Диссертация (1149588), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Тестирование однопетлевой версии модели SCW путем статистического сравнениякомпонент магнитных возмущений, наблюдаемых геостационарными спутниками ипредсказываемых моделью, и обоснование необходимости усовершенствования этоймодели до двухпетлевой версии (SCW2L) с еѐ последующим тестированием;2. Программная реализация вычисления интенсивностей токов, их отношения иположения экваториального тока петли R2 с помощью двухпетлевой модели SCW2Lи метода решения обратной задачи по спутниковым и наземным магнитнымнаблюдениям, включая исследование и оптимизацию параметров модели SCW2L ивыбор еѐ фиксированных параметров;83. Статистическое исследование зависимости положения экваториального сегментапетли R2 от конфигурации ближнего хвоста магнитосферы перед началом взрывнойфазы суббури по спутниковым данным;4.
Исследование амплитуды и форм деформаций геомагнитного поля, включаязависимость смещения ионосферных проекций точек плазменного слоя отпараметров модели SCW2L. Оценка параметров обеих петель модели SCW2L дляреальныхсобытий,оценкаамплитудысмещенийионосферныхпроекцийплазменного слоя и сравнение их величин с наблюдаемой величиной полярнойэкспансии авроральных сияний.Научная новизна1. С помощью спутниковых наблюдений и трехмерной однопетлевой классической моделитоковой системы суббури показано, что классическая однопетлевая токовая система(петля R1) должна быть дополнена второй токовой системой (петля R2), имеющейпротивоположную к основной токовой петле направление тока и образующейся нафронте инжекций на границе области квазидипольного магнитного поля.2.
Разработана новая, соответствующая современным представлениям об инжекцияхплазмы во время суббурь вычислительная двухпетлевая модель токовой системысуббури (SCW2L), позволяющая интерпретировать наземные и спутниковые магнитныеизмерения, а также получать количественную информацию о магнитных эффектах SCWв ближнем хвосте магнитосферы и на поверхности Земли. На основе двухпетлевоймодели SCW2L программно реализовано решение обратной задачи для оценкипараметров SCW по данным наземных сетей и спутников.3. Исследования деформаций геометрии магнитного хвоста токами SCW2L показали, чтоосновным параметром, контролирующим амплитуду расширения сияний к полюсу,является интенсивность петли R1, а эффекты токовой петли R2 при определенныхусловиях могут обуславливать расширение сияний в экваториальном направлении.Положения, выносимые на защиту1.
Токовая система суббури, помимо классического токового клина должна включать всебя вторую петлю обратной полярности (типа R2), образующейся на фронте инжекцийплазмы в область квазидипольного магнитного поля. Программно реализована ипротестирована двухпетлевая модель токового клина суббури (SCW2L), которую можно9использовать для определения параметров SCW и количественного исследования еѐназемных и магнитосферных трѐхмерных эффектов.2. На основе наблюдений с применением новой модели токового клина суббури SCW2Lполучены количественные сведения: (1) о величине и соотношениях интенсивностейпродольных токов обеих петель; (2) о зависимости положения экваториального сегментапетли R2 от магнитной конфигурации хвоста в периоды суббурь разной интенсивности;(3) об амплитудах деформации геомагнитного поля и смещений ионосферных проекцийплазменного слоя в зависимости от параметров двухпетлевой модели SCW2L.3.
Показано, что величина изменения широты ионосферной проекции плазменного слояконтролируется интенсивностью тока петли R1 - другие параметры вносят меньшийвклад. Искажение конфигурации силовых линий, вызываемое токовым клином,обуславливает: (1) образование авроральной выпуклости в области вторженияэнергичных частиц в высокоширотную ионосферу; (2) генерацию западного изгиба накрае авроральной выпуклости; (3) вносит вклад в разворот аврорального стримера кзападу (востоку) при его движении в меридиональном направлении от полюса кэкватору.Практическая ценностьВ диссертации представлены результаты исследования токовой системы суббури, которыерасширили представления о структуре этой токовой системы и позволили разработать модельдля интерпретации и расчета трехмерных магнитных возмущений токового клина в периодывзрывной фазы суббури.
