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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. О. Киливник

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

Author for correspondence.
Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Russian Federation, Москва; Москва

А. С. Петросян

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

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Russian Federation, Москва; Москва

А. А. Федорова

Институт космических исследований РАН

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Russian Federation, Москва

О. И. Кораблев

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

Email: Kilivnik.e@phystech.edu
Russian Federation, Москва; Москва

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Averaged daily temperature (a) and pressure logarithm (b) profiles for the mid-latitude atmosphere of Mars. Data taken from (Bougher et al., 2015; 2017; Chaffin et al., 2017).

Download (200KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffusion coefficients of several chemical components of the Martian atmosphere, calculated using the Chapman–Enskog formula. The temperature profiles used are shown in Fig. 1. The parameters of the gases themselves were taken from (Hirschfelder et al., 1964).

Download (133KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The graphs show the turbulent diffusion coefficients calculated using formula (4) for (a) and formula (6) for (b) as a solid line. The dotted line shows the previously calculated molecular diffusion coefficients for component O. The dash-dotted line shows the total diffusion coefficient D0 = D + K.

Download (221KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The average daily altitude profile of the concentrations of chemical components of the atmosphere of Mars for mid-latitudes and equinox conditions obtained from calculations using the first method.

Download (195KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The average daily altitude profile of the concentrations of chemical components of the atmosphere of Mars for mid-latitudes and equinox conditions obtained from calculations using the second method.

Download (200KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences