Корректировка модели верхней атмосферы земли по
Реклама
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
О.П. КОЛОМИЙЦЕВ, Г.С. ИВАНОВ-ХОЛОДНЫЙ,
С.И. БОЛДЫРЕВ
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн
им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк Московская область
КОРРЕКТИРОВКА МОДЕЛИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ
ЗЕМЛИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Проведено сравнение результатов измерений поглощения солнечного излучения верхней атмосферой Земли с борта ИСЗ КОРОНАС-Ф с результатами модельных расчетов параметров верхней атмосферы. Результаты сравнения указывают на
необходимость коррекции современных моделей атмосферы Земли. Созданный в
ИЗМИРАН пакет компьютерных программ позволяет оперативно рассчитывать
параметры верхней атмосферы и сравнивать их с измерениями с борта ИСЗ.
На ИСЗ КОРОНАС-Ф, который был запущен 31 июля 2001 г. на круговую полярную орбиту с наклонением 82.5° и высотой 560км с целью
исследования Солнца и солнечно-земных связей, были проведены и
наблюдения поглощения атмосферой Земли коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца в диапазонах длин волн 8.42, 175 и 304Å в
периоды захода Солнца [1]. Измерения поглощения излучения Солнца
дают возможность определять параметры атмосферы, направление градиента плотности, а также локальные вариации поглощения по высоте. Результаты измерений будут использоваться как для коррекции существующих моделей атмосферы, так и для мониторинга локальных возмущений
верхней атмосферы, обусловленных воздействием на атмосферу как естественных (солнечные и геофизические процессы), так и искусственных
факторов (запуски тяжелых ракет-носителей, взрывы в атмосфере).
В настоящей работе проведено сравнение результатов измерений с
борта ИСЗ КОРОНАС-Ф с результатами модельных расчетов параметров
верхней атмосферы с целью определения необходимости коррекции современных моделей. Для модельных расчетов была использована Рабочая
Модель Атмосферы 2001г. (WMA01), разработанная в ИЗМИРАН [2].
Модель дает возможность в интерактивном режиме оценить состояние
атмосферы Земли с учетом изменения солнечно-геофизических условий,
как в прошлом, так и в прогнозируемом будущем. Управляющими (входными) параметрами WMA01 являются поток коротковолнового излучения
Солнца на частоте 2800 МГц {F10.7=F×10-22 вт·м-2(Гц)-1} и геомагнитная
активность – планетарный индекс активности Ap (амплитуда возмущенности поля, нТл). На выходе модель дает численные значения плотности
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7 14
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
(г·см-3), температуры нейтральной атмосферы T (°К), концентрации компонент – молекулярных азота N2 и кислорода О2, атомарных кислорода О,
азота N, гелия Hе, водорода H, аргона Ar (см-3 .) и среднего молекулярного
веса в заданном районе Земли или вдоль заданной трассы полета КА (Коломийцев и др. 2006).
Результаты модельных расчетов концентрации атомарного кислорода
и их сравнение с результатами измерений поглощения излучения Солнца
в диапазоне 304 Å с борта ИСЗ КОРОНАС-Ф показаны на рис. 1 и 2 [3].
9.2
9.2
9
8.8
8.8
Lg[0]
Lg[0]
9
8.6
8.4
8.4
8.2
250
8.6
8.2
300
350
400
Высота, км
450
500
8
250
300
350
400
450
500
Высота, км
Рис. 1.Сравнение концентрации атоРис. 2. То же, что и на рис.1, в
марного кислорода (Lg[O]) верхней
возмущенный день, 21.10.2006
атмосферы Земли по измерениям с
борта КОРОНАС-Ф и модельным
расчетом в спокойный день, 26.11.2006
- модельWMA01; ■ - модель MSIS; ▲- измерения
Из рис. 1 и 2 видно, что при спокойном геомагнитном поле, Ар ≈ 5, модельные значения концентрации атомарного кислорода находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Отклонения могут составлять ~ 5 %. Иная ситуация выявляется в возмущенных условиях, Ар ≈ 70.
Экспериментальные данные об атомарном кислороде [O] выше модельных на ~ 50 %.
Проведенные расчеты были основаны на предположении, что в поглощение излучения Солнца на волне 304 Å на высотах 300-400 км основной вклад вносится атомарным кислородом. Действительно, атомарный
кислород является на этих высотах в обычных условиях доминирующей
компонентой атмосферы. Вместе с тем, в возмущенных условиях резко
возрастает концентрация молекулярного азота. Как показывают оценки, в
возмущенных условиях отношение [O]/[N2] ≈ 1,0.
На рис. 3 представлены результаты сравнения модельных значений
суммарной концентрации [N] = [O] + [N2] с результатами измерений в
возмущенный период в области высот 300-450 км. Видно, что рассчитанISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7 15
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
ные и измеренные значения концентраций частиц находятся в хорошем
согласии. Численные значения концентраций получены с использованием
модели WMA01.
Рис. 3. Сравнение суммарной концентрации атомарного кислорода и молекулярного азота (LgN=[O]+[N2]) верхней атмосферы Земли по измерениям с борта КА
«КОРОНАС-Ф» и модельным расчетам в возмущенный день, 21 октября 2001 г.:
■ – модель WMA01; ▲- измерения
Полученные предварительные результаты позволяют заключить, что
описанный выше метод сравнения модельных и спутниковых данных о
параметрах верхней атмосферы Земли может в дальнейшем использоваться для коррекции современных моделей верхней атмосферы Земли.
В заключении необходимо отметить, что за почти пятилетний период
полёта ИСЗ КОРОНАС-Ф собран большой наблюдательный материал о
поведении верхней атмосферы Земли в разных солнечно-геофизических
условиях. Создан пакет компьютерных программ, позволяющий оперативно рассчитывать параметры верхней атмосферы и сравнивать их с измерениями с борта ИСЗ, что поможет в коррекции современных моделей.
Список литературы
1. Житник И.А. и др. // Астрономический вестник. 2003. Т. 37. № 4. С. 325-331.
2. Oraevsky V.N. et al. // Acta Astronautika. 2003. V. 53. № 1. Р. 75-84.
3. Коломийцев О.П. и др. // Астрономический вестник. 2006. Т. 40. № 4. С. 357-361.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 7 16
