WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:     || 2 |

«of ...»

-- [ Страница 1 ] --

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Advanced version of 20.08.2012

ЛУКЬЯНОВА РЕНАТА ЮРЬЕВНА

Исследование электродинамических процессов

в высокоширотных областях верхней атмосферы Земли

Специальность 01.03.03 – физика Солнца

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

7 Введение Глава 1. Роль электродинамических процессов в верхней атмосфере 1.1 Основные процессы, определяющие пространственную и временную эволюцию крупномасштабных электрических полей и токов…………………………………….. 1.1.1 Высокоширотные области как место взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой и верхней атмосферой Земли…..……………………………...........…. 1.1.2 Источники данных о распределении продольных токов и электрических полей в ионосфере.……………………………………………………………………………… 1.1.2.1 Продольные токи ….……………………..…….………………………………...….... 1.1.2.2 Конвекция плазмы ………………………….…………………………….……….…. 1.1.3 Эффекты асимметрии и сопряжения в распределении электродинамических параметров противоположных полушарий …………………………………………... 1.1.4 Глобальный отклик ионосферно-магнитосферной системы при экстремальных событиях космической погоды ………….……………………………….……………. 1.2 Концепция сопряженности полушарий и развитие биполярных исследований…...… 1.3 Решение задач электродинамики с учетом сопряженности полушарий……………... Глава 2. Моделирование крупномасштабного распределения электродинамических параметров в ионосфере Земли c учетом сопряженности полушарий 2.1 Введение ……………………………….……….…………………………………...…... 2.2 Постановка задачи.………………………………………….………………..…………. 2.3 Продольные токи.………………………………………………………………..……... 2.4 Проводимость ионосферы …..……………………….…………………………..…….. 2.5 Реализация модели в виде программного средства ………………….…………….… 2.6 Проблема совместимости распределений ПТ и проводимости..…………….……... 2.7 Картины конвекции, развивающиеся одновременно в двух полушариях …………… 2.7.1 Равноденствие..………………………………………..………………………….……. 2.7.2 Солнцестояние..……………………………………………………………………..…. 2.7.3 Разность потенциалов поперек полярной шапки в северном июжном полушариях при различной ориентации ММП и сезоне года ……………………………………... 2.8 Валидация модели LC06 и сравнение результатов с данными радарных измерений.. 2.8.1 Картины конвекции для отдельных промежутков времени по SuperDARN и LC06… 2.8.2 Сравнение картин конвекции, рассчитанных по LC06, со статистической моделью SuperDARN.……………………………………………………

2.9 Количественные характеристики дрейфа ионосферной плазмы по данным радара EISCAT и модели LC06 ………………………………..……………………………….. 2.9.1 Измерения EISCAT на широтах 78.5° и 75.3° CGMLat

2.9.2 Сопоставление модельных расчетов и радарных измерений ………………….……. 2.9.3 Электрическое поле в различные часы местного времени ………………….…….… 2.10 Основные результаты главы 2.……………………………………………………..…. Глава 3. Пространственные и временные вариации электрического поля в ионосфере 3.1 Введение ……………………………………………………………………..…………. 3.2 Суточная (UT) вариация в высоких широтах и ее проявление в распределении электродинамических параметров …………………………………………………….. 3.2.1 UT-эффект в распределении ионосферной проводимости и его влияние на структуру эквипотенциалей в полярных шапках..….………………………………... 3.2.2 Влияние UT-вариации проводимости на величину разности потенциалов поперек полярной шапки...…………………………………………..……………………….….. 3.2.3 Суточный ход Ф при коррекции модели продольных токов по UT………………… 3.2.4 Обсуждение результатов ………………………………………………………………. 3.3 Проникновение электрического поля высокоширотного источника в средние широты …………………………………………………………………………………… 3.3.1 Среднеширотные электрические поля в различные сезоны года...……………..…... 3.3.2 Особенности проникновение электрического поля на средние широты при ненулевом By ММП в условиях солнцестояния …………………………………….... 3.3.3 Обсуждение результатов ………………………………………………………............. 3.4 Квази-динамическая версия модели конвекции …………………..…………………. 3.4.1 Модификация модели LC06 для расчета траекторий конвекции..………………….. 3.4.2 Расчет траекторий конвекции под действием меняющегося во времени ММП……... 3.4.3 Трассирование траектории дрейфа полярного пэтча ……………..………………..… Глава 4. Эффекты внутри- и межполушарной асимметрии, обусловленные параметрами ММП и солнечным зенитным углом 4.2 Асимметричные структуры продольных токов и конвекции, контролируемые азимутальной компонентой ММП и сезоном………………………………………… 4.2.1 Основные составляющие систем продольных токов и конвекции в 4.2.2 Методика выделения отдельных элементов систем ПТ и конвекции………………. 4.2.2.1 Разностные диаграммы для ПТ………………………………………..……….……. 4.2.2.2 Разностные диаграммы для потенциала.……………………………………...….. 4.2.2.3 Разностные диаграммы для потенциала по данным радаров SuperDARN…..…… 4.2.3 Оценка величины продольных токов и электрического потенциала полярной 4.2.4 Обсуждение и интерпретация результатов.……….………………………….…..… 4.3 Эффекты сопряженности зимнего и летнего полушарий в продольных токах и ионосферных электрических полях...…………………………………………….…. 4.3.1 Используемые данные, модели и методы..………………………………..…….….. 4.3.2 Особенности распределения ПТ в сезоны лето/зима.…………………….…….…. 4.3.4 Сезонный межполушарный продольный ток при ненулевом By ММП …….…..... 4.3.5 Межполушарный продольный ток в солнцестояние при By=0..…………….….… 4.3.6 Обсуждение и интерпретация результатов..…………………………………..….… 4.4 Характеристики течения плазмы вблизи границы полярной шапки по данным 4.4.1 Описание эксперимента радара EISCAT на Шпицбергене...…………………...…. 4.4.2 Метод анализа..………………………………………………………………….……. 4.4.3 Статистическая зависимость меридиональной и зональной скоростей конвекции 4.4.4 Зависимость зональной скорости конвекции от By ММП и смещения границы полярной шапки в различные часы местного времени..……………………….….. 4.4.5 Обсуждение и интерпретация результатов.……………………………………..…. 4.5 Динамика границы полярной шапки (ГПШ) по данным изображений аврорального овала со спутника IMAGE.………………………………..….……… 4.5.2 Массив данных за 2000-2002 гг...………………………………..………………….… 4.5.3 Оценка смещения ГПШ в зависимости от By и Bz ММП..………………….….… 4.5.4 Эволюция ГПШ в восстановительную фазу магнитной бури …………....……...... Глава 5. Глобальный отклик магнитосферно-ионосферной системы на резкие изменения динамического давления солнечного ветра 5.1 Введение..……………………………………………………………

5.2 Влияние резких изменений динамического давления солнечного ветра (Pd) на 5.2.1 Использование высокоширотных геомагнитных индексов для оценки интенсивности конвекции под действием импульсов повышенного Pd ….………. 5.2.2 Высокоширотный геомагнитный эффект импульса Pd ……………………...…….. 5.2.3 Статистическая связь между РС индексом, параметрами СВ и ионосферным электрическим полем при наличии импульсов Pd ….…………………..………..... 5.2.4 Реконфигурация системы конвекции при резких изменениях Pd.…………...…… 5.2.4.1 Двухфазная вариация геомагнитного поля в полярной шапке …………..…..….. 5.2.4.2 Предварительный импульс в полярной шапке: статистика..…………….……… 5.2.4.3 Оценка величины ПТ при предварительном импульсе ……………………....….. 5.3 Наблюдения инжекции энергичных частиц на геосинхронной орбите при 5.4 Эффект усиления ПТ обусловленный импульсом Pd..……………………..….….. 5.4.1 Вариация геомагнитной Х-компоненты на низких широтах: примеры событий 5.4.2 Отрицательные бухты в низкоширотной Х-компоненте во время магнитных бурь 5.4.3 Интерпретация низкоширотной геомагнитногой вариации при импульсе Pd ……. Глава 6. Эффект высокоскоростных потоков солнечного ветра в электродинамике 6.2 Особенности солнечного цикла 23 и экстремальные высокоскоростные потоки 6.3 Геомагнитный эффект экстремально интенсивных высокоскоростных потоков 6.3.1 О проблеме разделения внутреннего и внешнего магнитного поля Земли ……..... 6.3.2 Наблюдения на обсерваториях в северной и южной полярных шапках ….………. 6.3.3 Наблюдения в авроральных широтах..……………………………………………... 6.3.4 Соотношение между долгопериодными геомагнитными вариациями и 6.3.5 Обсуждение и интерпретация результатов.…………………………………..……. 6.4 Высокоскоростные потоки солнечного ветра в прошлом..……………..………… 6.4.1 Вековая вариация магнитного поля в полярной шапке..………………..………… 6.4.2 Вариации геомагнитного поля в авроральной зоне………...………………..……… 6.4.3 Соотношение между геомагнитными вариациями и солнечными циклами……….. 6.4.4 Обсуждение и интерпретация результатов ………………………………………….. Глава 7. Роль крупномасштабных электрических полей магнитосферного происхождения в глобальной электрической цепи 7.1 Концепция глобальной электрической цепи...……………………….…..………. 7.2 Измерения приземного электрического поля в полярной области...…..…….…. 7.2.1 Оценка реальной величины атмосферного электрического поля, измеряемого на 7.3 Соотношение между потенциалом ионосферы (Uext) и приземным электрическим полем (Еz) в высокоширотных областях.…………………...…. 7.3.1.1 Измерения приземного электрического поля в Антарктике ………………..…….. 7.3.1.2 Модели конвекции в высокоширотной ионосфере южного полушария ……..….. 7.3.2 Соотношение между Ez и Uext в для избранных дней.………………….…...… 7.3.3 Статистические соотношения между Ez и Uext ………………………...………. 7.3.4 Влияние ориентации ММП на корреляцию Ez и Uext ……………..…………… Приложение 1. Методика и алгоритмы решения задачи о растекании токов…………….. Приложение 2. Основные публикации и доклады автора по теме диссертации…….…… Введение Актуальность проблемы исследования В атмосфере по мере увеличения высоты и усиления ионизации под действием солнечного излучения все большую роль начинают играть электродинамические процессы, контролируемые исходящим от Солнца магнитным полем и потоками плазмы – солнечным ветром (CB). Изучение электродинамики верхней атмосферы Земли – ионосферы и тесно связанной с ней магнитосферы - на протяжении многих лет является одной из основных проблем солнечно-земной физики. Многочисленные исследования показали, что нейтральная атмосфера – ионосфера – магнитосфера должны рассматриваться как единый комплекс, подвергающийся воздействию волнового и корпускулярного излучения Солнца. В этой системе особенно тесное взаимодействие процессов происходит в высоширотных областях, поскольку полярные шапки северного и южного полушарий находятся в области силовых линий геомагнитного поля, открытых в межпланетное пространство, а окружающий их авроральный овал связан с пограничными слоями магнитосферы. Электродинамические процессы, развивающиеся в верхней атмосфере полярных районов проявляются в средних и низких широтах, примером чего может служить проникновение в среднеширотную ионосферу электрического поля от высокоширотных источников во время геомагнитных бурь. Нейтральные ветры на ионосферных высотах, волновая активность в нижележащих слоях атмосферы также оказывают определенное влияние на распределения электродинамических параметров.

Так, например, эффекты внезапных потеплений в полярной стратосфере обнаруживаются в движении плазмы в экваториальной ионосфере. Все больше появляется доказательств того, что электрические поля магнитосферного происхождения, наиболее интенсивные в высоких широтах, являются одним из звеньев глобальной электрической цепи и таким образом могут оказывать влияние на приземный климат.

Важно, что южное и северное полушария электродинамически связаны друг с другом на уровне ионосферы и через магнитосферу Земли. Наклон земной оси, несовпадиние географического и геомагнитного полюсов, различия в структуре внутреннего магнитного поля ведут к различиям в ионосферной проводимости противоположных полушарий. Топология и эффективность взаимодействия магнитосферы с солнечным ветром, которые определяются, в основном, ориентацией межпланетного магнитного поля (ММП), также могут несколько различаться в северном и южном полушариях. Геомагнитные возмущения, возникающие в процессе такого взаимодействия в высокоширотной ионосфере, распространяются по проводящей ионосферной оболочке в более низкие широты, а по замкнутым силовым линиям земного диполя – и в противоположное полушарие. В этой ситуации часто применяемое зеркальное отображение распределения электрических полей и токов из одного полушария в другое является большим упрощением и вызвано, главным образом, отсутствием необходимых моделей и недостаточным количеством данных наблюдений.

