Задачи генерации электромагнитных возмущений движущейся ионосферной плазмой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГб од

- Л П"7 '.

Г0С7ПАРСТЗЕННУЯ КОМИТЕТ НАТКИ И ВУС2ЕЙ ШКОЛЫ РОССИИ

САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТЗЕННУй ГНИЗЕРСИТЕТ

Нз правах рукописи

ЖЕЛЕЗНЯКОВ Евгении Зикторсзич

Ж 553.338.2

ЗАДАЧИ ГЕНЕРАЦИЯ 5ЛЕ1СГРОМАГНИТНУХ 303«Л!ЕНИЙ ЦВИХ7ШЕЙСЯ ЯСНОС1ЕРНСЙ ПЛАЗЯОЙ

01.04.33 - Радио»юика

АЗТОРЕ1ЕРАТ на соискание ученей степени кандидата »изико - математических наук Санкт - Петербург - 1993г.

Работа выполнена в Институте ионосферы Академии Наук Республики Казахстан.

Научный руководитель: кандидат «изико-математических наук,

ведущий научный сотрудник Савельев В.Л.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Павлов В.А.

доктор физико-математических наук, профессор Благовещенский П.В.

Ведущая организация: Харьковский Радиоастрономический Институт АН Украины

Зашита состоится "1 ' ОКТЯ0Р& 1993 г. в часов на заседании специализированного совета С 8i3.57.36 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт -Петербургском государственном университете по адресу 199034, г.Санкт -Петербург, Университетская набережная 7/9.

С диссертацией мошно ознакомиться в научной библиотеке им. М.Горького при Санкт-Петербургском Государственном университете

Автореферат разослан ' 3О* СрЦи^ал С{ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физика - математических наук

Рыбачек СЛ.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы, {акт существенного воздействия ионосферных возмущений связанных с атмосферными движениями и электрическими полями на параметры, характеризующие состояние ионос»еры подтверждается большим количеством экспериментальных наблюдений. Пинамика широкого круга таких процессов описывается уравнениями квазигидродинамики. < ним относится и рассматриваемая в диссертации задача о генерации акустико-гравитационными волнами (АГВ) электромагнитных возмущений и их распространения в ионосфере и магнитосфере.

Серьезным затруднением при теоретическом описании генерации и распространения электромагнитных возмущений в ионосфере и магнитосфере является количество уравнений, описывающих такие процессы, значительный диапазон изменения параметров плазмы, а так же обусловленная геомагнитным полем анизотропия проводимости плазмы, изменяющаяся в широких пределах от изотропии в нижних слоях ионосферы до полной замагниченности на магнитосферных высотах. Это обусловило то, что практически важные теоретические результаты удавалось получить при различных упрощениях реальной ситуации, для изучения отдельных явлений в конкретных условиях с ограничениями на параметры плазмы. Распространенным для ионосферных исследований является использование электростатического приближения, когда электрическое поле представляется градиентом потенциала, а уравнением для потенциала является условие не накопления заряда.

Результаты, представленные в диссертации, получены на основе нового, оригинального подхода к описанию электромагнитных возмушений в ионосфере, основные элементы которого разработаны Б.Л. Савельевым. Подход описывает с единых позиций широкий круг явлений для произвольных параметров ионосферной плазмы, с временными масштабами от частот радиодиапазона до характерных периодов в несколько часов, Он основан на построении полной системы операторов проектирования в инвариантные подпространства оператора векторного произведения (и произвольной функции от него). В частности, такой функцией является тензор проводимости магнитоактивной плазмы, его представление в виде функции от простого оператора имеет преимущества перед традиционным, поскольку позволяет выразить его в максимально общей, компактной и более удобной для использования форме. Отмеченные преимущества дают возможность получить без каких либо приближений из системы уравнений Максвелла, замкнутых законом Ома для магнитоактивной плазмы, скалярное уравнение для электрического потенциала, в некотором смысле сложное, пос-

кояьку включает неявно заданный оператор. Приближенным аналогом этого точного уравнений является уравнение для потенциала, широко используемое при изучении динамики ионос»ерных возмущений в электростатическом приближении. В связи с этим возникает необходимость реализации потенциальных возможностей такого попхоа, & создании численной модели полно описынншей широкий круг явлении.

Цель исследования.

- Исследование электромагнитных возмущений, генерируешх АГВ в однородной и неоднородной, анизотропной плазме.

