численная самосогласованная модель UAM, использованная в работекак средство исследования термосферных и ионосферных эффектов мезомасштабныхэлектрических полей, полностью удовлетворяет поставленной задаче. Модель описываетоколоземное пространство в диапазоне высот от 80 до 100 000 км как единую систему иучитываетвсеосновныекрупно-исреднемасштабныефизическиепроцессы,происходящие внутри системы, а также воздействия сверху (прежде всего, от Солнца исолнечного ветра) и снизу (посредством вертикальных электрических токов).В нейрассчитываются не только трехмерные вариации концентраций, температур и скоростейнейтральных и заряженных компонент, но также распределение электрическогопотенциала и компонент вектора напряженности электрического поля магнитосферного идинамо происхождения, а также обусловленного процессами переноса электрическихзарядов в ионосферу из нижней атмосферы.
В UAM инкорпорированы эмпирическиемодели термосферы и ионосферы, позволяющие исследовать эффекты воздействиясторонних электрических токов на заряженные и нейтральные компоненты поотдельности, а самосогласованное решение системы моделирующих уравнений –термосферные и ионосферные эффекты во взаимосвязи друг с другом.Ранее модель UAM успешно использовалась для широкого круга задач, в томчисле, физико-математического моделирования средне- и высокоширотной ионосферы итермосферы как для спокойных, так и возмущенных состояний. Сопоставлениерезультатов расчетов с данными наблюдений показало адекватность модели и ееспособность описывать космическую погоду для различных гелиофизических условий. 45Глава 3. Математическое моделирование мезомасштабныхэлектрических полей и создаваемых ими ионосферных эффектовВпервые расчеты ионосферных возмущений, создаваемых электрическим полемсейсмического происхождения, были выполнены в работах (Namgaladze et al., 2009;Намгаладзе и др., 2009; Золотов, 2015) с использованием модели UAM, в которой нанижнейграницеуравнениядляэлектрическогопотенциала(2.4)задавалисьдополнительные электрические заряды противоположных знаков восточнее и западнееэпицентрасцельюсозданияискусственногозональногоэлектрическогополя.Возмущения полного электронного содержания, создаваемые электромагнитным дрейфомплазмы F2-слоя ионосферы под действием такого поля, полностью соответствовали посвоим морфологическим характеристикам наблюдаемым возмущениям перед сильнымиземлетрясениями, в т.ч.
были воспроизведены стабильность, отсутствие перемещений,магнитная сопряженность, а также горизонтальные масштабы и магнитуда возмущений.Для формирования возмущений полного электронного содержания, аналогичныхнаблюдавшимся перед сильными землетрясениями, согласно расчетам требовалосьзональное поле напряженностью 4–10 мВ/м на средних широтах и 2–4 мВ/м на низких иэкваториальных широтах. Расчеты подтвердили обоснованность физического механизмавоздействия зонального электрического поля на ионосферную плазму, однако, какимобразом возникает такая конфигурация зарядов над эпицентром и магнитосопряженнойточкой, авторы не поясняли.В настоящем диссертационном исследовании формирование электрического поля вионосфере предполагается вследствие генерации в глобальной электрической цепидополнительногоэлектрическоготока,текущегомеждуЗемлейионосферойиобусловленного действием, как электрического поля, так и неэлектрических сил.
Ток,текущий под действием электрического поля, мы будем именовать током проводимости, аток под действием неэлектрических сил (градиенты давления, сила тяжести и сила трения)– сторонним электрическим током. Для изучения эффектов воздействия на ионосферу итермосферу этого дополнительного (сейсмогенного) вертикального электрического тока(суммы тока проводимости и стороннего тока) была проведена серия численных расчетовс использованием модели UAM (Karpov et al., 2012a, 2012b, 2013; Namgaladze et al., 2012;Карпов и др., 2013).
На нижней границе модели (на высоте 80 км) в уравнении дляэлектрического потенциала в качестве источников возмущения вместо дополнительныхэлектрических зарядов, как это делалось в работах (Namgaladze et al., 2009; Намгаладзе и 46др., 2009), над областью эпицентра задавались именно вертикальные электрические токи.Расчет параметров для нейтрального газа осуществлялся по эмпирической моделиNLRMSISE-00.Ранее такого рода расчёты были представлены в диссертационной работе (Золотов,2015) для периода подготовки землетрясения в Гаити, произошедшего 12 января 2010 г.Ионосферные предвестники землетрясения в виде стабильных неперемещающихсявозмущений полного электронного содержания наблюдались 9 января вблизи эпицентра имагнитосопряженной точки.
Численные расчеты, результаты которых представлены нарис. 3.1 вместе с данными наблюдений, показали, что для их воспроизведения требуютсяэлектрические токи плотностью 20 нА/м2, направленные к Земле, с источникамивытянутыми вдоль параллели. В работах (Намгаладзе и др., 2012; Золотов, 2015)рассматривался лишь один этот конкретный случай без выяснения причин формированиявертикальных электрических токов.Рис. 3.1. Карты рассчитанных (слева) и наблюдавшихся 09.01.2010 г. относительныхвозмущений TEC (%) перед землетрясением в Гаити 12.01.2010 г. Звездой обозначенэпицентр землетрясения, ромбом – магнитосопряженная точка, линией – терминатор(Золотов, 2015).В отличие от работы (Золотов, 2015), в настоящей диссертации рассматриваютсяне только двумерные возмущения полного электронного содержания от одного источника,но и трехмерная структура возмущений электронной концентрации, а также нейтральногогаза; исследованы зависимости возмущений для различных направлений электрическоготока (к Земле и к ионосфере), широтного расположения источников, их конфигурации, а 47также для различных землетрясений, отличающихся координатами эпицентров и сезонамисобытий.
Результаты, представленные ниже, опубликованы в работах (Karpov et al., 2012a,2012b, 2013; Namgaladze et al., 2012).Для каждого варианта были рассчитаны изменения распределения электрическогопотенциала в ионосфере, изменения электронной концентрации, возмущения полногоэлектронного содержания относительно спокойных условий по формулам: d q , lg ne lg ned lg neq ,TEC (TECd TECq )TECq 100%,где индексы d и q соответствуют возмущенным и спокойным значениям параметров.Фоновые значения параметров рассчитывались без действия дополнительных источниковэлектрического тока.
Результаты расчетов были визуализированы в виде двумерных картдля наглядного анализа.3.1.Моделированиемезомасштабныхэлектрическихполейидвумерныхвозмущений полного электронного содержанияВ качестве основного модельного варианта рассматривалась конфигурацияисточников электрического тока плотностью 10 нА/м2, расположенных на 30°геомагнитной широты и 0° геомагнитной долготы, что соответствовало эпицентрусильного землетрясения, произошедшего на Гаити 12 января 2010 г. в условиях спокойнойгеомагнитной и солнечной активности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