Развитие соответствующих моделей и их применение для решения ряда задач электродинамики верхней атмосферы является одной из целей данной работы.

Эффекты электромагнитной сопряженности противоположных полушарий входят в перечень основных проблем современных полярных исследований. Так, в связи с Международным Полярным Годом этому посвящена специальная программа «Эффекты межполушарной взаимосвязи в солнечно-земных и аэрономических исследованиях»

(ICESTAR). Также интенсивно развиваются измерительные комплексы, оперирующие одновременно в Арктике и Антарктике. Все это подтверждает, что изучение вопросов межполушарного взаимодействия, а также взаимодействия атмосферных слоев между собой, является важной и актуальной проблемой, имеющей большое научное и практическое значение. Актуальность изучения электродинамических процессов обусловлена также тем, что пространственные и временные неоднородности электромагнитного поля в верхних слоях атмосферы Земли играют важную роль в функционировании современных технологических систем. Например, работоспособность апппаратуры, установленной на борту спутников, точность определения местоположения объектов с помощью спутниковых навигационных систем, характеристики распространения радиоволн зависят от знания состояния ионосферы, которое в значительной степени определяется электрическими полями. Возмущения геомагнитного поля, обусловленные магнитными бурями и суббурями оказывают существенное воздействие на работу наземных электрических и трубопроводных систем из-за наведенных токов. Получение количественных оценок электродинамических параметров особенно важно в свете расширения промышленной инфраструктуры в российской Арктике.

Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием космических и наземных систем наблюдения за состоянием и динамикой атмосферы, ионосферы и магнитосферы на различных высотах и в обоих полушариях. Идет накопление новых экспериментальных данных, требующих дальнейшего осмысления, обработки и интерпретации. При этом из-за труднодоступности полярных областей количество наблюдений там до сих пор достаточно ограничено, многие явления все еще изучены недостаточно, и важные вопросы остаются без однозначных ответов. В этой связи развитие координированных арктических и антарктических исследований является актуальной проблемой физики солнечно-земных связей. Несмотря на достигнутый в последние годы значительный прогресс, обусловленный совершенствованием техники экспериментов, требуется создание обобщающих концепций. Так, на основе имеющегося экспериментального материала разрабатываются новые модели, учитывающие временную и пространственную изменчивость электродинамических параметров ионосферы. Однако такие исследования были посвящены, в основном, задачам в однополушарной постановке, т. е. рассматривалось северное полушарие, южное же считалось его подобием, и при этом взаимное влияние ионосфер противоположных полушарий не учитывалось. Остаются недостаточно изученными эффекты сопряженности полушарий и природа асимметрии полушарий, в частности, в распределении горизонтальных электрических полей и токов, текущих вдоль линий геомагнитного поля. Таким образом, особый интерес представляет развитие концепции электродинамически сопряженной двухполушарной системы и исследование особенностей электродинамики северной и южной полярных областей в их взаимодействии. Помимо научного интереса, связанного с изучением солнечно-земных связей и космического климата, актуальность данной темы определяется необходимостью решать важные практические задачи, такие как оценка состояния космической погоды, условий распространения радиоволн в высоких широтах, предупреждение сбоев в системах электроснабжения, транспортировки и др.

Цель и задачи. Целью данной диссерационной работы является экспериментальное и теоретическое исследование крупномасштабных электродинамических процессов в верхней атмосфере Земли, разработка количественных подходов к описанию системы электрических полей в ионосфере с учетом электромагнитной сопряженности полушарий, а также токов магнитосферного происхождения, возбуждающих эти поля.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи.

1) Развитие двухполушарной модели конвекции с учетом электродинамической сопряженности полушарий, входными параметрами которой являются распределения продольных токов (ПТ), полученные по большой базе данных измерений европейских спутников c полярной орбитой Orsted, CHAMP, Magsat.

2) Разработка алгоритмов и программ, адаптирующих современные эмпирические модели ПТ и проводимости для произвольного набора значений задаваемых параметров ММП, геомагнитной и солнечной активности и момента времени; улучшение их согласованности с целью совместного использования в качестве блоков модели конвекции. Модель конвекции реализована в виде программного средства и пригодна как для проведения численных экспериментов, так и для построения реалистичных карт распределения ионосферного электрического потенциала.

3) Проведение расчетов картин конвекции, развивающихся одновременно в северном и южном полушариях, при различных сезонах и условиях ММП. Сопоставление результатов с экспериментальными данными спутниковых и радарных измерений.

Валидация разработанной модели конвекции по схеме «модель-модель» и «модельэксперимент».

4) Разработка квази-динамической модели конвекции. Проведение модельных расчетов временной эволюции траекторий конвекции под действием медленно меняющегося во времени ММП.

5) Количественный анализ особенностей структуры конвекции в северной и южной высокоширотных областях при различной ориентации ММП и сезоне года. Оценка изменения разности потенциалов поперек полярной шапки в обоих полушариях при различных комбинациях солнечного зенитного угла и ориентации ММП. Моделирование проникновения электрических полей от высокоширотного источника в область замкнутых силовых линий геомагнитного поля.

6) Исследование и количественный анализ эффектов внутри- и межполушарной асимметрии в картинах ПТ и конвекции, обусловленных такими факторами как азимутальная компонента ММП, солнечный зенитный угол и их комбинация, на основе соответствующих моделей, а также радарных и спутниковых измерений. Выделение элементов ПТ и конвекции, контролируемых определенным фактором. Оценка межполушарных ПТ.

7) Построение статистической модели смещения границы полярной шапки (ГПШ) под действием ММП по оптическим данным спутника IMAGE. Анализ динамики границы в различных секторах местного времени во время геомагнитных бурь. Получение характеристик течения плазмы по данным радара EISCAT на Шпицбергене и оценка влияния на них положения ГПШ.

8) Исследование отклика магнитосферно-ионосферной системы на резкие изменения динамического давления солнечного ветра (Pd). Выявление характерной двухфазной вариации трансполярного ионосферного тока и оценка степени усиления конвекции на базе использования высокоширотных геомагнитных индексов. Выявление атипичного низкоширотного геомагнитного эффекта при больших импульсах Pd во время сильных магнитных бурь, который обусловлен высокоширотными ПТ. Сопоставление геомагнитных вариаций и инжекций частиц в магнитосфере.

9) Исследование отклика магнитосферно-ионосферной системы на высокоскоростные потоки солнечного ветра (ВСП СВ) с помощью анализа рядов геомагнитных данных высокоширотных обсерваторий северного и южного полушарий, включая вековые изменения и короткопериодные вариации. Выделение токовой системы, определяющей отклик на ВСП. Выявление на этой основе событий экстремальных ВСП и их связи с солнечной активностью. Реконструкция значений скорости СВ в доспутниковую эпоху.

10) Исследование вклада электрического потенциала магнитосферного происхождения в изменение параметров глобальной электрической цепи с использованием измерений вертикального приземного электрического поля в полярной шапке и модельных и радарных данных о потенциале ионосферы на основе отдельных событий и статистики.

Методы исследования. Основными методами исследования, разработанными и примененными в данной диссертации, являются математическое моделирование, численные алгоритмы, реализованные в виде программных средств, анализ и интерпретация данных радарных, спутниковых и наземных геомагнитнх измерений.

Научная новизна работы состоит в разработке нового подхода к анализу крупномасштабных электродинамических процессов в верхней атмосфере Земли, при котором адекватно учитывается электрическая сопряженность полушарий, что позволяет рассматривать систему солнечный ветер-магнитосфера-ионосфера-атмосфера всего земного шара как единое целое. Такой подход особенно важен для изучения эффектов меж- и внутриполушарной асимметрии в распределении различных параметров и для оценки взаимного влияния северного и южного высокоширотных источников электрических полей и токов, проникновения электрического поля на более низкие широты.

В ходе выполнения работы был получен ряд новых результатов, из которых основными являются следующие:

Впервые выполнено численное моделирование систем конвекции ионосферной плазмы, развивающихся одновременно в электродинамически сопряженных ионосферах северного и южного полушарий, с возможностью учета проникновения электрического поля от высокоширотного источника в средние широты.

Впервые для моделирования конвекции использованы карты ПТ, адаптированные из статистической модели ПТ, построенной по данным измерений магнитного поля низколетящими спутниками с полярной орбитой. Проведена полная параметризация модели по Z и Y компонентам ММП, по уровню солнечной и геомагнитной активности и по величине солнечного зенитного угла. Это позволяет использовать модель для расчета картин конвекции для произвольного набора входных параметров, а также в квазидинамической версии для расчета траекторий конвекции при изменяющемся ММП.

На основе разработанных моделей с помощью метода декомпозиции впервые проведено детальное исследование эффектов межполушарной асимметрии в картинах ПТ и конвекции, обусловленных азимутальной компонентой ММП и величиной солнечного зенитного угла. Дано количественное описание элементарных структур ПТ и конвекции, обусловленных определенными факторами. Построена статистическая модель смещения границы полярной шапки под влиянием компонент ММП.

Впервые выявлены и детально исследованы характерные особенности высокоширотного и аномального низкоширотного геомагнитного отклика на резкие изменения динамического давления солнечного ветра (Pd). Проанализировано влияние фронтов Pd на конвекцию в ионосфере и морфологию инжекций энергичных частиц в магнитосфере.

Показано, что при экстремально высокоскоростных потоках СВ на спаде солнечного цикла геомагнитно спокойные условия в высоких широтах фактически отсутствуют, что ведет к нарушению плавного векового хода среднегодовых значений, которые используются для характеристики главного поля Земли. Показано, что токовой системой, ответственной за отклик на ВСП СВ, является западный электроджет.

Предложен оригинальный метод реконструкции скорости СВ в прошлом по данным полярных геомагнитных обсерваторий.

Разработанная модель конвекции впервые применена для определения соотношения между ионосферным электрическим потенциалом и приземным вертикальным электрическим полем, измеренным на российской станции Восток в Антарктике.

Достоверность научных положений Научные положения и полученные результаты основаны на обработке большого объема экспериментального материала и результатах математического моделирования. Их достоверность также подтверждается применением различных методов анализа, использованием для интерпретации результатов наблюдения численных и аналитических моделей. Сделанные научные выводы опубликованы и получили международной признание.

Научная и практическая значимость полученных результатов В работе предложен новый подход к проблеме исследования глобальных электродинамических процессов, происходящих в верхней атмосфере южного и северного полярных районов и прилегающих к ним низкоширотных областей. На основе разработанных методов и моделей в сочетании с использованием экспериментальных данных получены новые научные результаты, расширяющие базу знаний об электромагнитных характеристиках окружающей среды, факторах солнечной активности и космической погоды.

К практически важным результатам относятся реализация разработанной модели конвекции в виде программного средства и возможность ее использования для получения реалистичных карт распределения ионосферного электрического потенциала для произвольного набора входных данных. Одновременно можно получить соответствующие карты ПТ и ионосферной проводимости. Построена статистическая модель смещения границы полярной шапки под действием ММП. Предложен новый метод реконстукции скорости СВ по полярным геомагнитным данным. Количественнные оценки различных параметров, полученные в диссертации, могут быть использованы в развивающейся в настоящее время системе служб космической погоды.

Научная и практическая значимость выполненных автором исследований подтверждается также тем, что часть работ проводилась при поддержке INTAS-СО РАН (грант 06-1000013-8823), РФФИ (гранты 06-05-64311, 09-05-00232-а), NATO (грант PST.CLG.978252), нескольких персональных грантов Академии Финляндии и Национального Центра научных исследований Франции.

Диссертация состоит из введения, семи глав, двух приложений и заключения;

содержит 299 страниц, 85 рисунков; список использованной литературы содержит наименований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развитие и реализация двухполушарной численной модели конвекции ионосферной плазмы с учетом электродинамической сопряженности полушарий, основанной на реалистичных статистических картах продольных токов, которые получены по магнитным измерениям над ионосферой с помощью современных европейских спутников с низкой полярной орбитой.

