Вход    
Логин 
Пароль 
Регистрация  
 
Блоги   
Демотиваторы 
Картинки, приколы 
Книги   
Проза и поэзия 
Старинные 
Приключения 
Фантастика 
История 
Детективы 
Культура 
Научные 
Анекдоты   
Лучшие 
Новые 
Самые короткие 
Рубрикатор 
Персонажи
Новые русские
Студенты
Компьютерные
Вовочка, про школу
Семейные
Армия, милиция, ГАИ
Остальные
Истории   
Лучшие 
Новые 
Самые короткие 
Рубрикатор 
Авто
Армия
Врачи и больные
Дети
Женщины
Животные
Национальности
Отношения
Притчи
Работа
Разное
Семья
Студенты
Стихи   
Лучшие 
Новые 
Самые короткие 
Рубрикатор 
Иронические
Непристойные
Афоризмы   
Лучшие 
Новые 
Самые короткие 
Рефераты   
Безопасность жизнедеятельности 
Биографии 
Биология и химия 
География 
Иностранный язык 
Информатика и программирование 
История 
История техники 
Краткое содержание произведений 
Культура и искусство 
Литература  
Математика 
Медицина и здоровье 
Менеджмент и маркетинг 
Москвоведение 
Музыка 
Наука и техника 
Новейшая история 
Промышленность 
Психология и педагогика 
Реклама 
Религия и мифология 
Сексология 
СМИ 
Физкультура и спорт 
Философия 
Экология 
Экономика 
Юриспруденция 
Языкознание 
Другое 
Новости   
Новости культуры 
 
Рассылка   
e-mail 
Рассылка 'Лучшие анекдоты и афоризмы от IPages'
Главная Поиск Форум
Выбрать писателя: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
 
книги
Рефераты >> Математика >> Эффекты возмущения нейтральных ветров

Эффекты возмущения нейтральных ветров

Скачать в архиве Скачать

Эффекты возмущения нейтральных ветров

С.А. Ишанов, В.В. Медведев, Л.П. Захаров, В.А. Залесская, Ю.С. Жаркова

1. Введение

В работе [1] впервые было обращено внимание на возможное влияние термосферных ветров в F-области ионосферы. Нейтральные частицы, сталкиваясь с ионами, передают им импульс в направлении геомагнитного поля, что приводит к возникновению вертикального дрейфа заряженных частиц [2]. Многочисленные результаты наблюдений методом некогерентного рассеяния (например, [3]) показали, что в дневное время меридиональная составляющая термосферного ветра в основном направлена к полюсу, а ночью — к экватору. В результате этого днем высота максимума электронной концентрации в F2-слое смещается вниз, в области с быстрыми скоростями потерь ионов О+, а в ночные часы, наоборот, поднимается на большие высоты, попадая в область, где ион-молекулярные реакции с участием ионов О+ протекают существенно медленнее, чем на низких высотах, что способствует поддержанию ионизации в F2-слое ночной ионосферы. Кроме того, F-область очень чувствительна к фазе нейтрального ветра [3]. Поэтому пренебрежение термосферным ветром при расчете ионосферных параметров дает неверную картину их поведения (особенно высоты максимума F2-слоя ионосферы hmF2). С другой стороны, изменение концентрации электронов вследствие сил ионного торможения в свою очередь приводит к перестройке ветровой структуры атмосферы. Эта взаимосвязь нейтральной атмосферы с ионосферой требует при ее теоретическом изучении самосогласованного решения системы уравнений, включающих в себя уравнение нейтральных и заряженных частиц. В данной работе рассматриваются результаты расчетов высотно-временного распределения электронной концентрации на различных математических моделях [9—10] и для различных геофизических условий с учетом и без учета скоростей нейтрального ветра.

2. Уравнения движения нейтрального газа

Меридиональная составляющая термосферного ветра Vnx, входящая в уравнение движения ионов, определяется из решения уравнения движения нейтрального газа в предположении, что все компоненты газа движутся с одинаковой горизонтальной скоростью Vn. Основной движущей силой термосферного ветра можно считать горизонтальный градиент давления, который возникает в результате суточного и широтного изменения температуры, приводящего к расширению атмосферы днем («дневное возмущение»). Кроме того, необходимо также учитывать силу инерции, силу Кориолиса, внутреннюю вязкую силу и внешнюю силу вязкости, обусловленную трением нейтральных частиц об ионы. Тогда уравнение горизонтального движения нейтрального газа записывается в виде:

 (1)

Введем декартову систему координат с осью X, направленной на юг, осью Y — на восток и осью Z — вертикально вверх. Как известно, ионосферные параметры на средних широтах испытывают наибольшее изменение с высотой и существенно более слабо меняются в горизонтальных направлениях, т. е.

, .

Учитывая эквивалентность долготы и местного времени, можно применять

, ,

где Ω — угловая скорость вращения Земли,

R0 — радиус Земли,

z — высота над уровнем Земли,

φ — географическая широта.

