Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Ночная F2-область ионосферы и плазмосфера Земли: математическое моделирование

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Ночная F2-область ионосферы и плазмосфера Земли: математическое моделирование"

На правах рукописи

Князева Мария Александровна

НОЧНАЯ Р2-ОБЛАСТЬ ИОНОСФЕРЫ И ПЛАЗМОСФЕРА ЗЕМЛИ: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Мурманск - 2009

003474648

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Федерального агентства по рыболовству «Мурманский государственный технический университет» (ФГОУВПО «МГТУ», г. Мурманск)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор НАМГАЛАДЗЕ Александр Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор МИХАЙЛОВ Андрей Валерьевич

Защита диссертации состоится 29 сентября 2009 г. в 11 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.237.01 при Учреждении Российской академии наук Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН по адресу: 142190 г. Троицк, Московская обл., ИЗМИР АН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИР АН Автореферат разослан ". июля 2009 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.237.01

кандидат физико-математических наук, доцент СУРОТКИН Владимир Андреевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН (ПГИ КНЦ РАН, г. Мурманск)

доктор физ.-мат. наук 2

Михайлов Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из приоритетных направлений в современной геофизике является прогнозирование космической погоды, позволяющее на основе фундаментальных знаний о процессах, протекающих в верхней атмосфере Земли, предсказывать количественные и качественные изменения в ней в зависимости от гелио-геофизических условий. Для адекватного прогнозирования состояния верхней атмосферы Земли необходимо исследовать особенности тер-мосферно-ионосферно-магнитосферного взаимодействия.

Важным методом исследования и интерпретации экспериментальных данных в последнее время стал метод математического моделирования с использованием численных моделей, позволяющий описывать это взаимодействие, в той или иной степени полноты и адекватности (в зависимости от модели).

Несмотря на многолетние экспериментальные и теоретические исследования явлений и процессов, описываемых в терминах термосферно-ионосферно-магнитосферного взаимодействия, многие стороны этого взаимодействия остаются до конца не выясненными. Одной из таких сторон является проблема ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли, не имевшая до сих пор однозначного физического толкования.

Ночные ОПЭК в Р2-области среднеширотной ионосферы проявляются в виде максимумов в суточных и широтных вариациях критической частоты F2-слоя (foF2), максимальной электронной концентрации (NmF2) Р2-области ионосферы и полного электронного содержания в столбе единичного сечения (ТЕС -Total Electron Content). Наблюдались эти повышения во все сезоны (чаще зимой) преимущественно при спокойных геомагнитных условиях и обнаруживались практически всеми основными методами ионосферных измерений.

Наряду с явлением ОПЭК в Р2-области среднеширотной ионосферы аналогичные повышения концентрации плазмы имеют место и в ночной плазмосфере Земли. Во все сезоны при различных уровнях солнечной активности профили зависимости ионных концентрации от ¿-параметра (L - параметр Мак-Илвейна, геоцентрическое расстояние до вершины геомагнитной силовой линии, выраженное в земных радиусах) имеют вблизи плазмопаузы слабо изученные особенности, которые можно охарактеризовать как «структурированную» плаз-мопаузу. Обнаруживались они с помощью наземных наблюдений свистящих ат-мосфериков и спутниковых измерений. i

До настоящего момента времени измерения, охватывающие одновременно ОПЭК в Р2-области ионосферы и в плазмосфере Земли не проводились, а эти два вида повышений не сопоставлялись между собой.

Предлагавшиеся объяснения формирования ОПЭК в основном связывают с переносом замагниченной плазмы посредством нейтрального ветра и электрического поля. Эти интерпретации имели преимущественно качественный характер, либо основывались на результатах, полученных с использованием одномерных математических моделей. Но процессы переноса плазмы в совокупности являются существенно трехмерными, и с развитием компьютерных технологий актуальным стал переход к трехмерному моделированию взаимосвязанных процессов, ответственных за формирование ОПЭК.

Целью диссертационной работы является трехмерное математическое моделирование областей ОПЭК и изучение на его основе:

- пространственной структуры (широтных, долготных и высотных вариаций этих областей) и механизма формирования ночных областей повышенной электронной концентрации в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли;

- вариаций этих областей в зависимости от сезона, моментов мирового и местного времени, солнечной и геомагнитной активности.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) провести модельные расчеты глобальных трехмерных распределений электронной концентрации при различных reo- и гелиофизических условиях с использованием теоретической модели UAM и эмпирической модели ионосферы IRI-2001 и изучить на их основе пространственную структуру ОПЭК;

2) выявить вариации пространственных характеристик ОПЭК в зависимости от местного и мирового времени, сезонов, солнечной и геомагнитной активности;

3) провести модельные расчеты глобального распределения электронной концентрации с учетом и без учета ветрового увлечения и электромагнитного дрейфа плазмы;

4) определить на основе этих расчетов механизм формирования ночных ОПЭК в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли;

5) объяснить вариации ОПЭК на основе установленного механизма их формирования.

Метод исследования. Для исследования проблемы ночных ОПЭК в F2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли применялся метод математического моделирования с использованием глобальной, трехмерной, нестационарной численной модели верхней атмосферы Земли (UAM - Upper Atmosphere Model), описывающей термосферу, ионосферу, плазмосферу и внутреннюю магнитосферу Земли как единую систему. Модель охватывает диапазон высот от 60 км до 15#£ (Re - радиус Земли) геоцентрического расстояния и учитывает несовпадение геомагнитного и географического полюсов Земли. В модели UAM рассчитываются концентрации основных нейтральных и заряженных компонент атмосферы, температуры и скорости движения нейтрального, ионного и электронного газов, а также электрическое поле магнитосферного и термо-сферного происхождения путем численного интегрирования системы квазигидродинамических уравнений, описывающих законы сохранения частиц, импульса и энергии (уравнения непрерывности, движения и теплового баланса) и уравнения для потенциала электрического поля.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы определяются корректностью постановки задач, метода их решения и согласием результатов численного моделирования с аналогичными результатами, полученными по эмпирической модели ионосферы IRI-2001.

Научная новизна настоящей диссертационной работы заключается в следующем.

1. Впервые описана пространственная структура ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) с использованием как теоретической (UAM), так и эмпирической модели ионосферы (1RI-2001) в различных гелио-геофизических условиях (разные сезоны и уровни солнечной активности).

2. Установлен механизм формирования ночных ОПЭК и впервые выявлены особенности влияния процессов переноса ионосферно-плазмосферной плазмы, обусловленные их трехмерностью.

3. Впервые объяснены вариации ночных ОПЭК в зависимости от сезонов, моментов местного и мирового времени, солнечной и геомагнитной активности.

Научная и практическая значимость работы.

Результаты проведенных исследований важны для понимания сложных

взаимосвязанных процессов в системе термосфера-ионосфера-плазмосфера и представляют интерес с точки зрения изучения структуры и динамики ионосферы и плазмосферы Земли. Установление пространственной структуры и механизма формирования ночных ОПЭК в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли позволяет корректировать характеристики распространения радиоволн через ночную ионосферу и правильно интерпретировать спутниковые данные.

Практическую ценность имеют полученные результаты и для развития самого метода математического моделирования, а именно их можно использовать для тестирования других теоретических моделей в части адекватного воспроизведения поведения ночной Р2-области ионосферы и плазмосферы Земли.

Результаты исследования могут найти применение в задачах космической навигации, радиолокации и связи, в учебных курсах и пособиях к ним по физике плазмы и космической геофизике.

На защиту выносятся:

1) Описание пространственной структуры ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) в Р2-области среднеширотной ионосферы и плазмосфере Земли, полученное на основе анализа результатов наблюдений и численного моделирования. Выявлено существование двух типов ОПЭК в широтно-долготном распределении максимальной электронной концентрации в Р2-области ионосферы (ЫтР2)\ зимнего с максимумами в широтной и суточной вариациях ИтР2 и летнего с максимумом только в широтной вариации. ОПЭК обоих типов простираются вдоль силовых линий геомагнитного поля в плазмосферу Земли.

2) Механизм формирования ОПЭК, основанный на влиянии широтно-неоднородных потоков плазмы из плазмосферы и ветровом увлечении ионосферной плазмы термосферным ветром.

3) Объяснения наблюдаемых сезонных и в цикле солнечной активности вариаций ОПЭК на высотах Р2-области ионосферы.

Личный вклад автора. Автор участвовала в постановке задач, провела теоретические расчеты с использованием модели 11АМ (во всех ее версиях), разработала методику расчета глобальных распределений максимальной концентрации электронов в Р2-области ионосферы по данным 1Ш-2001. Ею были проведены обработка, анализ и сопоставление результатов модельных расчетов ме-

жду собой. Автор диссертации принимала участие в обсуждении и подготовке публикаций полученных результатов, вошедших в диссертационную работу.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих Российских и международных конференциях: Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образова-ние-2003" (Мурманск, 2003); Международных научно-технических конференциях "Наука и образование" (Мурманск 2004,2005,2006,2008,2009); XXVI-XXIX, XXXI и XXXII семинарах «Physics of Auroral Phenomena» (Апатиты 2003, 2004, 2005, 2006, 2008, 2009); European Geosciences Union General Assembly 2006 (Vienna, Austria, 2006); 6th и 7th International Conference "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург 2006, 2008); IUGG XXIV General Assembly (Perugia, Italy, 2007).