- Создание универсальной численной модели, построенной на основе новых, точных решений уравнений Максвелла, описывавшей генерацию АГВ электромагнитных возмущений и их распространение в неоднородной,анизотропной ионос»ере.

Научная новизна работы определяется следующими основными результатами диссертации, полученными впервые:

- Найден полный набор чисто вихревых решений уравнений Максвелла в однородной, магнитоактивной плазме.

- На основе новых, точных решений уравнении Максвелла для электромагнитных возмущений, генерируемых акустическим импульсом и АГВ, исследована структура электромагнитных полей в однородной и неоднородной магнитоактивной ионос(ерной плазме, произведено сравнение точных решений с решениями в электростатическом и геометрооптическом приближениях.

- Создана и реализована на ЭВМ численная модель, пригодная для единого, точного (в рамках достаточно широкой исходной постановки) описания генерируемых АГВ электромагнитных возмущений и их распространения при любых параметрах ионосферной плазмы и источниках их генерации.

-Исследованы проявления электрических полей, обусловленных АГВ -источником на различных ионос»ерных высотах, проанализирована зависимость этих проявлений от параметров, характеризующих источник! высоты его локализации и направления распространения АГВ относительно геомагнитного поля.

- Построена численная «ункция Грина, характеризующая излучательную способность различных высотных слоев ионосферы, на которые воздействуют ветры, вызываемые АГБ.

-Исследовано и численно смоделировано явление электромагнитного излучения назад, генерируемого акустическим импульсом при его прохождении через неоднородность в магнитоактивной плазме.

Практическая и научная значимость состоит в том, что проведенное исследование содержит новые важные сведения теоретического и практического характера в вопросах о генерации электромагнитных возмущений акустико-гра-витационными волнами в магнитоактивной однородной и неоднородной ионос*е-ре.

Полученные результаты позволяют проверять обоснованность результатов, полученных при использовании тех или иных приближенных методов, например таких, как широко используемое в »изике ионос»еры электростатическое приближение для задач о генерации электромагнитных возмущений в ионос»ере ат-мос»ерными волнами, приближение геометрической оптики в задачах о распространении электромагнитных волн, генерируемых АГВ, в неоднородной плазме.

Универсальная численная модель, построенная на основе точных выражений позволяет проанализировать конкретный вклад процессов, связанных с взаимодействием АГВ с ионос»ерной плазмой в общую картину явлений, происходящих в ионос»ере, что позволяет более правильно интерпретировать экспериментальные данные, полученные при изучении таких явлений.

Постоверность результатов, полученных численным моделированием с использованием численных методов высокой точности, тестировалась их сопоставлением с новыми, точными решениями уравнений Максвелла. В случаях, когда точное аналитическое решение было неизвестно, правильность работы модели проверялась подстановкой результатов численных расчетов непосредственно в уравнения Максвелла, либо его следствие -уравнение энергии для электромагнитных волн.

На защиту выносится:

1. Полный набор чисто вихревых электромагнитных волн, возможных в однородной, магнитоактивной плазме для случаев когда собственные значения тензора проводимости не вырождены и двукратно вырождены. -

2. Результаты исследования структуры электромагнитных возмущений, производимых плоским акустическим импульсом произвольной юрмы и акустико-гравитационными волнами в различных условиях как в однородной, так и в неоднородной ионос«ерной анизотропной плазме.

3. Метоп аналитической матричной прогонки, использованный в численной модели, позволяющий по аналитическому зыраженин непосредственно рассчитывать электромагнитные возмущения в каждом слое, производимые источником, находящимся в любом слое.

4. Эффект зависимости амплитуды допплеровского сдвига частоты зондирующего радиосигнала, вызванного дрейфом ионов в ? области ионосферы,из-за электрического поля,генерируемого АГВ,находящейся на высотах динамо - области, от направления распространения АГВ.

5. Эффект электромагнитного излучения назад при прохождении акустического импульса через плазменную неоднородность.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались: на научных семинарах Института ионосферы АН РК, кафедры радиофизики Санкт- Петербургского Государственного Университета; на XV и XVI всесоюзных конференциях по распространению радиоволн (г. Алма-Ата, 1987г., г. Харьков, 1990г.); на V семинаре КАПГ по солнечно-земной физике (г. Самарканд, 1939г.); на международном совещании по программе ВАГС (г. Алма - Ата, 1989г.); на XVII межведомственном семинаре по распространению километровых и более длинных радиоволн (Санкт- Петербург, 1992г.) на XX генеральной ассамблее международного союза по геофизике и аэрономии (ШВА), (г. Вена, 1991г.).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 106 страницах и состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитированной литературы из 81 наименования, 7 рисунков, двух таблиц.

