Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Роль возбужденных частиц в формировании главного ионосферного максимума

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Роль возбужденных частиц в формировании главного ионосферного максимума"

^ о Ч и

I и и КСШТЕТ ПО ВЭДРШЕТЕСРОЛСШ!

'и мсштсришу жрлшцщ сржы

ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ГЕОЕШК1 ИМЕНИ АКАДЕМИКА ФЕДОРОВА Е.К»

На правах рукописи

~ . ¿ВАКОВА Татьяна Маевна

ЗДК 550.388.2; 551.510.53

РОЛЬ ЗСВШДШЖ ЧАСТИЦ В ФСЕШРСЗАКМ ГЛАВНОГО ИОНОСФЕРНОГО МАКСИМУМА 04.СО.'¿'г ~ геофизика

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кавдэдата физико-математических наук '

у

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте прикладной геофизики жыеет академика Федорова й.к;

Научный руководятель: доктор фязгно-ызтеиатическгх наук, старший научный сотрудник ВЛАСОВ Н.Н.

Официальные оппоненты: доктор физихо-штеиатических наук, профессор ГОРДИЕЦ Б.О.

доктор физико-иахеиатических наук, профессор КАЛШП'Н Ю.К."

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ

Бацпта диссертации состоится "7" октября 1992г. в "Ю" часов на заседании специализированного совета Д U24-.09.0I в Институте прикладной геофизики ■пени акздешгка Фёдорова Е.К. по адресу: 129X28, Москва, Ростокинская ул., 9.

С диссертацией поено ознакомиться в библиотеке ИПГ ■пени академика Фёдорова Е.'Н.1

Автореферат разослан пЗп 1992г^'

>чёный секретарь специализированного совета кандидат фжз.-иат.' наук Сгркпл СТАРКОВА АЛ1.'

л ,-з-

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Вз аимодеиствне нейтральных И ЗЯрЯ^СННЫХ компонент верхней атмосферы является одной из основных характерных черт этой среды, определяющих её структуру. Это взаимодействие но-зит сложный и многообразный характер. Определяющую роль играют нейтральные компоненты, благодаря ионизации которых коротковолновым золнечным излучением в верхней атмосфере образуются зарякеннне частицы. В области главного ионосферного каксттутла рекомбинация заряженных частиц такие определяется процессам! с участием нейтральных <смпонект / ионко-молекуляркые реакции /. Оз. над о, заряженные ксм-юнентн оказывают, в свсю очередь, сильное влияние на нейтральные доставляющие, так, например, основной приток тепла к нейтральному газу в верхней термосЛере осуществляется через Фотоэлектроны. Стол-шовешя заряженных частиц с нейтральными оказывают значительное злияняе на процессы переноса последних.

Как было показано в работах М.Н.Власова / I, 2 ], особо зая-{ую роль во взаимодействии нейтральных и заряженных компонент в зерхней атмосфере играют возбуждённые метастабильные частицы, ¡¿та золь в значительной мере определяется гораздо большими сечениями ззаимодействия метастабильных частиц с компонентами верхней атмосферы. Введение в кинетику верхней атмосферы процессов с участием зозбуздённых частиц оказалось очень перспективным к позволяло объ-[снить целый ряд особенностей этой среды.

Данная работа направлена на дальнейшее развитие этого подхода 5 плане решения проблемы взаимодействия нейтральных и заряженных ;смпокент в верхней термостере.

Цель работы: модельное исследование роди возбуждённых метаста-¡ильных частиц в термосфере, их влияния на распределения заряген-:ых частиц.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые: на основе модельных расчётов определено влияние колебательно-воз-буздённого молекулярного азота на рекомбинацию магнитоспокойной среднешгротной ионосферной плазмы в области главного максимума при различных гелиогеогсизических условиях;

- построена модель главного максимума дневной среднеширотной ионосферы с учетом электронно и колебательно-возбуждённых частот, определены особенности влияния метастабилькых частиц на электронную концентрацию;

- показана определяющая рать колебательного возбуждения по сравнению с диффузией при формировании минимума электронной концентрации во время воздействия мощного ВЧ-нагрева на область главного максимума днезной среднеииротной ионосферы.

