автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирования нарушения фотохимического равновесия в D-области ионосферы под действием внешних возмущений

РГ6 од

1 / |1|А1| Г* '"" ' *

I !,■!.'.•! '! На правах рукописи

Ромашоха Наталья Юрьевна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАРУШЕНИЯ ФОТОХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ В Б- ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЙ.

Специальность 05.13.18 - Теоретические основы математического

моделирования, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1996

)

Работа выполнена в Институте динамики геосфер РАН.

Научные руководители: профессор, доктор физ.-мат.наук

Немчинов И.В.

старший научный сотрудник,

кандидат физ.-мат. наук Кудрявцев В.П.

Официальные оппоненты: ведущий научный сотрудник,

доктор физ.-мат.наук Соколова И.А. старший научный сотрудник, кандидат физ.-мат. наук Шувалов В.В.

Ведущая организация: Калининградский госуниверситет

Защита состоится "_" _ 1996 г. в _ часов на

заседании диссертационного совета К (ЮЗ.91 .01 при Институте математического моделирования РАН по адресу: Москва, Миусская пл., 4-А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института математического моделирования РАН.

Автореферат разослан "ЛР " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 003.91.01 цри ИММ РАН /Х-—

кандидат физ.-мат. наук /С.Р. Свирщевский/

к

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Познание закономерностей изменений состава и свойств различных областей ионосферы является одной из фундаментальных проблем современной геофизики, физики атмосферы и экологии. Эффективным средством изучения этих закономерностей является математическое моделирование исследуемых процессов. В ионосфере, в зависимости от концентрации свободных электронов, выделяются несколько вертикальных слоев (области Б, Е и Р). Каждая из них характеризуется своими специфическими механизмами образования и потерь заряженных частиц. Б-область (нижняя часть ионосферы) расположена на высотах от 50 до 90км. Сложность ее изучения определяется многообразием протекающих в ней физико- химических процессов и трудностью получения экспериментальных данных. Константы скоростей реакций и роль химически активных малых нейтральных составляющих, таких как озон, углекислый газ, водяной пар и другие можуг быть исследованы только в лабораторных условиях. Поэтому математическое моделирование указанных процессов является естественным способом, позволяющим в рамках единых физических представлений проанализировать и сопоставить данные лабораторных экспериментов с результатами натурных наблюдений.

Актуальность решаемых задач, включающих исследование всего комплекса явлений в Б-области, и выделение и описание процессов, определяющих электронную концентрацию при различных возмущениях, определяется, в частности, их важностью в приложениях (распространение радиоволн, диагностика и прогноз состояния ионосферы и другие).

Б настоящее время сложились следующие подходы к построению математических моделей физико-химических процессов в ионосфере:

- простейшие модели феноменологического типа, включающих 1-3 обыкновенных дифференциальных уравнения (ОДУ) и позволяющие описать наиболее обшие закономерности фотохимических процессов, влияющих на электронную концентрацию в ионосфере,

- детальные схемы, учитывающие большое количество процессов (сотни химических реакций), описывающие концентрации многих атмосферных составлящих в различных геофизических условиях. Эти модели представляют собой системы нелинейных ОДУ большой размерности (десятки уравнений), численное решение которых связано с рядом трудностей. В результате их сложно использовать в качестве составных частей при моделировании физических процессов, требующих многократного вычисления параметров фотохимических процессов в атмосфере. Таким образом, возникает необходимость построения моделей промежуточного уровня подробности, которые позволяли бы количественно описывать динамику интересующих нас составляющих ионосферной плазмы и вместе с тем достаточно простых с вычислительной точки зрения. В настоящее время существует ряд упрощенных моделей, позволяющих расчитывать концентрации заряженных частиц в атмосфере. Однако, особенностью этих моделей является то, что использованные при их построении предположения выполняются в ионосфере при естественных условиях (слабые возмущения). Отсутствие учета изменчивости коэффициентов модели при сильных возмущениях приводит к невозможности их использования для описания ряда важных физических явлений, возникающих при сильных воздействиях на ионосферу, в частности, антропогенного характера. В связи с этим возникает необходимость разработки модели, достаточно простой и удобной в применении и в то же время учитывающей основные зависимости, полученные при анализе процессов, включенных в детальные схемы преобразования ионов, в

возмущенной D-области. Такая модель должна хорошо воспроизводить наблюдаемые вариации основных агрономических параметров, таких как относительное содержание кластерных ионов, высота перехода от простых положительных ионов к кластерным, от отрицательных ионов к электронам и другие закономерности, наблюдаемые в ионосфере при отсутствии сильных возмущений. Она также должна количественно описывать процессы, имеющие место при сильных воздействиях на ионосферу.

Целью данной работы является:

1. Построение математической модели ионизационно-рекомбинационного цикла, предназначенной для исследования механизмов, определяющих поведение концентраций заряженных частиц в средней атмосфере, учитывающей зависимости эффективных скоростей преобразования ионов от основных метеорологических параметров (температуры, концентраций малых атмосферных составляющих (МНС)),

а также от скоростей ионизации атмосферы.

2. С помощью построенной модели количественно описать процессы, происходящие под воздействием двух видов возмущений ионосферы:

- при слабых возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации в пределах одного порядка,

- при сильных возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации на несколько порядков.

Для решения этих задач была создана методика численного эксперимента, реализованная в виде комплекса ФОРТРАН- программ для IBM PC, позволяющая с заданной точностью провести численное моделирование для широкого спектра начальных условий и типов возмущений, исследовать механизмы нарушения фотохимического равновесия при возмущении ионосферы акустическими волнами,

получить прогноз динамики состояния ионосферы при сильных возмущениях атмосферы, связанных со взрывами.

Научная новизна состоит в том, что с помощью построенной модели ионизационно- рекомбинационного цикла, впервые с единых теоретических позиций количественно исследованы механизмы нарушения фотохимического равновесия и получены оценки динамики основных аэрономических параметров и составляющих ионосферной плазмы при разнообразных воздействиях на ионосферу.

Научно- практическая ценность работы состоит в том, что :

1. Отработана методика численного эксперимента, позволяющая с помощью расчетов проводить моделирование разнообразных ситуаций, связанных с воздействием на ионосферу как природного, так и антропогенного характера.

2. Проведен количественный анализ состояния Б-области ионосферы в возмущенных условиях, что имеет важное значение для совершенствования методик прогноза распространения радиоволн и практического обеспечения радиосвязи.

3. Построенная модель является частью более общей модели, предназначенной для описания широкого класса процессов в средней атмосфере.

На защиту выносится следующие результаты:

1. Построена и обоснована математическая модель, описывающая изменение концентраций заряженных частиц на высотах от 40 до 90 км. Коэффициенты модели являются нелинейными функциями параметров нейтральной атмосферы и скоростей ионизации, что дает возможность исследовать явления, происходящие в ионосфере, при разнообразных воздействиях.

2. Количественно исследованы и описаны механизмы процессов нарушения фотохимического равновесия Б-области ионосферы,

происходящие под воздействием:

- прохождения акустических и акустико-гравитаииокных волн,

- разогрева атмосферы,

- изменения концентраций МНС атмосферы.

3. Получен прогноз состояния ионосферы при сильных возмущениях, -вызванных ядерными взрывами.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, общим объемом 120 страниц. В работе приведено 30 рисунков, библиография содержит 87 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные цели и задачи исследования, определяется научная значимость работы.

Первая глава имеет обзорный характер.

В разделе I.I рассматриваются различные механизмы образования ионов в D-области и их относительный вклад в условиях низкой и высокой солнечной активности.