Публикации; Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 19 статьях.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении формулируется цель работы, обосновывается ее актуальность, теоретическая и практическая ценность, перечислены положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе "Метод описания динамики ионосферной плазмы, с использованием только электрического потенциала", состоящей из двух параграфов, кратко излагается нетрадиционный, эффективный подход к описанию самосогласованной динамики магнитоактивной плазмы. Подход основан на разложении

тензора проводимости по операторам проектирования в его инвариантные подпространства. Он обеспечил возможность свести систему уравнений Максвелла, замкнутых законом Ома для движущейся плазмы к. одному скалярному уравнению для электрического потенциала и получить для него набор основных точных решений. Приближенным аналогом этого точного уравнения является уравнение • для потенциала, широко используемое (не всегда оправдано) при изучении динамики ионосферных возмущений в электростатическом приближении.

В первом параграф отмечается,что тензор проводимости ионосферной плазмы обладает важным алгебраическим свойством, а именно! тензор проводимости - функция оператора В -оператора векторного произведения. Приведены собственные значения и спектральное' разложение для тензора проводжости, который является функцией от оператора В, выражения для собственных прозо-димостей, которые являются максимально общими для трехкомпонентной плазмы (электроны, ионы, нейтралы) из неучитывавших пространственну» дисперсию.

Во втором параграфе кратко излагается, как из системы уравнений Максвелла, замкнутой законом Ома для магнитоактивной плазмы без каких-либо приближений получить скалярное уравнение для потенциала, эквивалентное системе уравнений Максвелла. Из этого уравнения для случая однородной плазмы, легко получается компактное поляризационное соотношение для свободных, плоских электромагнитных волн, общие выражения для комплексных-амплитуд вынужденных плоских волн (генерируемых АГВ- источником). Показаны условия, при которых из полученного общего уравнения для потенциала следует уравнение для потенциала, широко используемое для описания динамики ионосферной плазмы в потенциальном приближении:

Условия, при выполнении которых из точного уравнения для потенциала получается приближенное, являются точными условиям возможности применения потенциального приближения.

Вторая глава "Точные аналитические решения задачи о генерации электромагнитных полей в ионосферной плазме" посвящена анализу новых точных решений системы уравнений Максвелла для однородной магнитоактивной плазмы и некоторых их особенностей в задачах о генерации электромагнитных возмущений в ионосферной плазме и в задачах о распространении в магнитоактивной плазме свободных электромагнитных волн.

Глава состоит из трех разделов. В первом разделе "Вихревые поля"

строится полный набор чисто вихревых свободных электромагнитных волн (их поляризация, направление волнового вектора, дисперсионные соотношения), возможных в магнитоактивной плазме в случаях невырожденных собственных значении тензора проводимости и двукратно вырожденных. Показано, что приведенные в главе 1 точные решения уравнений Каксвелла в однородной, магнитоактивной плазме имеют особенности, физически соответствующие распространении свободных, чисто вихревых электромагнитных волн, которое происходит как бы в изотропной среде, характеризующийся некоторой скалярной проводимость». Поляризация и направление волнового вектора этих волн такие, что распространение в магнитоактивной плазме свободной, чисто вихревой электромагнитной волны происходит как бы в изотропной среде, характеризующейся скалярной проводимость», равной одному из собственных значений тензора проводимости, и с поляризацией, которую имеет соответствующий собственный вектор, наличие других собственных значений тензора проводимости на распространение такой волны влияния не оказывает. В невырожденном случае, когда все три собственных значения тензора проводимости различны, получено три типа чисто вихревых электромагнитных волн. В случае двукратного вырождения собственных значений тензора проводимости, которое наблюдается на магнитосферных высотах (здесь холловская проводимость равна нулю) имеется два типа чисто вихревых электромагнитных волн: быстрая магнитозвуковая волна (БМЗ) и с обобщенным продольным распространением альфвеновская волна, она может иметь две поляризации (в силу двукратного вырождения собственно-. го значения тензора проводимости, равного проводимости Педерсена).