Предлагаемая модель позволяет: (1) оценивать параметры токовогоклина суббури на основе космических и наземных измерений магнитного поля, (2)рассчитывать его эффекты на поверхности Земли и в магнитосфере на расстояниях до ~15 Re,(3) исследовать изменения конфигурации магнитосферного поля под действием продольныхтоков SCW и (4) связь этих изменений с явлениями в высокоширотной ионосфере и вплазменном слое.Развитие количественной модели токового клина суббури позволит в дальнейшемиспользовать еѐ как инструмент диагностики магнитных возмущений в периоды суббурь иинтенсивности той частиразрушающегося тока хвоста, которая связываетночнуюмагнитосферу с ионосферой.
Создание гибкой и простой расчетной модели токового клинапозволит в будущем усовершенствовать существующие эмпирические и адаптивные модели10для моделирования глобального геомагнитного поля в возмущенные периоды, то естьиспользовать эту модель в качестве дополнительного элемента адаптивного моделирования.Степень достоверности результатов1. Построенная модель токового клина позволяет воспроизводить распределение амплитудмагнитных возмущений, наблюдаемых на поверхности Земли в средних широтах и вближней магнитосфере.2. Структуратоковойсистемыразвиваемоймоделисоответствуетфизическимпредставлениям о процессе разрушения тока хвоста магнитосферы и об инжекцияхплазмы в область интенсивного квазидипольного магнитного поля в периодымагнитосферных суббурь.
Результаты МГД моделирования пересоединения в хвостемагнитосферы (Birn et al., 2014), а также моделирование с помощью самосогласованнойRCM модели (Yang et al., 2012) также подтверждают двухпетлевую структуру токовойсистемы.Личный вклад автораИсходный алгоритм построения контура однопетлевой модели токового клина и расчетаего магнитных эффектов был предложен Н.А.
Цыганенко (Sergeev et al., 2011). Автор проводилвсе представленные в работе модельные расчеты, разрабатывал программы для обработкимагнитных наблюдательных данных и реализовывал алгоритм решения обратной задачи наязыках программирования IDL и FORTRAN. Автор работы также участвовал в интерпретациирезультатов и написании статей по результатам исследований.Результаты, представленные в работе, были получены на равных правах с соавторами.Апробация работыРезультаты исследования представлены в качестве устных докладов на 8 и 9международной конференции «Problems of Geocosmos» (2010 и 2012 гг.), на 7-йМеждународной научно-практической конференции молодых специалистов ―Геофизика–2009‖,на 32, 33, 35 и 36-ом ежегодных семинарах «Physics of Auroral Phenomena» (2009, 2010, 2012 и2013 г.), на Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Союза в Австрии (Вена,2013 г.), на 11-й международной конференции по суббурям в г.
Люнебург (Германия, 2012 г.),11на 12-й международной конференции по суббурям в г. Исэ (Япония, 2014 г.), а так же научномсеминаре, посвящѐнному Евросоюзовскому проекту ECLAT в г. Грац (Австрия, апрель 2013 г.).Также результаты научной работы докладывались на семинарах кафедры Физики Земли, былиподдержаны грантами РФФИ и грантами Комитета по Науке и Высшей Школе (КНВШ) г.Санкт-Петербург в 2010, 2012 и 2013 году.ПубликацииРезультаты проведенных исследований по теме работы были приведены в четырехстатьях, опубликованных в журналах Journal of Geophysical Research и Annales Geophysicae, и всборнике трудов 36 ежегодного семинара ―Physics of Auroral Phenomena‖ в г. Апатиты.Структура и объем работыДиссертация содержит 150 страниц машинописного текста, 72 рисунка и 2 таблицы.Состоит из введения, четырѐх глав, заключения и списка литературы (112 наименований).Содержание работыВ первой главе представлена историческая справка о развитии представлений о токовойсистеме суббури, описаны еѐ первые расчетные модели, их достоинства и недостатки.
Вразделе 1.1 описаны основные признаки магнитосферной суббури, еѐ фазы и еѐ связь с токовойсистемой суббури (SCW). В разделе 1.2 приведена краткая историческая справка овозникновении концепции токовой системы суббури, а также описаны наблюдаемые споверхности Земли и из космоса признаки SCW, характеризующие токовый клин каккрупномасштабную трѐхмерную структуру. Раздел 1.3 посвящен описанию первых моделей(Horning et al., 1974; Vasilyev et al., 1986; Tsyganenko et al., 1997), которые использовались дляполучения количественной информации о магнитных эффектах SCW в разных областяхмагнитосферы и на поверхности Земли, и методах их практического применения дляинтерпретации наблюдаемых магнитных возмущений (Sergeev et al., 1996).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