В разделе 1.2 приводится обзор экспериментальных данных по составу положительных ионов в D-области. Доминирующими являются не первичные ионы 1Ю+ и 0*, образовавшиеся непосредственно в процессах ионизации, а кластерные ионы вида Н+(Н20)п. Степень гидратации л существенно зависит от геофизических условий, особенно температуры атмосферы и содержания водяного пара. В качестве основы для построения моделей преобразования положительных ионов может быть выбрана схема Рида.

В разделе 1.3 приводится обзор экспериментальных данных по составу отрицательных ионов D-области. Отмечается неоднозначность представлений о составе отрицательных ионов. В качестве основы для

построения упрощенной модели преобразования отрицательных ионов предполагается использовать схему Фергюсона.

Б разделе I.4 приведен краткий обзор упрощенных моделей ионизационно- рекомбинационного цикла и показана невозможность их использования для решения задач, поставленных в данной работе.

Во второй главе описано построение математической модели, основанной на упрощенных схемах преобразования ионов (рис.1а., 16.) описывающей изменение концентраций заряженных частиц, участвующих в фотохимических процессах в Б-области.

Раздел 2.1 содержит постановку задачи. При построении модели были использованы следующие допущения:

1) в результате поглощения падающего излучения образуются электроны и первичные положительные ионы Ю+ и 0* со скоростями Ч> Яцо+' соответственно.

2) отрицательне ионы К~ (0~) образуются в реакциях прилипания электронов к молекулам кислорода со скоростью р.

3) множество кластерных ионов разделено на две группы, обозначенные соответственно СЪ+ и СЬ*- Ионы образуются из первичных ионов со скоростями А1Ы0+ и А20+ соответственно и в

серии ионно- молекулярных реакций преобразуются в С Ь* со скоростью в^. Деление положительных ионов на группы основано на следующем свойстве: аа+ < ась+ < ась+ ,где ада+,а0+, ась+,

ась+ - коэффициенты диссоциативной рекомбинации ионов Ю+, О*,

СЬ+ и СЬ*.

4) в цепочке преобразования отрицательных ионов выделены три группы ионов в зависимости от их устойчивости к процессам отлипания;

- К~- первичные ионы, отождествляемые с ионом 0~.

- С"- груша ионов 0~, 0~, С0~, С0~, образующиеся из К~ со скоростью р(, (3_;- скорость обратного процесса.

- ЛГ- стабильные конечные ионы вида 1Ю~, И0~(Н20) и т.д., образующиеся из С~ со скоростью |32 и исчезающие только в процессах ион-ионной рекомбинации. Разбиение ионов на группы построено по принципу дк- > ес- > где бк-, 6С~, 6Я- -скорости отлипания электронов от ионов К~, С~, ¡Г.

Математическая модель представляет собой систему восьми нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений:

~Ш~ ' + В [02] ~ ( А<Ж>+ + Пе + а1П~ >

<110+1

-Ш— • %+2 - [0Р ( А>о+ + 0 + %1пе+ а1п~ > <ись+1

-ЗГ- = к,ю+ [т 1 + А,0* [02] - [СЪ1]( V асъ+ % + а1П~ ) й1СЬ+]

-ШГ- = въ1СЬ1] - [СЬР( асъ+г % + а1п~ >

^щ-1 = Р V Р-Л с~] -1 Г1( Р/ + V + а1п+ ; (1)

= Р( [ Г] - I С-] ( Р_, ♦ р2* вс. + а^ )

= р2 [ с-1 - а{п+ [ П

(Ш -

сце ■ = Я + $ п - рпе- а пп+; Где ТЬб.З/ ■10~10[Ы0]+Ю~15[Мг] с"' - скорость образования ионов т+ из ионов О*; п+=[0р+[1Ю+]+[СЪ*]+[СЪр, п~=[Г 1+[С~ 1+[Г 1, б

- средний коэффициент отлипания электронов в соударениях и фотопроцессах, а- средний коэффициент диссоциативной рекомбинации, а{

- коэффициент ион-ионной рекомбинации.