Материалы диссертации были доложены и обсуждены на рабочем семинаре в КНЦ ПГИ РАН (г. Апатиты, Мурманская обл.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работы, из них 1 статья в журнале из перечня ВАК, 15 работ в трудах научных конференций и 12 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения. Работа содержит 105 страницы текста, в том числе 23 рисунка и 1 таблица. Список цитируемой литературы содержит 139 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, приводятся сведения о научной новизне и практической значимости полученных результатов, кратко изложены структура и содержание диссертации.

В первой главе представлен обзор опубликованных работ по экспериментальным и теоретическим исследованиям ночных повышений концентрации плазмы в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли.

На основе обобщения и систематизации экспериментальных данных по этим повышениям сделаны выводы, что: 1) ночные повышения NmF2 и ТЕС (в

1,2+8 раз) и концентрации плазмы в плазмосфере (в 1,3+5 раз) обнаруживались практически всеми основными методами ионосферных и плазмосферных измерений; 2) наиболее часто и с большей амплитудой эти повышения наблюдались в зимних невозмущенных условиях при низкой солнечной активности.

Наиболее часто привлекаемыми механизмами формирования ночных повышений NmF2 и ТЕС являются а) подъем нейтральным ветром плазмы вверх, в область более низких скоростей ее химических потерь, и б) перенос плазмы западным электрическим полем в силовые трубки геомагнитного поля меньшего объема. Однако в последнем механизме не учитывается, что: 1) при переносе западным полем на более низкие широты, плазма переносится вниз, в область более высоких скоростей ее химических потерь; 2) усиления такого поля не имеют четкого обоснования.

Использование одномерного математического моделирования для исследования процесса формирования ночных повышений NmF2 и ТЕС (т.е. система квазигидродинамических уравнений для заряженных компонент ионосферы интегрировались либо по вертикали, либо вдоль выбранной силовой линии геомагнитного поля) является некорректным. Процессы переноса ионосферной плазмы являются существенно трехмерными и необходимо решать трехмерную систему уравнений, описывающих поведение заряженных частиц на высотах Р2-области ионосферы и плазмосферы Земли, вдоль всей совокупности замкнутых силовых линий геомагнитного поля.

Во второй главе дано описание глобальной нестационарной численной модели верхней атмосферы Земли (UAM - Upper Atmosphere Model), используемой для расчетов глобальных распределений электронной концентрации. Модель описывает термосферу, ионосферу и плазмосферу как единую систему, охватывая диапазон высот от 60-80 км до геоцентрического расстояния в 15RE (Re - радиус Земли), и учитывает несовпадение геомагнитного и географического полюсов Земли. В ней численно интегрируются методом конечных разностей уравнения вида:

dnJdt + VfaVJ^Qb-La, (1)

Pa [dVJdt + Qx(Qxr) + 2• QxVJ = Fa, (2)

P<fiva dTJdt +paWa= V(Aa VTJ+PqPLa + PTa, (3)

совместно с уравнением для потенциала электрического поля <р\

VfofVy-VxBHJ^O, (4)

где нижние индексы а=п, i, е обозначают нейтральный, ионный и электронный газы, соответственно; па и ра - концентрация частиц и массовая плотность а-8

газа; Va - направленная макроскопическая скорость а-газа относительно вращающейся Земли; Qa и La - скорости образования и потерь частиц а-газа за счет фотохимических процессов, соответственно; ß - вектор угловой скорости вращения Земли; г - радиус-вектор от центра Земли; Fa - результирующая сила, действующая на единицу объема а-газа; ст, Л» Таира- удельная теплоемкость при постоянном объеме, теплопроводность, температура и давление а-газа, соответственно; Pqc и Р^ - скорость нагрева и охлаждения а-газа, соответственно; Рта - теплообмен между а-газом и другими газами; ст - тензор ионосферной проводимости; V - скорость среднемассового движения нейтрального газа; jm -плотность магнитосферного тока.

Модель UAM состоит их 4-х блоков: 1) блок нейтральной атмосферы и нижней ионосферы (диапазон высот от 60-80 км до 520 км); 2) блок Р2-области ионосферы и плазмосферы (от 175 км до геоцентрического расстояния в 15Ä£); 3) блок расчета электрического поля; 4) магнитосферный блок. В блоке 1 используется сферическая геомагнитная система координат, в блоке 2 - магнитная дипольная система координат.

В уравнениях (1)-{3) учитываются фотодиссоциация нейтральных кислородных компонент, фотоионизация прямым и рассеянным солнечным излучением, вторичная и корпускулярная ионизация нейтральных частиц, ионно-молекулярные реакции, диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов, за-рядо-обменные реакции и процессы переноса (амбиполярная диффузия, ветровое увлечение, ион-ионное трение и электромагнитный дрейф) для атомарных ионов, молекулярная и турбулентная диффузии, нейтрал-ионное и вязкое трения, нагрев солнечным излучением и высыпающимися из магнитосферы энергичными электронами, теплопроводность, Джоулев нагрев, нагрев нейтрального газа за счет химических реакций и охлаждение за счет излучения. Учет эффектов трехмерности переноса замагниченных атомарных ионов осуществляется путем использования лагранжевого подхода применительно к движениям плазмы вдоль траектории электромагнитного дрейфа.

Для вычисления части параметров нейтральной атмосферы могут быть использованы эмпирические модели термосферы NRLMSISE-00, горизонтальных термосферных ветров HWM-93, для ионосферы и плазмосферы - модель ионосферы IRI-2001.

Входными параметрами являются: дата и момент времени UT начала расчета события; спектры солнечного ультрафиолетового (УФ) и крайнего ультра-

фиолетового (КУФ) излучения, зависящие от солнечной активности; потоки высыпающихся из магнитосферы энергичных электронов; продольные токи, связывающие ионосферу с магнитосферой, или распределение потенциала электрического поля на границе полярной шапки; индексы геомагнитной активности.

В проводившихся численных экспериментах шаги интегрирования по высоте менялись от 3 км на высотах ниже 100 км до 30 км на высотах около 400 км и далее нарастали в геометрической прогрессии, по геомагнитной долготе -были постоянными и равными 15°, по геомагнитной широте - переменными: наибольшие шаги (5°) в окрестностях экватора, наименьшие (2°) в окрестностях авроральной зоны. Шаги интегрирования по времени были постоянными и равнялись 1 или 2 минутам.

Граничные условия формулируются из физических предположений или экспериментальных данных.

В качестве начальных условий для спокойных периодов используются квазистационарные решения уравнений (1)-{4), полученные в ходе многократных расчетов параметров верхней атмосферы для одних и тех же суток; для возмущенных - результаты расчетов для предыдущих спокойных суток. Альтернативный способ - использование соответствующих эмпирических моделей (\1SISE, НЧШ и 1Ш).

В третьей главе представлены результаты исследований пространственной структуры ночных ОПЭК и их вариаций в зависимости от различных гелио-геофизических условий по данным наблюдений (по эмпирической модели ионосферы ПИ) и теоретического моделирования (по самосогласованной версии модели иАМ, далее иАМ-ТТ) для восьми дат, характеризующих различные сезоны при разных уровнях солнечной активности.

На основе анализа полученных широтно-долготных распределений ЫтР2 установлено, что существуют два типа ОПЭК (рис. 1). В летнем полушарии изолинии ОПЭК представляют собой «хребет с понижающейся вершиной» (значения NmF2 монотонно убывают при переходе от вечерних часов к утренним), в зимнем - изолинии ОПЭК представляют собой «холмы» (имеются максимумы значений ЫтР2, вокруг которых замыкаются изолинии электронной концентрации). Зимний ОПЭК проявляется в виде максимумов в широтной и в суточной вариациях ИтР2, летний - в виде максимума только в широтной вариации. В широтных вариациях амплитуды повышений ЫтР2 в ОПЭК зимой выше. В суточных вариациях амплитуды повышений меньше, чем в широтных.

Анализ аналогичных карт для других дат и моментов ЦТ показывает, что в

10,80 ■

1Я1-2001

1_д(МтР2, м-3) 11,30

11,80

18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 18 19 20 21 22 23 0 1

МП (часы)

Рис. 1. Рассчитанные по НИ-2001 и иАМ-ТТ глобальные карты Lg(NmF2) в ночном секторе МЬТ для условия солнцестояния (23.06.1986, 18:00 11Т) при низкой солнечной активности. Пунктиром нанесены полуночный меридиан, линия терминатора и географический экватор. Стрелки указывают на зимние ОПЭК по типу «холма», штриховые линии - на летние ОПЭК по типу «хребта с понижающейся высотой».