2. Результаты моделирования распределения ионосферного электрического потенциала (картин конвекции) в высокоширотных областях южного и северного полушарий для различных условий ММП/временных интервалов; сопоставление с результатами радарных измерений. Оценка вклада электрических полей магнитосферного происхождения в высокоширотную ветвь глобальной электрической цепи на основе соотношений между приземным электрическим полем и ионосферным потенциалом.

3. Физически обоснованное выделение, количественные характеристики и свойства структур продольных токов и конвекции при внутри- и межполушарной асимметрии, обусловленной азимутальной компонентой ММП и солнечным зенитным углом.

Результаты расчетов электрических полей от высокоширотных источников, проникающих в область средних широт. Оценка межполушарных ПТ.

4. Статистическая модель смещения границы полярной шапки (ГПШ) при изменении ММП, основанная на оптических данных спутника IMAGE. Оcобенности динамики ГПШ во время магнитной бури. Количественные характеристики скорости течения ионосферной плазмы вблизи ГПШ по данным радара некогерентного рассеяния EISCAT.

5. Результаты исследования отклика электрических полей и токов на резкие изменения динамического давления СВ: морфология высокоширотной геомагнитной вариации и ее связь с системой конвекции. Выявление и физическая интерпретация атипичного низкоширотного отклика на экстремальные события импульсов давления СВ во время магнитных бурь.

6. Способ обнаружения сигнала высокоскоростных потоков СВ в данных высокоширотных геомагнитных обсерваторий и его интерпретация как эффекта усиления западного электроджета. Результаты реконструкции скорости СВ за столетний период.

Личный вклад. Все результаты, представленные в диссертации, получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии в коллективе соавторов. В большинстве публикаций, относящихся к теме диссертации, автор выступал в качестве первого, и ему принадлежала ведущая роль в постановке задачи, поиске путей решения, выполнении соответствующих расчетов и интерпретации результатов.

Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных семинарах СПбГУ, ИКИ РАН, ГЦ РАН, ИСЗФ СО РАН, ИПГ, ААНИИ, Университета Оулу, Обсерватории Соданкюля (Финляндия), Университета Орлеана (Франция) и др. По теме диссертации были сделаны доклады на нескольких десятках отечественных и международных симпозиумах, конференциях и совещаниях.

Автор являлся приглашенным докладчиком на международной конференции COSPARМонреаль, Канада; основным конвинером сессии «Эффекты межполушарной сопряженности и вертикальных связей» на Генеральной Асамблее Международного Союза Геодезии и Геофизики (IUGG) 2011 г. в Мельбурне, Австралия.

В диссертации представлены результаты, опубликованные более чем в научных работах. В том числе 25 статей опубликованы в ведущих рецензируемых отечественных и иностранных журналах, входящих в список ВАК.

Глава 1. Роль электродинамических процессов в верхней атмосфере Глобальной задачей комплекса наук о Земле является понимание коллективного поведения и взаимодействия составных частей геосферной системы. Эта задача важна не только с точки зрения расширения спектра знаний о нашей планете, но и с практической точки зрения для интерпретации результатов мониторинга природных явлений, оперативного сопровождения производственных процессов и прогнозирования будущих изменений. Неотъемлемой частью геосистемы является околоземное космическое пространство, в котором осуществляются процессы, обусловливающие солнечно-земные связи. Общество становится все более зависимым от космических и от специальных наземных технологий, для развития и устойчивой работы которых необходимо знание условий космической погоды и соответствующих эффектов в магнитосфере, ионосфере, других слоях атмосферы и на земной поверхности. Проблемы изменения климата, являющиеся одним из главных вызовов последнего времени, также не могут рассматриваться в отрыве от проявлений солнечной активности и ее влияния на глобальные изменения.

1.1. Основные процессы, определяющие пространственную и временную эволюцию крупномасштабных электрических полей и токов обусловливает определяющую роль электродинамических процессов в системе солнечный ветер-магнитнитосфера- ионосфера/верхняя атмосфера. Наличие слабой электрической проводимости в атмосферном воздухе позволяет расширить границы области, в которой важную роль играют электромагнитные поля, вплоть до поверхности Земли.

Характеристики плазмы солнечного ветра, магнитосферы и ионосферы, электрические свойства нижней атмосферы принципиально различаются. Каждой из этих сред присущи свои интенсивности электромагнитных полей, концентрация электронов, ионный состав, температура, скорость направленного движения заряженных частиц. И все эти проводящие сферы Земли находятся в тесной связи.

1.1.1. Высокоширотные области как место взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой и верхней атмосферой Земли В настоящее время является общепризнанным, что такая система как нейтральная атмосфера – ионосфера – магнитосфера должны рассматриваться как единый комплекс, подверженный воздействию волнового и корпускулярного излучений Солнца. При взаимодействии солнечного ветра (СВ), межпланетного магнитного поля (ММП) с магнитосферой Земли в околоземное пространство поступает около 1012 Вт энергии, за счет которой возникают электрические поля и токи, энергизуются частицы, возбуждаются волны и происходят многие сложные и изменчивые процессы в магнитосферной и ионосферной плазме. Особенно тесное взаимодействие процессов осуществляется в высоких широтах, и центральную роль в этом играют продольные токи и горизонтальный перенос ионосферной плазмы, определяемый распределением электрических полей магнитосферного происхождения. Электродинамическое взаимодействие между энергией СВ и магнитосферой происходит главным образом в пограничных слоях и хвосте магнитосферы, которые являются сопряженными по силовым линиям геомагнитного поля с высокоширотными областями – авроральным овалом, каспом и полярной шапкой (ПШ).

Силовые линии магнитного поля, выходящие из ПШ, вытянуты в хвост магнитосферы и открыты для проникновения плазмы СВ. Была установлена фундаментальная связь электромагнитных возмущений в высокоширотной ионосфере и геомагнитных вариаций c магнитосферной динамикой [Пудовкин и др., 1975; Cергеев и Цыганенко, 1980; Пудовкин и Семенов 1985].

Параметры СВ, а также коротковолновое излучение Солнца существенно изменяются в ходе 11—летнего цикла солнечной активности, а также на меньших временных масштабах в зависимости от эволюции магнитного поля Солнца. В периоды солнечного максимума, когда происходит много солнечных вспышек и выбросов коронарной плазмы, к Земле приходит большое количество мощных структур СВ, магнитных облаков с резкими границам повышенной скорости и плотности СВ и интенсивным магнитным полем. Наиболее значительные по энергетике события, такие как геомагнитные бури, связаны с воздействием на магнитосферу ММП южного направления [Акасофу и Чепмен, 1975]. Фронты высокого динамического давления СВ оказывают значительные воздействия на магнитосферу Земли даже в отсутствие какихлибо изменений направления и величины ММП [Нишида, 1980]. Для периодов спада солнечного цикла характерны высокоскоростные потоки СВ и быстрые флуктуации ММП, следствием которых являются продолжительные периоды повышенной геомагнитной активности [Tsurutani et al., 2006]. Во время взаимодействия магнитосферы с возмущенным солнечным ветром происходит усиление всей системы высокоширотных электрических токов, возбуждение частиц внутри магнитосферы, высыпания в ионосферу, разогрев термосферы и другие явления [Хайнес и др., 1971; Брюнелли и Намгаладзе, 1988;

Rycroft, 2006].

происхождения наряду с грозовыми облаками участвуют в формировании глобальной геоэлектрической цепи [Hill 1975; Bering et al., 1998], являясь дополнительным источником потенциала ионосферы и существенно модулируя тем самым разность потенциалов Земля-ионосфера. Приполюсные области Земли как максимально удаленные от зон грозовой активности являются местами локализации возвратного атмосферного тока. Изменение электрических характеристик атмосферы может оказывать влияние на вариации тропосферных параметров, погодные системы и климатическую изменчивость [Markson, 2007; Markson and Price, 1999; Harrison, 2005].

В отличие от средних и низких широт, где магнитное поле в значительной степени экранирует Землю от потока заряженных частиц, в полярных областях энергичные протоны и электроны как солнечного так и галактического происхождения вторгаются в атмосферу и производят здесь дополнительную ионизацию на высотах 30км, увеличивая электрическую проводимость воздуха, а также концентрацию свободных радикалов, в реакциях с которыми происходят каталитические потери озона [Seppala et al., 2007; Lu et al., 2010; Stre et al., 2007; Newnham et al., 2011], что оказывает непосредственое влияние на стратосферно-тропосферный климат [Моханакумар, 2011].

1.1.2. Источники данных о распределении продольных токов и электрических полей в ионосфере Под действием солнечного излучения в верхней атмосфере образуется большое количество ионизованных частиц, которые играют главную роль во всех процессах, развивающихся в этой области. На высотах 60°северного полушария при возмущенных геомагнитных условиях 8 июня г., а Рис. 2.2б – при спокойных условиях 2 июня 2000 г. Вдоль траектории показаны векторы вариации горизонтальной (т.е. лежащей в плоскости X-Y, где ось X направлена вдоль траектории Рис. 2.2. (а) Векторы горизонтальной компоненты магнитного поля вдоль траектории пролета спутника Orsted во время магнитной бури 8 июня 2000 г. (б) То же в спокойных геомагнитных условиях 2 июня 2000 г..

пролета, а ось Y перпендикулярна траектории) составляющей геомагнитного поля. В каждой точке траектории значения X и Y компонент представляют собой разность между полным измеренным полем и моделью главного поля Земли (IGRF). Вариация вертикальной (Z) компоненты после вычитания IGRF близка к нулю. Вариации горизонтальной составляющей обусловлены магнитным эффектом ПТ, которые в высоких широтах направлены почти перпендикулярно к ионосферной оболочке. Так, например, если спутник пересекает два прилежащих вытянутых вдоль широты двух токовых слоев противоположной полярности, то вариация Х компоненты будет иметь форму буквы «V»

в прямом или перевернутом виде. При пролете вблизи краев токовых структур увеличивается амплитуда Y компоненты [Lukianova et al., 2001; 2005]. Зная распределение горизонтальной вариации магнитного поля, по градиенту магнитного поля вдоль траектории пролета можно рассчитать плотность ПТ. При большом количестве пролетов вся высокоширотная область может быть разбита на ячейки с некоторым шагом по широте и долготе с наложением всех имеющихся пролетов, попадающих в заданную ячейку и построением статистического двумерного распределения магнитных вариаций, по которому можно рассчитать полное распределение ПТ. Эта процедура предполагает ряд допущений. Так, пролет спутника через ячейку составляет минуты. Чтобы сопоставить временной интервал измерения ПТ с параметрами межпланетной среды необходимо учесть время движения СВ от патрульного космического аппарата (например, спутника АСЕ, находящегося в точке либрации) до ударной волны на магнитопаузе;

учесть изменение этих параметров при переходе через эту волну. Предполагается, что выбранное значение параметров, фиксируемое в области нахождения патрульного спутника, сохраняется без изменения достаточно долго и не меняется при взаимодействии с ударной волной. Также, низкоорбитальный спутник измеряет магнитное поле в локальной области пространства вдоль своей траектории, и приходится работать с измерениями, собранными в каждой ячейке при не полностью идентичных условиях в СВ, собранными в разные дни и часы, т. е., вообще говоря, при разной ситуации в электромагнитном состоянии магнитосферы. Таким образом, способ обработки данных вносит некоторую неопределенность в конечный результат. Сопоставление статистических карт и отдельных пролетов показало, что расхождение может достигать 10-20%.

Первоначально в статистической модели ПТ [Papitashvili et al., 2002] распределение ПТ в северном и южном полушариях было разделено по 3-х месячным Рис. 2.3. Зависимость максимума плотности втекающего (положительные значения) и вытекающего (отрицательные значения 0 >0 >0 0 0, север» («By < 0, юг») вечерний (утренний) вихрь более эффективно распространяется на противоположную сторону, чем при противоположном знаке By. Таким образом, в условиях солнестояния различия в проводимости усиливают не только количественные, но и структурные различия систем конвекции в противоположных полушариях. Можно также видеть, что эквипотенциали распространяются в широты, находящиеся значительно ниже границы полярной шапки, и постановка граничного условия U = 0 на границе 50-60° CGMLat (что присуще большинству существующих моделей) не является вполне корректным.