В разделах 2.2, 2.3 получены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать эффективные скорости преобразования положительных и отрицательных ионов А(гго+, к20+ , Вь , , |32 , 6С- ,6К-

как функций температуры и плотности атмосферы, концентраций ряда малых нейтральных составляющих, концентраций ионов и электронов и скоростей ионизации.

В разделе 2.4 получены формулы для вычисления скоростей образования ионов НО* и 0* и электронов под действием источников ионизирующих излучений. Скорости ионизации д, и д0+,

включенные в систему (1), рассчитываются следующим образом: ц1Ю+

- Ао+ + IV • + > Я Я5 ^де

ср - фоновые значения скоростей ионизации, Я8т+> Яе0*

определявтсяся по формулам из раздела 2.4, де- скорость образования электронов под действием дополнительного источника ионизации.

В разделе 2.5 проводится сравнение величин таких аэрономических параметров как относительное содержание кластерных ионов (/+) (рис.2), средний коэффициент диссоциативной рекомбинации, высота перехода от отрицательных ионов к электронам, расчитанных с помощью системы (-1) в предположении равновесия Пу с экспериментальными данными. В результате сравнения сделан вывод о том, что модель адекватно описывает экспериментальные данные, характеризующие состояние фотохимического равновесия Б-области ионосферы.

В третьей главе проводится количественное моделирование отклика Б области в условиях нарушения фотохимического равновесия атмосферного газа при слабых возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации в пределах одного порядка. В разделе 3.1 исследуется механизм нарушения фотохимического равновесия при волновом возмущении Б-области. В условиях возмущения ионосферы акустической волной, в предположении полного

увлечения заряженных частиц нейтральным газом изменение

концентрации J-й заряженной частицы описывается уравнением:

а п. a p(t)

-J- = q + P. - п. L. - п. -(ini-j—)) (2)

d t J J J J J dt po

Здесь rij- концентрация J-й заряженной частицы, qJt PJt rijLj -соответственно скорости образования и потерь частицы за счет источника ионизации и в химических процессах, p(t)- плотность в волне, р0- невозмущенная плотность воздуха на заданной высоте. В численных экспериментах параметры возмущения нейтральной атмосферы в волне задавались в виде модельных функций - синусоид с амплитудой А и периодом Т. Проведенные численные эксперименты показали нарушение фотохимического равновесия во всей D-области ионосферы при прохождении акустической и акустико-гравитационной волны. Наблюдается эффект "отрыва" вариаций ne/ngo от р/ро- При этом амплитуда вариации пе на высоте 60км в

два раза меньше амплитуда колебаний плотности среды, а на высоте 80км амплитуда вариаций ne(t) приблизительно в два раза больше амплитуды колебаний плотности нейтрального газа. В разделе 3.2 исследуется влияние вариаций температуры Т нейтральной атмосферы на поведение параметров D-области. Для летних и зимних условий мезосферы были рассчитаны фоновые значения nJ0 концентраций заряженных частиц,- входящих в модель. Параметр Т изменялся в пределах: 150 <Т< 270. Система (1) численно решалась с начальными условиями п}(0) = nJ0 на временном интервале 0<t<T, где Т определялось так, чтобы | rij(T) -rij(T-At)| < 0.001 для At = /с.

Результаты численных экспериментов показали, что в условиях низких температур летней мезосферы при разогреве атмосферы наблюдается увеличение п более, чем в три раза. При более

высоких зимних температурах эффект менее выражен. Это различие может быть объяснено следующим образом. При низких летних температурах на высотах около 80 км преобладают кластерные ионы, так как скорость их образования, в частности из первичного иона Ю+, имеет сильную обратную зависимость от Т. С повышением температуры в численных экспериментах наблюдался рост относительных концентраций простых ионов, при одновременном снижении относительного содержания кластерных ионов. Скорость рекомбинации электронов с кластерными ионами на I - 2 порядка выше, чем с простыми ионами Ю+, О*. Вследствие этого средняя скорость потерь электронов за счет диссоциативной рекомбинации снижается, что приводит к увеличению электронной концентрации. В зимних условиях, при более высоких температурах на высотах около 80км не наблюдается исходного существенного превышения кластерных ионов над простыми. Поэтому эффект роста пе при разогреве атмосферы менее выражен (рис 3).