Во втором параграфе анализируются точные решения для электрических и магнитных полей, генерируемых акустическим импульсом, распространяющимся без изменения своей формы в однородной слабоионизированной плазме. Для акустического импульса, имеющего N - форму, построены электрические и магнитные поля, даваемые точным решением для плазмы с параметрами, характерными для различных ионосферных высот. Произведено их сравнение с полями, вычисленными при тех же условиях в электростатическом приближении. Показано, что электрические поля в точном решении существенно отличаются от полей, даваемых электростатическим приближением для высот, начиная со 110 км и существенно превышают их, начиная с высот 130 км (рис.1) (вычисления проводились для полуденной, летней ионосферы при спокойных солнечных условиях). Сделан вывод о неприменимости потенциального приближения для расчета электромагнитных полей в Е и ? областях ионосферы. Расчет соответствующих токовых систем для случая непоперечного распространения акустического

импульса к геомагнитному полм показал, что вектор тока практически полностью определяется лишь электрическим полем, даваемым электростатическим приближением, даже в случаях, когда это поле существенно меньше точного электрического поля. ■ Показано, что в области холла ионосферы в случае поперечного к внешнему магнитному полю распространения акустического импульса токи, обусловленные продольной и холловской проводимостями полностью отсутствуют, но возникают аномально большие токи вдоль направления тока, обусловленного Пеперсеновской проводимостью. Эти токи вызваны появлением элективной проводимости Каулинга. Здесь естественным образом возникает ситуация с токами, которая имеет место для ограниченных слоев плазмы. Отмечено, что если полное, точное электрическое поле, существующее в этом случае, разделить на поле, даваемое электростатическим приближением и на добавочное к нему, то эффект Каулинга возникает для каждой из этих частей полного поля отдельно.

В третьем параграфе анализируются точные решения для электрических и магнитных полей, генерируемых плоской АГЗ с произвольно зависящей от высоты амплитудой. Произведено сравнение электромагнитных полей, даваемых точным решением и электростатическим приближением. В этом приближении генерируемое вертикально - неоднородной АГВ электрическое поле сохраняет свою волновую природу. Если АГВ заключена в некотором слое, то электростатические поля присутствуют внутри, выше и ниже источника генерации. При генерации же полей плоским акустическим импульсом, распространяющимся без изменения формы, поля в электростатическом приближении носят локальный характер, присутствуя лишь внутри импульса.

В третьей главе "Численная модель расчета электромагнитных возмущений в неоднородной магнитоактивной ионосферной плазме, построенная на основе точных выражений", состоящей из пяти параграфов отроится численная модель, позволяющая рассчитывать генерацию и распространение электромагнитных волн в неоднородной, анизотропной ионосфере с произвольным распределением по высоте ее параметров, от АГВ -источников широкого временного диапазона, распределенных по высоте произвольным образом. Модель является численно -аналитической, поскольку построена на основе симбиоза аналитических результатов и численных методов высокой точности. Расчет электромагнитных полей в неоднородной плазме основан на новых, точных решениях системы уравнений Максвелла описывающих электромагнитные поля, возникающие в однородной, магнитоактивной плазме от АГВ - источников. И на методе матричной

прогонки, который отличается от общепринятого тем, что реализован в виде аналитического выражения, что позволяет вычислять электромагнитные поля на произвольной высоте от источника, локализованного в любом интервале высот, непосредственно по аналитическому выражению. В результате изучения на основе модельных расчетов ряда задач о взаимодействии АГВ с ионосферной плазмой, получены новые результаты, раскрывающие различные стороны процесса.

В первом параграфе: "Численная функция Грина для плоско-слоистой ионосферы", для задачи о генерации полей в неоднородной ионосфере акусти-ко-гравитационной волной, найдено аналитическое выражение для матричной функции Грина задачи. Оно содержит в себе решенную аналитически задачу нахождения амплитуд полей в слоях, обычно решаемую численно, методом прогонки. С использованием этого выражения, электромагнитные поля альфвеновских и БМЗ мод, возникающие в неоднородной плазме на любой высоте, от АГВ-ис-точника, расположенного на произвольной высоте, рассчитываются непосредственно по аналитическому выражению. Оно представлено в двух видах, эквивалентных аналитически, но не эквивалентных при численной реализации. Найдены матричные коэффициенты отражения и прохождения через слоисто - неоднородную, анизотропную ионосферу для всех мод (альфвеновских и БМЗ), составляющих полное электромагнитное поле.