южном геомагнитном полушарии 1Ш-2001 воспроизводит ОПЭК значительно хуже, чем в северном. Это, по-видимому, объясняется гораздо меньшим числом пунктов регулярных ионосферных наблюдений в южном полушарии по сравнению с северным.

В широтно-высотных распределениях электронной концентрации ОПЭК обоих типов протягиваются вверх по силовым линиям геомагнитного поля до высот плазмосферы, проникая в нее (рис. 2). Анализ численных результатов показывает, что эти области простираются в плазмосферу вплоть до 8000 км.

Сезонная вариация ОПЭК проявляется в типе формируемого ОПЭК (летнего - по типу «хребта», зимнего - по типу «холма») и асимметрии широтного положения этих областей и значений в них.

Найдено наличие ЬТ-вариации ОПЭК, смешанной с ЦТ-эффектом (из-за несовпадения геомагнитной и географической осей Земли) и сезонной вариацией, проявляющейся в смещении этих областей по геомагнитной широте при переходе от вечерних часов к утренним (возможны смещения как на более низкие широты, так и на более высокие).

Влияние солнечной активности на ОПЭК проявляется в том, что: 1) при высокой солнечной активности значения NmF2 в ОПЭК выше, чем при низкой; 2) в зимних условиях при низкой солнечной активности ОПЭК выражены отчетливее,

1.д(пв,м-3), МИ=01:00

Геомагнитная широта (град.) Рис. 2. Рассчитанные по Ш1 и иАМ-ТТ широтно-высотные распределения вдоль ночного меридиана МЬТ=01:00 для высот И=20(Н800 км (левый столбец) и высот Ь=800-К3000 км (правый столбец) для условия солнцестояния (23.06.1986, 18:00 Ш"). Помимо изолиний нанесены силовые линии геомагнитного поля. Стрелки указывают на ОПЭК.

чем при аналогичных условиях при высокой.

Зависимость ОПЭК от геомагнитной активности исследовалась на примере геомагнитных бурь 17-20 апреля 2002 года. Модельные расчеты проводились в двух вариантах: 1) иАМ совместно с эмпирической моделью термосферы МЯЬМЗШЕ-ОО (иАМ-МБК) и 2) полностью самосогласованный вариант иАМ-ТТ.

На основе анализа, полученных ночных меридиональных разрезов электронной концентрации установлено, что влияние геомагнитной активности на ОПЭК проявляется в уменьшении значений пе в ОПЭК и высоты, до которой эти области простираются вдоль силовых линий геомагнитного поля, сопровождающееся сжатием их с полюсов во время отрицательных ионосферных бурь.

В четвертой главе представлены результаты исследования механизма формирования ночных ОПЭК в среднеширотной Р2-области ионосферы и в плазмосфере Земли.

Для исследования влияния ветрового увлечения ионов и электромагнитного дрейфа плазмы на процесс формирования ОПЭК были проведены расчеты глобальных распределений электронной концентрации (пе) по модели 11АМ-МЗК, в которых: I) последовательно отключались нейтральный ветер и электромагнитный дрейф; 2) меридиональный ветер в ночном секторе МЬТ полагался направленным к экватору и постоянным (расчеты проводились для значений О, 10, 50 и 100 м/с); 3) разность потенциалов поперек полярной шапки полагалась постоянной (20 и 60 кВ).

Для исследования влияния начальных условий на результаты моделирования "процесса формирования ОПЭК были проведены расчеты глобальных распределений пе по модели иАМ-ТТ, стартовавшие от симметризованных широт-но-однородных начальных условий, в которых полагались: 1) состав и температура нейтрального газа были рассчитаны по МБК и симметризованы относительно геомагнитного экватора; 2) ионосфера и плазмосфера были опустошены. В ходе расчета глобальные распределения параметров термосферы не менялись, географическая и геомагнитная оси Земли были совмещены, термосферный ветер и электромагнитный дрейф отключены, интенсивности потоков высыпающихся из магнитосферы энергичных электронов были равны нулю.

На основе анализа полученных глобальных карт распределений №2, ИтР2, ТЕС, меридионального ветра на высоте 300 км, зонального электрического поля на высоте 175 км, продольных (вдоль силовых линий геомагнитного поля) потоков ионов Н* на высоте 1000 км и меридиональных разрезов пе было установлено следующее.

1) Среднеширотные ОПЭК формируются только в вариантах расчетов с термо-сферным ветром (рис. 3, сплошные стрелки на двух верхних меридиональных разрезах пе), без ветров эти области отсутствуют. На разрезах, полученных в расчетах без дрейфа, на субавроральных широтах формируются на субаврораль-ных широтах -55° области, подобные среднеширотным ОПЭК (рис. 3, пунктирные стрелки на двух правых разрезах). Аналогичный результат получен после первых суток интегрирования без учета дрейфа и ветра, стартовавших от ши-ротно-неоднородных начальных условий (рис. 4, сплошные стрелки). То есть, в случае, когда плазмосфера в начальном состоянии опустошена, ее эффективность как источника поддержания ночной Е2-области ионосферы максимальна на субавроральных широтах за счет особенностей геометрии силовых линий геомагнитного поля. Дальнейший процесс заполнения плазмосферы приводит к

16.04.2002 Lg(n ,M"3), MLT=01;00

UT=24:00 10,2 11,2 12,2

Без ветра, с дрейфом Без ветра и дрейфа

Геомагнитная широта (град.)

Рис. 3. Рассчитанные по UAM-MSIS широтно-высотные распределения Lg(nt) вдоль ночного меридиана MLT=01:00 для высот h=200-K3000 км для 24:00 UT 16.04.2002. Помимо изолиний LgfnJ нанесены силовые линии геомагнитного поля.

развитию среднеширотных ОПЭК на геомагнитных широтах ~40° (рис. 4, пунктирные стрелки на правом разрезе). То есть, по мере заполнения плазмосферы максимум ее эффективности смещается на средние широты. Учет ветрового увлечения ионов вдоль в ночные часы усиливает степень выраженности средне-широтных ОПЭК в широтном ходе пе и определяет их долготную и LT- вариации.

2) Горизонтальная составляющая ветрового увлечения ионов совместно с потоками плазмы из плазмосферы перераспределяет ОПЭК, смещая их по широте относительно максимума вертикальной составляющей ветрового увлечения ионов.

3) Электромагнитный дрейф определяет положение и крутизну высокоширотной и приэкваториальной «стенок» ОПЭК. Высокоширотную стенку он смещает к экватору пропорционально величине электрического поля магнитосферного происхождения, за счет смещения на более низкие широты главного ионосферного провала, приводя к исчезновению субавроральных ОПЭК. На низких широтах в ночное время электрическое поле динамо-происхождения разрушает экваториальную аномалию, заполняя провал над геомагнитным экватором и оказы-

14

равноденствие 20.03,1986 24:00 ит

1 сутки

ЦзОум4). мит=оо:оо

3 сутки

со §

3 оо

Геомагнитная широта (град.) Рис. 4. Рассчитанные по иАМ-ТТ широтно-высотные распределения Lg(ne) вдоль ночного меридиана МЬТ=00:00 для высот ¡1=200+1000 км для 24:00 1ЛГ 20.03.1986. Помимо изолиний Ь%(п,,) нанесены силовые линии геомагнитного поля.

вая тем самым влияние на приэкваториальные «стенки» ОПЭК.

Для исследования вариаций ОПЭК в зависимости от гелио-геофизических условий были проведены расчеты для отобранных восьми дат, относящихся к спокойным геомагнитным условиям и представляющих четыре сезона при высокой и низкой солнечной активности по различным версиям модели иАМ: 1) самосогласованной версии иАМ; 2) иАМ с М818; 3) иАМ с МБК и НЧУМ. Для исследования влияния геомагнитной активности на ОПЭК рассматривались модельные расчеты для периода геомагнитных бурь 17-20 апреля 2002 года, описанные в главе 3. Все варианты модельных расчетов отличаются способом вычисления скорости термосферного ветра и состава нейтрального газа.

Установлено, что вариации ОПЭК в зависимости от сезона и солнечной активности обусловлены соответствующими вариациями меридиональной составляющей термосферного ветра. Влияние геомагнитной активности на ОПЭК обусловлено изменением состава нейтральной атмосферы во время возмущений, а влияние усиления меридионального ветра в эти периоды не значительно.

В Заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.

1)В широтно-долготном распределении максимальной электронной концентрации в Р2-области ионосферы различаются два типа ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК): с максимумами в суточной и широтной вариациях в зимних условиях и с максимумом только в широтной вариации в летних условиях. В широтно-высотном распределении электронной кон-

15

центрации эти области протягиваются по силовым линиям геомагнитного поля в плазмосферу.

