Входные параметры

Главная / Програмная реалзиация /

Входные параметры модели служат для задания внешнего (по отношению к границам моделируемой области) воздействия на моделируемый объект (верхнюю атмосферу Земли).

Источником энергии для большинства процессов, протекающих в верхней атмосфере Земли, является электромагнитное излучение Солнца в ультрафиолетовой (УФ) и крайней ультрафиолетовой (КУФ) частях спектра. Состояние ионосферы определяется также воздействием солнечного ветра – непрерывно вытекающего из Солнца потока плазмы. При обтекании им магнитосферы возникают магнитосферные электрические поля и токи, которые вместе с высыпающимися из магнитосферы Земли энергичными частицами оказывают влияние на распределение параметров верхней атмосферы.

В модели UAM внешние воздействия на моделируемый объект описываются через следующие параметры:

  • Спектры солнечного ультрафиолетового (УФ) и крайнего ультрафиолетового (КУФ) излучения.
  • Дата и мировое время начала рассчитываемого события.
  • Солнечная активность.
  • Распределение потенциала электрического поля на границе полярной шапки.
  • Индексы магнитной активности Ap, Kp, Dst, AE, AL, AU.

Спектры солнечного ультрафиолетового (УФ) и крайнего ультрафиолетового (КУФ) излучения

Солнечное излучение в модели UAM задается через интенсивности УФ и КУФ излучения различных спектральных линий:

  • SOLE — диапазон длин волн и соответствующий ему поток частиц солнечного КУФ излучения (длины волн от 1 до примерно 100 нм), выраженный в 109фотон/(см2с);
  • SOLEN — поток энергии ночного ионизирующего рассеянного солнечного излучения, выраженный в эрг/(см2с);
  • SOLU — диапазон длин волн и соответствующие ему поток частиц и поток энергий УФ солнечного излучения (длины волн превышают 100 нм), выраженные соответственно в 109фотон/(см2с) и эрг/(см2с);;
  • SOLET — поток энергии ионизирующего солнечного излучения, выраженный в эрг/(см2с).

В модели UAM потоки SOLE, SOLEN и SOLU используются следующим образом:

  • по значениям SOLE и SOLEN осуществляется вычисление функции ионизации солнечным КУФ излучением (в процедуре IONIZU, описанной в файле MS1.f);
  • значения SOLU используются при расчете скорости диссоциации (в теле функции DISMOD файла MS3T.f).
  • значения SOLET на сегодняшний день нигде не используются.

Все потоки SOLE, SOLEN, SOLU и SOLET задаются в виде массивов в файле входных параметров Mod1. В зависимости от значения параметра MAS(8) модель UAM либо использует значения массива SOLE, содержащиеся в файле Mod1, либо игнорирует их, рассчитывая поток SOLE c помощью подпрограммы FLOSU, описанной в файле M1.f. Процедура FLOSU разбивает диапазон длин волн от 1 до 105 нм на 13 линий, рассчитывает значения потока солнечного КУФ излучения для каждой из них в зависимости от считанного ранее значения потока F10,7.

Солнечная активность

Модель UAM использует выраженную через поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см (F10,7) зависимость интенсивности линий излучения Солнца от его активности.

Значение потока F10,7 (в 10-22 вт/м2 Гц) задается в файле входных параметров Mod1 в виде: FA0 — значение потока для данного дня и FS — среднее значение за три оборота Солнца.

Значение потока для моделируемого дня (FA0) используется процедурой FLOSU, описанной в файле M1.f, для расчета потока солнечного КУФ излучения SOLE.

Значения FA0 и FS необходимы подпрограммам файла M5.f, которые являются частью эмпирической модели NRLMSISE-00, используемой для расчета состава и температуры термосферы.

Дата и мировое время начала рассчитываемого события

Год, день, месяц и мировое время начала события задаются в начале файла входных параметров Mod1.

Мировое время начала события UT используется в процедуре IONIZU файла MS1.f для расчета зенитного угла Солнца, входящего в формулу для скорости ионизации. Год моделируемого события GOD необходим процедуре FLOSU, описанной в файле M1.f, для расчета потоков солнечного излучения.

Кроме того, задание даты и мирового времени моделируемого события позволяет соотносить результаты модельных расчетов с конкретными входными и управляющими параметрами, при использовании которых эти результаты были получены.

Распределение потенциала электрического поля на границе полярной шапки

Магнитосферные источники электрического поля в модели UAM описываются через задание пространственно-временного распределения продольных (вдоль геомагнитного поля) токов. UAM работает с системой продольных токов, состоящей из токов первой и второй зон. Токи зоны 3 учитываются в модели только при заданном в файле Mod1 ненулевом значении Y-компоненты межпланетного магнитного поля.

Пространственное расположение токов первой и второй зон привязано к границам аврорального овала: токи зоны 1 располагаются на полярной, токи зоны 2 – на экваториальной границе зоны высыпаний. Можно задать пространственное расположение продольных токов без привязки к авроральному овалу. Для этого в теле процедуры POT2 файла MP_79.f при расчете коширот ATET1 и ATET2 продольных токов зон 1 и 2, соответственно, необходимо перестроить вызов функции BOUNDLAT. Так, вместо дневной DP и ночной NP полярных (для токов зоны 1) и дневной DЕ и ночной NЕ экваториальных (для токов зоны 2) границ овала высыпаний в качестве параметров функции BOUNDLAT можно задать свои значения широт, на которых будут находится линии распределения продольных токов. Токи зоны 1, втекающие в ионосферу на утренней стороне, вытекающие на вечерней и определяющие главное магнитосферное поле с утра на вечер. В качестве входного параметра, определяющего воздействие на верхнюю атмосферу магнитосферных электрических токов, задается разность потенциалов поперек полярной шапки.

Процедура POT2 файла MP_79.f, стартуя с записанного в файле Mod1 значения FAC1 (выраженного в единицах 105 А/м2), итерационно подбирает такое значение амплитуды токов зоны 1, чтобы получающаяся при этом максимальная разность потенциалов поперек полярной шапки совпала со считанной из входного файла DEPOT.dat. В файле содержатся значения разности потенциалов (в кВ) поперек полярной шапки для моделируемых суток. Зависимость амплитуды токов зоны 1 от долготы всегда принимается синусоидальной, с максимумами на 6 и 18 MLT. Разность потенциалов поперек полярной шапки для моделируемых моментов времени может также быть рассчитана по эмпирическим формулам от индексов магнитной активности AE (Weimer et. al., 1990) и Kp (Heppner, 1973). Для выбора этих вариантов необходимо в теле процедуры POT2 файла MP_79.f при получении значения разности потенциалов d_Pot вместо функции PotCap(UT), считывающей из файла DEPOT.dat значения разности потенциалов поперек полярной шапки, использовать либо функцию PotCap_AE(UT), либо функцию PotCap_Kp(UT), соответственно. Сами эти функции с указанием используемых эмпирических формул описаны в начале файла SUB_2002.f.

Распределение продольных токов второй зоны, втекающих и вытекающих противоположно токам зоны 1, в модели может быть рассчитано в магнитосферном блоке для каждого узла сетки и после этого передано в качестве входных параметров. Если магнитосферный блок не используется, модель находит распределение токов зоны 2 на экваториальной границе аврорального овала при условии, что их амплитуда составляет некую часть (обычно при модельных расчетах равную 0,7) амплитуды токов зоны 1. Коэффициент отношения амплитуды токов зоны 2 к амплитуде токов зоны 1 является входным параметром процедуры POTCUR файла MP_79.f.

Индексы магнитной активности Ap, Kp, Dst, AE, AL, AU

Хотя индексы магнитной активности индексы магнитной активности Ap, Kp, Dst, Ae, Al, Au присутствуют в файле входных параметров Mod1, модель UAM использует только индексы Ap, Kp и AE, значения которых записаны во входном файле index.dat.

  • Индекс Ар используется подпрограммами файла M5.f, являющимися частью эмпирической модели термосферы NRLMSISE-00.
  • Индекс Кр используется
    • функцией POTCUP_KP файла SUB_2002.f для расчета по эмпирическим формулам от Кр падения потенциала поперек полярной шапки (Heppner, 1973; Uvarov);
    • процедурой DMSPBOUNDARY, рассчитывающей полюсные и экваториальные границы овала высыпаний на дневной и ночной сторонах по формулам зависимости от индекса Кр.
  • Индекс АЕ используется функцией POTCUP_АЕ файла SUB_2002.f для расчета по эмпирическим формулам от АЕ (Weimer, 1990) падения потенциала поперек полярной шапки
  • Индексы Dst, Al, Au в настоящее время при моделировании не используются.