Во втором параграфе: "Генерация электромагнитных полей акустическим импульсом на простейшей плазменной неоднородности" на основе численной модели исследуется эффект электромагнитного излучения назад при прохождении акустического импульса через плазменную неоднородность, аппроксимируемую ступенькой плазма -воздух.

Из точного решения задачи о генерации электромагнитных полей плоским акустическим импульсом в однородной, магнитоактивной плазме известно, что электромагнитные возмущения возникают лишь внутри и перед импульсом, а за импульсом отсутствуют. Поэтому акустическое возмущение, распространяющееся с поверхности земли до высот ионосферы, вызывает электромагнитные вариации на поверхности земли только тогда, когда оно проходит неоднородность в ионосферной плазме. На основе модели найден отклик магнитного поля на земле, возникающий при преодолении плазменной неоднородности двухполярным акустическим импульсом длительностью 40 сек. Отклик подобен возмущению магнитного поля, возникающего при скольжении подковообразного магнита по поверхности плазма -воздух вместе со следом на ней акустического импульса. При отклонении направления распространения от направления на восток, амплитуда

поля падает, форма отклика усложняется. При увеличении угла длительность отклика увеличивается, амплитуда уменьшается.

В третьем параграфе "Генерация электромагнитных полей акустико-грави-тационными волнами в реальной, неоднородной ионосфере" для полуденной ионосферы летнего сезона при спокойных солнечных условиях, для параметров АГВ, регулярно наблюдаемых на средних широтах (горизонтальная длина волны 250км, период 20мин, направление горизонтальной компоненты волнового вектора на юго-восток), рассчитан ряд численных функций Грина. Они представляют собой набор высотных зависимостей модулей полных электрических, магнитных полей, составляющих их мед (альфвеновских и быстрых магнитозвуковых волн) или других величин при генерации их полем скорости АГВ, амплитудой 10 м/с, сосредоточенным поочередно в последовательности ионосферных слоев толщиной 5км, расположенных друг над другом в интервале высот 50 - 1000 км. Полученный набор графиков (рис.2) представляется в виде двумерной поверхности. Такое представление численных результатов позволяет детально проследить зависимость излучательных свойств ионосферы, в зависимости от высоты локализации источника возмущений. С другой стороны, простое суммирование позволяет рассчитывать генерацию электромагнитных возмущений конкретным модельным движением атмосферы. Такой способ анализа удобен, поскольку в реальных условиях АГВ -источник может быть известен лишь качественно либо неизвестен вообще. Качественно, оценку генерации полей можно провести, пользуясь непосредственно графиками функций Грина.

В результате анализа численных функций Грина найдено, что максимум генерируемого магнитного поля (рисЛА) производится источниками, находящимися на высоте * 120 км и составляет * 1.5 нТл, область генерации ограничивается высотами от 100км до 200км. Масштаб спадения магнитного поля от области генерации * 100км. Ниже слоя Холла (высоты <90км) полное магнитное поле формируется магнитозвуковыми (рис.1 Р) модами. На больших высотах, выше источника генерации, полное магнитное поле формируется в основном альфвенозскими медами. В области наиболее эффективной генерации магнитного поля, Альфвеновские моды (рис.1 О,Е) находятся в противофазе, поэтому амплитуда полного магнитного поля в этой области на пол-порядка величины меньше, чем амплитуда магнитного-поля каждой из Альфвеновских мод. Область максимальной генерации электрического поля (рис.1 В) располагается на высоте '420 км, значение поля * 0.05 мв/м и практически не убывает, по крайней мере, до высоты 1000 км. Полное электрическое поле обусловлено Альфве-новскими модами. Если акустика-гравитационное возмущение охватывает всю

область наиболее элективной генерации электрического поля, 105км< И <150км, то величина увлечения ионов в вышележащих слоях ионосферы (рис.1 6) может достигнуть 11 от амплитуды скорости нейтрального газа в акустико -гравитационной волне.

В четвертом параграфе "О возможности применения геометрической оптики для расчета распространения в неоднородной ионосфере электромагнитных волн, генерируемых АГБ - источником" проводится анализ такой возможности. Электромагнитные возмущения, возникающие в ионосфере от АГВ источников имеют длины волн большие и сравнимые с характерными масштабами ионосферных неоднородностей (в зависимости от типа волн и области ионосферы) и геометрическая оптика для расчета распространения этих возмущений от области источника не применима. Тем не менее, имея точные решения, можно наглядно показать на сколько она не применима и в каких областях.

