Одномерная модель вертикального переноса химических составляющих в атмосфере Марса вплоть до высот термосферы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена исследованию переноса химических составляющих атмосферы Марса. Была поставлена задача исследования турбулентной диффузии химических компонент атмосферы Марса. Для достижения этой цели в приближении диффузии малой составляющей было составлено уравнение непрерывности, а также соответствующая разностная схема. Были поставлены граничные условия в соответствии с известными на данный момент экспериментальными и теоретическими данными, а также получены необходимые профили температуры и давления. Для моделирования были выбраны две модели турбулентной диффузии, которые в дальнейшем использовались при расчетах. Моделирование выполнялось с использованием модернизированного метода Ньютона. Модели показали существенные различия в распределении малых составляющих атмосферы, в частности, водородсодержащих молекул, что указывает на важность выбора описания коэффициента турбулентной диффузии при построении одномерной фотохимической модели атмосферы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. О. Киливник

Институт космических исследований РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Россия, Москва; Москва

А. С. Петросян

Институт космических исследований РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Россия, Москва; Москва

А. А. Федорова

Институт космических исследований РАН

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Россия, Москва

О. И. Кораблев

Институт космических исследований РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Изаков М.Н. Структура и динамика верхних атмосфер Венеры и Марса // Успехи физ. наук. 1976. Т. 119. № 2. С. 295–342.
  2. Краснопольский В.А. Фотохимия атмосфер Марса и Венеры. М.: Наука, 1982. 293 с.
  3. Куликов Ю.Н., Рыхлецкий М.В. Моделирование вертикального распределения воды в атмосфере Марса // Астрон. вестн. 1983. Т. 17. № 3. С. 144–152. (Kulikov Iu N., Rykhletskii M.V. Modeling of the vertical distribution of water in the atmosphere of Mars //Sol. Syst. Res. 1984. V. 17. № 3. Р. 112–118).
  4. Куликов Ю.Н. Моделирование химического состава атмосферы Марса. Предварительные результаты сравнения высотного профиля атомарного кислорода с данными измерений спектрометра SPICAM // Тр. Кольского научн. центра РАН. Гелиогеофизика. 2018. Вып. 4. № 5 (9). С. 202–216.
  5. Маров М.Я., Колесниченко А.В. Введение в планетарную аэрономию. М.: Наука, 1987. 457 с.
  6. Микрин Е.А., Михайлов М.В., Рожков С.Н., Семенов А.С., Краснопольский И.А., Почукаев В.Н., Марков Ю.Г., Перепелкин В.В. Высокоточный прогноз орбит космических аппаратов, анализ влияния различных возмущающих факторов на движение низкоорбитальных и высокоорбитальных КА // XXI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2014. С. 77–88.
  7. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений (анонс) // Математич. моделир. 1999. Т. 11. № 8. С. 127.
  8. Bougher S., Jakosky B., Halekas J., Grebowsky J., Luhmann J., Mahaffy P., Connerney J., Eparvier F., Ergun R., Larson D., and 74 co-authors. Early MAVEN Deep Dip campaign reveals thermosphere and ionosphere variability // Science. 2015. V. 350. № 6261. id. aad0459.
  9. Bougher S., Roeten K., Olsen K., Mahaffy P., Benna M., Elrod M., Jain S., Schneider N.M., Deighan J., Thiemann E., and 3 co-authors. The structure and variability of Mars dayside thermosphere from MAVEN NGIMS and IUVS measurements: Seasonal and solar activity trends in scale heights and temperatures // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2017. V. 122. № 1. P. 1296–1313.
  10. Chaffin M.S., Deighan J., Schneider N.M., Stewart A.I.F. Elevated atmospheric escape of atomic hydrogen from Mars induced by high-altitude water // Nature geosci. 2017. V. 10. № 3. P. 174–178.
  11. Courtney W.G. Kinetics of condensation of water vapor // J. Chem. Phys. 1962. V. 36. № 8. P. 2018–2025.
  12. Fedorova A.A., Montmessin F., Rodin A.V., Korablev O.I., Määttänen A., Maltagliati L., Bertaux J.L. Evidence for a bimodal size distribution for the suspended aerosol particles on Mars // Icarus. 2014. V. 231. P. 239–260.
  13. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. The molecular theory of gases and liquids. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ: 1964. 1283 p.
  14. Hunten D.M. Aeronomy of the lower atmosphere of Mars // Rev. Geophys. 1974. V. 12. № 3. P. 529–535.
  15. Lindzen R.S. Turbulence and stress owing to gravity wave and tidal breakdown // J. Geophys. Res.: Oceans. 1981. V. 86. № C10. P. 9707–9714.
  16. Shaposhnikov D.S., Rodin A.V., Medvedev A.S., Fedorova A.A., Kuroda T., Hartogh P. Modeling the hydrological cycle in the atmosphere of Mars: Influence of a bimodal size distribution of aerosol nucleation particles // J. Geophys. Res.: Planets. 2018. V. 123. № 2. P. 508–526.
  17. Shimazaki T., Shimizu M. The seasonal variation of ozone density in the Martian atmosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1979. V. 84. № A4. P. 1269–1276.
  18. Uddin A.F., Numata K., Shimasaki J., Shigeishi M., Ohtsu M. Mechanisms of crack propagation due to corrosion of reinforcement in concrete by AE-SiGMA and BEM // Construction and Building Materials. 2004. V. 18. № 3. P. 181–188.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Усредненные среднесуточные профили температуры (а) и логарифма давления (б) для среднеширотной атмосферы Марса. Данные взяты из статей (Bougher и др., 2015; 2017; Chaffin и др., 2017).

Скачать (200KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Коэффициенты диффузии нескольких химических компонент атмосферы Марса, вычисленные по формуле Чепмена–Энскога. Использованные профили температур изображены на рис. 1. Параметры самих газов были взяты из (Hirschfelder и др., 1964).

Скачать (133KB)
Метаданные
4. Рис. 3. На графиках сплошной линией изображены коэффициенты турбулентной диффузии, вычисленные по формуле (4) для (а) и по формуле (6) для (б). Пунктирной линией изображены вычисленные ранее коэффициенты молекулярной диффузии для компоненты O. Штрихпунктирной линией обозначен суммарный коэффициент диффузии D0 = D + K.

Скачать (221KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Полученный по результатам расчетов по первому методу высотный среднесуточный профиль концентраций химических компонент атмосферы Марса для средних широт и условия равноденствия.

Скачать (195KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Полученный по результатам расчетов по второму методу высотный среднесуточный профиль концентраций химических компонент атмосферы Марса для средних широт и условия равноденствия.

Скачать (200KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024