Далее полагаем, что магнитное склонение равно нулю, т. е. географические и геомагнитные координатные линии совпадают. Учитывая вышеотмеченное, уравнения движения для нейтрального газа в проекциях на оси X, Y запишем в виде:

; (2)

. (3)

Градиенты давлений  и , входящие в уравнения (2), (3),

,

,

где z0 — нижняя граница значения высоты.

Выражения для Tn(z) выбираются из моделей нейтральной атмосферы Яккиа — 1970, Яккиа — 1971, Яккиа — 1973, Яккиа — 1977 [4—8].

3. Результаты расчетов

Известно, что во время сильных геомагнитных возмущений меридиональная (Vnx) составляющая скорости нейтрального ветра может достигать чрезвычайно больших значений (500 м/с). Так, прямые оптические наблюдения термосферных ветров в обсерватории Ф. Пик (φ=40 %) и расчеты по модели указывают на рост скоростей термосферных ветров в направлении к экватору до значений 600—700 м/с в периоды сильных магнитных бурь.

На рис. 1—2 представлены результаты расчетов, проведенных на моделях [9—10]. Величина направленной к экватору возмущенной компоненты ветра определяется, главным образом, широтным градиентом температуры нейтрального газа. Влияние ветров на F2-слой существенно зависит от фазы суточной вариации ветра, которая определяется фазами суточных вариаций плотности и температуры нейтрального газа. В отсутствие ветров уменьшение электронной концентрации, вызванное изменениями нейтрального состава, в свою очередь, вызывает увеличение электронной температуры ≈ 1 000° К, что качественно соответствует наблюдениям [4]. При наличии же ветров рост Ne при больших Кр ведет к уменьшению Те, несмотря на рост температуры нейтрального газа.

Рис. 1. Рассчитанные высотные распределения Ne для Kp = 0 (сплошная),

Kp = 4 (пунктирная), Kp = 8 (штрих-пунктирная) по моделям [5—7] при LT = 1200

Рис. 2. Рассчитанные высотные распределения Ne для Kp = 0 (сплошная),

Kp = 4 (пунктирная), Kp = 8 (штрих-пунктирная) по моделям [5—7] при LT = 0000

Таким образом, проведенный вычислительный эксперимент по расчету ионосферной электронной концентрации на различных математических моделях показал:

1) результаты расчетов на различных моделях совпадают, что может являться одним из доказательств теоретической правильности построенных моделей;

2) результаты подтвердили существенную роль ветров в формировании высотного распределения ионосферной плазмы, а следовательно, и необходимость учета в математическом моделировании уравнений, их описывающих.

Поддержана грантом РФФИ № 04-01-00830.

Список литературы

1. King J.W., Kohl H. Upper atmospheric winds and ionospheric drifts caused by neutral air pressure gradients // Nature. 1965. V. 206. № 4985. P. 693—701.

2. Kohl H., King J.W., Eccles D. Same effects of neutral air wind on the ionospheric F-layer // J. Atmos. Terr. Phys. 1968. V. 30. № 10. P. 1733—1741.

3. Salah J.E., Holt J.M. Midlatitude thermaspheric winds from incoherent scatter radar and theory // Radio S. 1974. V. 9. № 2. P. 301—313.

4. Hernander G., Roble R.G. Direct measurements of nighttime midlatitude thermosperic winds and temperatures 2. Geomagnetic storms// J. Geophys. Res. 1976. V. 81. № 28. P. 5173—5181.

5. Jacchia L.G. New static models of the thermospheric and exospheric with empirical temperature profiles // SAO Spec. Rep. 1970. № 313.

6. Jacchia L.G. Revised static models of the thermosphere and exosphere with empirical temperature profiles // SAO Spec. Rep. 1971. № 332. P. 116.

7. Jacchia L.G. Variations in thermospheric composition: a model based on mass-spectrometer and satellite grad data // SAO Spec. Rep. 1973. № 354.

8. Jacchia L.G. Thermospheric temperature, density and composition: new models // SAO Spec. Rep. 1977. № 375.

9. Намгаладзе А.А., Захаров Л.П. Влияние возмущений состава нейтральной атмосферы и термосферных ветров на F-область ионосферы // Исследование ионосферной динамики. М.: ИЗМИРАН. 1979. С. 84—95.

10. Ишанов С.А., Латышев К.С., Медведев В.В. Моделирование возмущений F2-области ионосферы при антропогенных воздействиях // Модели в природопользовании: Межвуз. сб. науч. тр. / Калинингр. ун-т. Калининград, 1989. С. 136.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://old.albertina.ru/


 

Анекдот 
Студент пpиходит на экзамен, откpывает поpтфель, достает бутылки водки, ставит на стол.

- Вот вам тpи бутылки, поставьте мне тpи.
Пpофессоp, беpя паpу бутылок:

- Я возьму две.
показать все
    Профессиональная разработка и поддержка сайтов Rambler's Top100