Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 113881 10.12737/szf-121202611 ggxljn Результаты исследований Results of current research Результаты исследований A semi-empirical approximate method for studying some issues of aeronomy of the ionospheric D-region. III. Detailed analysis of the photochemistry of the environment under conditions of increased ionization Полуэмпирический приближенный метод исследования некоторых вопросов аэрономии области D ионосферы. III: Детальный анализ фотохимии среды в условиях повышенного уровня ионизации Козлов Станислав Иванович Kozlov Stanislav Ivanovich s_kozlov@inbox.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Ляхов Андрей Николаевич Lyakhov Andrey Nikolaevich alyakhov@idg.chph.ras.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Николайшвили Сергей Шотаевич Nikolaishvily Sergey Shotaevich ser58ge@mail.ru Яким Валентин Васильевич Yakim Valentin Vasilyevich 12-220@list.ru Научно-исследовательский испытательный центр ЦНИИ ВКС МО РФ Москва Россия Central Research Institute of Aerospace Forces, Ministry of Defense of the Russian Federation Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова Москва Россия Fedorov Institute of Applied Geophysics Moscow Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation 25 03 2026 25 03 2026 12 1 107 114 04 07 2025 15 10 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/113881/view

В рамках предложенного ранее полуэмпирического метода (Козлов и др., 2022; Козлов, Николайшвили, 2024), представляющего из себя достаточно простую математическую модель (систему из пяти алгебраических уравнений для расчета концентраций первичных и кластерных положительных ионов, первичного и сложных отрицательных ионов, а также электронной плотности), выполнены расчеты аэрономических параметров ионосферы, определяющих поведение области D в условиях повышенного уровня ионизации (солнечные протонные события (СПС) 2–5 ноября 1969 г. и высотный ядерный взрыв (ВЯВ), проведенный в 1962 г.). Детальный анализ полученных значений параметров показал, что результаты расчетов не противоречат общепринятым фотохимическим механизмам, имеющим место в рассматриваемых условиях СПС и ВЯВ. Определены основные тенденции в изменениях этих параметров. Сделан вывод о возможности использования полуэмпирического метода в различных гелиогеофизических условиях и необходимости разработки модели для переходного времени суток (утренних и вечерних сумерек), а также намечены некоторые возможные направления дальнейших исследований.

Using the previously proposed semi-empirical method (Kozlov et al., 2022; Kozlov, Nikolaishvili, 2024), which is a fairly simple mathematical model (a system of five algebraic equations for calculating the concentrations of primary and cluster positive ions, primary and complex negative ions, as well as the electron density), we have calculated the ionospheric parameters that determine the behavior of the D-region under conditions of increased ionization (Solar Proton Events (SPE) on November 2–5, 1969, and the High-altitude Nuclear Explosion (HNE) conducted in 1962). Detailed analysis of the obtained parameter values has shown that the calculation results do not contradict the generally accepted photochemical mechanisms occurring under the SPE and HNE conditions considered. We identified the main trends in the changes of these parameters. A conclusion is made about the possibility of using the semi-empirical method in various heliogeophysical conditions and the need to develop a model for the transitional time of day (morning and evening twilight), and some possible directions for further research are outlined.

 нижняя ионосфера запуск ракет аэрономия обратная задача lower ionosphere missile launch aeronomy inverse problem

Боярчук А.К., Карелин А.В., Широков Р.В. Базовая модель кинетики ионизированной атмосферы. М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ». 2006, 203 с. Boyarchuk A.K., Karelin A.V., Shirokov R.V. Bazovaya model kinetiki ionizirovannoi atmosfery [Basic Model of Ionized Atmosphere Kinetics]. Moscow, FGUP “NPP VNIIEM” Publ., 2006, 203 p. (In Russian). Журавлева Л.А., Кудрявцев В.П. Нестационарная фотохимическая модель малых составляющих средней атмосферы. Сборник «Динамические процессы в геосферах». М.: ИДГ РАН. 1994, с. 191–204. Gordillo Vazqez F.J. Air plazma kinetics under the influence of sprites. J. Physics D: Applied Phys. 2008, vol. 41, p. 234016. DOI: 10.1088/0022-3727/41/23/234016. Зуев В.Е., Комаров В.С. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986, 254 с. Kozlov S.I. Aeronomiya iskusstvenno vozmushchennyh atmosfery i ionosfery Zemli [Aeronomy of Artificially Modified Atmosphere and Ionosphere]. Moscow, TORUS-PRESS Publ., 2021, 268 p. (In Russian). Козлов С.И. Аэрономия искусственно возмущенных атмосферы и ионосферы Земли. М.: ТОРУС-ПРЕСС, 2021, 268 с. Kozlov S.I., Lyakhov A.N. Photodetachment rates for O⁻ and O₂⁻ in the D layer of the ionosphere as function of solar zenith angle and solar activity. Sol.-Terr. Phys. 2023, vol. 9, iss. 4, pp. 95–98. DOI: 10.12737/stp-94202312. Козлов С.И., Ляхов А.Н. Расчеты фотоотлипания электронов от О– и О2 в области D ионосферы в зависимости от высоты, зенитного угла и активности Солнца. Солнечно-земная физика. 2023, т. 9, № 4, с. 104–107. DOI: 10.12737/szf-94202312 / Kozlov S.I., Lyakhov A.N. Photodetachment rates for O⁻ and O₂⁻ in the D layer of the ionosphere as function of solar zenith angle and solar activity. Sol.-Terr. Phys. 2023, vol. 9, iss. 4, pp. 95–98.DOI: 10.12737/stp-94202312. Kozlov S.I., Nikolaishvili S.Sh. Semi-empirical method of studying the D-layer aeronomy. II. Evidence-based calibration of the method. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, iss. 4, pp. 72–83. DOI: 10.12737/stp-104202409. Козлов С.И., Николайшвили С.Ш. Полуэмпирический приближенный метод исследования некоторых вопросов аэрономии области D ионосферы. II. Отработка (калибровка) метода по экспериментальным данным. Солнечно-земная физика. 2024, т. 10, № 4, с. 79–90. DOI: 10.12737/szf-104202409 / Kozlov S.I., Nikolaishvili S.Sh. Semi-empirical method of studying the D-layer aeronomy. II. Evidence-based calibration of the method. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, iss. 4, pp. 72–83. DOI: 10.12737/stp-104202409. Kozlov S.I., Bekker S.Z., Lyakhov A.N., Nikolaishvili S.Sh. A semiempirical approximate method for investigating some problems of the aeronomy of the D-region of the ionosphere. I. Basic principles of method development and basic equations. Geomagnetism and Aeronomy. 2022, vol. 62, no. 5, pp. 607–613. DOI: 10.1134/S0016793222050073. Козлов С.И., Беккер С.З., Ляхов А.Н., Николайшвили С.Ш. Полуэмпирический приближенный метод исследования некоторых вопросов аэрономии области D ионосферы. I. Основные принципы разработки метода и базовые уравнения. Геомагнетизм и аэрономия. 2022, т. 62, № 5, с. 653–660. DOI: 10.31857/S0016794022050078. Massey H.S.W. Negative Ions, Cambridge University Press, 1950, 136 p. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978, 376 с. McEwan M.J., Phillips L.F. Chemistry of the Atmosphere. New York, J. Wiley & Sons, 1975, 301 p. Месси Г. Отрицательные ионы. М.: Мир, 1979, 754 с. Mitra A.P. Ionospheric Effects of Solar Flares. Springer. 1974, 296 p. Митра А.П. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. М.: Мир, 1977, 370 с. Panofsky H.A., Brier G.W. Some Applications of Statistics to Meteorology. Univ. Park, Pennsylvania, 1958, 224 p. Пановский Г.А., Брайер Г.В., Статистические методы в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1972, 244 c. Perov S.P., Khrgian A.Kh. Sovremennye problemy atmosfernogo ozona [Modern Problems of Atmospheric Ozone]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1980, 154 p. (In Russian). Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, 154 с. Read G.C. Influence of ionization on the neutral and ionized atmosphere. Dynamical and Chemical Coupling Between the Neutral and Ionized Atmosphere. Boston: D. Reidel Pub. Co. 1977, p.101. DOI: 10.1007/978-94-010-1262-1. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы. М.: Атомиздат, 1978, 176 с. Saidia L., Belasri A., Baadj S., Harrache Z. Physico-chemical investigation of pulsed discharge in CO2/O2 gas mixture. Plasma Physics Rep. 2019, vol. 45, no. 5, pp. 501–516. DOI: 10.1134/S1063780X1905009X. Смирнов Б.М. Комплексные ионы. М.: Наука, 1983, 149 с. Shimazaki T., Laird A.L. Seasonal effects on distributions of minor neutral constituents in the mesosphere and lower thermosphere. Radio Sci. 1972, vol. 7, no. 1, pp. 23–43. DOI: 10.1029/RS007i001p00023. Смирнова Н.В., Козлов С.И., Власков В.А. Овчинников Н.А. Ионная кинетика, малые нейтральные и возбужденные составляющие в области D с повышенным уровнем ионизации. III. Вариации малых нейтральных и возбужденных составляющих. Космические исследования. 1984, т. 22, № 4, с. 565–571. Smirnov B.M. Otritsatelnye iony [Negative Ions]. Moscow, Atomizdat Publ., 1978, 176 p. (In Russian). Gordillo Vazqez F.J. Air plazma kinetics under the influence of sprites. J. Physics D: Applied Phys. 2008, vol. 41, p. 234016. DOI: 10.1088/0022-3727/41/23/234016. Smirnov B.M. Kompleksnye iony [Complex Ions]. Moscow, Nauka Publ., 1983, 149 p. (In Russian). Read G.C. Influence of ionization on the neutral and ionized atmosphere. Dynamical and Chemical Coupling Between the Neutral and Ionized Atmosphere. Boston: D. Reidel Pub Co. 1977, p.101. DOI: 10.1007/978-94-010-1262-1. Smirnova N.V., Kozlov S.I., Vlaskov V.A. Ovchinnikov N.A. Ion kinetics and neutral and excited trace constituents in the D-region with a high level of ionization. III. Variations of neutral and excited trace constituents. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 1984, vol. 22, no. 4, pp. 565–571. (In Russian). Saidia L., Belasri A., Baadj S., Harrache Z. Physico-chemical investigation of pulsed discharge in CO2/O2 gas mixture. Plasma Phys. Reps. 2019, vol. 45, no. 5, pp. 501–516. DOI: 10.1134/S1063780X1905009X. Swider W. Aeronomic aspects of the polar D-region. Space Sci. Rev. 1977, vol. 20, pp. 69–114. DOI: 10.1007/BF02186894. Shimazaki T., Laird A.L. Seasonal effects on distributions of minor neutral constituents in the mesosphere and lower thermosphere. Radio Sci. 1972, vol. 7, no. 1, pp. 23–43. DOI: 10.1029/RS007i001p00023. Swider W., Keneshea T.J., Foley C.I. An SPE-disturbed D-region model. Planetary and Space Science. 1978, vol. 26, p. 883–892. DOI: 10.1016/0032-0633(78)90111-3. Swider W. Aeronomic aspects of the polar D-region. Space Sci. Rev. 1977, vol. 20, pp. 69–114. DOI: 10.1007/BF02186894. Ulwick J.C. (Editor): Proc. COSPAR Symp. SPE Nov. 1969, AFCRL-72-0474. 1972, 703 p. Swider W., Keneshea T.J., Foley C.I. An SPE-disturbed D-region model. Planetary and Space Science. 1978, vol. 26, pp. 883–892. DOI: 10.1016/0032-0633(78)90111-3. Van Gaens W., Bogaerts A. Kinetic modelling for an atmospheric pressure argon plasma jet in humid air. J. Physics D: Applied Physics. 2013, vol. 46, p. 275201. DOI: 10.1088/0022-3727/47/7/079502. Ulwick J.C. (Ed.): Proc. COSPAR Symp. SPE Nov. 1969, AFCRL-72-0474. 1972, 703 p. Whitten R.C., Poppoff I.G., Edmonds R.S., Berning W.W. Effective recombination coefficients in the lower ionosphere. J. Geophys. Res. 1965, vol. 70, iss. 7, p.1737–1742. DOI: 10.1029/JZ070i007p01737. Van Gaens W., Bogaerts A. Kinetic modelling for an atmospheric pressure argon plasma jet in humid air. J. Physics D: Applied Phys. 2013, vol. 46, p. 275201. DOI: 10.1088/0022-3727/47/7/079502. Zhuravleva L.A., Kudryavcev V.P. Nonstationary photochemical model of minor constituents of the middle atmosphere. Dinamicheskie processy v geosferakh [Dynamic Processes in Geospheres]. Moscow, IDG RAN Publ., 1994, pp. 191–204. (In Russian). Whitten R.C., Poppoff I.G., Edmonds R.S., Berning W.W. Effective recombination coefficients in the lower ionosphere. J. Geophys. Res. 1965, vol. 70, iss. 7, p.1737–1742. DOI: 10.1029/JZ070i007p01737. Zuev V.E., Komarov V.S. Statisticheskie modeli temperatury i gazovyh komponent atmosfery [Statistical Models of Temperature and Gas Constituents of the Atmosphere]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1986, 254 p. (In Russian).