Научная значимость работы заключается б том, что построена модель главного максимума дневной среднеширотной ионосферы с учётах электронно и колебательно-возбуядёкнкх частиц, на основе которой удалось объяснить и количественно воспроизвести наблюдаемое нелинейное изменение электронной концентрации в летник период в зависимости от солнечной активности, а также явление зимней аномалии области Г2.

Практическая ценность работ определяется тем, что её результаты могут быть псдользозакы при построении достатиио'11й1и.ой-мо-дели верхней атмосферы, совместно описывающей поведение нейтральных, заряженных и возбуждённых частиц.. Такая модель является важным элементом системы контроля и прогноза состояния верхней атмосферы»

Следует такяе отметить, что эмиссии метастабильных частиц формируют свечение верхней атмосферы, которое при условии знания процессов с участием этих частиц, монет давать вакную информацию об основных механизмах атмосферных и ионосферных явлений»

На защиту взносятся сдедтагпте положения»

1. Ыодель главного максимума дневной среднеггароткой ионооте-рн в магнитоспокойкый период с учётом вл'лш электронно и колебательно-возбуждённых метастабильных частиц ка процессы новообразования и рекшбикагаи.

2. Результаты численных расчётов высотных провален дневных колебательных температур молекулярного азота в среднеширотной термосфере для различных гелиогеофизических условий.

а. Метод модельного анализа роли колебательно-возбуждённого молекулярного азота и электронно-возбуждённых ионов атомарного кислорода в среднеииротнси термосфере, объяснение и количественное воспроизведение наблюдаемого нелинейного зтзмепекпя дневной электронной концентрации в летний период в зависимости от солнечной активности и явления зимней аномалии в области главного ионосферного максимума.

4. Модель главного максимума днезксй среднеирстной хснос^е-ры г условиях воздействия мощной электромагнитной всдной. "сдельное определение решающей роли колебательного возбуждения молекулярного азота в образовании минимума электронной концентрации.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Ь'езду-народной конференции СОЭРДК] Инсбрук, май-июнь 1376г. /, на международном симпозиуме УРСИ / Суздаль, сентябрь 1991г. /, на семинарах в ИФА АН СССР, в НИИЯ5 АН СССР, в И05 АН СССР и в ИПГ.

Дублжаши. Содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.

Объём и структура работы.. Диссертация состоит из зведенгя, тетырёх глаз и заключения, содержит 117 страниц текста, 23 рзсун-са, 2 таблицы, список литературы ссдеркзгт 170 наиленозаний / 17 ¡тракиц /..

СОИРЕАНИЕ РАБОШ

Во введении сборыулироваЕы актуальность проблемы, цель работы, научное и практическое значение проводимых исследований, научна1! нсвгзна я сснсамые защищаемые полсс:ен;1я; кратко изложено содержание диссертации, указаны работы, представляющие основное ссдерза-нзе диссертации. ,

Перзая глаза посажена рассмотрению колебательной кинетики молекулярного агота. Вопрос о возможном влиянии колебательно-зозбуж-дённого азота на рексыбпнают ионосферной плазмы был поставлен ещё в 1967г., когза экспериментально была показана сильная зависимость константы скор ос тк 2 снко-г.толзкулярко1; р сайда от колебательной температуры молекулярного азота. Тар; как эта реакция совместно с понно-молекулярной реакцией 0*~-+-0г определяет скорость исчезновения основных ионов верхней термосферы - атсхлных ионов кислорода и, соответственно, скорость рекомбинации ионосферной плазмы.

Для еолп честзепной опенки влияния колебательно-возбуждённого азота Еа рекомбинации и на распределения заряженных частиц требуется знать распределения кслебательно-зсзЗу~дёнксго азота в верхней термос.! ере для различных гелпогесуизическпх условий / или колебательные температуры молекулярного азота /. На основе анализа имезпдася теоретических и экспериментальных данных выделяются ос-ЕОЕНке процессы, формируйсяе распределения колебателыго-возбугдён-еого азота в верхней термосфере, для включения кх в схему модели.

Проведённое в данной главе рассмотрение уравнений колебательной релаксации, условий и зозысгсксстп применения различных приближений при описании поведения колебательно-возбуддёнкого азота, а также конкретных видов колебательных распределен;!?! молекулярного азота, получаемых для различных условий, показывает, что для уело-

вий среднеширотной спокойной термосферы распределения молекул азота по колебательным степеням свободы близки к бодьшановским. Степень колебательного возбуждения молекулярного азота при этсм представляется колебательной температурой, которая определяется средним числом колебательных квантов, приходящимся на молекулу азота. £ главе приводится вывод уравнения непрерывности в днй'узиснкш приближении для среднего числа колебательных квантов, используеыо-го в работе для расчётов колебательных температур молекул азота.

Представлены высотные пропяли колебательных температур, рассчитанные для различных уровней солнечной, активности, Приведённые результаты показывают значительное увеличение дневных колебательных температур молекулярного азота летал с рос тал солнечно?, активности и превышение ими кинетических температур нейтрального газа. Максимальные дневные колебательные температуры изменяются от 900-1200К при низкой до 1600-2000К при высокой активности. Значительный разброс колебательных температур молекулярного азота при конкретном уровне солнечной активности объясняется сильной зависимостью от электронных температур, значительный разброс которых наблюдается экспериментально. Ночные и зимние колебательные температуры практически равны нейтральным температурам, небольшое превышение дневных зимних колебательных температур над нейтральный наблкдается при высокой солнечной активности,-

Во второй главе представлено описание разработанной модели М1, предназначенной для исследования влияки колебательно-возбуг-дённого азота на распределения заряженных частиц в верхней термосфере, что моделируется путём учёта зависимости от колебательной температуры константы скорости ^ реакции О^+Мг, ,

Приводится система нестационарных дифферпнгиальных уравнений модели, включающая уравнение непрерывности в диффузионном приближении для среднего числа колебательных квантов £

- г-

Колебательная температура молекулярного азота определяется средни числал колебательных квантов Е-^/А/, приходящимся на молекулу

(£+$/£) (Л)

1де [0]и. /V - кскцентрасш аташого кислорода и молекулярного аз о

та,,- концентрация колебательных' квантов, -концентрация молекул азота, возбуадённых на колебательный уровень £

- температура, соответствующая энергии колебательного ква та /у , Н - постоянная Больцмана, 7) - коэффициент дифпузии коле-бательно-возбуздёкного азота, 7]? - температура нейтрального газа,

- скорость образования колебательных квантов при возбуждении молекул азота электронами, при передаче энергии электронного возбуждения атшов кислорода ¿У5$)на колебательные уровни молекул азота и в результате экзотермической реакции

Второй член правой части уравнения представляет скорость потерь колебательных квантов в результате У~Т процессов с атомнш кислородом, где <¿40 ~ константа скорости гашения первого колебательного уровня возбуждённого азота атомным кислородом.

Для описания поведения зарякенных частиц в верхней термосфере используется уравнение непрерывности в одноионном диффузионном пр! блияенпи Л/-е=[0+] .

тав Л^ . [О*] -концентрации электронов и основных ионса Я*; учитываются основные процессы» контролирующие распределения зарякенных частиц в верхней термосфере: фотоионизацня со скоростью , река бинаи.'я со скоростью <6 , которая определяется скоростью исчезнове ния ионов 0*в реакциях О^-^^-Ц/^о и +0

¿-Ш^и^Ш^Т^Ш}^ ^(7?1(Х)рассчитавается по модели / 3 зависимости ^ от кинетической и колебательной температур. Верти-

кальная коглпонснта скорости Н^н

складывается из скорости ачбиполярной диЯДузии -первый член и вертикальной компоненты дрейфа пел действием ветра с меридиональной скоростью "V , 7)а -коэффициент а".тбиполярноц диффузии, Ир -плазменная шкала высот,75,72 -электронная и ионная температуры, / -магнитное наклонение.

В качестве нижних граничных условий задаются уравнения непрерывности без учёта членов переноса, которые здесь пренебрежимо малы. На верхней границе для среднего числа колебательных квантов задаётся условие диффузионного равновесия, а для заряженных частиц задаются значения экспериментальных потоков электронов.

При определении границ модели проводится опенка верхней границы применимости однотонного диффузионного приближения, используемого в модели. Показано, что с учётом аппрокетташонннх возможностей граница применимости этого приближения располагается от 450км при низкой до 650кг,I при высокой солнечно:" актовности. Исходя из этого, верхняя граница модели располагается на 500кмг где для большинства условий применимо однотонное диффузионное приближение. Расположение нижней границы на 120км позволяет свести к минимуму оезб-ки расчётов, связанные с заданием нижних граничных услозп:".

В главе приводится описание численного метода решения модельной схемы нелинейных дифференциальных уравнений. Выбранный с учё-тш особенностей модельной системы / жёсткости системы уравнений с большим разбросом характерных времён / численный метод разработан в ИКИ АН СССР Мороз овил С.К. и Красипким О.П., 1де просёл детальную проверку при моделировании состава атмосфер планет. Используется неявная консервативная разностная схема. Нелинейные разностные уравнения на каэдом временном шаге решаются итерационным методом Ньютона с линеаризацией в средней точке. На кагдой

—J0~

итерации линейная система алгебраических уравнений решается модифицированным метода.! исключения Гаусса с выбором главного элемента по столбцу и нормировкой по строке. На основе тестовых расчётов были выбраны оптимальные параметры разностной схемы для проведения расчётов с высокой точностью для различных условий.

В третьей главе ка основе результатов расчётов, выполненных с пшсцью модели MI, проводится анализ влияния колебательно-возбуждённого азота на рекомбинацию и на распределения заряженных частиц в верхней термосфере. Показано, что выбор модельной зависимости константы скорости fiiWjcT кинетической и колебательной температур существенно влияет на величину элективного коэффициента рекомбинации в области главного ионосферного максимума и на результат расчетов. Поэтсму в данной главе на основе анализа кинетики реакши ОЪ-S/z проводится обоснование выбора для расчётов модели зависимости fftCTitlv) от кинетической и колебательной температуры и аппроксимации зависимости tfstTi*)от кинетической температуры применимых в ионосферных условиях. Показано, что использование в расчётах неправильной зависимости ftCIii)приводит к завышению коэффициента рекшбинацш в 1.5-2 раза в верхней термосфере уже при ередаел солнечной активности.

Приведённые в главе результаты расчётов показывают, что под влиянием увеличивающегося днём колебательного возбуждения молекулярного азота /летал, с ростом солнечной активности/ происходит нарупение линейного закона рекомбинации в области главного ионосферного максимума. Эффективный коэффициент рекомбинации при этсм становится сложной функцией многих параметров, включая и электронную концентрацию, и заметно возрастает /в области главного ионосферного максимума при высокой солнечной активности - в Ь-4 раза / при этш нарушается линейная зависимость скорости рекалбинации от электронной концентрации.

-я-

Влияние колебательно-возбуздённого азота на рекомбинацию за-яженных частиц в верхней термосфере увеличивается с ростом сол-[ечной активности из-за увеличения колебательных температур,этот фйект усиливается ещё тем, что возрастает относительный вклад в 1екомбинашю реакции по сравнению -с реакцией О+гСг..

а данной главе рассматриваются эффекты нелинейной рекомбина-ии в верхней термосфере. Результаты расчётов показывают, что слабое увеличение колебательного возбуждения молекулярного азота при язксй солнечной активности и зимой практически не влияет на элек-ронные концентрации. При этом зимние дневные электронные кснцен-раши в максимуме увеличиваются с увеличением скорости ионизации с ростом солнечной активности /, это подтверждается и эксперикен-альными данными.

Летом ситуация меняется, значительное увеличение колебатель-ого возбуждения молекулярного азота днём с ростом солнечной актив-ости приводит к значительному увеличении скорости рекомбинации, и, оответствешо, к уменьшении электронной концентрации в области лавного ионосферного максимума / в 2-й раза при высокой солнечней ктивности /. При этем наблюдается нарушение линейной зависимости невшх электронных концентраций в максимуме от скорости иокизаппз, при средней и высокой солнечной активности электрошые концентрата могут иметь практически такие же значения как и при низкой ах-ивности. К тагу яе в термосфере при одинаковой солнечной активности огут создаваться условия для различного увеличения колебательного озбувдения молекулярного азота, например, в зависимости от различие электронных температур, и, соответственно, могут устанавливать-т разные электронные концентрации. Таким образом нелинейная рекоы-янашя приводит к аномальному поведению дневных электронных кон-знтраций в области главного ионосферного максиму*;а, что наблидает-I экспериментально.

-dZ-

Прлмерсы аномальной нелинейной зависимости электронных концентрации от скорости ионизации является превышение дневных зимних / при меньших скоростях ионизации / электронных концентраций в максимуме над летними, или "зимняя аномалия", модель хорошо воспроизводит это явление. Основные особенности проявления зимней аномалии объясняются воздействием колебательного возбуждения молекулярного азота, которое увеличивается летом днём и с ростом солнечной активности. Увеличение колебательного возбуждения приводит к усилении рекомбинации и, соответственно, к уменьшению летних дневных электрошок концентраций / одновременно несколько-увеличивается высота максимума /. Зи;.гняя аномалия проявляется наиболее сильно при высокой солнечной активности, когда колебательное возбуждение максимально / при снижении активности - уменьшается, а при низкой активности мсяет вовсе исчезать /. Некоторые особенности широтного проявления зимней аномалии могут объясняться широтным распределением электронных температур, которые очень сильно влияют на увеличение колебательного возбуждения. '

Проводится оценка вклада в зимнюю аномалию других возможных механизмов. Расчёты проведённые для различных условий с использованием разных эмпирических моделей нейтральной атмосферы показали, что ни одна кз имеющихся эмпирических моделей не воспроизводит пол-ностыэ это явление за счёт сезонных изменений нейтрального состава, хотя этот механизм обычно называется главной причиной зимней анома- / лии. Причём вклад сезонных изменений нейтрального состава уменьшается с ростсм солнечной активности, когда само явление зимней аномалии усиливается. При средней и высокой солнечной активности вклад в зимнюю аномалию увеличивающегося колебательного возбуждения молекулярного азота становится определяющим.

Сравнение результатов расчётов, полученных с использованием различных эмпирических моделей нейтральной атмосферы: MSIS17, ?>ТМ

показывает значительное влияние на результаты ыбора модели. Так использование в расчётах модели А/2 77 , риводит к занижению электронных концентраций и к занижению 'коле-¡ательного эффекта" / величины уменьшения электронной концентрации [од воздействием колебательного возбуждения молекулярного азота /, ¡следствие завышенных концентраций молекулярного кислорода, что [риводило к завышению скорости рекомбинации. Уточнённая модель

M2JS1£ и модель Я ТМ дают более высокие значения электрон-шх концентраций и более значительный "колебательный эффект", хо-эошо согласуюп(иеся в пределах ошибок.

Эффекты нелинейной рекомбинации могут проявляться и при воз-1ействии мощными электромагнитными волнами на область главного юносферного максимума. Как показали многочисленные эксперименты, в зоне воздействия могут наблюдаться разнообразные нелинейные эффекты: уменьшение электронной концентрации, усиление иитексизно-стей эмиссий, нагрев электронного газа, появление сверхтеплсвых электронов. Последние два эффекта могут приводить к значительному увеличению колебательного возбуждения молекулярного азота, и, соответственно, к уменьшению электронной концентрации за счёт нелинейной рекомбинации.

В данной главе проводится модельный анализ изменения состояния ионосферной плазмы при воздействии на область глазного ионосферного максимума мощных электромагнитных волн. Проводится сравнение рекомбинашонного и диффузионного механизмов обеднения ионосферной плазмы / обычно диффузионный вынос назывался главна/ причиной уменьшения электронной концентрации в зоне воздействия /. Расчёты проводились с использованием модели Ш, изменение состояния ионосферной плазмы моделировалось заданием в качестве управляющих параметров - возмущённых профилей электронной температуры, соответствующих данным нагревных экспериментов, и возмущённой (?унк-

паи распределения электронов по энергиям, учитывающей появление сверхтепловых электронов. Показано, что основное снижение элек-тронЕой концентрации / до 40% / происходит за счёт увеличения рекомбинации, диффузионный вынос определяет до 10% снижения электронной концентрации. Учёт в модели нового нелинейного эффекта / появления сверхтепловых' электронов /, который усиливает колебательное возбуждение молекулярного азота и его воздействие на электронную концентрация t повышает роль рекомбинашонного механизма для условий в верхней термосфере с низкими электронными температурами.

Четвёртая глава посвящена рассмотрению кинетики электронно-возбуждённых ионов кислорода - » ОЧ'Р} и их влияния на состав

верхней термосферы. Рассматривается совместное воздействие на формирование профилей заряженных частиц в области главного ионосферного максимума и взаимосвязь колебательно-возбуздённого азота и возбуждённых ионов кислорода. Важность этого рассмотрения определяется тем, что при Фотоиокизаши только 40$ ионов кислорода / основных ионов в верхней термосфере / образуется в основном состоянии 0+IS) и около ёШ - в электронно-возбуждённых состояниях <?7ЧЭ)и ионы 0iz7j) , имеющие большое время жизни относи-

тельно радиационного излучения часа /, дктивно взаимодей-

ствуют с атмосферными составляющие, ионы 0*('Р) в результате радиационного перехода быстро /время жизни-4.5 с / преобразуются в ионы О *■(*-£} .

Скорость гибели для возбуждённых ионов кислорода 0Чг$и 0+(гР) гораздо больше, чем для конов 0+/*S), поэтому они являются малыми составляющими, а электронные концентрации в верхней термосфере определяются концентрациями основных ионов OV*s). Основной процесс гибели ионов быстрый процесс перезарядки с моле-

кулами азота имеет очень высокую константу скорости -(8± 2j-l6icM3cf подтверждённую различными экспериментами. Эта константа скорости

-J'J-

. несколько порядков грсзыпает константу скорости для peasi^n гн-ли основных исков - • "екп:.: образе.:, околс 6С;1 сбра-

ющихся первично иенез кислорода очень быстро прообрссуются з ::о-куляркые зоны, что резко уве-гчквает сухарную скорость реко-.:б;:-гго и снижает злектрскн;ло концентрацию. обратное преобразование лебательнсь-зозбудцённкх ионов Л'zM в ионы O^i^S):i переход исксз Y^jb) в основное состояние -S), препятствуют уменьшению элек-онной концентрации. Цреоблая£киз тех или ппых процесссз с участ::-возбулдённых ионов для раз^пчккх условий з зерхн&й Ti-prxeCepe ределяет разное з^шкле эта: пенез на зле:-:тро:п;ую кo:i:e~т•

В данней главе приводится описание числен-гсй модели laZ азляющей распределения заряженных частиц з дневкой зерх:-:';Г: т ер-сфере при учете вяшняя возбуждённых лскоз кислорода и ксдеба-льио-возбуздённкх молекул и ненов азота. Учет прспесссз с лоз-здёнкжн исна-.r.i существенно распаяет г.:одель:-гую cxer.ty грсцссссз, ачно испскьзуекуп для ошеаг-пя пшзде-НиЯ заряженных частиц з рхней термосфере. Схема процессов модели 1>'2 включает прсцсосы, ржрующие распределения колебательно-возбуждённого аз ста, и прессы с основными иона1,я 0*i*S) , представленные з модели гЛ. 3 вольную схему включены также процессы с возбуждёнными кп-зрода О^Л) и 0+(гР) , к с кслебательно-зсзбу.?дёккк:.:п nc:-:r:.zi азэ-A/zf'M , играющие загнута роль з верхней термссфере.

В модель 1,12 включены представленные з модели уравнения, отделяющие колебательною те^ературу молекулярного азота, и лвневие непрерывности в однснсннс" диффузионно:' приближен:;:: 'e-sfO'+P'S)], для определения ксицзятрия?. заргсент-пз: частиц, оме того з модель '-'-2 включены ур?-знекня непрерывности з гг;:::б-,о:-ЕШ фотохимического равновесия, еггродел^щие- концентрат: зжз-сдёкных тюков кислорода ОЧ-Я) :: G'f^P) , к кенпонтрах^::: холеба-гьне-возбуздёкных ионов аз ста //гТ^) . Применение гр:: Слоения

-Л"

"змсго г о ток:: веского разнсзеспя возмогло, так как влияние процессов переноса на эта ионы пренебрежимо мало.