Рис. 2.10. Разность потенциалов поперек полярной шапки Ф в северном и южном полушариях при различной ориентации ММП в равноденствие (а) и июньское солнцестояние (б), а также отношение зимнего и летнего Ф (в) для девяти комбинаций ММП Bz и By (см. Рис. 2.7).

2.7.3. Разность потенциалов поперек полярной шапки в северном июжном полушариях при различной ориентации ММП и сезоне года Репрезентативным параметром интенсивности конвекции является разность потенциалов поперек полярной шапки (Ф), соответствующая разности положительного и отрицательного экстремумов потенциала в фокусах вихрей противоположного направления. На Рис. 2.10 для девяти комбинаций ММП BZ и By (см. Рис. 2.7) для условий мартовского равноденствия и июньского солнцестояния (соответствующие картины конвекции даны на Рис. 2.8 и 2.9) представлены значения Ф в северном (Рис. 2.10а) и южном (Рис. 2.10б) полушариях, а также их отношение (Рис. 2.10в).

В сезон равноденствия при заданной ориентации ММП значения Ф примерно одинаковы в северном и южном полушариях. В солнцестояние Ф в зимнем полушарии превышает Ф в летнем полушарии в среднем в 1.1-1.2 раза. В северном полушарии Ф выше при By0, а в южном, наоборот. Более высокие значения Ф зимой, чем летом, согласуются с результатами модели, основанной на наземных магнитных данных и на измерениях ионосферного потенциала спутниками DMSP [Papitashvili and Rich, 2002]. В этой работе также было получено, что зимние значения Ф превышают летние. Сочетание условий By>0/северная зима и By0, а южной зимой - при By0, By>0; (III) разность между первой и второй картинами. Те области, где различие превышало 5 (10) кВ обозначены светло (темно) серым тоном.

(б) То же, что и на Рис. 2.13(а), но для интервала времени 10:30-10:32 UT изолиний при подходящих условиях ММП. В период с января 1998 по декабрь работало 9 радаров в северном и 6 радаров в южном полушариях. В базе данных SuperDARN (http://www.jhuapl.edu/superdarn) содержится 13 дней хорошего отраженного сигнала, когда число наблюдаемых векторов скорости за 2 минуты сканирования было больше 320. Из этих дней для дальнейшего анализа был отобран один наиболее репрезентативный день 9 августа 2002. В течение этого дня можно выделить четыре достаточно продолжительных (>1 часа) периода стабильного ММП различной ориентации, а именно (1) BZ>0, By>0, (2) BZ>0, By0, By>0), сектор =135° (BZ>0, By0, а в нижнем – для By0 (By0 (верхний положительные, а при By0»

Ф вариация полностью сгладилась. В остальных случаях определенный суточный ход Ф остался, хотя его амплитуда не превышает 10%. В частности, в определенные часы UT величина Ф летом может превышать величину Ф зимой и наоборот. В этой связи следует отметить, что существующие модели конвекции дают достаточно согласованные результаты касательно формы конвективных вихрей, но часто расходятся в оценке величины Ф [Papitashvili and Rich, 2002 и ссылки там]. Одной из причин таких различий может быть, как показано выше, комбинированный эффект влияния различных факторов, среди которых важную роль играет момент UT. Коррекция модели ПТ по UT позволяет эффективно сгладить суточный ход Ф, однако не всегда удается избавиться от него полностью, что особенно заметно в условиях равноденствия.

3.2.4. Обсуждение резу льтатов В разделе 3.2 рассмотрен ряд аспектов пространственного распределения и временной эволюции ПТ и электрических полей, полученных с помощью модели LC06.

Корректность моделирования систем конвекции в рамках предложенного в LC06 подхода в значительной степени зависят от того, насколько верно соответствуют друг распределения входных параметров, а именно ПТ и проводимость ионосферы, и максимально согласованный учет вариаций проводимости и ПТ является важной задачей развития модели. Сезонные зависимости, проинтерполированные на каждый день года, учитываются в массивах ПТ и проводимости в явном виде. Изменение проводимости в течение суток описывается соответствующей зависимостью от UT. Модель же ПТ, основанная на спутниковых данных, изначально не была параметризована по UT вследствие трудоемкости дополнительной сортировки данных, и в настоящее время не представляется возможным провести соответствующую работу без дополнительных данных. Между тем, решение некоторых задач, таких как, например, описанная ниже в разделе 3.4 трассировка траекторий конвекции, требует учета согласованного изменения ПТ и проводимости в зависимости от UT. Для решения этой задачи был проведен ряд вычислительных экспериментов, направленных на улучшение согласованности в распределениях ПТ и проводимости, а затем введена дополнительная коррекция модели ПТ по UT. Такая коррекция позволила эффективно сгладить имевшуюся до этого довольно большую амплитуду суточного хода разности потенциалов поперек полярной шапки Ф, что больше соответствует результатам существующих моделей конвекции.

Однако и после коррекции не всегда удавалось сгладит суточную кривую полностью.

Наибольшая зависимость величины Ф от момента UT характерна для равноденствия, когда сравнительно небольшие суточные изменения освещенности происходят в области меридиана утро-вечер, где плотность ПТ максимальна. В вечерние часы UT декабрьского солнцестояния Ф в южной летней полярной шапке имеет тенденцию превышать Ф в северной зимней шапке, а в июньское солнцестояние то же происходит в утренние часы.

Вопрос о том, является ли магнитосфера генератором напряжения или тока обсуждается давно, и имеет различные интерпретвции [Fuiji and Iijima 1987; Zakharov and Pudovkin 1996; Кондаков и др. 2000, Уваров и Самокиш, 2009; Mishin et al. 2011].

Характеристика генератора в магнитосферно-ионосферной электрической цепи, как и любой другой, определяется соотношением между внутренним сопротивлением источника энергии и внешним сопротивлением нагрузки. В случае, если внутреннее сопротивление значительно больше (меньше) внешнего, можно говорить об источнике тока (напряжения). Соотношение сопротивлений может зависеть от различных факторов, в частности, от области магнитосферы, в которой генерируются токи, свойств ионосферы, условий космической погоды и др.

Считается [Fuiji and Iijima 1987], что в случае магнитосферы - источника напряжения плотность ПТ пропорциональна педерсеновской проводимости ионосферы, а в случае источника тока – мало зависит от нее. Корреляционный анализ соотношений между проводимостью и интенсивностью ПТ, сделанный на основе данных DMSP-F показал, что на дневной стороне токи зон R0/R1 связаны с источником напряжения, тогда как токи зоны R2 и возможно ночные токи зоны R1 – с источником тока [Haraguchi et al.

2004]. Такой же вывод, но для токов в утреннем и вечернем секторах, сделан в [Fujii and Iijima 1987]. Ситуацию на ночной стороне оценить сложнее из-за динамического характера высыпаний в этом секторе, но в работах [Christiansen et al., 2002; Green et al., 2009] показано, что в летний сезон интенсивность ПТ примерно в 1.5 раза больше, чем в зимний. В соответствии полученными выше результатами параметризация модели ПТ по UT, выражающаяся во введении соответствующих коэффициентов для плотности тока в каждой точке сетки, касается, главным образом, токов на дневной стороне. Это согласуется с результатами [Haraguchi et al. 2004] и позволяет провести оценку эффекта идентифицировать источники тока и напряжения в магнитосфере. Также введение коррекционных UT-коэффициентов для ПТ важно для практики применения модели, и дает возможность более точно рассчитывать электрическое поле в определенных условиях.

3.3. Проникновение электрического поля от высокоширотного источника в средние широты присутствует практически всегда за исключением случая полного отсутствия азимутальной компоненты ММП, в определенный симметричный момент UT в равноденствие. Асимметрия приводит к проникновению электрического поля из области высоких широт в область более низких, где электрический потенциал эффективно выравнивается в геомагнитно-сопряженных точках. Как отмечалось в работе [Weimer, 2005], oдной из нерешенных проблем ионосферного моделирования является невозможность воспроизвести среднеширое поле из-за того, что оно находится ниже внешней границы всех существующих моделей. Хотя проникновение электрических полей на низкие широты особенно велико в периоды мировых бурь, сезонная и связанная с азимутальной компонентой ММП межполушарная асимметрия также оказывает влияние на распределение электрического потенциала в области замкнутых геомагнитных линий.

Одним из свойств модели LC06 является то, что в ее рамках можно получить значения электрического поля, начиная от полюса, и до широт, отстоящих от экватора на 20-30°.

При этом среднеширотное поле определяется высокоширотными источниками обоих полушарий. В данном разделе рассматриваются вариации зональной и меридиональной компонент ионосферного электрического поля, которое возбуждается ПТ в высокоширотных областях и распространяется оттуда в средние широты.

Как показывают картин изолиний, полученные в Главе 2, электрическое поле Е из полярных шапок, где сосредоточены ПТ, может распространяться в область более низких широт, отличительной особенностью которой является эквипотенциальность геомагнитно-сопряженных точкек противоположных полушарий. Эффект распространения поля из одной полярной шапки в среднеширотную область замкнутых силовых линий и в полярную шапку противоположного полушарияя проиллюстрирован на Рис. 3.4. В данной схеме ПТ в виде синусоидальной функции задан только в северной полярной области ( = 1) на коширотных кругах = 010°. Границы полярных областей расположены на =2 0°. В южной области ( = 2) источник возбуждения потенциала отсутствует. Проводимость в обоих полушариях постоянна и соотносится как СП : ЮП = 1 : 2. На Рис. 3.4а можно видеть, что в северной полярной области развиваются два конвективных вихря. Разность потенциалов Ф между центрами этих вихрей принята за единицу. В южном полушарии также образуется две ячейки конвекции, центры которых приурочены к границе между областями открытых и замкнутых силовых линий, а Ф = 0.1, т. е составляет 10% от величины в северной области. Потенциал в южном полушарии появляется за счет токов перетекания между тремя областями = 1, 2, 3. MLT-профиль тока перетекания на границе трех областей показан на Рис. 3.4б. Ток, подходящий к общей границе из области = 1, где имеется внешний источник потенциала (т. е. ПТ) перетекает в области = 2 и 3, разделяясь пропорционально проводимости этих областей.

На Рис. 3.4в показано отношения между Ф в противоположных полушариях при изменении отношения проводимостей. Нелинейная зависимость в целом показывает, что чем выше проводимость полушария без источника тока, тем меньше межполушарная разница Ф, что свидетельствует о возможности перетекания при определенных условиях ПТ из полушария с более низкой проводимостью в полушарие с более высокой.

Рис. 3.4. (а) Распределение потенциала в северном и южном полушариях (ПТ задан только в северной полярной области). (б) Токи перетекания на границе между высокоширотными (=1, 2) и среднеширотной (=3) областями. Разность потенциалов в ценрах конвективных ячеек Ф и токи выражены в относительных единицах. (в) Изменение соотношения между Ф в противоположных полушариях при изменении соотношения проводимостей в СП и ЮП.

3.3.1. Среднеширотные электрические поля в различные сезоны года Рассмотрим распределение зональной Е (положительное направление на восток) и меридиональной Е, (положительное направление к экватору) компонент электрического поля в средних широтах обоих полушарий в различные сезоны года.

Компоненты Е рассчитываются по распределению электрического потенциала по формулам, аналогичным (2.9), но для удобства описания расчетов по модели для зональной и меридиональной компонент здесь применяются обзначения соответственно Е и Е..

На Рис. 3.5a для условий равноденствия представлены MLT-профили компонент Е и Е на двух широтах 50 и 30° CGMLat северного полушария. Расчеты проводились для условий Ву=0, Вz=-5 нТл. Можно видеть, что на средних широтах электрическое поле в утренние часы в основном направлено на запад и к экватору. Поле этого направления максимально в ~6 MLT, где на широте 50° (30°) CGMLat Е -1 (0.4) мВ/м и Е 0.5 (0.7) мВ/м. В остальные часы MLT поле направлено на восток и к полюсу. Поле, направленное к полюсу, максимально в полуночном секторе, при этом Е -1.5 (1.0) мВ/м на широте 50° (30°) CGMLat. При переходе от 50° к 30° CGMLat поле значительно уменьшается, особенно в ночном секторе, причем зональное поле затухает несколько быстрее, чем меридиональное. Можно провести сравнение представленных на Рис. 3.5a профилей Е и Е с профилями, полученными по известной модели Rice Convection Model (RCM) [Toth, G., et al., 2005] и опубликованными в работе [Fejer et al., 1990], а также с измерениями скорости дрейфа ионосферной плазмы радарами некогерентного рассеяния в Аресибо и Джикамарке [Fejer and Emmert, 2003]. На Рис. 3.5б, адаптированном из работы [Fejer et al., 1990], представлены профили Е и Е на широте 30° CGMLat для возмущенного периода при увеличении Ф на 45 кВ. На Рис. 3.5в, взятом из работы [Fejer and Emmert, 2003], показаны суточные профили зональной и вертикальной компонент скорости дрейфа плазмы (эти компоненты пропорциональны соответственно Е и Е) в интервале 12-00-12 UT 19-20 октября 1998 г., а также среднестатистической скорости для спокойных условий. Хотя в работе [Fejer and Emmert, 2003] приведены результаты двух радаров, в данном случае для сравнения больше подходят данные Аресибо (координаты: 30° MLat, 0 UT = 19:30 MLT), т.к. Джикамарка (2° MLat, 0 UT = 18:30 MLT) расположена слишком низко по широте, где модель LC06 не работает. Сравнивая соответствующие графики Рис. 3.5а с графиками Рис. 3.4б и 3.5в, можно видеть качественное соответствие формы профилей рассчитанных компонент E и Рис. 3.5. (а) Модельные MLT-профили зональной Е (положительное направление на юг) и меридиональной Е (положительное направление на восток) компонент электрического поля на широте 50 и 30° МLat для условий равноденствия. (б) Профили, полученные по модели RCM на широте 30° МLat. (в) Суточный ход скорости дрейфа плазмы по измерениям радаров Аресибо и Джикамарка 19–20/10/1998 / измеренных компонент скорости, что подверждает адекватность описания среднеширотного поля в модели LC06. Количественно, величины обеих компонент поля, рассчитанных по LC06 для широты 30° MLat, находятся в согласии с величинами, полученными по RCM на той же широте. В то же время они меньше, чем интенсивность Е по радарным измерениям Аресибо (принимая соотношение между скоростью дрейфа плазмы и электрическим полем как 1 м/с ~ 0.1 мВ/м), что может быть связано с ограничением приближения к экватору в модели.

В условиях солнцестояния как структура эквипотенциалей так и значения Ф в зимнем и в летнем полушариях существенно отличаются, а среднеширотное электрическое поле контролируется высокоширотными источниками обоих полушарий.

На Рис. 3.6а представлены MLT-профили Е и Е в северном полушарии для условий июньского и декабрьского солнцестояния и равноденствия при ММП Bz=-5 нТл, By=0 на коширотах =20° и =50°, т.е. в вблизи границы полярной шапки и в субавроральнойсреднеширотной области. Можно видеть, что обе компоненты проникают из полярных областей (где на кошироте =20° напряженность поля достигает 20-30 мВ/м) в область замкнутых геомагнитных силовых линий. При этом происходит затухание поля так, что на =50° напряженность поля становится примерно в 10 раз меньше. Можно видеть, что в высоких широтах Е почти в два раза превышает Е, тогда как в средних широтах обе компоненты имеют примерно одинаковую амплитуду. В сезон равноденствия пиковые значения среднеширотного поля на ночной стороне несколько больше (примерно на 10%), чем в солнцестояние. Такое соотношение качественно согласуется с результатами, полученными в работах [Wand and Evans1981; Peymirat and Fontaine, 1994; Hurtaud et al., 2007]. На Рис. 3.6б представлены MLT-профили Е и Е в северном полушарии для условий равноденствия и различных величинах южной компоненты ММП и уровнях геомагнитной активности. Можно видеть распространение конвективных электрических полей на средние широты даже при магнитоспокойных условиях (около 0.1 мВ/м при Кр=1). С ростом магнитной активности размеры вихрей конвекции расширяются, и интенсивность среднеширотного электрического поля увеличивается. В возмущенные периоды картина конвекции в средних широтах приобретает черты, характерные для структуры электрических полей на высоких широтах, что свидетельствует о достаточно эффективном проникновении поля в направлении к экватору. Количественное соотношение изменения амплитуды Е для трех представленных уровней ММП составляет 0.6:2.9:4.2 мВ/м, а амплитуды Е – 0.5:2.0:3.7 мВ/м.

MLT MLT

MLT MLT

Рис. 3.6. (а) Е и Е компоненты электрического поля в северном полушарии в июньское, декабрьское солнцестояние и в равноденствие на коширотах =20° и =50° при ММП Bz=нТл, By=0. (б) Компоненты поля в северном полушарии в равноденствие на кошироте =50° при ММП Bz=0, -5 и -8 нТл, By=0.

3.3.2. Особенности проникновение электрического поля на средние широты при ненулевом Ву ММП в условиях солнцестояния обусловленная сезонными различиями, усложняется, если начинает действовать азимутальная компонента ММП. При ненулевом значении By двухвихревая картина конвекции модифицируется таким образом, что в приполюсной области начинает доминировать, в зависимости от знака Ву, утренний или вечерний вихрь, который может захватывать всю полярную шапку. В южном полушарии картина отображается квазизеркально, так что в противоположных полярных шапках имеется противоположно направленная зональная составляющая скорости дрейфа плазмы, которой соответствует направленная к полюсу или к экватору меридиональная компонента электрического поля Е. Как показано в предыдущем разделе, в условиях солнцестояния электрическое поле в области замкнутых силовых линий определяется в большей степени вкладом источника, находящегося в летней шапке. Если в летней шапке доминирует вокруг-полюсный вихрь, обусловленный By ММП, то в результате, в среднеширотной области может возникнуть ситуация, когда в обоих полушариях доминирует меридиональная компонента Е определенного знака. Это проиллюстрировано на Рис. 3.7, на котором даны MLT-профили Е и Е на широте 45° CGLat, полученные на основе картин конвекции, представленных на Рис. 2.9 для условий BZ>0 и вариантов By0 в солнцестояние (декабрь). Можно видеть, что зональная компонента электрического поля Е практически одинакова для обоих знаков BY, тогда как меридиональная компонента Е имеет преобладающее направление, контролируемое знаком By. При By>0 в средних широтах во все часы местного времени Е направлено в северном полушарии к экватору, а в южном – от экватора. При By0 во всей области, простирающейся от северного полюса через экватор почти до границы южной полярной шапки, зональная составляющая скорости дрейфа направлена преимущественно к востоку, а при By>| Bz |.

получено, в частности вследствие трудности измерений ионосферных полей слабой интенсивности и географического расположения радаров.

3.3.3. Обсуждение результатов Токи и магнитные вариации на широтах ниже авроральной зоны сравнительно малы, и эмпирические модели конвекции, основанные на измерениях вариаций, обусловленных главным образом токами в более высоких широтах, малоприменимы в этой области. В то же время, знание распределения электрического поля, например, в субавроральных широтах весьма важно для изучения процессов вблизи границы плазмопаузы и др. В ряде ранних, но подробных и актуальных до сих пор работ опубликованы результаты экспериментальных исследований проблемы проникновения электрических полей конвекции на средние широты по данным измерений среднеширотными радарами некогерентного рассеяния [Wand 1981; Wand and Evans1981;

Blank 1983] и измерений дрейфа неоднородностей плазмы в F-области радифизическими методами [Гальперин и др. 1990]. Полученные широтные профили подтвердили гипотезу о том, что возмущения среднеширотных электрических полей в основном происходят изза прямого проникновения полей магнитосферной конвекции к экватору через замыкание токов в ионосфере. Тенденции изменения модельных MLT профилей электрическог поля, представленные в данном разделе, в целом соответствуют измерениям на широте радара Милстоун Хилл (L=3.2), где в магнитовозмущенные дни в послеполуденное время наблюдался рост как северной, так и восточной компоненты электрическог поля.

Зональная компонента меняла знак вблизи полуночи и была направлена на запад до утренних часов, а меридиональная компонента оставалась северной в большую часть ночи [Wand and Evans1981; Гальперин и др. 1990]. Похожий результат был получен при одновременных измерениях в Чатанике (L=5.6) и Милстоун Хилл [Carpenter and Kirchhoff 1975]. Данные, полученные двумя радарами, достаточно хорошо коррелируют друг с другом. Интенсивность электрическог поля на широте Милстоун в 3-10 раз меньше, чем в авроральной зоне. Усиление западного дрейфа наблюдалось в 03-02 MLT, затем скорость уменьшалась и изменяла направление на восточное. Был сделан вывод, что электрическое поле конвекции распространялось до L=3.2. Одновременные измерения в Малверне (L=2.6) и Сан-Сантин (L=1.8) показали, что в возмущенные дни электрическое поле конвекции проникает до L=1.8 с ослаблением примерно в 2 раза [Blanc 1983].

конвекции, проникающих на средние широты, и измерений скорости дрейфа ионосферной плазмы среднеширотными радарных показывает качественное совпадение результатов, хотя преобладание зональной компоненты над меридиональной в модели выражено слабее. Это может быть связано с особенностями постановки задачи (задание достаточно произвольного положения границы между открытыми и замкнутыми силовыми линиями, модельные входные параметры и др.), а также неучет динамо-действия нейтрального ветра. В данных измерений также имеется разброс, а компоненты скорости плазмы, полученные разными установками в разное время показывают неодинаковый суточный ход.

В возбуждении электрических полей играет роль и динамо генерация электрических полей термосферными нейтральными ветрами, создаваемыми при джоулевом нагреве в периоды возмущений, и при нагреве солнечным излучением.

Электрическое поле от этого высокоширотного источника направлено днем на запад, а ночью на восток, с максимумом амплитуды в вечернем секторе [Blanc and Richmond 1980;

Fejer and Emmert, 2003; Fejer et al., 2011]. Наиболее глобальное распределение ветров описывается семейством моделей горизонтального ветра (Horizontal Wind Model – HWM).

Первая версия модели HWM87 [Hedin et al., 1988] описывала ветры выше 220 км без высотной зависимости. Нижняя граница следующей версии, HWM90 [Hedin et al., 1991], находилась на 100 км, и эта модель описывала ветры на различных высотах. Последняя версия модели, HWM07 [Drob et al. 2008], включает в себя новые данные, а ее нижняя граница находится у поверхности Земли. При этом в модели существуют трудности с сопряжением высокоширотной и средне-низкоширотной термосферной циркуляции, а также HWM не параметризована по ММП [Drob et al. 2008]. Сведения о распределении нейтрального ветра можно получить также из моделей, описанных в работах [Wang et al., 1997; Emmert et al., 2002] и др. В модели конвекции учет вклада электрических полей ионосферного динамо можно провести, включив в левую часть уравнений (2.2) – (2.4) член VnB, где Vn – скорость нейтрального ветра. Однако на современном этапе включение блока ионосферного динамо, основанного на существующих моделях термосферной циркуляции, в расчеты по модели конвекции LC06 оказалось трудновыполнимой задачей из-за ряда неопределенностей в высотном распределении ветра, сопряжения высоко- и низкоширотных областей и долготных секторов. Оценки показывают, что в геомагнитно спокойных условиях величина электрического поля от ионосферного источника в среднем может составлять в полярной области 5 мВ/м, а в средних широтах - 0.5 мВ/м [Richmond 1989]. В возмущенные периоды влияние ветра может быть значительно больше, поскольку Vn может достигать величины нескольких сотен м/с. В спокойные периоды при ослабленной конвекции роль ветра может быть наиболее существенной в околополуночные часы в субавроральной зоне в области низкой концентрации ионов (главного ионосферного провала), минимального ионного торможения и значительных градиентов давления [Гальперин и др., 1990].

3.4. Квази-динамическая версия модели конвекции Временной масштаб перестройки глобальной картины конвекции в ионосфере при изменении параметров ММП составляет от 5 до 30 минут [Lockwood et al., 1989; Zang et al., 2007; Lukianova and Kozlovsky, 2011]. В среднем, скорость течения плазмы в Fобласти составляет около 100-300 м/с, а во время магнитных возмущений она может достигать 1000 м/с. Стационарные модели конвекции позволяют получить мгновенные картины распределения эквипотенциалей для заданных условий ММП. Для относительно медленно изменяющегося во времени ММП можно использовать квази-динамическое приближение и расчитать траекторию движения любой выбранной точки за определенный промежуток времени. При этом предполагается, что на каждом временном шаге перемещение точки вдоль координат и определяется неизменяющимся во времени электрическим полем, рассчитанным для заданного набора входных параметров (BZ и By ММП, Кр и др.).

3.4.1. Модификация модели LC06 для расчета траекторий конвекции При решения задачи в квази-динамическом приближении ММП задается в виде кусочно-непрерывной функции на интервале времени Т с шагом t. Для выбранных точек (порций ионосферной плазмы) задаются стартовые координаты 0 и 0. На каждом временном шаге рассчитывается распределение электрического потенциала, а также долготная и широтная компоненты электрического поля Е и Е. Изменение положения дрейфующей со скоростью EB точки по координате (т.е. /t) пропорционально E, а по координате пропорционально E. На первом шаге точка переместится в положение = 0 + 1 и 1 = 0 + 1. На следующем шаге для расчета потенциала используются следующие значения ММП, и под действием изменившегося электрического поля точка сместится в положение 2 = 1 + 2 и 2 = 1 + 2. Была разработана расчетная схема, реализующая модель нестационарной конвекции и позволяющая получить траекторию движения заданных точек при медленно меняющемся ММП. Данная опция была введена в систему программ LC06. Результаты расчетов представлены ниже.

ММП Bz (нТл) ММП By (нТл) Рис. 3.8. Вверху: два варианта изменения во времени Bz и By ММП: (а) Bz=0, By=±5 нТл и (б) Bz=±5, By=0 нТл. Интервал постоянного ММП t=15 мин. Внизу: траектории конвекции для 6 точек, рассчитанные для соответствующих условий. Начальное и конечное положение точек обозначено соответственно красными крестиками и кружками, положение точек на каждом временном шаге обозначено черным квадратиком, которые соединены прямыми линиями, формирующими траекторию.

3.4.2. Расчет траекторий конвекции под действием меняющегося во времени ММП На Рис. 3.8 приведены результаты тестовых расчетов траекторий точек, конвектирующих в течение трех часов (интервал времени между t0 и tN) под действием электрических полей, которые контролируются изменяющимся во времени ММП.

Рассмотрены два варианта: а) By=0, а BZ каждые 15 минут последовательно принимает значения 0 или -5 нTл; б) BZ=0, а азимутальная компонента By принимает значения -5 или +5 нTл (Рис. 3.8, верхние графики). В данном примере система ПТ, возбуждающих конвекцию, задана в виде упрощенной схемы и состоит из токовых слоев зон 1 и 2, которые аппроксимируются синусоидальной функцией на интервале 0-24 MLT и обеспечивают симметричное распределение электрического поля в направлении утровечер; интенсивность ПТ в зоне 1 в два раза больше, чем в зоне 2. Заданы также токи зоны 0, связанные с By ММП. Эти токи сосредоточены на дневной стороне на кошироте = 10° в секторе 06-18 MLT. Они задаются также в виде синусоидальной функции и изменяются по направлению и амплитуде в соответствии с изменением знака By: в северном полушарии. При By < 0 (By > 0) ток зоны 0 втекает в ионосферу (вытекает из нее) в пред (после) полуденные часы. Интенсивность ПТ обеих зон 1 и 2 при ММП BZ = -5 нТл и BZ = 0 различается в 2 раза. Ток в зоне 0 равен току в зоне 2. Проводимость ионосферы считалась постоянной. Поле коротации не учитывалось.

Для расчета траекторий были выбраны шесть точек, расположенных на ночной стороне симметрично относительно полуночного меридиана на коширотах = 10, 12 и 15°. Для того, чтобы проследить прохождение траекторий через полярную шапку, расчет проводился по времени назад от tN к t0, т.е. t = -15 мин. Интервал (tN - t0) содержит расчетных шагов, каждый из которых отмечена черным кружком на верхних (изменение ММП BZ и By) и нижних (траектории движения) графиках Рис. 3.7. Точки начала и конца расчета обозначены соответственно красными кружками и крестиками. В левой и правой колонках представлены соответственно варианты (а) и (б). Расчет производился на пространственной сетке с шагом по кошироте и долготе = 0.5° = (360/256)° для того, чтобы обеспечить достаточную гладкость траектории при выбранном временном шаге t = 15 мин. Тестовые расчеты показали, что за данное время точка проходит расстояние более 1°, и данное пространственное разрешение является достаточным.

На Рис. 3.8а можно видеть, что при флуктуациях BZ ММП между 0 и -5 нТл и отсутствии влияния By траекории движения точки соответствуют симметричной относительно меридиана полдень-полночь двухвихревой системе конвекции. Скорость течения плазмы в трансполярном течении составляет ~500 (200) м/с при BZ < 0 (BZ = 0). На Рис. 3.8б, который соответствует условиям BZ = 0, By = ±5 нТл, можно видеть, что азимутальной компоненты ММП. Скорость течения плазмы одинакова при обоих знаках By и составляет в полярной шапке 500-600 м/с.

3.4.3. Трассирование траектории дрейфа полярного пэтча В предыдущем примере продольные токи, возбуждающие конвективное движение, были заданы с помощью синосоидальных функций, периодические вариации ММП были простой формы, а проводимость ионосферы - постоянной. Полученная картина траекторий движения точек отражала изменение ММП и была полностью симметрична относительно полуденно-полуночного меридиана. В реальных условиях, когда ММП изменяется произвольно, контролируя реальное распределение ПТ, траектории конвекции будут более сложными. В данном разделе в качестве примера представлены результаты обратного трассирования траектории движения полярного пэтча, зарегистрированного спутником Интербол 24 ноября 1996.

На Рис. 3.9а представлено изменение электронной концентрации Ne вдоль траектории пролета спутника на высоте около трех RE, полученная по данным измерений в эксперименте RON-IESP2. Локальное повышение уровня Ne, ассоциирующееся с пересечением пэтча, наблюдалось с 22:00 до 22:35 UT, когда спутник находился в северном полушарии в послеполуночном секторе MLT. Параметры пэтча на высоте измерения и приведенные на высоту 400 км даны в Таблице 3.1.

Таблица 3.1. Параметры пэтча SX - стартовая точка повышения электронной концентрации PX - пик концентрации EX - конечная точка LX - локальный минимум внутри XM - значение параметра в точке измерения XT - значение параметра, приведенное к высоте 400 км На Рис. 3.9б представлено изменение BZ и Bу компонент ММП с 17 до 24 UT по данным спутника IMP-8. Вертикальной полосой серого цвета показано время регистрации пэтча спутником Интербол. Задача состояла в том, чтобы определить траекторию, по которой двигался пэтч через полярную шапку с дневной стороны на ночную и определить момент (промежуток) времени, когда пэтч находился в области дневного каспа.

Траектория рассчитывалась с помощью квази-динамической модификации модели LC06 с шагом по времени -10 мин. на четырехчасовом отрезке с 22 до 18 UT. На этом отрезке можно выделить несколько интервалов, внутри которых каждая из компонент ММП менялась сравнительно мало (на Рис. 3.9б границы интервалов обозначены t0, …, t6), и в пределах каждого интервала значения BZ и By можно считать постоянными. Номер интервала, его продолжительность и средние значения ММП для каждого интервала приведены в Таблице 3.2.

Таблица 3.2. Значения ММП Bz и By для интервалов времени t1, …, t6 (см. Рис. 3.9б) Номер интервала Bz или By На Рис. 3.10 вверху представлены картины конвекции для шести интервалов времени n = 16. На каждой картине черным кружком обозначено, где находится трассируемая точка в середине интервала. На том же рисунке внизу представлена суммарная траектория точки за период с 18:10 до 22:30 UT, рассчитанная по методу, описанному в подразделе 3.4.2. Значения ММП задавались согласно Таблице 3.2 с временным шагом t=10 мин., а соответствующие карты ПТ для каждого шага рассчитывались по алгоритмам, описанным в разделе 2.3 Главы 2.

Рис. 3.9. (а) Повышение электронной концентрации (полярный пэтч), зарегистрированное вдоль траектории пролета спутника Интербол 24/11/1996. (б) Изменение Bz и By ММП 24/11/1996, 15-24 UT. Вертикальной полосой серого цвета показано время регистрации пэтча спутником. Интервалы, внутри которых каждая из компонент ММП менялась сравнительно мало выделены красным. Границы интервалов обозначены t0, …, t6.

Рис. 3.10. (а) Картины конвекции для интервалов времени n=1-6 (см. Табл. 3.2). На каждой диаграмме черным кружком обозначено среднее за интервал положение трассируемой точки. (б) Суммарная траектория дрейфа точки с 18:10 до 22:30 UT и обозначено положение терминатора.

Из Рис. 3.10 можно видеть, что пэтч, обнаруженный в послеполуночном секторе в 22:30 UT вероятно двигался с дневной стороны вдоль приполюсной кромки вечернего вихря конвекции. В период от 19:30-19:50 UT соответствующая ему точка находилась вблизи подуденого меридиана. Резкие изменения направления, наблюдаемые в этот период, обусловлены флуктуациями Ву ММП, которое меняет знак. В 19:30-19:50 UT трассируемая точка переходит из вечернего вихря в утренний. Результаты расчета могут служить подтверждением гипотезы [Rodger et al., 1994; Valladares et al., 1994; Carlson et al., 2004; Zhang et al., 2011], согласно которой на границе противоположно направленных потоков создаются условия для формирования полярных пэтчей. В рассмотренном случае пэтч вероятно образовался в области дневного каспа вблизи терминатора как часть высокоионизованной плазмы с освещенной стороны, оторвавшаяся в процессе изменения направления дрейфа плазмы при смене знака By.

3.4.4. Обсуждение результатов Усовершенствование модели конвекции и расширение ее возможностей позволило разработать квази-динамическую версию и использовать в качестве входных данных дискретный ряд значений медленно изменяющегося ММП. Такой ряд может представлять собой последовательность реально измеренных значений с шагом >5 мин. В квази-динамическом приближении можно проводить расчет изменяющихся во времени картин конвекции. В предположении, что в течение выбранного временного шага каждая точка (порция плазмы) дрейфует под действием рассчитанного для этого шага электрического поля, и переходя затем к следующему временному шагу, можно получить общую траекторию движения любой точки. Эта методика была применена к расчету траектории полярного пэтча, вдоль которой он мог дрейфовать под действием медленно меняющегося ММП до своего обнаружения спутником в послеполуночном секторе.

Трассировка с помощью модели LC06 показала, что в момент смены знака By ММП пэтч предположительно находился в области дневного каспа, где происходила самая активная перестройка конвекции. Согласно теории [Rodger 1994] здесь, вблизи терминатора пэтч мог образоваться вследствие отсекания части высокоионизованной плазмы при резком изменении величины и направления электрического поля. От места зарождения пэтчи дрейфуют в антисолнечном направлении вдоль полярной кромки утреннего вихря с дневной на ночную сторону, затем растягиваются вдоль аврорального авола и постепенно исчезают [Sojka et al., 1993; Сrowley et al., 2000]. Модельная траектория дрейфа за время, предшествующее нахождению трассируемой точки в области каспа, проходит по внешней стороне вечернего вихря конвекции в неосвещенной зоне, где вероятность резких изменений режима ионизации, способствующих образованию неоднородностей, мала.

Отметим, что в литературе был описан единственный пример трассировки пэтча с помощью последовательного построения картин конвекции по процедуре AMIE [Сrowley et al., 2000]. С целью валидации и сравнения результатов расчет траектории этого пэтча был повторен по модели LC06, и было получено удовлетворительное согласие результатов как по форме траектории, так и по времени дрейфа.

3.5. Основные выводы главы В главе 3 приведены результаты применения модели LC06 для решения нескольких задач, связанных с описанием пространственных и временных вариаций электрический полей. Задачи были выбраны таким образом, чтобы задействовать некоторые возможности модели, выделяющие ее на фоне других существующих моделей конвекции, а именно (*) независимое задание в качестве входных параметров карт ПТ и проводимости и (**) учет электродинамической сопряженности полушарий, Также обоснована и введена дополнительная параметризация модели ПТ, которая позволила более корректно рассчитывать картины конвекции для заданных моментов времени внутри суток. Разработана квазидинамическая модификация модели конвекции.

Исследовано влияние неоднородности распределения проводимости, обусловленное сезонным и суточным изменением солнечного зенитного угла, на электрические поля и токи в сопряженных полушариях. Рассчитаны системы конвекции, развивающиеся в северной и южной полярных шапках в моменты мирового времени (UT), при максимальной межполушарной асимметрии и выделены особенности конфигурации эквипотенциалей, связанные с UT, сезоном, ориентацией ММП и с совокупностью этих факторов. Получены количественные оценки для суточных вариации разности потенциалов поперек полярной шапки (Ф) в двух полушариях в различные сезоны и при различной ориентации ММП. В предположении, что магнитосфера является источником тока, для условий зимы, лета и равноденствия и четырех основных ориентаций ММП (BZ>0, BZ0, By 0 (By < 0).

высокоширотной ионосфере Двумерное распределение ПТ в высокоширотной ионосфере можно представить как суперпозицию нескольких токовых систем. На утренней и вечерней сторонах доминируют вытянутые вдоль параллелей токи зоны 1 и зоны 2. Эти токи, в основном, контролируются вертикальной компонентой ММП, усиливаясь при повороте ММП к югу, т.е. при отрицательных значениях Bz (Bz < 0). Если ММП ориентировано на север (Bz > 0), развивается так называемая NBZ система, токи которой расположены выше 80° Мlat и локализованы на дневной стороне. В токовой системе, контролируемой By компонентой ММП, втекающий или вытекающий ток распололагается в области дневного каспа.

Направление, интенсивность и локализация токов определяются знаком и величиной By компоненты. Так, при By > 0 в северной (южной) полярной шапке усиливается вытекающий (втекающий) ПТ. При By < 0 направление токов меняется на обратное. В ряде работ предлагались различные схемы конфигурации ПТ, контролируемых By [Erlandson, 1988; Saunders, 1992; Taguchi et al., 1993; Troshichev et al., 1997; Ohtani 1995a,b, 2000]. Эти схемы дают, тем не менее, весьма схожее распределение магнитного поля, измеряемого над ионосферой [Lukianova, 1997].

Конфигурацию конвекции плазмы в ионосфере также можно подразделить на подсистемы, которые контролируются Bz и By ММП. Так, при Bz < 0 на утренней и вечерней сторонах развиваются два мощных вихря, через полярную шапку плазма движется в антисолнечном направлении. При повороте Bz к северу они замещаются более слабыми, сдвинутыми на дневную сторону вихрями противоположной направленности.

Действие By компоненты выражается в том, что северном полушарии утренний (вечерний) вихрь расширяется на после-(пред-)полуденные часы, если By0).

4.2.2. Методика выделения отдельных элементов систем ПТ и конвекции Для выделения структур, которые ассоциируются именно с действием By ММП в разные сезоны, использовались статистические карты ПТ, описанные в главе 2. В каждой противоположных знаках By, при этом общая интенсивность ММП, величина и знак Bz компоненты оставались постоянными. Такие же разности были получены для распределения электрического потенциала, рассчитанного с помощью модели конвекции LC06. Процедура вычитания позволяет в значительной степени скомпенсировать влияние Bz компоненты и квазивязкого взаимодействия на флангах магнитосферы, оставив только “асимметричные” структуры, контролируемые By. Неточности, особенно на краях полярной шапки, могут возникнуть из-за того, что шапка в целом сдвигается на утреннюю или вечернюю сторону, следуя знаку By [Trondsen et al., 1999]. Однако данные спутника IMAGE показывают, что в среднем это смещение не превышает 1° по широте [Lukianova and Kozlovsky 2012] Анализ карт ПТ и конвекции проводился для следующих условий: интенсивность ММП BT = 5 нТл (Bx компонента не учитывалась), скорость солнечного ветра V км/с. Эти значения BT и V наиболее часто используются при представлении результатов моделирования, например, [Рарitashvili and Rich, 2002; Weimer, 2005]. Рассмотрены варианты южной и северной ориентации ММП. При этом предполагалось, что вклад Bz и By в величину BT приблизительно одинаков. Соответствующие комбинации Bz и By компонент приведены в Таблице 4.1. Следует подчеркнуть, что в рамках допущения о равности вкладов Bz и By в BT, а BT зафиксировано на уровне 5 нТл, то для сравнения эффектов, обусловленных противоположными знаками By компоненты, можно использовать следующие сочетания интенсивностей Bz и By: (1) Bz = +3.5 нТл, By = +3. нТл; (2) Bz = –3.5 нТл, By = ±3.5 нТл; (3) Bz = 0 нТл, By = ±5 нТл. Ниже приведены результаты для вариантов (1) и (2) для равноденствия, зимы и лета в двух полушариях.

Диаграммы для варианта (3) не показаны.

Таблица 4.1. Соотношения между Bz и By компонентами ММП (в нТл), для которых рассчитывались разностные диаграммы, представленные на Рис. 4.2 и 4.3.

4.2.2.1. Разностные диаграммы для ПТ На Рис. 4.2 приведены разностные диаграммы по типу “карта ПТ для By > минус карта ПТ для By < 0” для равноденствия, зимы и лета в северном и южном полушариях для положительного (Рис. 4.2а) и отрицательного (Рис. 4.2б) знака Bz, что позволяет сравнить проявления By эффекта в разные сезоны и при различной общей ориентации ММП. На рисунках в верхние ряды относятся к северному (СП), а нижние – к южному (ЮП) полушарию. На каждой диаграмме в приполюсной области вблизи полуденного меридиана явно выделяются структуры, контролируемые By. Действительно, Рис. 4.2 (а) Разностные диаграммы “By > 0 минус By < 0” для ПТ в северном (верхний ряд) и южном (нижний ряд) полушариях для условий равноденствия, летнего и зимнего солнцестояния при Bz > 0. Величина максимальной плотности втекающего и вытекающего тока указана в нижнем правом углу каждой карты. Шаг между изолиниями равен 0.05 µА/м2; втекающий ток – сплошные линии, а вытекающий – пунктирныt линии; внешний широтный круг находится на 50° CGMLat; местный геомагнитный полдень – вверху. (б) То же, что и Рис. 4.2а, но при Bz < 0.

при вычитании распределения ПТ, характерного для одного знака By из распределения для противоположного знака при прочих равных условиях, токи, обусловленные действием Bz ММП, квазивязким взаимодействием, а также действием By компоненты в той части, где она вызывает трансполярное течение плазмы в антисолнечном направлении (DY0 на Рис. 4.1), компенсируются, а “асимметричные” токи, обусловленные межполушарной разностью потенциалов из-за By компоненты, суммируются.

Из Рис. 4.2а можно видеть, что при вычитании карты ПТ для By < 0 из карты для By > 0 при Bz > 0 в равноденствие и в летнем полушарии разностные диаграммы выявляют ток кругового сечения, локализованный вблизи полюса на полуденном меридиане. В северной шапке ток – вытекающий, а в южной – втекающий. Второй, более слабый, ток подковообразной формы локализован на дневной стороне ниже по широте. Полученная конфигурация достаточно симметрична относительно меридиана полдень–полночь. Летом плотность тока примерно в три раза больше, чем в равноденствие. В зимней шапке на полуденном меридиане также можно идентифицировать приполюсный ток, а низкоширотный ток противоположного направления растянут и смещен на утреннюю сторону. На Рис. 4.2б представлены аналогичные разностные диаграммы, но при Bz < 0.

Можно видеть, что летом и в равноденствие приполюсные токи несколько растягиваются вдоль широты, низкоширотные подковообразные токи тоже растягиваются, становясь похожими на кольца. В зимнем полушарии четкие структуры трудно выделить, но видно, что наиболее интенсивный ток находится на утренней стороне.

4.2.2.2. Разностные диаграммы для потенциала Конфигурация эквипотенциалей, вдоль которых происходит дрейф плазмы, тесно связана с распределением ПТ. При расчете картин конвекции по модели LC06 в качестве источника потенциала задавалось распределение ПТ для вариантов Bz = ±3.5 нТл, By = ±3.5 нТл. При расчете потенциала задавалось также распределение интегральной проводимости ионосферы, как описано в главе 2. При расчете проводимости выбирались следующие значения параметров: поток солнечного радиоизлучения F10.7 = 150, индекс геомагнитной активности Kp = 2 для Bz > 0 и Kp = 3 для Bz < 0. Проводимость усреднялась за 2-месячный интервал, центрированный на день равноденствия, летнего и зимнего солнцестояния.

Аналогично Рис. 4.2, но теперь для потенциала, на Рис. 4.3 приведены разностные диаграммы для равноденствия, зимы и лета в северном и южном полушариях для Bz > 0 (Рис. 4.3а) и Bz < 0 (Рис. 4.3б). При вычитании картины конвекции для By < 0 из Рис. 4.3 (а) Разностные диаграммы “By>0 минус By0. Шаг между изолиниями составляет 5 кВ. Положительный потенциал обозначен сплошными, а отрицательный – пунктирными линиями. (б) То же, что и рис. 4.3а, но при Bz 0 эффективно компенсируется связанная с пересоединением и квазивязким взаимодействием двухвихревая система конвекции с трансполярным течением вдоль меридиана день–ночь. Рис. 4.3а показывает, что летом и в равноденствие в разностных диаграммах остается круговая ячейка с фокусом, почти совпадающим с геомагнитным полюсом летом и слегка смещенным на дневную сторону в равноденствие.

В северном и южном полушариях форма ячеек почти одинакова, а направление течения плазмы в них противоположно. Зимой обнаруживается двухвихревая структура с растянутыми ячейками, фокус одной из них находится у полюса на полуденном меридиане, а фокус другой – в послеполуночном секторе. Рис. 4.3б, на котором даны разностные диаграммы для Bz < 0, показывает аналогичные по структуре, но большие по площади элементы конвекции. Летом и в равноденствие в дополнение к явно выраженному приполюсному вихрю появляются также слабые вихри на ночной стороне, что может быть связано с более интенсивными высыпаниями при ММП, направленном к югу. Зимой выявляется двухвихревая подсистема с фокусами, находящимися в послеполуденном и послеполуночном секторах.

4.2.2.3. Разностные диаграммы для потенциала по данным радаров SuperDARN Элементарные структуры вихрей, подобные описанным выше, можно обнаружить и картинах конвекции, полученных по данным системы радаров SuperDARN, построив по этим картинам разностные диаграммы. В качестве примера был выбран день13 октября 2000 г., когда в течение нескольких часов BZ компонента ММП была стабильна, а By компонента меняла направление. С 12:30 до 20 UT при BZ 0 By было отрицательным (By -8 нТл) до 15 UT и положительным (By 10 нТл) после 16 UT.

Важно, что в этот день приходящий сигнал регистрировался не менее, чем на 40% области обзора радарами, что позволяло построить достаточно надежные карты изолиний непосредственно по данным наблюдений. На Рис. 4.4 показаны: (а) изменение BZ и By ММП, (б) две карты эквипотенциалей по SuperDARN в 18:30 UT при By>0, и в 13:30 UT при By 0 минус By < 0». На разностной диаграмме на Рис. 4.4в можно видеть, в предполуденном секторе выявляется круговая ячейка с фокусом, находящемся приблизительно на 82° CGMLat;

потенциал в фокусе равен 45 кВ. Второй, более слабый вихрь находится в предполуночном секторе. Эта структура весьма схожа с той, которая представлена на Рис.

4.3 для условий равноденствия. Таким образом, одни и те же элементы обнаруживаются в картинах конвекции, полученных с помощью двух независимых методов.

Рис. 4.4 (а) Bz и By ММП 13/10/2000; (б) картины конвекции по данным SuperDARN в 18:30 и 13:30 UT; (в) разность картин по типу “By>0 минус By 0 к условиям By < 0. Например, при BT = 5 нТл и ненулевом Bz, согласно Таблице 4.1, By = 7 нТл. Если Bz = 0, то By = 10 нТл.

