Physics, mathematics, and technology

2017 Issue №3

Back to the list Download the article

Simulating of non-stationary processes in the ionospheric plasma



A model of distribution of concentration, velocities and temperatures of ions along a geomagnetic flux tube is considered. The model also examines the main processes of chemical kinetics, ambipolar diffusion, influence of horizontal neutral wind and plasma heating by superthermal electrons. The article presents numerical calculation results of variations of charged particles concentration in the ionosphere and the plasmasphere. The comparative analysis of various hydrodynamic approximations for the description of the ionospheric and the magnetospheric plasma is carried out. It is made on the basis of the numerical solution of the system of equations of energy, continuity and motion for O+, H+ ions and electrons along a power tube of the geomagnetic field. Differences between the hydrodynamic description and diffusive approach are especially considerable in the plasmasphere. These differences manifest themselves both in concentration of ions and in their velocities and have little impact only in distributions of temperature.


1. Латышев К. С., Зинин Л. В., Ишанов С. А. Математическое моделирование околоземной космической плазмы // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2008. Т. 7, ч. 3. С. 337—349.
2. Ишанов С. А., Мацула П. В. Вычислительный эксперимент при моделировании динамики антропогенных возмущений ионосферно-магнитосферной плазмы // Математическое моделирование. 2012. Т. 24, № 6. С. 128—136.
3. Тащилин А. В., Романова Е. Б. Численное моделирование диффузии ионосферной плазмы в дипольном геомагнитном поле при наличии поперечного дрейфа // Там же. 2013. Т. 25, № 1. С. 3—17.
4. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М., 1988.
5. Sheehan С. Н., St.-Maurice J. Dissociative recombination of N2 , O2 , and NO+ // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109, № A3. P. A03302.
6. Barakat A. R., Schunk R. W., Moore T. E., Waite J. H. Ion escape fluxes from the terrestrial high-latitude ionosphere // Ibid. 1987. Vol. 92, № 11. P. 12255—12266.
7. Hedin A. E. MSIS-86 termospheric model // Ibid. 1987. Vol. 92, № 5. P. 4649—4662.
8. Кринберг H. A., Тащилин А. В. Ионосфера и плазмосфера. М., 1984.
9. Власов М. Н., Григорьев С. А., Ишанов С. А., Латышев К. С. Сравнительный анализ различных гидродинамических приближений для описания ионосферно-магнитосферной плазмы // Космические исследования. 1991. Т. 29, № 3. С. 404—413.
10. Елизарова Т. Г., Четверушкин Б. Н. Об одном вычислительном алгоритме для расчета газодинамических течений // ДАН СССР. 1984. Т. 279, № 1. С. 80—83.
11. Chetverushkin B., D’Ascenzo N., Ishanov S., Saveliev V. Hyperbolic type explicit kinetic scheme of magneto gas dynamics for high performance computing systems // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modeling. 2015. 30(1). P. 27—36.