В разделе 3.2 исследуется влияние вариаций концентраций таких МНС, как Н20, 0(3Р), С02, на величину среднего коэффициента диссоциативной рекомбинации а и электронную концентрацию пе. В четвертой главе приведены результаты количественного моделирования отклика Б-области в условиях нарушения фотохимического равновесия атмосферного газа при сильных возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации на несколько порядков. В качестве источников сильных возмущений рассмотрены высотные ядерные взрывы, создающие повышенную ионизацию в данной точке пространства и приземные ядерные взрывы, вызывающие в атмосфере колебания, интерпретируемые как акустико-гравитационные волны, создающие вариации температуры и плотности нейтрального газа.

В разделе 4.1 описана методика вычисления скоростей ионизации атмосферы и формирования начальных условий для численного интегрирования системы (1) в условиях высотных ЯВ. Здесь использовались модельные источники, характеризующихся следующими свойствами:

- импульсный характер источников мгновенного ренгеновского и гамма излучений,

- точечный характер источников осколочного гамма излучения,

- скорость ветрового сдвига источника постоянна,

- скорость изменения высоты точечного источника задается модельной функцией.

Включение в правые части решаемых уравнений скоростей ионизации от последовательно появляющихся источников, достаточно сложных временных зависимостей температуры и плотности атмосферы и скачкообразное изменение концентраций заряженных частиц по при появлении каждого источника мгновенного излучения делает численное моделирование достаточно сложным и требующим применения специальных вычислительных методов.

В разделе 4.2, на основании рассмотрения некоторых характеристик решаемых задач сделан выод о том, что решаемые системы ОДУ являются жесткими и для их решения следует использовать специализированные алгоритмы. Для решения поставленных задач использовался предложенный Гиром алгоритм Бдаив, использующий два набора формул, один для нежестких и другой -для жестких ОДУ. Для решения жестких систем используются формулы на основе метода

дифференцирования назад порядка ц следующего вида: q

Уп= 2 ап±Уп-1+ ЧАюУ« (3) 1=1

Рпо* «Щ И Рпо ЗЭВИСЯТ 01 ^п-Г-'-'^п-ч^

Для неявного метода (3) на каздом шаге для уп должна решаться система нелинейных алгебраических уравнений, следовательно эффективность метода существенно зависит от того, как редко он вычисляет матрицу Якоби. Для выработки решения о том, когда нужно пересчитывать матрицу Якоби в алгоритме . БСТБиВ используются следующие критерии:

- произошло изменение порядка метода;

- корректор не сошелся. Критерием сходимости корректора является величина коррекции на третей итерации

Во всех решаемых нами задачах применялось численное оценивание якобиана.

Процедура оценки и выбора размера шага и порядка метода устроена следующим образом. Выбор произодится на основе оценки величины ошибки отбрасывания на данном шаге 11, порядке я в момент времени г по формуле: Е^.Ш^й^у'4*1 ) ,где С - некоторая константа, не зависящая от задачи. Предполагается, что условием для выбора величин 11 и я является выполнение неравенства [Е^.Ю |<е ,где е - определенный пользователем параметер локальной точности, В БЖЦВ |ЕЦ- евклидова норма. Следовательно, можно вычислить такой размер шага 11 при котором }Е(д,11)|«в и такой размер шага может быть использован на последующих шагах. Одновременно проводится оценка величины шага для метода порядков д-и и . Новый размер шага выбирается в том случае, если он отличается от предыдущего больше чем на 10%. Порядок метода увеличиваетя в том случае, если шаг при этом увеличивается по меньшей мере на 30%. Порядок метода уменьшается в том случае, если шаг при этом увеличивается по меньшей мере на 25%. В итоге реализуется стратегия, приводящая к экономичному увеличению размера шага. Величины 10%, 25%, и 30% выбираются

эмпирически и связаны с относительной трудоемкостью пересчета коэффициентов а и § в (3), элементов матрицы Якоби и стоимости вычисления правых частей модели.