2) Механизм формирования ОПЭК основан на влиянии неоднородных по широте потоков плазмы из плазмосферы и ветрового увлечения ионосферной плазмы термосферным ветром вдоль силовых линий геомагнитного поля. Вертикальная составляющая ветрового увлечения ионов в случае ветра, направленного к экватору, приводит к переносу плазмы на большие высоты, где медленнее протекают процессы ее химических потерь. Горизонтальная составляющая совместно с потоками плазмы из плазмосферы перераспределяет ОПЭК, смещая их по широте относительно максимума вертикальной составляющей ветрового увлечения ионов.

3) Электромагнитный дрейф влияет только на положение и крутизну высокоширотной, примыкающей к главному ионосферному провалу, и приэкваториальной, примыкающей к остаткам экваториальной аномалии на ночной стороне, «стенок» ОПЭК.

4) Вариации ОПЭК (сезонные и в цикле солнечной активности) объясняются соответствующими вариациями термосферных ветров на высотах Р2-области ионосферы. Влияние геомагнитной активности на ОПЭК обусловлено изменениями термосферного состава.

5) ОПЭК воспроизводятся всеми версиями теоретической модели UAM и эмпирической моделью ионосферы IRI-2001 для всех сезонов и при различной солнечной активности. Наилучшее согласие между всеми вариантами расчетов наблюдается для условий летнего солнцестояния в северном полушарии при низкой солнечной активности.

Исследования были поддержаны грантами РФФИ: 02-05-64141-а, 05-05-

97511-р_север_а.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Князева М.А., Намгаладзе A.A. Математическое моделирование формирования ночных повышений электронной концентрации в Р2-области спокойной среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли // Вестник МГТУ. 2005. Т. 8. No. 1. С.144—155.

2. Намгаладзе A.A., Мартыненко О.В., Зубова Ю.В., Доронина E.H., Князева М.А., Намгаладзе А.Н. Математическое моделирование эффектов геомагнитных бурь 17-20 апреля 2002 года в верхней атмосфере Земли // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование-

2003". 2003. Ч. V. МГТУ. Мурманск. С. 74.

3. Князева М.А. Плазмосферные эффекты геомагнитных бурь 17-20 апреля 2002 года // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование-2003". 2003. Ч. V. МГТУ. Мурманск. С. 78.

4. Namgaladze А.А., Namgaladze A.N., Martynenko O.V., Doronina E.N., Knyazeva M.A., Zubova Yu.V. Numerical modeling of the thermosphere, ionosphere and plasmasphere behaviour during the April 2002 magnetic storms // Physics of Auroral Phenomena, Proceedings of the XXVI Annual Apatity Seminar. 2003. Preprint PGI. P. 74-78.

5. Князева M.A., Намгаладзе A.A. Анализ роли термосферных ветров и электромагнитных дрейфов в формировании ночных среднеширотных максимумов электронной концентрации в спокойной Р2-области ионосферы // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образо-вание-2004". 2004.4.5. МГТУ. Мурманск. С. 22-24.

6. Князева М.А., Намгаладзе А.А. Математическое моделирование влияния электромагнитного дрейфа на форму ночных повышений электронной концентрации в Р2-области спокойной среднеширотной ионосферы и в плазмо-сфере Земли II Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2005". 2005. МГТУ. Мурманск. Ч. 5. С. 67-70.

7. Князева М.А., Намгаладзе А.А. О зависимости областей повышенной электронной концентрации в спокойной области F2 ионосферы от сезона и уровня солнечной активности И Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2006". 2006. МГТУ. Мурманск. С. 360— 363. [НТЦ «Информрегистр» № 0320501517, св. 7081 от 28.11.05г. Электронный ресурс. 6,5.1 опт. компакт-диск (CD-ROM)].

8. Knyazeva М.А., Namgaladze А.А. An influence of the thermospheric wind variations on the enhanced electron density regions in the night-time ionospheric F2-layer and in the plasmasphere // Proc. 6th International Conference "Problems of Geocosmos". 2006. Saint-Petersburg State University. P. 91-94.

9. Мартыненко O.B., Князева M.A. Развитие модели UAM посредством подключения к ней ряда эмпирических моделей по технологии метамодели // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и об-разование-2007". 2007. МГТУ. Мурманск. С. 351-353. [НТЦ «Информрегистр» № 0320700491, от 05.03.07 г. Электронный ресурс. 1 опт. компакт-диск (CD-ROM)].

10. Knyazeva M.A., Namgaladze A. A. A model study of the seasonal and solar activity variations of the enhanced electron density regions in the night-time ionospheric F2-layer and plasmasphere // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXÍX Annual Seminar. 2007. Apatity. Kola Science Centre. Russian Academy of Science. P. 225-228.

11. Князева M.А., Намгаладзе А.А. Влияние меридионального ветра на широтное положение областей повышенной электронной концентрации в ночной Р2-области ионосферы // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2008". 2008. МГТУ. Мурманск. С. 223226. [НТЦ «Информрегистр» № 0320800238 от 21.01.08г. Электронный ресурс. 1 опт. компакт-диск (CD-ROM)].

12. Martynenko O.V., Knyazeva М.А. Model integration in the Framework Atmosphere Model (FrAM) // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXXI Annual Seminar. 2008. Apatity. Kola Science Centre. Russian Academy of Science. P. 157— 159.

13. Knyazeva M.A., Namgaladze A. A. An investigation of the night-time increases of the plasma density in the middle-latitude ionospheric F2-layer by the mathematical modeling method // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXXI Annual Seminar. 2008. Apatity. Kola Science Centre. Russian Academy of Science. P. 145-148.

14. Knyazeva M.A., Namgaladze A.A. An influence of the meridional wind on the latitudinal location of the enhanced electron density regions in the night-time ionospheric F2-layer and plasmasphere of the Earth // Proc. of the 7th International Conference "Problems of Geocosmos". 2008. Saint-Petersburg State University. P. 129-133.

15. Князева M.A., Намгаладзе А.А. Математическое моделирование трехмерной топологии областей повышенной электронной концентрации в ночной сред-неширотной Р2-области ионосферы // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2009". 2009. МГТУ. Мурманск. С. 222-226. [НТЦ «Информрегистр» № 0320900170. Электронный ресурс. 1 опт. компакт-диск (CD-ROM)].

16. Князева М.А., Намгаладзе А.А., Мартыненко О.В. Эффективность плазмо-сферы как источника поддержания ночной Р2-области ионосферы // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2009". 2009. МГТУ. Мурманск. С. 227-230. [НТЦ «Информрегистр» № 0320900170. Электронный ресурс. 1 опт. компакт-диск (CD-ROM)].

Подписано в печать 03.07.2009. Формат 60x84/16. Печ. л. 0,5. Заказ 3202. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета Типография ООО «ТРОВАНТ». ЛР№ 071961 от 01.09.99. 142191, г. Троицк Московской обл., м-н «В», д.52. Тел. (495) 775-43-35, (4967) 51-09-67,50-21-81

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Князева, Мария Александровна

Введение.

Глава 1. Проблема ночных повышений концентрации плазмы в Е2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли.

1.1. Экспериментальные данные о ночных повышениях концентрации плазмы в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере

Земли.

1.1.1. Наблюдения, аномальных повышений концентрации электронов в ночной F2-o6ласти среднеширотной ионосферы.

1.1.2. Наблюдения ночных среднеширотных повышений концентрации плазмы в плазмосфере Земли.

1.1.3. Выводы.

1.2. Проблема механизма формирования ночных среднеширотных повышений концентрации плазмы.

1.2.1. Физика ночной F2-o6nacm ионосферы.

1.2.2. Интерпретации аномальных ночных среднеширотных повышений NmF2 и ТЕС.

1.2.3. Интерпретации ночных среднеширотных повышений концентрации плазмы в плазмосфере.

1.2.4. Выводы.

Глава 2. Модель верхней атмосферы Земли (UAM).

2.1. Основные характеристики и структура модели верхней атмосферы Земли (UAM).

2.2. Блок нейтральной атмосферы и нижней ионосферы.

2.2.1. Нейтральная атмосфера.

2.2.2. Нижняя ионосфера (D, Е и F1 области ионосферы).

2.3. Блок Р2-области ионосферы и плазмосферы.

2.4. Блок расчета электрического поля.

2.5. Магнитосферный блок.

2.6. Входные параметры модели.

2.7. Методы решения моделирующих уравнений и численные сетки.

2.8. Граничные условия.

2.9. Начальные условия.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Ночная F2-область ионосферы и плазмосфера Земли: математическое моделирование"

Актуальность проблемы. Одним из приоритетных направлений в современной геофизике является прогнозирование космической погоды, позволяющее на основе фундаментальных знаний о процессах, протекающих в верхней атмосфере Земли, предсказывать количественные и качественные изменения в ней в зависимости от гелио- и геофизических условий. Для адекватного прогнозирования состояния верхней атмосферы Земли необходимо не только исследовать процессы, протекающие в отдельных ее частях — термосфере, ионосфере, плазмосфере и магнитосфере, но и изучать особенности их взаимодействия, описывая все указанные сферы как единую систему.