Значения K, полученные по диаграммам, представленным на Рис. 4.3, изменяются от 4.3 до 7.1. Если подсчитать значения K отдельно для Bz >0 и Bz 0 и BT = 5 нТл среднее летнее значение K превышает зимнее значение приблизительно в 1.5 раза.

Чтобы проверить полученные значения K и тенденцию его изменения при повороте ММП, этот параметр был оценен по другим моделям, для которых есть опубликованные картины конвекции. Были рассмотрены следующие модели: [Heppner and Maynard, 1987; Ruohoniemi and Greenwald, 2005; Рарitashvili and Rich, 2002; Weimer, 2005] для условий равноденствия и BT = 5 нТл. На Рис. 4.5б представлены значения К при Bz < и Bz > 0 для четырех перечисленных выше моделей, а также, для сравнения, значение К, Рис. 4.5 (а) Ход коэффициента пропорциональности K между величиной By компоненты ММП и потенциалом в центре полярной шапки при повороте ММП с юга (Bz < 0) на север (Bz > 0) для лета, зимы и равноденствия в разных полушариях. (б) Ход параметра K, полученного по разным моделям конвекции в северном полушарии для условий равноденствия, при повороте ММП с юга на север. Цифрами обозначены следующие модели: 1 – LC06; 2 – [Weimer, 2005]; 3 –[Papitasvili and Rich, 2002]; 4 – [Ruohoniemi and Greenwald, 2005]; 5 – [Hepppner and Maynard, 1987] рассчитанное по модели LC06. Все модели, кроме более старой модели [Heppner and Maynard, 1987] предсказывают тенденцию к уменьшению К при переходе от условий Bz0, хотя тренд гораздо более слабый, чем по LC06. Среднее значение K для моделей [Рарitashvili and Rich, 2002] и [Ruohoniemi and Greenwald, 2005] равно приблизительно 3.5, а для моделей LC06, [Weimer, 2005] и [Heppner and Maynard, 1987] составляет около 5.5.

4.2.4. Обсуждение и интерпретация результатов Еще на начальном этапе изучения структуры конвекции было замечено, что при By > 0 (By < 0) в северном полушарии течение усиливается в утреннем (вечернем) секторе [Heppner 1973]. В дальнейшем при более детальных исследованиях были обнаружены и более сложные связи между ориентацией ММП/сезоном года и распределением крупномасштабных электрических полей и токов. Оказалось, что в результате комбинации различных факторов распределение полей и токов в противоположных полушариях не является точной зеркально-подобной картиной при заданных величине и знаке By компоненты. Авторы [Ruohoniemi and Greenwald, 2005], проанализировав несколько лет измерений с помощью системы радаров SuperDARN в северном полушарии, пришли к выводу, что конфигурация систем конвекции зависит от комбинации знака By и сезона. Так, при комбинации By>0/лето и By 0 минус By < 0”, т.е. тех, из которых удалена симметричная часть, связанная, с двухвихревой конвекцией, а Ву-эффект удваивается, обнаруживаются следующие элементарные структуры.

Продольные токи. Для условий лета и равноденствия в обоих полушариях один ПТ почти круговой формы сосредоточен у полюса, а другой, противоположного знака и подковообразно вытянутый вдоль широты, расположен на дневной стороне на более низких широтах. При Bz > 0 токи ограничены в околополуденном секторе, а при Bz < они растягиваются на утреннюю и вечернюю стороны. В зимних условиях можно выделить круговой приполюсный ток, при этом на утренней стороне остается интенсивный ток низкоширотной обратной ветви. Такая конфигурация характерна как для Bz > 0, так и для Bz < 0 и может быть следствием смещения полярной шапки как целого на утреннюю или вечернюю сторону при смене знака By, а также других факторов, рассматриваемых ниже.

Системы конвекции. Летом и в равноденствие вокруг полюса развивается интенсивный вихрь, контролируемый By ММП. В северной и южной шапках плазма вращается в противоположных направлениях, а значение потенциала в фокусах вихрей в соответствующий сезон приблизительно одинаково. Этот результат согласуется с конфигурацией, полученной в работе [Foеrster et al., 2009]. Зимой же в разностных диаграммах появляются два вихря сравнимой интенсивности. Их фокусы приходятся на послеполуденные и послеполуночные часы местного времени. Именно в зимней шапке геометрия изолиний существенно изменяется при смене знака By. То есть в сезоны солнцестояния контролируемая By компонентой структура эквипотенциалей существенно отличается в противоположных полушариях.

На Рис. 4.6а представлена качественная модель ПТ, зависящих от By ММП, в одном (в данном случае северном) полушарии. Идеализированная конфигурация ПТ “By > 0 минус By < 0” представляет собой круговой ток в центре шапки, связанный с солнечным ветром и окруженный противоположно направленным током, перетекающим между полушариями (панель а). В реальных условиях оба тока смещаются на дневные часы из-за более высокой ионосферной проводимости и более интенсивного пересоединения на дневной стороне, как показано для случая Bz > 0 на панели (б) рисунка 4.6а. При повороте Bz к югу площадь шапки увеличивается, и токи смещаются на низкие широты и растягиваются вдоль параллелей (в). В равноденствие в условиях наибольшей межполушарной симметрии, а также летом, статистические карты ПТ демонстрируют именно такую эволюцию формы токов: от круговой формы (см. Рис. 4.2а) к вытянутой (см.

Рис. 4.2б). Зимой при низкой проводимости путь замыкания токов через ионосферу становится сложным, и перетекающие межполушарные ПТ распределяются вдоль экваториальной границы шапки неравномерно. Максимумы плотности ПТ для трех сезонов соотносятся приблизительно как 10 : 3.5 : 1.



Pages:     || 2 |
Похожие работы:

«ХУСАИНОВ Радмир Расимович ОБОСНОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЛАЗМЕННОИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений ДИССЕРТАЦИЯ на...»

«Аль-саккаф Халед Саед Таха УДК 622.23 РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАВЕСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УДАРНОГО РАЗРУШЕНИЯ НЕГАБАРИТОВ ГОРНЫХ ПОРОД Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – д-р техн. наук, проф. В.Г. ЗЕДГЕНИЗОВ ИРКУТСК - 2014 Стр. ВВЕДЕНИЕ.. 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Существующие способы дробления...»

«Денисов Сергей Александрович ГАЗОФАЗНОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕТОНАЦИОННОГО НАНОАЛМАЗА 02.00.04 – физическая химия ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата химических наук Научный руководитель д. х. н. Спицын Борис Владимирович Москва – Содержание. Список сокращений и условных обозначений Введение Обзор...»

«ШРАМКОВА МАРИЯ НИКОЛАЕВНА ЦЕЛИ, СРЕДСТВА И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЦЕССУАЛЬНО-ПРАВОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ: ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ 12.00.01 – Теория и история права и государства; история учений о праве и государстве Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель : доктор юридических наук, доцент В.В....»

«Блинова Елена Рудольфовна Личностно-деятельностный подход к отбору и конструированию содержания общеобразовательных учебных дисциплин Специальность 13.00.01. - общая педагогика, история педагогики и образования Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель доктор педагогических наук, профессор Н.Ю. Ерофеева Ижевск 2004 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ...»

«Цибизова Мария Евгеньевна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И МЕТОДОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ВОЛЖСКОКАСПИЙСКОГО РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОГО БАССЕЙНА 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук научный консультант д-р техн. наук Боева Н.П. Астрахань – 2014 2 Содержание Введение.. ГЛАВА 1. Анализ состояния...»

«ЛЕПЕШКИН Олег Михайлович СИНТЕЗ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНЫМИ И ЭКОНОМИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ РАДИКАЛОВ 05.13.10 -Управление в социальных и экономических системах Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Бурлов Вячеслав Георгиевич. Санкт-Петербург – 2014 ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ...»

«СОКОЛОВА Ольга Владимировна БЫТИЕ ПОЛА В СОЦИАЛЬНОЙ ДИСКУРСИВНОСТИ 09.00.11 – социальная философия Диссертация на соискание ученой степени кандидата философских наук Научный руководитель : доктор философских наук, профессор О.Н. Бушмакина Ижевск-2009 г. Содержание Введение.. Глава I. Онтология предела в дискурсе пола. §1...»

«ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Заманова, Линара Булатовна Политический менталитет студенческой молодежи Республики Башкортостан на современном этапе Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Заманова, Линара Булатовна.    Политический менталитет студенческой молодежи Республики Башкортостан на современном этапе [Электронный ресурс] : дис. . канд. полит. наук  : 23.00.02. ­ Уфа: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской Государственной Библиотеки)....»

«Давыдов Алексей Алексеевич. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Специальность 01.02.01 – Теоретическая механика. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор В.В. Сазонов Москва – 2012 2 Содержание Введение Глава 1. Исследование режима гашения угловой скорости космического аппарата в нештатной ситуации 1.1. Уравнения...»

«ШАБАЛОВ Михаил Юрьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННОЭКОНОМИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА РАЦИОНАЛЬНОГО ОБРАЩЕНИЯ С МУНИЦИПАЛЬНЫМИ ТВЕРДЫМИ ОТХОДАМИ Специальность 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством (экономика природопользования) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой...»

«Балахонова Алина Сергеевна РЕНИЕВОЕ ОРУДЕНЕНИЕ В ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦАХ ПРИБАЛТИЙСКОГО БАССЕЙНА (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ) Специальность 25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Научный руководитель доктор геолого-минералогических...»

«СУРТАЕВА ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА ПОДГОТОВКА ПЕДАГОГА В ОРГАНИЗАЦИЯХ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ К РАБОТЕ ПО ПРЕОДОЛЕНИЮ ДИСГРАФИИ У ОБУЧАЮЩИХСЯ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования (педагогические наук и) диссертация на соискание учёной степени кандидата педагогических наук Научный руководитель : Доктор педагогических наук, доктор...»

«КРАПОШИНА Ангелина Юрьевна МАРКЕРЫ СИСТЕМНОГО ВОСПАЛЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ АРТЕРИАЛЬНОЙ РИГИДНОСТИ У БОЛЬНЫХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ ТЯЖЕЛОГО ТЕЧЕНИЯ 14.01.04.-внутренние болезни 14.01.25.- пульмонология ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой...»

«Багдасарян Александр Сергеевич БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЗОН ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗМОВ 03.00.16 экология ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель : доктор ветеринарных наук, профессор И.М. Мануйлов Ставрополь 2005 1 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.. 1.1 Почва как депонирующая среда техногенных загрязнителей. 1.1.1 Химическое...»

«Юзефович Наталья Григорьевна АДАПТАЦИЯ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА В МЕЖКУЛЬТУРНОМ ПОЛИТИЧЕСКОМ ДИСКУРСЕ РОССИЯ – ЗАПАД Диссертация на соискание ученой степени доктора филологических наук Специальность: 10.02.04 – германские языки Научный консультант доктор филологических наук, профессор...»

«Панкрушина Анна Михайловна Философско-педагогические идеи представителей русского космизма в становлении ноосферного образования 13.00.01 – общая педагогика, история педагогики и образования Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель : доктор педагогических наук, профессор А.А. Фролов Нижний Новгород – 2004 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ. ГЛАВА I. ФИЛОСОФСКО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ...»

«Рекичинская Елена Анатольевна ФОРМИРОВАНИЕ ГОТОВНОСТИ СТАРШИХ ШКОЛЬНИКОВ К МЕЖКУЛЬТУРНОЙ КОММУНИКАЦИИ Специальность 13.00.01 – общая педагогика, история педагогики и образования ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель : доктор педагогических наук, профессор Абаскалова...»

«Дойкин Алексей Алексеевич РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОБРАЗУЮЩЕЙ ПОРШНЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯ ПОРШЕНЬ – ЦИЛИНДР ДВС 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин 05.04.02 – Тепловые двигатели Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Рождественский Юрий Владимирович Научный консультант : доктор...»

«Обущенко Сергей Владимирович АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ В ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТАХ СРЕДНЕГО ЗАВОЛЖЬЯ 06.01.01 – общее земледелие Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук Научный консультант д. с.-х. н., профессор, академик РАСХН...»




























 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.