Постановка задачи во многш аналогична постановке задачи модели Ы1, сдна/.о скорость ионообразования основных ионов зависит от сксрсстзй гибели возбугдёнкцх исков , 0*(гР) и

Ь глазе представлены рассчитанные с помацыо модели М2 высотные распределения концентраций зозбуцдённнх ионов 0 *(*£>);; ОЧ^Р) , и Электр он св для условий, Подвсс^ки?. анализ полученных результатов пск^гинагт, что учёт процесс02 с зозбугдонЕ.:.!:: яснаг.31 оказьг-зазт существ с-ккое зл^тнпе на распределения заряженных частиц в верхне-Л тегггос^ере. Пер; влиянием возбужденных ионов концентрация электронов з облает;: главного ионосферного магсслглу:.® уменъпается в летнее- ддевдсё время. :-га 4С-50р при з::сс:-;о"; солнечной активности: н на 25-ЗС^ - 1гр;г активности. Причём учёт обратного преобра-кслеС&телгпо-воьбулд йишх :гс:гоз азота МгМ в ионы О^Б) ".:еня:;аот с:гило:5::е слс-:-:трожо£ кокпектрахп д коззеикет улучзмть ссглассза:з:? раос^.тамнга д з:-:спорп:.:е:-'?алънцх л:.й0Тг::д: распределена 5л^:;тро:;нс: -енцелтрад:;!. Зллякде г.сзбууг;3ннис ионов кислорода и колебательне-зсзбузд молекул йота на //е оказывается взаи-мос^аннк:.:, так увеличение колебательного зезбулесекхя молекул азота приводит к усиления пре-сбразовання //¿"Мъ ОЧ^Э), из-за голаб-леннд колебательной релаксации, и к уменьшения снижения электронной концентрации под влиянием возбуздённш ионов кислорода.

Расчёты выявили и различное умсньпен:<;е электронной кенцептра-гдд под зд^яндем возбуждённых ионов в зависимости от сезона. Набло-даетоя небедыхе / 10 15е? / уыекьпекие снижения зимой по сравнение с лета:, что мсг.ет вносить некоторый вклад з явление "зимней е:но:.:аддн", но меньший, чем вклгд колебательно-возбуждённого молекулярного азота / особенно при увеличении солнечной активности и усилении самого язлення "зимней аномалии" /.

В целом показано, что колсбательно-возбуядёнкый молекулярный азот и возбуждённые ионы кислорода определит нелинейный закон рекомбинации и нелинейную зависимость электронной концентрации от скорости ионизашн в области главного ионосферного максимума. Показано значительное влияние этих метастабильных частиц на ссрг.^тро-вание распределений зарякенкых ког.яонент и необходимость учёта этих частиц в моделях верхней термосферы.

Все четыре главы завершаются краткими вуз ода:

В заключении сформулированы оснозные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведён анализ колебательной кинетики молекулярного-азота в среднеширотной термосшере, и построена модель, спискзаюцая высотные распределения колебательно-возбуждённого азота при различных гелиогеоТпизических условиях.

Показан существенный рост дневных колебательных температур молекулярного азота летсм с ростсм солнечной активности / от-£С0 -1200К - при низкой до 1600 - 2С0СК при высокой активности /.- Значительный диапазон колебательных температур для конкретного уровня солнечной активности определяется, з сснознсг.г, диапазона.: электронных температур.

2. Выявлен нелинейный характер влияния колебг.тельно-возбуззьн-ного азота на эффективный коэффициент рекомбинации заряженных частиц в верхней термосфере, и показан значительный рост этого коэффициента / в о - 4 раза при высокой солнечной активности / в области главного максимума дневной среднепиротной ионосферы.

а. Показано, что наблюдаемое в области глазного максимума дневной среднепиротной ионосферы в летний период нелинейное изменение электронных концентраций в зависимости от уровня солнечной актпзко-сти / скорости ионизации / определяется нелинейной рекомбинацией

под влпякием колебательно-возбутдённого азота.

4. Проанализирована кикетика процессов с участием электронно-всзбугдёккых ненов кислорода, и построена модель, описывающая их поведение в верхней среднещиротнсй термостере. Выполнены модельные расчёты высотных распределений электронной концентрации и ионного состава в области главного ионосферного максимума с учётсм возбуждённых исков кислорода и колебательно-возбуждённого азота.

