Proceedings of Petersburg Transport University

Известия Петербургского университета путей сообщения

1815-588X 2658-6851

53077

10.20295/1815-588X-2022-3-600-608

Общетехнические задачи и пути их решения

GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH

Общетехнические задачи и пути их решения

Accounting for Subgrid Scale Heterogeneity in the Frames of Numerical Model for Global Distribution of Electric Fields in the Earth Ionosphere

Учет неоднородностей подсеточного масштаба в рамках численной модели глобального распределения электрических полей в ионосфере Земли

Уваров

Вячеслав Михайлович

Uvarov

Vyacheslav Mihaylovich

vmuvarov@mail.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation

25 09 2022

19 3 600 608 25 09 2022

https://atjournal.ru/en/nauka/article/53077/view

Цель: Создание глобальной численной модели ионосферных электрических полей с возможностью более детального описания их мелкомасштабных особенностей в некоторых ограниченных подобластях. Методы: Постановка краевой задачи с учетом выделенной подобласти для описания особенностей подсеточного масштаба и ее решение современным численным методом. Результаты: Проведена апробация модели. В частности, получено устойчивое численное решение для случая мелкомасштабного локализованного усиления проводимости, обусловленного дополнительной ионизацией ионосферы авроральным лучом. Практическая значимость: Модель дает возможность уточнить картину глобального распределения ионосферных электрических полей в тех ограниченных подобластях, для которых имеется более полный набор экспериментальных данных по распределению проводимостей и продольных токов.

Purpose: Creation of a global numerical model of ionospheric electric fields with the possibility of more detailed description of their small-scale features in some limited subareas. Methods: Formulation of a boundary value task with accounting for underlined subdomain for to describe subgrid scale features and the task solution by modern numerical method. Results: Model testing was conducted. In particular, stable numerical solution was obtained for the case of small-scale localized conductivity increase due to additional ionization of the ionosphere by an auroral ray. Practical significance: The model will make it possible to qualify the picture of ionospheric electric field global distribution in those limited subareas which for, there is fuller set of experimental data on the distribution of conductivity and field-aligned currents.

Ионосфера электрические поля электрический потенциал ионосферная проводимость продольные токи численное моделирование подсеточный масштаб вариационно-разностный метод

Ionosphere electric fields electric potential ionospheric conductivity field-aligned currents subgrid scale numerical modeling variation-difference method

Уваров В. М. Возможный подход к проблеме возбуждения электрических полей и токов, обусловленных By-компонентой ММП / В. М. Уваров // Геомагнетизм и аэрономия. - 1981. - Т. 21. - № 1. -- С. 114-120.

Uvarov V. M. Vozmozhnyy podhod k probleme vozbuzhdeniya elektricheskih poley i tokov, obuslovlennyh By-komponentoy MMP / V. M. Uvarov // Geomagnetizm i aeronomiya. - 1981. - T. 21. - № 1. -- S. 114-120.

Уваров В. М. О распределении электрических полей, обусловленных северной компонентой ММП при отсутствии продольных токов в зимней полярной шапке / В. М. Уваров // Геомагнетизм и аэрономия. - 1984. - Т. 24. - № 1. - С. 1025-1027.

Uvarov V. M. O raspredelenii elektricheskih poley, obuslovlennyh severnoy komponentoy MMP pri otsutstvii prodol'nyh tokov v zimney polyarnoy shapke / V. M. Uvarov // Geomagnetizm i aeronomiya. - 1984. - T. 24. - № 1. - S. 1025-1027.

Уваров В. М. Электрические поля в ионосфере Земли. Численные модели / В. М. Уваров, Б. А. Самокиш. - СПб.: ПГУПС, 2009. - 63 с.

Uvarov V. M. Elektricheskie polya v ionosfere Zemli. Chislennye modeli / V. M. Uvarov, B. A. Samokish. - SPb.: PGUPS, 2009. - 63 s.

Кондаков А. Б. Модифицированная численная модель глобального распределения электрического потенциала. UT-эффект обращения ионосферной конвекции / А. Б. Кондаков, Б. А. Самокиш, В. М. Уваров // Геомагнетизм и аэрономия. - 1999. - Т. 39. - № 6. - С. 50-55.

Kondakov A. B. Modificirovannaya chislennaya model' global'nogo raspredeleniya elektricheskogo potenciala. UT-effekt obrascheniya ionosfernoy konvekcii / A. B. Kondakov, B. A. Samokish, V. M. Uvarov // Geomagnetizm i aeronomiya. - 1999. - T. 39. - № 6. - S. 50-55.

Кондаков А. Б. Моделирование глобального распределения электрических полей в ионосфере Земли с учетом разрывов в распределении проводимости / А. Б. Кондаков // Известия петербургского университета путей сообщения. - 2013. - Вып. 4(37). - С. 123-128.

Kondakov A. B. Modelirovanie global'nogo raspredeleniya elektricheskih poley v ionosfere Zemli s uchetom razryvov v raspredelenii provodimosti / A. B. Kondakov // Izvestiya peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. - 2013. - Vyp. 4(37). - S. 123-128.

Уваров В. М. «Вычислительный микроскоп» для численной модели глобального распределения электрических полей в ионосфере Земли. Постановка задачи / В. М. Уваров, А. Б. Кондаков // Профессиональное образование, наука и инновации в XXI веке: сборник трудов XII Санкт-Петербургского конгресса. 12-13 ноября 2018 г. - СПб. - С. 247-248.

Uvarov V. M. «Vychislitel'nyy mikroskop» dlya chislennoy modeli global'nogo raspredeleniya elektricheskih poley v ionosfere Zemli. Postanovka zadachi / V. M. Uvarov, A. B. Kondakov // Professional'noe obrazovanie, nauka i innovacii v XXI veke: sbornik trudov XII Sankt-Peterburgskogo kongressa. 12-13 noyabrya 2018 g. - SPb. - S. 247-248.

Taguchi S. By-controlled field-aligned currents near midnight auroral oval during northward interplanetary magnetic field / S. Taguchi // J. Geophys. Res. - 1992. - Vol. 97. - № А8. - Рp. 12231-12243.

Taguchi S. By-controlled convection and field-aligned currents near midnight auroral oval for northward interplanetary magnetic field / S. Taguchi, M. Sugiura, T. Iemori et. al. // J. Geophys. Res. - 1994. - Vol. 99. - № А4. - Рp. 6027-6044.

Araki T. The interplanetary magnetic field By-dependent field-aligned current in the dayside polar cap under quiet conditions / T. Araki, M. Yamauchi // J. Geophys.Res. - 1989. - Vol. 94. - № А3. - Рp. 2684-2690.

10.

Robinson R. M. Measurements of E region ionization and conductivity produced by solar illumination at high latitudes / R. M. Robinson, R. R. Vondrak // J. Geophys. Res. - 1984. - Vol. A89. - № А6. - Рp. 3951-3956.

11.

Hardy D. A. Statistical and Functional representation of the pattern of auroral energy flux, number flux and conductivity / D. A. Hardy, M. S. Gussenhoven, R. Raistric, W. J. McNeil // J. Geophys. Res. - 1987. - Vol. А92. - № 11. - Рp. 12275-12294.

12.

Rasmussen C. E. Ionospheric convection driven by NBZ currents / C. E. Rasmussen, R. W. Shunk // J. Geophys. Res. - 1987. - Vol. A92. - № 5. - Рp. 4491-4504.

Rasmussen C. E. Ionospheric convection driven by NBZ currents / C. E. Rasmussen, R. W. Shunk // J. Geophys. Res. - 1987. - Vol. A92. - № 5. - Rp. 4491-4504.