Numerical simulations of artificial triggering of equatorial spread-F

Abstract

ÖZET EKVATORAL P DA?ILMASININ YAPAY TETÎKLENMESÎ ÜZERİNE SAYISAL SÎMULASYONLAR ÇAKIR, Serhat Doktora Tezi, Fizik Bölümü Tez Yöneticisi: Doç.Dr.Ordal DEMOKAN Kasım 1987, 147 sayfa Ekvatoral iyonosferde, çevresine göre az yoğun plazma bölgeleri ve bunlarla ilgili hareketler çeşitli yer, roket ve uydu aletleri ile gözlenmiştir. Son zamanlarda, az yoğun plazma bölgelerini (bunlara plazma boşlukları yada plazma bolonian da deniyor) yapay olarak tetik- lemek amacı ile, yerel plazma yoğunluk dağılımını bozan kimyasal madde lerin F bölgesinin tabanına salınması şeklinde birkaç girişimde bulunul du. Bu çalışmada, kimyasal maddelerin (baryum atomları gibi) yardımı ` ile oluşturulan az yoğun plazma üölgelerinin zaman ile değişimleri sayısal simulasyonlarla incelendi. Gerçekte, plazma boşlukları, yoğunluğu azalmış manyetik akı tüpleridir. Bu bölgelerin hareketlerini, elektron içeriğinin ve Pedersen iletkenliğinin manyetik akı tüpü boyunca integrali yardımıyla inceleriz. Ayrıca günbatına sonrası E bölgesinin iletkenliğindeki gelişme ve bu gelişmenin F bölgesi dinamiğine geri beslemesi araştırıldı. Nötral rüzgarın efektiv elektroraotiv kuvvetinden ve integral edilıniş iletkenliğin değişiminden kaynaklanan manyetik alan ve yer yüzüne dik elektrik alanının yükseklik ve zamanla hızlı değişiminin plazma boşlukları üzerindeki etkileri incelendi. üiSayısal simulasyonlar plazma boşluklarının, plazma yoğuıüuğunun ilk bozulduğu bölgelerin doğu kısmında oluştuğunu ve saniyede yüzlerae metrelik hızla üst bölgelere yükseldiğini göstermektedir. Simulasyon- lar, sonunda (kimyasal maddelerin salınmasından tipik olarak 30 dakika sonra) plazma boşluklarının, bu maddelerin salındığı yüksekliğin 150-200 km yukarısına ve 100 km doğusuna eriştiği bulunmuştur. Sayısal simulasyonların bu beklenmedik sonucu, deneylerde gözlemlerin yalnız bu maddelerin salındığı bölgeyi değil, 200 km yukarısını ve doğusunu içermesi gerektiğine işaret etmektedir. Plazma boşluklarının gelişme sinin doğu yönündeki nötral rüzgar hızına duyarlı olduğu ve yüksek hızlı nötral rüzgarın as yoğun plazma bölgelerinin büyümesini gecik tirdiği veya tamamen önlediği gözlenmiştir. Ayrıca simulasyonlar, F bölgesindeki plazma boşluklarının oluşması sırasında büyüyen polarizasyon elektrik alanlarının, E bölgesi üzerinde umulandan fazla bir etkisi olduğunu göstermektedir. Anahtar kelimeler: îyonosfer, plazma dengesizlikleri, yapay P dağılması, sayısal simulasyonlar. iv

ABSTRACT NUMERICAL SIMULATIONS OF ARTIFICIAL TRIGGERING OF EQUATORIAL SPREAD` F Serhat ÇAKIR Ph.D. in PHYSICS Supervisor: Assoc. Prof.Dr. Ordal DEMOKAN November 1987, 147 pages Depleted plasma regions in the equatorial ionosphere and their associated motions been observed by a variety of ground-based, rocket-borne, and satellite instruments. Recently, a couple of attempts have been made to trigger the depleted plasma regions (bubbles or holes) artificially by releasing chemicals at the ledge of the post-sunset F region, which distorts the plasma density distribution. In this work the development of the holes in the plasma density created by chemical releases was studied by numerical simulations. The bubbles are actually depleted magnetic flux-tubes; we investigate the motion of these depleted regions, incorporating flux-tube integrated quantities of electron content and Pedersen conductivity. The development of the post-sunset E region conductivity and its feedback on the F region dynamics has been studied. The effect of the strongly varying vertical electric field, due to variations of the integrated conductivity and effective EMF of the neutral wind, on the development of the depleted plasma regions has been investigated.The numerical simulations show that the bubbles begin to form on the eastern side of the initial density perturbation region and rise with a velocity of hundreds of meters per second to higher altitude. At the end of the s inflations / typically 30 minutes after the release time, the bubble reaches to an altitude of 150-200 km above the release region of the chemicals and is located about 100 km further to the east. This unexpected result of the simulations points to the need of the observations not only at the region where the initial perturbation is located but also on the regions up to 200 km higher and to the east. It is found that the development of the bubbles is sensitive to the eastward neutral wind velocity. Higher neutral winds cause a destabilization or a retardation of growth of the depleted region in the model calculations. The simulations show that the polarization fields, which build up during the formation of bubble in the F region, have a dramatic affect on the E layer. Keywords}: ionosphere, plasma irregularities, artificial spread P, computer simulation ii