Определение параметров градиентно-дрейфовой неустойчивости в условиях множественных плазменных пузырей

Abstract

Представлены результаты численных расчетов пространственного распределения инкрементов градиентно-дрейфовой неустойчивости в области развитых множественных экваториальных ионосферных пузырей. Результаты численного моделирования пространственной структуры экваториальных ионосферных пузырей, а также данные измерений в областях развитых плазменных пузырей, как спутниковых, так и наземных, показывают наличие в этих областях больших градиентов электронной концентрации, достигающих значений от 10$^{-4}$ м$^{-1}$ до 10$^{-3}$ м$^{-1}$ и больших скоростей дрейфового переноса, превышающих 1000 м/с. При таких параметрах плазмы в области плазменных пузырей возможно развитие мелкомасштабных неоднородностей, усиливающихся вследствие разных типов неустойчивостей при положительных инкрементах. Исследуется пространственное распределение инкремента градиентно-дрейфовой неустойчивости. При неустойчивости этого типа могут генерироваться мелкомасштабные неоднородности электронной концентрации, пространственно-временные масштабы которых характерны для экваториального F-рассеяния. Вследствие развитых плазменных пузырей, на фронтах которых развиваются градиентно-дрейфовые неустойчивости, исследование проведено в приближении сильной вытянутости плазменных пузырей вдоль силовых линий геомагнитного поля. Это позволяет использовать в качестве фоновой электронной концентрации результаты численного моделирования неустойчивости с помощью двумерного приближения модели неустойчивости Рэлея-Тейлора. В отличие от предыдущих работ авторов, здесь исследование направлено на получение пространственного распределения инкремента как для разных конфигураций плазменных пузырей, так и для различных соотношений волновых чисел. При исследовании особенностей распределения инкремента градиентно-дрейфовой неустойчивости в области развития плазменных пузырей необходимо учитывать существенную неоднородность фоновых значений электронной концентрации и скоростей дрейфа. В работе это достигается сравнением длин волн с параметрами зон развития этих волн, в частности, оценены пространственная и временная протяженности области больших положительных значений инкремента нарастания. Эти оценки и определяют выбор диапазона волновых чисел. Получено, что градиенты электронной концентрации на фронтах развитых ионосферных пузырей могут быть эффективным механизмом развития градиентно-дрейфовой неустойчивости, инкремент градиентно-дрейфовой неустойчивости на фронтах плазменных пузырей достигает значений 0.01 с$^{-1}$, причем для множественных пузырей эти значения немного меньше, чем для одиночного пузыря. Такие значения с учетом времени существования областей с инкрементами более 1000 с, создают условия для развития мелкомасштабных неоднородностей на «ножках» плазменных пузырей.