Важным методом исследования и интерпретации экспериментально полученных данных в последнее время стал метод математического моделирования с использованием численных моделей, который позволяет описывать, в той или иной степени полноты и адекватности (в зависимости от модели), термосферно-ионосферно-магнитосферное взаимодействие.

Несмотря на многолетние экспериментальные и теоретические исследования явлений и процессов, описываемых в терминах термосферно-ионосферно-магнитосферного взаимодействия, многие стороны этого взаимодействия остаются до конца не выясненными. Одной из таких сторон является проблема ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли.

Ночные повышения концентрации плазмы в Р2-области среднеширотной ионосферы проявляются в виде максимумов на графиках зависимостей критической частоты Р2-слоя (foF2), максимальной электронной концентрации (NmF2) Р2-области ионосферы и полного электронного содержания в столбе единичного сечения (ТЕС - Total Electron Content) от геомагнитной (или географической) широты или местного времени. Наблюдались эти повышения во все сезоны (чаще зимой) преимущественно при спокойных геомагнитных условиях. Обнаруживались они практически всеми основными методами ионосферных измерений: вертикального зондирования и радиопросвечивания ионосферы, некогерентного рассеяния радиоволн.

Развитие глобальной навигационной системы GPS (Global Positioning System) позволило осуществлять непрерывный мониторинг состояния ионосферы с высоким пространственно-временным разрешением и реконструировать глобальное распределение полного электронного содержания для любой даты и момента мирового времени UT (UT — Universal Time). На картах ТЕС (в геомагнитных или географических координатах широта-долгота) ночные повышения концентрации плазмы в Р2-области среднеширотной ионосферы видны в виде областей повышенной электронной концентрации. Такое представление данных позволило оценить масштабы широтно-долготных вариаций ОПЭК: они вытянуты в зональном направлении с вечера на утро и располагаются на геомагнитных широтах 25°-45°, соответствующие им увеличения ТЕС относительно фоновых значений составляют от 20 % до 90 % .

Наряду с явлением ОПЭК в Б2-области среднеширотной ионосферы аналогичные повышения концентрации плазмы имеют место и в плазмосфере Земли. Во все сезоны при различных уровнях солнечной активности профили зависимостей ионных концентраций от L-параметра (L - параметр Мак-Илвейна, геоцентрическое расстояние до вершины геомагнитной силовой линии, выраженное в земных радиусах) имеют вблизи плазмопаузы слабо изученные особенности, которые можно охарактеризовать как «структурированную» плазмопаузу, относящуюся в основном к вечерней и ночной плазмосфере. Аномальные ночные повышения концентрации плазмы обнаруживались с помощью наземных наблюдений свистящих атмосфериков и спутниковых измерений (с помощью ионных ловушек и масс-спектрометров, установленными на спутниках).

До настоящего момента времени измерения, охватывающие одновременно повышения концентрации плазмы в Б2-области ионосферы и в плазмосфере Земли не проводились, а эти два типа повышений концентрации плазмы не сопоставлялись между собой.

Предлагавшиеся объяснения формирования ОПЭК в основном связывают с переносом замагниченной плазмы посредством нейтрального ветра и электрического поля. Эти интерпретации имели преимущественно качественный характер, либо основывались на результатах, полученных с использованием одномерных математических моделей. Но процессы переноса плазмы в совокупности являются существенно трехмерными, и с развитием компьютерных технологий актуальным стал переход к трехмерному моделированию взаимосвязанных процессов, ответственных за формирование ОПЭК.

Целью диссертационной работы является трехмерное математическое моделирование ночных областей повышенной электронной концентрации в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли (ОПЭК) и изучение на его основе:

- пространственной структуры (широтных, долготных и высотных вариаций этих областей) и механизма формирования ОПЭК;

- вариаций этих областей в зависимости от сезона, моментов мирового и местного времени, солнечной и геомагнитной активности.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1) провести модельные расчеты глобальных трехмерных распределений электронной концентрации при различных гелио- и геофизических условиях с использованием теоретической модели UAM и эмпирической модели ионосферы IRI-2001 и изучить на их основе пространственную структуру ОПЭК;

2) выявить вариации пространственных характеристик ОПЭК в зависимости от местного и мирового времени, сезонов, солнечной и геомагнитной активности;

3) провести модельные расчеты глобального распределения электронной концентрации с учетом и без учета ветрового увлечения и электромагнитного дрейфа плазмы;

4) определить на основе этих расчетов механизм формирования ночных областей повышенной электронной концентрации в F2-o6nacra среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли;

5) объяснить вариации ОПЭК на основе установленного механизма их формирования.

Метод исследования.

Для исследования проблемы ночных ОПЭК в F2-o6nacm среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли применялся метод математического моделирования с использованием глобальной нестационарной численной модели верхней атмосферы Земли (UAM - Upper Atmosphere Model). В модели UAM рассчитываются концентрации основных нейтральных и заряженных компонент атмосферы, температуры и скорости движения нейтрального, ионного и электронного газов, а также электрическое поле магнитосферного и термосферного происхождения путем численного интегрирования системы квазигидродинамических уравнений, описывающих законы сохранения частиц, импульса и энергии (уравнения непрерывности, движения и теплового баланса) и уравнения для потенциала электрического поля.

Использованная модель отвечает поставленным задачам:

UAM является трехмерной, что позволяет адекватно описывать влияние процессов переноса на глобальное распределение электронной концентрации на высотах F2-области ионосферы и плазмосферы Земли;

- описывает термосферу, ионосферу и плазмосферу как единую систему;

- в модели UAM помимо самосогласованного варианта реализована возможность получения значений некоторых параметров термосферы и/или ионосферы из соответствующих эмпирических моделей (NRLMSISE-00, HWM-93, IRI-2001) в любой комбинации и, использование их для расчета недостающих; реализована возможность расчета глобального распределения концентрации электронов в F2-o6nacra ионосферы и в плазмосфере Земли с учетом и без учета процессов ветрового увлечения ионов и переноса плазмы за счет электромагнитного дрейфа в различных комбинациях.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы определяются корректностью постановки задач, метода их решения и согласием результатов численного моделирования с аналогичными результатами, полученными по эмпирической модели ионосферы IRI-2001.

Научная новизна настоящей диссертационной работы заключается в том, что:

1) впервые описана пространственная структура ночных областей повышенной электронной концентрации с использованием как теоретической (UAM), так и эмпирической модели ионосферы (IRI-2001) в различных гелио-геофизических условиях (разные сезоны и уровни солнечной активности);

2) установлен механизм формирования ночных ОПЭК и впервые выявлены.особенности влияния процессов переноса ионосферно-плазмосферной плазмы, обусловленные их трехмерностью;

3) впервые объяснены вариации ночных областей повышенной электронной концентрации в зависимости от сезона, моментов местного и мирового времени, солнечной и геомагнитной активности.

Научная и практическая значимость работы.

Помимо того, что результаты проведенных исследований важны для понимания сложных взаимосвязанных процессов в системе термосфера-ионосфера-плазмосфера и представляют интерес с точки зрения изучения пространственной структуры и динамики ионосферы и плазмосферы Земли, установление пространственной структуры и механизма формирования ночных ОПЭК в Р2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли позволяет корректировать характеристики распространения радиоволн через ночную ионосферу и правильно интерпретировать спутниковые данные.

Практическую ценность имеют полученные результаты и для развития самого метода математического моделирования, а именно их можно использовать для тестирования других теоретических моделей в части адекватного воспроизведения поведения ночной F2-o6nacTH ионосферы и плазмосферы Земли.

Результаты исследования могут найти применение в задачах космической навигации, радиолокации и связи, в учебных курсах и пособиях к ним по физике плазмы и космической геофизике.

На защиту выносятся:

1) Описание пространственной структуры ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) в Р2-области среднеширотной ионосферы и плазмосфере Земли, полученное на основе анализа результатов наблюдений и численного моделирования. Выявлено существование двух типов ОПЭК в широтно-долготаом распределении максимальной электронной концентрации в Р2-области ионосферы (NmF2): зимнего с максимумами в широтной и суточной вариациях NmF2 и летнего с максимумом только в широтной вариации. ОПЭК обоих типов простираются вдоль силовых линий геомагнитного поля в плазмосферу Земли.

2) Механизм формирования ОПЭК, основанный на влиянии широтно-неоднородных потоков плазмы из плазмосферы и ветровом увлечении ионосферной плазмы термосферным ветром.

3) Объяснения наблюдаемых сезонных и в цикле солнечной активности вариаций ОПЭК на высотах Р2-области ионосферы.

Личный вклад автора.

