Küresel Kutupsal Rüzgar Modeli
Dünyanın yüksek enlem iyonosferik / dışsal bölgeleri çok dinamik olduğundan, konveksiyon elektrik alanları nedeniyle her yönde saniyede birkaç kilometreye kadar iyon akışı olduğundan, karmaşık akışları tam olarak anlamak için ortaya çıktığı ortaya çıktı. 3 boyutlu bir model gerekliydi.yüksek enlemlerde nötr kutup rüzgarının özelliklerini denemek ve anlamak ve nötr kutuplu rüzgar akımı parçacıkları için çıkış akışlarını belirlemek için 1 boyutlu bir hidrodinamik model kullandılar, ancak tam olarak yapabilmek için çok boyutlu bir model gerekliydi. Nötr kutup rüzgarının karmaşık doğasını anlamak . Bu yeni çok boyutlu modelin geliştirilmesi, dinamik kutup bölgelerindeki konveksiyon ve yağışla ilişkili karmaşık akışları tam olarak tanımlamak için gerçekleştirildi.
İyon ve nötr kutup rüzgarlarının yapısı, iki hücreli bir konveksiyon modeli etrafında konveksiyon yapan akı tüpleriyle gösterilir. Başlangıçta nötrler iyon hareketini taklit eder ve yük değişimi, iyon konveksiyonu ve iyon çıkışının birleşiminden dolayı her yönde üretilir.
Taşıma Denklemleri
Yeni 3 boyutlu hidrodinamik model, zamana bağlı süreklilik ve momentum denklemlerini çözerek sırasıyla yoğunluk ve hızın zaman evrimini ve yoğunluk ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi veren basitleştirilmiş adyabatik enerji denklemini verir. Çözülen beş tür, iki iyon türü, H + ve O + , iki nötr akım türü, H ve O ve elektronları içerir. Hem iyonlar hem de nötrler için zamana bağlı süreklilik denklemi
burada n s iyon veya nötr partikül yoğunluğu ve us , s türleri için partikül hızıdır . Denklemin (1) sağ tarafındaki terim, elastik çarpışmalar için sıfır olan Boltzmann çarpışma integralinden elde edilebilir, ancak kimyasal reaksiyonlar için
burada P s , partikül üretim fonksiyonu ve L s , kimyasal reaksiyonlar için partikül kaybı fonksiyonudur.
Benzer şekilde, iyonlar için zamana bağlı momentum denklemleri
burada m s parçacık kütlesi, ps basınç tensörü, g yerçekimi kuvveti, e s parçacık yükü, elektrik alanı ve b manyetik alandır. Yine, sağdaki terim Boltzmann çarpışma integralinden elde edilebilir ve
burada t etkileşim türü temsil etmektedir, s ', bir yük değişimi, reaksiyon öncesi parçacık türleri, ν st çarpışma sıklığı ve Φ st çarpışma türüne bağlıdır karmaşık bir hız bağımlı faktör . Düşük hızlı etkileşimler için 1 değerine sahiptir ve etkileşen türler arasındaki göreceli hızlar arttıkça çarpışma sıklığını azaltma görevi görür. Nötr akım parçacıkları için elektrik ve manyetik alanlar bir rol oynamaz; böylece momentum denklemi olur
Son olarak, benimsediğimiz basitleştirilmiş adyabatik enerji denklemi
burada P s = n s kT s kısmi basıncı, T s sıcaklığı, k Boltzmann sabitidir, ρ s = n s m s kütle yoğunluğu, ve D s / Dt ∂ / ∂ = t +u s · ∇ konvektif türevdir.
İyon momentum denkleminin daha da basitleştirilmesi, iyon yatay momentumu için kullanılır.
Denklemin sağındaki ilk terim elektromanyetik sürüklenmedir ve ikinci terim diyamanyetik sürüklenmedir
Bu çalışmada ilgilenilen irtifada (> 500 km), çarpışmalı ortalama serbest yol ve yoğunluk yükseklik ölçekleri karşılaştırılabilir ve bu nedenle Boltzmann denklemine dayalı bir kinetik açıklama, nötr ve iyon kutup rüzgarları. Bununla birlikte, ilgimiz, akışın üç boyutlu yapısını açıklamaktır, ayrıntılı hız dağılımı fonksiyonlarını hesaplamak değildir. Bu nedenle, taşıma teorisinin yoğunluğu, sürüklenme hızı ve sıcaklık momentleri kinetik teoriden elde edilenlerle tutarlı olduğundan, basitleştirilmiş bir taşıma denklemleri seti benimsedik