При настройке алгоритма на конкретную задачу уточнялись при необходимости следующие параметры алгоритма:

- величина физического нуля для каждой переменной то есть такого значения, ниже которого вкладом данной переменной в моделируемый процесс можно пренебречь и, следовательно, не контролировать связанную с данной переменной ошибку, что ускоряет решение задачи,

- величины относительной и абсолютной ошибок, используемых алгоритмом для контроля;

- минимальная величина шага интегрирования (существенно влияет на эффективность старта программы, что становится важно например при решении задач с последовательным включением нескольких импульсных источников).

- максимальная величина шага интегрирования;

Паш опыт показал, что выбранные Гиром значения констант настройки алгоритма (оценка значимости изменения шага и порядка метода, максимальная допустимая скорость увеличения размера шага

- 104, скорость уменьшения шага - в четыре раза, число итераций корректора - три, соответствуют решаемым нами задачам и их изменение нецелесообразно.

Анализ работы программы показал, что свыше 90% времени работы программы тратится на вычисление правых частей модели, и оптимизация этой части программы является наилучшим путем повышения эффективности решения задачи. Из общего числа вычисления правых частей 70% связано с выполнением очередного шага, а 20% с оценками якобиана. Эти. соотношения также

показывают, что настройка алгоритма соответствует решаемым задачам и накладные расходы допустимы.

В разделе 4.3 проводится численное моделирование реакции Б-области на изменение концентраций МНС в условиях высотных ЯВ. Одной из особенностей областей повышенной ионизации, возникающих на высотах Б-области при проведении ЯВ, является то, что среда быстро "забывает" о начальных концентрациях заряженных частиц (скорость образования электронов уменьшается пропорционально 7Л). В то же время, поглощение рентгеновского излучения ЯВ приводит к длительному, по некоторым компонентам сохраняющемуся более суток, возмущению концентраций МНС. Например время жизни окиси азота Ю- 2.1С?с. В спокойной ионосфере ионизация молекул N0 солнечным излучением Лайман-а (1) является основным источником образования заряженных частиц в верхней части Б-области. Чтобы оценить влияние увеличившейся концентрации НО на величину электронной концентрации проводились расчеты для двух случаев:

- концентрация НО фоновая (невозмущенная),

- концентрация N0 возмущена.

Результаты расчетов представлены на рис.4 соответственно пунктирной и сплошной линиями. Видно, что релаксация электронной концентрации к равновесному значению в случае возмущения концентрации N0 происходит значительно медленнее. Так несколько суток спустя электронная концентрация все еще вдвое превышает фоновое значение. Это связано с тем, что увеличение концентрации окиси азота приводит к увеличению скорости ионизации в атмосфере за счет солнечного ультрафиолетового излучения Лайман-а. В разделе 4.4 моделируется изменение нижней области повышенной ионизации (НОШ), созданной высотными взрывами, при возмущении атмосферы множественными приземными взрывами. Решалась система

a P(t)

(2), коэффициенты -(ln(——)), определяющие изменение п, за

at J

счет волнового возмущения расчитывались заранее и задавались в виде числовых файлов. На каадом шаге интегрирования проводился перерасчет скоростей ионизации и концентраций всех нейтральных атмосферных составляющих пропорционально плотности в волне, а также всех констант химических реакций, в зависимости от температуры в волне. Из полученных результатов видно, что в НОШ возмущенной газодинамическими течениями наблюдаются заметные флуктуации заряженных частиц. При этом наблюдаются отклонения в поведении плотности заряженной компоненты от поведения плотности нейтрального газа, обусловленные нелинейной зависимостью концентраций заряженных частиц от p(t), а так же вариациями температуры в волне. Эффект наиболее выражен на высотах менее 60 км (рис.5).

В заключении формулируются основные результаты работы:

1. Построена математическая модель, описывающая изменение концентраций заряженных частиц, участвующих в фото-химических процессах, протекающих в атмосфере на высотах от 40 до 90 км. Коэффициенты модели являются нелинейными функциями параметров нейтральной атмосферы и скоростей ионизации. Модель адекватно описывает экспериментальные данные, характеризующие состояние фотохимического равновесия D-области ионосферы.

Построенная модель ионизационно-рекомбинационного цикла количественно описывает процессы происходящие под воздействием двух видов возмущений ионосферы:

- при слабых возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации в пределах одного порядка,

- при сильных возмущениях, характеризуемых изменением электронной концентрации на несколько порядков.

2. В результате численных экспериментов:- исследована чувствительность параметров ионосферной плазмы к вариациям температуры атмосферы и концентрациям малых атмосферных составляющих.

- исследован механизм нарушения фотохимического равновесия при возмущении ионосферы акустическими и акустико-гравитационными волнами.

- проведено моделирование и получен прогноз динамики ионосферы при сильных возмущениях атмосферы, вызванных ядерными взрывами.

АППРОБАЩЯ.

Основные результаты докладывались на научных семинарах ИФЗ АН СССР в 1991, ИЗМИР АН СССР в 1992, ИММ РАН и .ВДГ РАН в 1996г, на 3 Рабочем совещании по моделированию космических явлений в лабораторной плазме (Новосибирск 1990г), на Всесоюзной конференции по физике плазмы (Звенигород 1991г.)

По теме диссертации опубликованы следующие статьи:

Корсунская Ю.А., Кудрявцев В.П., Пуштарик В.А., Романюха Н.Ю., Стрелков A.C. Региональные последствия ядерной войны с применением высотных ядерных взрывов, сб. Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений, М.:Наука, с.260-270, 1994.

Кудрявцев В.П., Романюха Н.Ю. Моделирование ионизационно-рекомбинационных процессов в средней атмосфере, Математическое моделир., т.7, N.3, с.3-18, 1995.

Романюха Н.Ю. Моделирование нарушения фотохимического равновесия в D-области ионосферы под действием внешних возмущений, Математическое моделир., в печати, 1996.

Упрощеная схема преобразования положительных ионов.

Рис. 1а.

Упрощеная схема преобразования отрицательных ионов.

Рис. 16.

т 10 1

1 5

10-' =

ю-4

10

10

10

-1-1- I I Ч П|—

2 10

V

10 4

Рис.2.

Изменение относительного содержания кластерных ионов с ростом для различных значений температуры атмосферы и концентрации водяного пара на высоте 80км.

1: Т0 - 210°, [Н201=3.3.10е, 2: То1210°, [Н20>-108, 3: Т0-190" [Н20>7.108, 4: Т0=1 60", [Н20]=7.10в. Квадраты— экспериментальные данные.

Рис.3. Изменение относительной электронной концентрации с ростом гемпертуры. Сплошные линии - лето, пунктирные - зима. 1- Ь'=74км, 2- Ь=76км, 3- И=78км, 4-Н=80км,5- Ь=82км.

10 '1

№ ;

ю1

Ч О I—I" "П 11 ГТ"" I " Ч I Т111 1| " I ' I I I I II 1| »

104 10'

10

Рис.4. Результаты расчета электронной концентрации с учетом вариацийЫО (сплошная линия) и без него (пунк

Рис.5. time

Изменение электронной концентрации в области повышенной ионизации, созданной высотным ЯВ, при прохождении акустико-гравитационных волн, вызванных приземными ЯВ. Пунктир-р(1)/ро = 1. Сплошная линия - результаты расчетов при учете газодинамических течений. Н- высота взрыва, И- высота точки наблюдения, г=0- точка наблюдения расположена под эпицентром.

foj^