Кроме определения величины генерируемых полей, представляет интерес провести анализ решения в плоскослоистой среде. Важную информацию несет соотношение между величиной непрерывного изменения мод поля внутри однородного слоя и величина скачкообразного изменения при переходе из слоя в слой. 1ункция Грина строится на основе точных решений для однородной плазмы, и амплитуда каждой а - моды внутри слоя п ведет себя с высотой в соответствии с экспоненциальным множителем ехр(-Шя|(п) (г—2п) ), где 2п -высота верхней границы слоя п, Кгт: 2-компонента волнового вектора моды л в слое п. Такое поведение амплитуды внутри слоя можно условно назвать гео-метрооптическим. В последовательности слоев мы получили бы хорошо известное из геометрической оптики поведение амплитуды поля: ехрН^аИп) (г-2п) с^где п=п(2) -ступенчатая функция, принимающая значение номера слоя, если бы при переходе из слоя к слю отсутствовали скачки в амплитуде, обусловленные неприменимостью геометрической оптики. Масштаб непрерывного затухания внутри слоя иллюстрирует величину мнимой части волнового вектора данной моды. Величина скачка (в сравнении с величиной непрерывного изменения при прохождении всего слоя) характеризует степень неприменимости гео-метрооптического приближения (преобладание непрерывного изменения над скачкообразным свидетельствует о возможности применения геометрической оптики) .

Для АГВ источника, расположенного в интервале высот 110-120км (параметры его указаны в описании параграфа 3), показано (рис.3), что геометрическая оптика не применима для альфвеновских волн на любых высотных интервалах в пределах 50-1000км, (рис.ЗА,В) их масштаб затухания 1000-10000км.

Пля БМЗ волн геометрической оптикой можно пользоваться на высотах 50-80, 190-103км, (рис.ЗН,Г) здесь характерные масштабы ионосферных неоднороднос-тей больше масштаба затухания БМЗ волн, составляющего 40 км. В области высот 80-190км, оба типа волн проявляют свои волновые свойства. Из-за происходящей здесь взаимной трансформации мод и их частичного переотражения от ионосферных неоднородностей, здесь присутствуют сходящиеся к источнику альфвеновские и БМЗ волны (рис.ЗВ,Г). Их амплитуда тем больше, чем ближе они к источнику, и в непосредственной близости от него она примерно такая же, как и амплитуда расходящихся от источника волн того же типа. Полное магнитное поле (рис.3 Д), как это и должно быть, везде непрерывно.

В пятом параграфе "К вопросу о преимущественном направлении распространения волновых возмущений в ионосфере" выясняется зависимость вертикальной скорости дрейфа ионов (она может регистрироваться как вариации допле-ровского сдвига частоты) от направления распространения АГВ (горизонтальная длина волны 250км, период 20 мин) в горизонтальной плоскости для двух различных механизмов (Рис. 4). Один - увлечение ионов ветром АГВ непосредственно, из-за столкновений, другой - их увлечение возникающим электрическим полем, которое слабо затухает (Рис. 2Ь) при удалении от области генерации его АГВ, обуславливая дрейф ионов в вышележащих слоях ионосферы (Рис. 2д).

Для первого механизма на высотах выше динамо-области наблюдается минимум вертикальной скорости дрейфа ионов V когда горизонтальная компонента волнового вектора АГВ - Kt направлена на север (угол 90 градусов, отсчиты-вается от направления на восток, против часовой стрелки), и максимум для угла 270 градусов (Kt направлен на юг). Максимум не является сильно выраженным: (Vmax - Vmin)/Vaax v 1/3 и его положение не соответствует наблюдаемому в эксперименте среднему направлению на восток для среднемасштабных АГВ, наблюдаемых в средних широтах. Для вертикальной скорости ионов, обусловленной их дрейфом в электрическом поле, генерируемом АГВ находящейся в динамо -области, начиная с высоты 130км имеется два ярковыраженных максимума для углов 0 и 180 градусов (Kt направлен на восток и запад соответственно). Если предположить, что акустико-гравитационное возмущение охватывает всю область наиболее эффективной генерации электрического поля 100-160 км, то по модельным расчетам, вертикальная скорость ионов составляет * 1,5Х от скорости в АГВ. Задав скорость в АГВ на высотах динамо-области 100 м/с, получим что ДСЧ от такого возмущения на высотах > 170 км составит > 0,1 Гц для углов 0 и 180 градусов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Савельев В.Л., Железняков Е.В. Уравнение для электрического потенциала в движущейся неоднородной ионосферной плазме. Препринт ИИ АН КазССР: 88 -1, Алма-Ата, 1988, 16с.