Автор участвовала в постановке задач, провела теоретические расчеты с использованием модели UAM (во всех ее версиях), разработала методику расчета глобальных распределений максимальной концентрации электронов в Р2-области ионосферы по данным IRI-2001. Ею были проведены обработка, анализ и сопоставление результатов модельных расчетов между собой. Автор диссертации принимала участие в обсуждении и подготовке публикаций полученных результатов, вошедших в диссертационную работу.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих Российских и международных конференциях: Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование-2003" (Мурманск, 2003); Международных научно-технических конференциях "Наука и образование" (Мурманск 2004, 2005, 2006, 2008, 2009); XXVI-XXEX, XXXI и XXXII семинарах «Physics of Auroral Phenomena» (Апатиты 2003, 2004, 2005, 2006, 2008, 2009); European Geosciences Union General Assembly 2006 (Vienna, Austria, 2006); 6th и 7th International Conference "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург 2006, 2008); IUGG XXIV General Assembly (Perugia, Italy, 2007).

Материалы диссертации были доложены и обсуждены на рабочем семинаре в КНЦ ПГИ РАН (г. Апатиты, Мурманская область).

По теме диссертации опубликовано 28 работы, из них 1 статья в журнале из перечня ВАК, 15 работ в трудах научных конференций и 12 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и заключения. Работа содержит 105 страниц текста, в том числе 23 рисунка и 1 таблица. Список цитируемой литературы содержит 139 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Князева, Мария Александровна

Заключение

Таким образом, в настоящей диссертационной работе методом математического моделирования с использованием численной глобальной трехмерной модели верхней атмосферы Земли UAM, в которую были инкорпорированы эмпирические -модели термосферы NRLMSISE-00 и горизонтального нейтрального ветра HWM-93:

1) выполнено исследование пространственной структуры ночных областей повышенной электронной концентрации (ОПЭК) в F2-o6nacm среднеширотной ионосферы и их проявлений на высотах плазмосферы Земли:

- определены основные пространственные характеристики этих областей (сделаны оценки широтно-долготных и высотных масштабов этих областей);

- исследовано влияние гелио-геофизических условий на характеристики ОПЭК (LT, UT, сезонные вариации и вариации, связанные с солнечной и геомагнитной активностью);

2) выполнено исследование физического механизма формирования ОПЭК в F2-области среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли;

3) результаты теоретических модельных расчетов глобальных распределений (широтно-долготные карты в геомагнитных координатах) максимальной концентрации электронов в Р2-области ионосферы (NmF2) и широтно-высотных распределений (меридиональные разрезы) электронной концентрации (ие) сопоставлены с результатами расчетов по эмпирической модели ионосферы IRI-2001 и оценены способности UAM и IRI-2001 воспроизводить ОПЭК.

К важнейшим результатам относятся следующие выводы.

1) В широтно-долготном распределении максимальной электронной концентрации в F2-области ионосферы различаются два типа ночных областей повышенной электронной концентрации: с максимумами в суточной и широтной вариациях в зимних условиях и с максимумом только в широтной вариации в летних условиях. В широтно-высотном распределении электронной концентрации эти области протягиваются по силовым линиям геомагнитного поля в плазмосферу.

2) Механизм формирования областей повышенной электронной концентрации основан на влиянии широтао-неоднородных потоков плазмы из плазмосферы и ветрового увлечения ионосферной плазмы термосферным ветром вдоль силовых линий геомагнитного поля. Вертикальная составляющая ветрового увлечения ионов в случае ветра, направленного к экватору, приводит к переносу плазмы на большие высоты, где медленнее протекают процессы ее химических потерь. Горизонтальная составляющая совместно с потоками плазмы из плазмосферы перераспределяет ОПЭК, смещая их по широте относительно максимума вертикальной составляющей ветрового увлечения ионов.

3) Электромагнитный дрейф влияет только на положение и крутизну высокоширотной, примыкающей к главному ионосферному провалу, и приэкваториальной, примыкающей к остаткам экваториальной аномалии на ночной стороне, «стенок» областей повышенной электронной концентрации.

4) Вариации областей повышенной электронной концентрации, связанные с сезонами, моментами мирового и местного времени и солнечной активностью, объясняются соответствующими вариациями термосферных ветров на высотах Р2-области ионосферы. Влияние геомагнитной активности на области повышенной электронной концентрации обусловлено изменениями термосферного состава.

5) Области повышенной электронной концентрации воспроизводятся всеми вариантами теоретической модели UAM и эмпирической модели ионосферы IRI-2001 для всех сезонов и при различной солнечной активности. Наилучшее согласие между всеми вариантами расчетов наблюдается для условий летнего солнцестояния в северном полушарии при низкой солнечной активности.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Князева, Мария Александровна, Мурманск

1. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.

2. Грингауз К.И., Бассоло B.C. Структура и свойства плазмосферы Земли. Экспериментальные данные и проблема их интерпретации (Обзор) // Геомагнетизм и Аэрономия. 1990. Т. 30. No. 1. С. 1-17.

3. Грингауз К.И., Безруких В.В. Плазмосфера Земли: обзор // Геомагнетизм и Аэрономия. 1977. Т. 17. No. 5. С. 784-803.

4. Грингауз К.И., Безруких В.В., Афонин В.В., Бассоло B.C. Исследования плазмосферы Земли со спутников «Прогноз» во время МИМ // Магнитосферные исследования. 1988. No. 10. С. 27-38.

5. Грингауз К.И., Курт В.Г., Мороз В.И., Шкловский И.С. Ионизованный газ и быстрые электроны в окрестности Земли и в межпланетном пространстве / Докл. АН СССР. 1960. Т.132. С.1062-1065.

6. Каширин А.И. Фотоионизация в ночной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1986. Т. 26. No. 4. С. 563-568.

7. Клименко В.В., Намгаладзе А.А. Влияние нестационарной конвекции на распределение холодной плазмы в ионосфере и протоносфере Земли // Геомагнетизм и Аэрономия. 1981. Т. 21. No. 6. С. 993-998.

8. Князева М.А. Плазмосферные эффекты геомагнитных бурь 17-20 апреля 2002 года // Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Наука и образование-2003". 2003. Ч. V. МГТУ. Мурманск. С. 78.

9. Князева М.А., Намгаладзе А.А. Математическое моделирование формирования ночных повышений электронной концентрации в Р2-области спокойной среднеширотной ионосферы и в плазмосфере Земли // Вестник МГТУ. 2005а. Т. 8. No. 1. С.144-155.

10. Котова Г.А. Плазмосфера Земли. Современное состояние исследований (Обзор) // Геомагнетазм и Аэрономия. 2007. Т. 47. No. 4. С. 435-449.

11. КринбергИА., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 189 с.

12. Ляцкий В.Б. Токовые системы магнитосферно-ионосферных возмущений. Л.: Наука, 1978. 198 с.

13. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Трехмерная токовая система магнитной суббури / В кн.; Геофизические исследования в зоне полярных сияний. Апатиты, 1972. С. 74-86.

14. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.: Наука, 1983. 192 с.

15. Мальцев Ю.П. Возмущения в магнитосферно-ионосферной системе. Апатиты. 111И Кол. фил. АН СССР, 1986. 92 с.

16. Мартыненко О.В., Князева М.А. Развитие модели UAM посредством подключения к ней ряда эмпирических моделей по технологии метамодели // Материалы Международной научно-технической конференции "Наука и образование-2007". 2007.

17. МГТУ. Мурманск. С. 351-353. НТЦ «Информрегистр» № 0320700491, от 05.03.07 г. Электронный ресурс. 1 опт. компакт-диск (CD-ROM).

18. Намгаладзе А.А., Кореньков Ю.Н., Клименко В.В., Карпов И.В., Бессараб Ф.С., Суроткин В.А., Глущенко Т.А., Наумова Н.М. Глобальная численная модель термосферы, ионосферы и протоносферы Земли // Геомагнетизм и Аэрономия. 1990. Т. 30. No. 4. С. 612-619.

19. Намгаладзе А.А., Мартыненко О.В., Волков М.А., Намгаладзе А.Н., Юрик Р.Ю. Математическое моделирование крупномасштабных возмущений верхней атмосферы Земли / Моделирование процессов в верхней полярной атмосфере. 111И КНЦ РАН. Апатиты. 1998. С. 167-249.

20. Намгаладзе А.А., Мартыненко О.В., Намгаладзе А.Н. Глобальная модель верхней атмосферы с переменным шагом интегрирования по широте // Геомагнетизм и Аэрономия. 1996. Т. 36. No. 2. С. 89-95.

21. Нусинов А.А. Зависимость интенсивности линии коротковолнового излучения солнца от уровня активности // Геомагнетизм и Аэрономия. 1984. Т. 24. No. 4. С. 529-536.

22. Ришбет Генри, Гарриот Оуенс К. Введение в физику ионосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1975. 304 с.

23. Anderson D.N. Daily variation of the ionospheric F2 equatorial anomaly in the American and Asian sectors / NCAR Coop. Natl. Cent. For Atmos. Res. Boulder, Colo. Thesis 26. 1971. P. 1-144.