Установлена взаимосвязь между кинетикой возбуждённых ионов кислорода и степенью возбуждения молекулярного азота. Показано, что учет пропессоз с участием возбуждённых исков кислорода приводит к уменьшения электронной концентрации в области главного ионосферного максимума днём на Ьй% - при высокой и на аО% - при низкой солнечной'активности,

ь. На ссксзе численного решения системы уравнений колебательной кинетики у. кинетики заряженных частиц / с учётом возбуждённых исков кислорода / осуществлено модельное описание зимней аномалии в поведении электронной концентрации з области главного ионосферного .'.:а:-:с:::,"г:,:а. Проведена оценка относительного вклада колебатель-Ео-зсзблтдённого азота и электронно-зозбуздённых ионов кислорода в язлен;1е зимней аномалии. Показано, что вклад возбуждённых ионов кислорода мал, и определяющая роль принадлежит колебательно- возбуждённому .азоту.

В целом пропессы с участием метастабнльных ионов кислорода и молекул азота определяют существенно нелинейный' закон рекомбинации исноетерной плаз;.® и нелинейную зависимость электронной концентрации от скорости ионизации в области главного максимума дневной среднешяротнсй ионосферы.

6. С учёта.', нелинейного характера рекомбинации построено модельное описание поведения ионосферной плазмы в условиях воздействия мощной электромагнитной волной на область главного максимума днез-

-J9-

ной средкещиротнсй ионосферы. Выполнены сценка относительной роли диффузионного и рексмбинадионного механизмов уменьшения электронной концентрации в области воздействия, показано существенное преобладание рексмбикнппонного механизма.

Основные результаты диссертации опубликованы в следугсих работах:

Г. V/oc;ov M.fi/'.,Jz.o(ko\fa Т.Н. Yiiraticnat/y -exd/eot лtfrozen and FZ winter as?e*iaty. £OSP№ Mstraefs. 7»isbr«ekJ97?.

2. Власов М.Н., Изакоза Т.П. Бель колебательного возбуг^ения в формировании зимней аномалии ионосферной плагг.д?// Дскла-ы -АН СССР. -1980. -Т. 254. -С. 65-68.

а. Власов H.H., Изакоза Т. 1.1. 0 применимости диффузиеттого приближения при оппсанта плазмы в поле тасеста // Косг.пческие исследования. -1985.-Т.23.-¿3.-С.444-448.

4. Власов М.Н., Изакоза Т.М. Колебательное возбуждение и рекомбинация ионосферной плаз?лы // Химическая физика.-198 7.-T_6.-::4. -С.433-437.

о. Власов М.Н., Изакоза Т.М. Нелинейная теория образования главного ионосферного максимума // Химическая физика.-1969.-Т. 8 J'5. -С. Gl 2—618.

б. Власов М.Н., Изакоза Т.М. Влияние колебательного возбуждения на рекомбинацию в ионосферной плазме при воздействии мосной электротагнитной волной П Космические исследования.-1990.-Т.28.-1/3.-0.413-417.

V. У/а г а/ ММ., Jzakoi/a TM. £teetron eeneentrccticn depletion induce et by the nctroy-ея vibrational -excitation oturinj ftp .beatcyij in tAe FZ reyem. Prcceectinys ofth-e. /¿/ Sazotat . UKSl symposium oti rMOctiftecxtioti of the cenesphere by powerful radio waves tISItt-3). Mosecvv. J9SJ. P.9J.

-2D-

Личный вклад автора диссертации во все перечисленные работы заключается в участии в постановке задач,, разработка алгоритмов их решений, составлении и отладке программ расчётов, анализе полученных результатов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Vlasot/ MM. /botoe/tenistr-y of the exeitec/ species. //

2. V/at sou Hfl/ M-etastaMe species a*?e/ wi„or

Keutra/ constituents i* ¿be ufyber atb*>s/>Aere //

kes.,-J977, -v. -p. 2. Ъ

3. Van Zanott TE) О'Ш/еу Tf. fafe Сое/freest fr the react ten of 0+with vibratcouaj/y -excite ct A/a. //

Подписано к печазп 12.5.92 Печ.' л. 1,0 Тир.ЮО Зак.168

ИЕсгктуз прикладной геофгзЕки еысни академика Фёдорова Е.К. 129128 Ыоскза, ул.' Ростокинская, 9.