Моделювання просторово-часових варіацій параметрів фізичних процесів у іоносферній плазмі над Україною на фазі максимуму 24-го циклу сонячної активності (2012—2015 рр.)

Abstract

Об’єктом дослідження є фізичні процеси, що відбуваються в іоносферній плазмі. Предмет дослідження: просторово-часові залежності основних параметрів іоносферної плазми, отримані за допомогою радара некогерентного розсіяння. Методи дослідження охоплюють наземний радіофізичний метод некогерентного розсіяння радіохвиль, статистичний аналіз результатів спостереження та напівемпіричне моделювання параметрів динамічних і теплових процесів. Виконано моделювання та аналіз просторово-часових варіацій параметрів динамічних і теплових процесів у іоносфері на фазі максимуму 24-го циклу сонячної активності (2012—2015 рр.) з використанням експериментальних даних харківського радара некогерентного розсіяння. Для періодів рівнодень та сонцестоянь побудовано добові залежності параметрів процесів у іоносферній плазмі на висотах 210…450 км. Отримано значення спричинених амбіполярною дифузією швидкості перенесення плазми та щільності потоку заряджених частинок, а також щільності повного плазмового потоку. Розраховано значення енергії, яка надходить до електронного газу, щільності потоку тепла, що переноситься електронами з плазмосфери до іоносфери, швидкості еквівалентного нейтрального вітру та меридіональної складової швидкості нейтрального вітру. Для розглянутих періодів виявлено, що ефекти варіацій космічної погоди та геомагнітної активності суттєво проявилися у варіаціях щільності потоку плазми за рахунок амбіполярної дифузії, щільності повного потоку плазми, а також енергії, яка підводиться до електрона за одиницю часу. Кількісні та якісні характеристики цих параметрів були типовими, але в деяких випадках істотно змінювалися (у 2…3 рази) навіть у моменти незначного посилення геомагнітної активності.

The object of research is physical processes occurring in the ionospheric plasma. The subject of research: spatial-temporal variations of the main parameters of the ionospheric plasma, which were obtained using incoherent scatter radar. Research methods include the ground-based radiophysical method of incoherent scatter of radio waves, statistical analysis of observation results, and semi-empirical modeling of parameters of dynamic and thermal processes. Modeling and analysis of spatial-temporal variations of the dynamic and thermal processes parameters in the ionosphere during the maximum phase of the 24th solar activity cycle (2012—2015) have been performed using experimental data obtained by the Kharkiv incoherent scatter radar. For the periods of the equinoxes and solstices, diurnal dependences of process parameters in the ionospheric plasma at altitudes from 210 to 450 km were constructed. The values of plasma transfer velocity due to ambipolar diffusion, the density of the full plasma flux, and the flux of charged particles due to ambipolar diffusion were determined. The values of the energy supplied to the electron gas, the density of the heat flux transferred by electrons from the plasmasphere to the ionosphere, as well as the velocity of the equivalent neutral wind and the meridional component of the neutral wind velocity, were calculated. It was established that for the considered periods, the effects of space weather variations and geomagnetic activity were significantly manifested in variations of the plasma flux density due to ambipolar diffusion, the density of the full plasma flux, as well as the energy supplied to electrons per unit time. Quantitative and qualitative characteristics of these parameters were typical but changed significantly (by 2…3 times) in some cases, even with a slight increase in geomagnetic activity