24. Anderson D.N. A theoretical study of the ionosphere F region equatorial anomaly. I. Theoiy//Planetary and Space Science. 1973. V. 21. P. 409-419.

25. Angerami J. J., Carpenter D.L. Whistler studies of the plasmapause in the magnetosphere, 2, Equatorial density and total tube electron content near the knee in magnetospheric ionization // Journal of Geophysical Research. 1966. V. 71. P. 711-725.

26. Arendt P.R., Soicher H. Downward electron flux at 1000 km altitude from electron content measurement at midlatitudes //Nature. 1964. V. 204. P. 983-985.

27. Balan N.P., Rao P.B., Iyer K.N. Seasonal and solar cycle variations of nighttime anomalous enhancements in total electron content // Proc. Indian Acad. Sci., Earth Planet Sci. 1986. V. 95. P. 409-416.

28. Balan N., Bailey G.J., Moffett R.J. Modeling studies of ionospheric variations during an intense solar cycle // Journal of Geophysical Research. 1994. V. 99. No. A9. P. 17.467-17.475.

29. Balan N., Bailey G.J., Nair R.B. Solar and magnetic activity effects on the latitudinal variations of nighttime TEC enhancement // Annales Geophysicae. 1991. V. 9. P. 60-69.

30. Balan N., Rao P.B. Latitudinal variations of nighttime enhancements in total electron content// Journal of Geophysical Research. 1987. V. 92. No. A4. P. 3436-3440.

31. Bailey G.J., Sellek R. A mathematical model of the Earth's plasmasphere and its application in a study of He+ at L=3 // Annales Geophysicae. 1990. V. 8. P. 171-190.

32. Bailey G.J., Sellek R., Rippeth Y. A modeling study of the equatorial topside ionosphere // Annales Geophysicae. 1993. V. 11. P. 263-272.

33. Behnke R.A., Harper R.M. Vector measurements of F-region ion transport at Arecibo // Journal of Geophysical Research. 1973. V. 78. P. 8222-8234.

34. Bertin F., Lepine J.P. Latitudinal variation of total electron content in the winter at middle latitudes // Radio Science. 1970. V. 5, No. 6. P. 899-906.

35. Bilitza D. International reference ionosphere 2000 // Radio Science. 2001. V. 36. P. 261275.

36. Boyle C.B., Reiff P.H., Hairston M.R. Empirical polar cap potentials // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102, No. Al. P. 111-125.

37. Brace L.H., Maier E.J., Hoffman J.H., Whitteker J., Shepherd G.G. Deformation of the night side plasmasphere and ionosphere during the August 1972 geomagnetic storm // Journal of Geophysical Research. 1974. V. 79. No. 34. P. 5211-5218.

38. Brace L.H., Reddy B.M., Mayr H.G. Global behavior of the ionosphere at 1000-kilometer altitude // Journal of Geophysical Research. 1967. V. 72. No. 1. P. 265-283.

39. Brunini С., Van Zele M.A., Meza A., Gende M. Quiet and perturbed ionospheric representation according to the electron content from GPS signals // Journal of Geophysical Research. 2003. V. 108. No. A2. P. 1056. doi:10.1029/2002JA009346.

40. Buonsanto M.J., Gonzalez S.A., Lu G., Reinisch B.W., Thayer J.P. Coordinated incoherent scatter radar study of the January 1997 storm // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104. No. All. P. 24.625-24.637.

41. Carpenter D.L. Whistler evidence of a "knee" in the magnetospheric ionization density profile//Journal of Geophysical Research. 1963. V. 68, P.1675.

42. Carpenter D.L. Whistler evidence of the dynamic behavior of the duskside bulge in the plasmasphere // Journal of Geophysical Research. 1970. V. 75. P. 3837-3847.

43. Carpenter D.L., Anderson R.R., Calvert W., Moldwin M.B. CRRES observations of density cavities inside the plasmasphere // Journal of Geophysical Research. 2000. V. 105. No. A10. P. 23.323-23.338.

44. Chandra S., Troy B.E., Donley J.L., Bourdreau R.E. OGO 4 observations of ion composition and temperatures in the topside ionosphere // Journal of Geophysical Research. 1970. V. 75. No. 19. P. 3867-3878.

45. Chappell C.R. The terrestrial plasma source: a new perspective in solar-terrestrial processes from Dynamics Explorer//Reviews of Geophysics. 1988. V. 26. No. 2. P. 229-248.

46. Clark W.L., McAfee Jr.J.R., Norton R.B., Warnock J.M. Radio wave reflections from large horizontal gradients in the topside ionosphere // Proc. IEEE. 1969. V. 57(4). P. 493.

47. Davies K., Anderson D.N., Paul A.K., Degenhardt W., Hartmann G.K., Leitinger R. Nighttime increases in total electron content observed with the ATS 6 radio beacon // Journal of Geophysical Research. 1979. V. 84. No. A4. P. 1536-1542.

48. Davies K., Hartmann G.K. Studying the ionosphere with the Global Positioning System // Radio Science. 1997. V. 32. No. 4. P. 1695-1703.

49. Decker D.T., Valladares C.E., Sheehan R., Basu S., Anderson D.N., Heelis R.A. Modeling daytime F layer patches over Sonderstrom //Radio Science. 1994. V. 29. P. 249-268.

50. Dickinson R.E., Ridley E.C., Roble R.G. A three-dimensional general circulation model of the thermosphere // Journal of Geophysical Research. 1981. V. 86. P. 1499-1512.

51. Dickinson R.E., Ridley E.C., Roble R.G. Thermospheric general circulation with coupled dynamics and composition // Journal of the Atmospheric Sciences. 1984. V. 41. P. 205-219.

52. Evans J.V. Cause of the midlatitude winter night increase in foF2 // Journal of Geophysical Research. 1965. V. 70. P. 4331-4345.

53. Evans J.V. Millstone Hill Thomson scatter results for 1965 // Planetary and Space Science. 1970. V. 18. P. 1225-1253.

54. Evans J.V. A study of F2-region night-time vertical ionization fluxes at Millstone Hill // Planetary and Space Science. 1975. V. 23. P. 1611-1623.

55. Farelo A.F., Herraiz M., Mikhailov A.V. Global morphology of night-time NmF2 enhancements // Annales Geophysicae. 2002. V. 20. P. 1795-1806.

56. Forster M., Jakowski N. The nighttime winter anomaly (NWA) effect in the American sector as a consequence of interhemispheric ionospheric coupling // RAGEOPH. 1988. V. 127. P. 447-471.

57. Fuller-Rowell T.J., Evans D.S. Height-integrated Pedersen and Hall conductivity patterns inferred from the Tiros-NOAA satellite data // Journal of Geophysical Research. 1987. V. 92. No.7. P. 7606-7618.

58. Fuller-Rowell T.J., Rees D. A three-dimensional, time dependent, global model of the thermosphere // Journal of the Atmospheric Sciences. 1980. V. 37. P. 2545-2567.

59. Fuller-Rowell T.J., Rees D. Derivation of a conservative equation for mean molecular weight for a two constituent gas within a three-dimensional, time-dependent model of the thermosphere//Planetary and Space Science. 1983. V. 31. P. 1209-1222.

60. Fuller-Rowell T.J., Rees D., Quegan S., Moffett R.J., Bailey G.J. Interactions between neutral thermospheric composition and the polar thermosphere using a coupled global model // Journal of Geophysical Research. 1987. V. 92. P. 7744-7748.

61. Galperin Y.I., Soloviev V.S., Torkar K., Foster J.C., Veselov M.V. Predicting plasmaspheric radial density profiles // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. No. A2. P. 2079-2091.

62. Gilliland T.R. Multifrequency ionosphere recording and its significance // Proc. Inst. Radio Eng. 1935. V. 23. P. 1076.

63. Greenspan M.E., Burke W.J., Rich F.J., Hughes W.J., Heelis R.A. DMSP F8 observations of the mid-latitude and low-latitude topside ionosphere near solar minimum // Journal of Geophysical Research. 1994. V. 99. No. A3. P. 3817-3826.

64. Gringauz K.I. The structure of the ionized gas envelope of Earth from direct measurements in the USSR of local charged particle concentration // Planetary and Space Science. 1963. V. 11. P. 281-296.

65. Hardy D.A., Gussenhoven M.S, Holeman E. A statistical model of auroral electron precipitation// Journal of Geophysical Research. 1985. V.90. P. 4229-4248.

66. Harris K.K., Sharp G.W., Chappell C.R. Observations of the Plasmapause from OGO 5 // Journal of Geophysical Research. 1970. V. 75. P. 219-224.

67. Ho D., Carpenter D.L. Outlying plasmasphere structure detected by whistler // Planetary and Space Science. 1976. V. 24. P. 987-994.

