Циклические вариации температуры нейтрального газа

Кнопка сворачивания окна;

3 – кнопка восстановления окна(её вид зависит от состояния окна);

Кнопка закрытия окна;

5 – кнопка системного меню – открывает системное меню окна;

6 – строка меню – содержит команды для управления окном;

7 – панель инструментов – содержит кнопки, вызывающие наиболее часто употребляемые команды;

8 – полосы прокрутки – позволяют просматривать содержимое окна;

9 – рабочее поле – пространство для размещения объектов(текста, рисунков, значков и пр.) и работы с ними;

10 – строка состояния – полоса, на которой расположены индикаторы состояния;

Рамка окна.

Окно может существовать в трёх состояниях:

· Полноэкранное - окно развёрнутое на весь экран;

· Нормальное – окно занимает часть экрана;

· Свернутое – окно в свернутом состоянии;

Гр 16 – ЭЭ 2 подгруппа

Казамаров А.Ю.

Лаб 2

- 93 -

Г Л А В А IV

ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА МОДЕЛИ ПО РЕАКЦИИ НЕЙТРАЛЬНО КОМПОНЕНТЫ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ НА КОРОТКОВОЛНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ МАГНИТОСФЕРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Современный уровень исследований в области физики ионосферы выдвигает в число первоочередных задач теоретическое изучение роли возмущающих факторов на состояние нейтральной компонента ионосферной плазмы. Численные эксперименты на модели позволяют исследовать поле скоростей нейтрального газа, взаимодействие различных структурных параметров изучаемой среды. Важно прикладное значение рассматриваемых вопросов с точки зрения поисков путей прогнозирования радиосвязи, распространения коротких волн на большие расстояния.

Вариации структурных параметров термосферы при изменении уровня солнечной активности

Как было показано на одномерной самосогласованной модели термосферы (главаII), несомненный интерес представляет оценка поведения основных структурных параметров термосферы при изменении одной из основных входных величин модели – потока солнечной коротковолновой радиации. Продолжим исследования в этом плане на более полной трёхмерной самосогласованной модели, одновременно описывающей изменения состава основных нейтральных составляющих 0, 02 и N2, температуры нейтрального газа и системы термосферной циркуляции. Основное внимание при этом будем уделять высотам нижней термосферы.

- 94 –

Рассмотрим реакцию модели на предельные значения потока солнечного коротковолнового излучения, который согласно существующей точки зрения (131) будем характеризовать индексом F10.7. В связи с этим модельные расчеты проводились для двух уравнений солнечной активности, минимального (F10.7 = 70.10^-22втм^2сек^-1)

В этих вариантах расчета модель внешнего электрического поля магнитосферного происхождения оставалось плазменной и задавалась согласно (34).

Циклические вариации температуры нейтрального газа.

Результаты расчетов температурного профиля представлены на рис. 4.1 (1 вариант отмечен сплошной кривой, 2 – штриховой, 3 – пунктиром). Из приведенных результатов расчетов видно, что в термосфере, в районе высот турбопаузы, существует область инверсии температуры нейтрального газа, т.е. имеется область высот на которых температура нейтрального нейтрального газа увеличивается с уменьшением уровня солнечной активности при соответствующем значении коэффициента турбулентной диффузии (сравни 2 и 3 варианты расчетов). Ранее, при анализе результатов, полученных на одномерной модели термосферы, отмечалось, что подобная ситуация в термосфере наблюдалась экспериментально (133 – 135)как для полярной (133, 137так и

- 96 –

Широтной термосферы (135). Отметим, что инверсии температуры в полярной области термосферы не зависит от времени суток и составляет величину ∆Tn=35⁰ K на h=121 км. В экваториальной области инверсия Tn на высотах нижней термосферы максимальна в восходно-заходный период времени суток и достигает величины ∆Tn=50⁰ K для ᶲ=20⁰ N на h=121 км (рис.4.1.). Область инверсии температуры нейтрального газа начинается с высот ̴ 95 км и простирается до высот ̴ 135 км, причем она максимальна в экваториальной термосфере. Это следует из рис. 4.2. где в тех же обозначениях, что и на рис.4.1. производится высотный профиль Tn для трех вариантов расчетов. Область инверсии Tn отмечена штриховой. При данном различии а коэффициентах турбулентной диффузии для максимума и минимума солнечной активности величина инверсии Tn максимальна на h=110-120 км и не превышает 70⁰К.

Качественно идентичная картина была получена при измерении Tn в цикле солнечной активности для высокоширотной области термосферы (о.Хейеса) (112,113). Наличие инверсионных областей Tn при возрастании солнечной активности отмечалось экспериментально для среднеширотной термосферы на высотах 110-135 км (134), согласно данным измерений, полученных с помощью станций некогерентного рассеяния радиоволн.

Отметим, что как теоретическое моделирование (148-160), так и экспериментальные данные (134-136) указывают на наличие определенной области высот в термосфере, на которых температура нейтрального газа при минимуме солнечной активности превышает Tn для максимума солнечной активности. Расчеты, выполненные на трехмерной модели (с полным учетом переноса тепловой энергии в вертикальном направлении, т.е. полный учет вертикальной компоненты скорости Ws=Wb+Wdiv в отличии от одномерной модели термосферы, где учитывалась лишь компонента Wb, а также перенос энергии

- 97 –

- 98 –

В горизонтальном направлении посредством термосферной циркуляции. Убедительно показывают, что увеличение процесса турбулентной теплопроводности с ростом солнечной активности приводит к инверсии Tn на высотах нижней термосферы.