2. Савельев В.Л., Железняков Е.В. Уравнение для электрического потенциала в движущейся неоднородной ионосферной плазме. - Геомагнетизм и аэрономия, 19913, т. 30, N 6, с. 990-997.

3. Saveliev V.L., Zheleznjakov E.V. Ohm's law for multicomponent moving ionospheric plasma, conductivity tensors and their eigenvalues. //Planet. Space Sci. Vol. 39, No. 8, pp. 1133-1137, 1991.

4. Saveliev V.L., Zheleznjakov E.V. Method of Description of the Plasma Dynamics Using Only Electric Potential and Generation of Backward Electromagnetic Radiation by Acoustic Pulse on Plasma Inhomogeneity. // Planet. Space Sci. Vol. 39, No. 8, pp. 1139-1145, 1991.

5. Saveliev V.L., Zheleznjakov E.V. Study of electromagnetic emissive power of the moving ■ ionosphere on the basis of universal numerical model constructed on exact expressions. //Planet. Space Sci. 1992 No.4, pp.509-5017.

6. Железняков E.В.,Савельев.В.Л. К вопросу о преимущественном направлении распространения волновых возмущений в ионосфере.Низкочастотный волновод "земля-ионосфера", Алма-Ата, Тылым", 1991, с. 110-113.

7. Савельев 6.Л., Железняков Е.В. Электромагнитное излучение назад при прохождении акустической волны через плазменную неоднородность. -Геомагнетизм и аэрономия, 1991, т.31, N 6, с. 564-565.

8. Железняков Е.В., Савельев В.Л. Расчет генерации электрических и магнитных полей в плоско-слоистой ионосфере акустико-гравитационной волной с использованием точных выражений. - Геомагнетизм и аэрономия, 1992, т.32, N 2, с.49-59.

- iъ-

H = 100 кы;Д = 0.006; 9 = 30° Н = 110 кы; Д = 0.1; * = 30°

Т, СЕК Т, СЕК

Рис. 1 Сравнение точных и приближенных решений для электромагнитных полей, генерируемых двухполярным, N-образным акустическим импульсом (амплитуда скорости и = 15 м/с, длительность 60 сек, направление распространения-вдоль оси z). н-высота; Ч'-угол между осью z и внешним магнитным полем, лежащим в плоскости voz; д-па-раметр, характеризющий применимость потенциального приближения, (непрерывные линии)- точные электрические поля; (пунктир)- электрические поля в потенциальном приближении.

Рис.2 Набор высотных зависимостей возмущений магнитного и электрического полей и составляющих их мод, генерируемых различными слояж движущейся ионосферной плазмы. Параметры типичны для гравитационной (А-б) (период 20мин), и акустической (Н) (период 60с) ветвей АГВ в атмосфере: Скорость ветра, обусловленного АГВ: 10м/с, горизонтальная длина волны 250км, направление к на юго-восток. (А),(В)- модули амплитуд возмущений полных магнитного и электрического полей; (С),(Р)-модули амплитуд магнитного поля БМЗ мод, идущих вверх и вниз; (С), (Е)-альфвеновских мод, идущих вверх и вниз; (6)-модуль амплитуды скорости увлечения ионов,обусловленной электрическим полем,генерируемым АГВ,расположенными на различных высотах.

|Уг| , сш/Б

Рис.4 Высотный ход амплитуды вертикальной скорости ионов как функция направления распространения АГВ в горизонтальной плоскости. Дрейф обусловлен: (слева)-прямым увлечением ионов

"внутри АГВ"; (справа)-электрическим полем, генерируемым АГВ,находящейся в области высот П0-120км. Амплитуда скорости ветра,обусловленного АГВ взята 1м/с.

350 450 ' Н, ки

Рис.3 Демонстрация характера различия точного и геометрооптичес-кого решений. (АГВ-источник находится в интервале высот 110-120 км, период Т=20 мин, амплитуда скорости ио= ю м/с, \= 250 км, направление >«1 на юго. - восток.)

А- расходящиеся, В- сходящиеся к источнику альфвеновские волны; Б- расходящиеся, Г- сходящиеся к источнику БМЗ волны; Д- полное магнитное поле.