68. Но C.M., Mannucci A.J., Lindqwister U.J., Pi X., Tsurutani B.T. Global ionosphere perturbations monitored by the worldwide GPS network // Geophysical Research Letters. 1996. V. 23. No. 22. P. 3219-3222.

69. Horwitz J.L., Comfort R.H., Chappell C.R. A statistical characterization of plasmasphere density structure and boundary locations // Journal of Geophysical Research. 1990. V. 95. P. 7937.

70. Horwitz J.L., Menteer S., Turnley J., Burch J.L., Winningham J.D., Chappell C.R., Craven J.D., Frank L. A., Slater D.W. Plasma boundaries in the inner magnetosphere // Journal of Geophysical Research. 1986. V. 91. P. 8861.

71. Iijima Т., Potemra T.A. The amplitude distribution of field-aligned currents at northern high latitudes observed by Triad // Journal of Geophysical Research. 1976. v. 81. P. 2165-2174.

72. Jacchia L.G. Thermospheric temperature, density and composition: new models // Ibid. 1977. No. 375. P. 1-106.

73. Jakowski N., Jungstand A., Lois L., Lazo B. Nighttime enhancement of the F2-layer ionization over Havana, Cuba // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physic. 1991.-V. 53. P. 1131-1138.

74. Jakowski N., Forster M. About the nature of the nighttime winter anomaly effect (NWA) in the F-region of the ionosphere //Planetary and Space Science. 1995. V. 43. P. 603-612.

75. Jee G., Schunk R.W., Scherliess L. Analysis of TEC data from the TOPEX/Poseidon mission // Journal of Geophysical Research. 2004. V. 109. No. A01301. doi: 10.1029/2003JA010058.

76. Joshi H.P., Iyer K.N. On nighttime anomalous enhancement in ionospheric electron content at lower mid-latitude during solar maximum // Annales Geophysicae. 1990. V. 8. P. 5358.

77. Lois L., Peres H., Lazo В., Jakowski N., Landrock R. Nighttime enhancement of the F2-layer ionization over Havana-Cuba: a relationship with solar activity // Geomagnetism and Aeronomy. 1990. V. 30. P. 76-82.

78. Klobuchar J.A., Aarons J., Hajeb Hosseinieh H. Midlatitude nighttime total electron behavior during magnetically disturbed periods // Journal of Geophysical Research. 1968. V. 73. No. 23. P. 7530-7534.

79. Martynenko O.V., Knyazeva M.A. Model integration in the Framework Atmosphere Model (FrAM) // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXXI Annual Seminar. 2008. Apatity. Kola Science Centre. Russian Academy of Science. P. 157-159.

80. Mikhailov A.V., Forster M. Some F2-layer effects during the January 06-11, 1997 CEDAR storm period as observed with the Millstone Hill incoherent scatter facility // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1999. V. 61(3-4). P. 249-261.

81. Mikhailov A.V., Leschinskaya T.Yu., Forster M. Morphology of NmF2 nighttime increases in the Eurasian sector // Annales Geophysicae. 2000. V. 18. P. 618-628.

82. Mikhailov A.V., Schlegel K. Self-consistent modeling of the daytime electron density profile in the ionospheric F region // Annales Geophysicae. 1997. V. 15 (3). P. 314-326.

83. Moldwin M.B., Mayerberger S., Rassoul H.K., Barnicki Т., Anderson R.R. Plasmapause response to geomagnetic storms: CRRES results // Journal of Geophysical Research. 2003. V. 108. No. All. P. 1399. doi: 10.1029/2003JA010187.

84. Namgaladze A.A., Korenkov Yu.N., Klimenko V.V., Karpov I.V., Surotkin V.A., Naumova N.M. Numerical modelling of the thermosphere-ionosphere-protonosphere system // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1991. V. 53. No. 11/12. P. 1113-1124.

85. Namgaladze A.A., Martynenko O.V., Namgaladze A.N. Global model of the upper atmosphere with variable latitudinal integration step // Geomagnetism and Aeronomy International. 1998a. V. 1. No. 1. P.53-58.

86. Namgaladze A.A., Martynenko O.V., Volkov M.A., Namgaladze A.N., Yurik R.Yu. High-latitude version of the global numerical model of the Earth's upper atmosphere // Proceedings of the MSTU. 19986. V. 1. No. 2. P. 23-84.

87. Newton G.P., Walker J.C.G., Meijer P.H.E. Vibrationally excited nitrogen in stable auroral red arcs and its effect on ionospheric recombination // Ibid. 1974. V. 79. No. 25. P. 3807-3818.

88. Oya H. Studies on plasma and plasma waves in the plasmasphere and auroral particle acceleration region, by PWS on board the EXOS-D (Akebono) satellite // Journal of Geomagnetism and Geoelectricity. 1991. V. 43. P. 369.

89. Park C.G. Westward electric fields as the cause of nighttime enhancements in electron concentrations in midlatitude F region // Journal of Geophysical Research. 1971. V. 76. No. 19. P. 4560-4568.

90. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107. No. A12. P. 1468. doi:10.1029/2002JA009430.

91. Rao M.M., Raj P.E., Joguly C. A study of the post-sunset increase in the F2-region electron density at low- and middle latitudes in the Asian zone during sunspot maximum and minimum periods // Annales Geophysicae. 1982. V. 38. P. 357-365.

92. Richards P.G., Torr D.G. Ratios of photoelectron to EUV ionization rates for aeronomic studies // Journal of Geophysical Research. 1988. V. 93. P. 4060-4066.

93. Richards P.G., Torr D.G., Buonsanto M.J., Sipler D.P. Ionospheric effects of the March 1990 magnetic storm: Comparison of theory and measurement // Journal of Geophysical Research. 1994a. V. 99. No. A12. P. 23.359-23.365.

94. Richards P.G., Wilkinson P.J. The ionosphere and thermosphere at southern midlatitudes during the November 1993 ionospheric storm: A comparison of measurement and modeling // Journal of Geophysical Research. 1998. V. 103. No. A5. P. 9373-9389.

95. Richmond A.D., Ridley E.C., Roble R.G. A thermosphere/ionosphere general circulation model with coupled electrodynamics // Geophysical Research Letters. 1992. V. 19. P. 601-604.

96. Roble R.G., Ridley E.C., Richmond A.D., Dickinson R.E. A coupled thermosphere/ionosphere general circulation model // Geophysical Research Letters. 1988. V. 15. P. 1325-1328.

97. Schunk R.W. A mathematical model of the middle and high latitude ionosphere // Pure and Applied Geophysics. 1988. V. 127. P. 255-303.

98. Taylor H.A.Jr., Grebowsky J.M., Walsh W.J. Structured variations of the plasmapause: Evidence of a corotating plasma tail // Journal of Geophysical Research. 1971. V. 16. P. 68066814.

99. Titheridge J.E. Nighttime changes in the electron content of the ionosphere // Journal of Geophysical Research. 1968. V. 73. No. 9. P. 2985-2994.

100. Titheridge J.E. The electron content of the southern mid-latitude ionosphere, 1965-1971 // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1973. V. 35. P. 981-1001.

101. Torr M.R., Torr D.G., Richards P.G., Yung S.P. Mid- and low-latitude model of thermospheric emissions, 1, 0+ (2P) 7320 A and N2 (ZP) 3371 A // Journal of Geophysical Research. 1990. V. 95. P. 21.147-21.168.

102. Tyagi T.R. Electron content and its variations over Lindau // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1974. V. 36. No. 3. P. 475-487.

103. Vlaskov V.A., Henriksen K. Vibrational temperature and excess vibrational energy of molecular nitrogen in the ground state derived from N2+ emission bands in auroral // Planetary and Space Science. 1985. V. 33. No. 2. P. 141-145.

104. Wang W. A thermosphere-ionosphere nested grid (TING) model //Ph.D. thesis. Univ. of Mich. Ann Arbor. Mich. 1998.

105. Wang W., Killeen T.L., Burns A.G., Roble R.G. A high-resolution, three dimensional, time-dependent, nested grid model of the coupled thermosphere-ionosphere // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1999. V. 62. P. 385-397.

106. Weimer D.R., Maynard N.C., Burke W.J., Liebrecht C. Polar cap potentials and the auroral electrojet indicies // Planetary and Space Science. 1990. V. 38. No. 9. P. 1207-1222.

107. Wilkinson P.J., Richards P., Igarashi K., Szuszczewicz E.P. Ionospheric climatology and weather in the Australian-Japanese sector during the SUNDIAL/ATLAS 1 campaign // Journal of Geophysical Research. 1996. V. 101. No. A12. P. 26.769-26.782.

108. Wilson B.D., Mannucci A.J., Edwards C.D. Subdaily northern hemisphere ionospheric maps using an extensive network of GPS receivers // Radio Science. 1995. V. 30. No. 3. P. 639648.

109. Young D.M.L., Yuen P.C., Roelofs Т.Н. Anomalous nighttime increases in total electron content // Planetary and Space Science. 1970. V. 18. No. 8. P. 1163-1179.