Рассмотрим теперь поведение Tn при изменении уровня солнечной активности на высотах изотермии(h ̴300 км). Наибольшее количество экспериментальниых данных по измерению Tn получено для этой области высот. Известно, как из теоретического моделирования теплового режима термосферы (136), так и из многочисленных экспериментов (141), что с ростом солнечной активности наблюдается рост Тэкз – температуры экзосферы. Аналогичная картина получена и в модельных расчетах (рис.4.1. h = 293 км). Вариации Tn, полученные при модельных расчетах (h = 300 км) в зависимости от индекса F10.7 показаны на рис.3. для экваториальной области термосферы. Тут же приводятся значения Tn, рассчитанные согласно трем полуэмпирических глобальным моделям нейтральной атмосферы. Наблюдается линейная зависимость Tn от индекса F10.7, причем с ростом уровня солнечной активности возрастает Tn. Отметим, что наблюдается хорошее согласие (в пределах ошибок измерений) модельных расчетов с обобщенными экспериментальными данными, на основании которых получены полуэмпирические глобальные модели нейтральной атмосферы DTM (5), MSIS (3,4) и Яккия 1971 (140).

Расхождение среднесуточных значений Тэкз с экспериментом максимально при высокой солнечной активности и состовляет ̴ 70⁰ К, что не превышает ̴ 7% при Тэкз ̴ 1100⁰К.

Из резулбтатов расчетов, выполненных на трехмерной согласованной модели термосферы видно, что изменение Tn с увеличением уровня солнечной активности проявляется по разному на высотах верхней и нижней термосферы. С целью теоретической интерпритации поведения Tn при изменении уровня солнечной активности на высотах

- 99 –

- 100 –

Нижней термосферы проведен оценку членов уравнения теплопроводности. Выясним относительную роль процессов, ответственных за перестройку тепловой структуры теплосферы, по отношению друг к другу. Такая оценка членов уравнения теплопроводности была сделана и результаты приводятся в табл.4.2. Здесь в колонке 1 сделаны все члены, обусловленные молекулярной и турбулентной теплопроводностью, в колонке 2 – члены уравнения, связанные с вертикальным макропереносом энергии, в колонке 3 – члены, обусловленные горизонтальным переносом энергии. Для иллюстрации рассматривается широтаᶲ=40⁰ в дневное (табл.4.2а) и ночное время (табл.4.2б). В нижней строке таблицы 4.2 видно, что как днем, так и ночью инверсия Tn в цикле солнечной активности обусловлена процессом выхолаживания термосферы на высотах тербопаузы за счет турбулентности.

Глобальная картина распределения температуры нейтрального газа в цикле солнечной активности иллюстрируется на рис.4.4, где показано распределение среднесуточных значений ∆ Tn в зависимости от широты и высоты. Из рис.4.4. видно, что с высот h ˃ 165 км наблюдается возрастание Tn с ростом уровня солнечной активности на всех широтах. Это возрастание максимально на h ̴ 300 км в районе экваториальных широт (∆ Tn ̴440⁰ К). В области высот нижней термосферы (h˂ 121 км) характерно наличие отрицательных превращений ∆ Tn, которые увеличиваются с увеличением турбулентности (рис.4.4а), достигая ∆ Tn ̴-35⁰ на h=121 км и ∆ Tn ̴ -2,5⁰ на h=100 км, Резко выраженной широтной за-

- 101 -

- 102 –

- 103 –

- 104 –

висимости ∆ Tn на высотах нижней термосферы не обнаружено. Модальные расчеты показали, что область инверсии Tn в цикле солнечной активности наблюдается на всех широтах и составляет величину ∆ Tn ̴ 30⁰ К в среднем за сутки в районе турбопаузы (h=121 км).

Гр 16 – ЭЭ 2 подгруппа

Казамаров А.Ю.

Лаб 3

Если сделать опцию File главного меню активной, появится раскрывающееся меню, которое содержит следующие команды (табл. 4.1);

Таблица 4.1.

File
New	Создать	Открыть окно для нового документа
Open	Открыть	Открыть существующий документ
Close	Закрыть	Закрыть текущий документ
Save	Сохранить	Сохранить на диске текущий документ
Save As	Сохранить как	Сохранить на диске текущий документ под новым именем
Send	Отправить	Соединение с почтовым сервером
Page Setup	Параметры страницы	Установить на странице
Print Previev	Просмотр	Предварительный просмотр документа
Print	Печать	Распечатать документ
Exit	Выход	Выйти из среды Mathcad

Опция Edit (Правка) содержит следующие команды (табл. 4.2):

Таблица 4.2

Edit
Undo	Отменить	Отменить последнюю операцию редактирования
Redo	Восстановить	Восстановить отменную операцию
Cut	Вырезать	Переместить выделенное в буфер обмена
Copy	Копировать	Скопировать выделенное в буфер обмена
Past	Вставить	Вставить выделенное из буфера обмена в документ
Past special	Специальная вставка	Вставить из буфера обмена в различном формате
Delete		Удалить выделенное
Select All		Выделить все области в документе
Find		Найти заданную текстовую или математическую строку

Таблица 4.2 (окончание)

Edit
Replace	Заменить	Найти и заменить текстовую или математическую строку
Go to Page	Перейти к странице	Расположить начало указанной страницы в начале документа
Check Spelling	Проверка правописания	Проверка правописания выделенного текста
Links	Связи	Использование связанных и внедренных объектов для обмена данными
Object	Объект	Открытие и редактирование внедренных объектов

Опция View (Вид) содержит следующие команды(табл. 4.3):

Таблица 4.3

View
Toolbars	Панели инструментов	Выводит (убирает) панели инструментов
Standart	Выводит (убирает) стандартную панель инструментов
Formatting	Выводит (убирает) панель форматирования
Math	Выводит (убирает) панель математических символов
Calculator	Выводит (убирает) панель операторов вычислений