Ионосферная плазма в области высоких широт представляет собой сложную для описания среду вследствие зависимости ее параметров от гелиогеофизических условий. На ее крупномасштабную структуру влияют такие процессы, как магнитосферная конвекция, плазмосферные потоки частиц и тепла, а также высыпание энергичных частиц в области аврорального овала. Эти процессы являются нестационарными, и в периоды повышения геомагнитной активности их характеристики существенно изменяются. Поэтому моделирование высокоширотной ионосферы связано с разработкой модели, обладающей вычислительной устойчивостью численного решения при достаточно высоком пространственно-временном разрешении. С этой целью в настоящей работе проведено исследование вычислительной устойчивости численной модели высокоширотной ионосферы (эйлеров подход) при задании разных шагов интегрирования по времени и по пространству. Показано, что модель ионосферы при всех выбранных шагах сохраняет вычислительную устойчивость, а результаты численных расчетов качественно совпадают и описывают основные крупномасштабные структурные образования высокоширотной ионосферы. Полученные результаты показали, что разработанная модель может быть использована в исследовании нестационарных процессов, протекающих в ионосферной плазме, а также в исследовании ионосферы в период магнитных бурь и суббурь.
The high latitude ionospheric plasma is a difficult medium to describe due to the dependence of its parameters on heliogeophysical conditions. Its large-scale structure is influenced by processes such as magnetospheric convection, plasmaspheric flows of particles and heat, as well as the precipitation of energetic particles in the region of the auroral oval. These processes are non-stationary and their characteristics change significantly during periods of enhanced geomagnetic activity. Therefore, the modelling of the high-latitude ionosphere is associated with the development of a model that has a computationally stable numerical solution at a sufficiently high spatio-temporal resolution. For this purpose, in this work, we have carried out a study of the computational stability of the mathematical model of the high-latitude ionosphere (Eulerian approach) when different integration steps in time and space are specified. It is shown that the ionospheric model retains computational stability at all selected steps, and the results of numerical calculations are qualitatively consistence and describe the main large-scale structural formations of the high-latitude ionosphere. The results show that the developed model can be used in the study of non-stationary processes occurring in the ionospheric plasma, as well as in the study of the ionosphere during magnetic storms and substorms.

Межпланетное магнитное поле (ММП), вмороженное в плазму солнечного ветра, определяет уровень геомагнитной активности и существенно влияет на крупномасштабную структуру высокоширотной ионосферы. Вариации компонент ММП приводят к нестационарности электрического поля магнитосферной конвекции, вызывая изменения пространственно-временного распределения заряженных частиц в ионосфере. Ситуацию усложняет факт несовпадения географического и геомагнитного полюсов, который приводит к контролю параметров высокоширотной ионосферы мировым временем (UT-контроль). Эффект несовпадения полюсов наиболее ярко выражен в зимнее время. Поэтому в настоящей работе в рамках нестационарной математической модели области F ионосферы в переменных Эйлера с учетом несовпадения географического и геомагнитного полюсов исследовано влияние компонент межпланетного магнитного поля на крупномасштабную структуру высокоширотной ионосферы в зимний период. Для этого использована модель высокоширотных электрических потенциалов Веймера, зависящая от ММП. В результате численного моделирования показано, что компоненты ММП влияют на форму, размер и пространственно-временное расположение основных структурных особенностей высокоширотной ионосферы в зависимости от мирового времени. Получен эффект раздвоения Һязыка ионизацииһ, который требует экспериментального подтверждения. Полученные результаты демонстрируют, что разработанная нестационарная трехмерная модель ионосферы в переменных Эйлера может быть применена в исследовании ионосферных возмущений, в том числе возмущений ионосферы, связанных с изменениями компонентов ММП.
The interplanetary magnetic field (IMF), frozen into the solar wind plasma, determines the level of geomagnetic activity and significantly affects the large-scale structure of the high-latitude ionosphere. Variations in the IMF components lead to non-stationarity of the magnetospheric convection electric field, causing changes in the spatio-temporal distribution of charged particles in the ionosphere. The situation is complicated by the fact that the geographic and geomagnetic poles do not coincide, which leads to universal time control (UT control) of the parameters of the high-latitude ionosphere. The effect of the poles displacement is most manifest in winter. Therefore, in this work, within the framework of a nonstationary mathematical model of the F-region of the ionosphere in Euler variables, taking into account the displacement between the geographic and geomagnetic poles, we study the influence of the interplanetary magnetic field components on the large-scale structure of the high-latitude ionosphere in winter. For this, the Weimer model of high-latitude electric potentials, which depends on the IMF, was used. As a result, of numerical modelling, it is shown that the IMF components affect the shape, size and spatio-temporal location of the main structural features of the high-latitude ionosphere depending on universal time. The obtained effect of ionisation tongue separation requires experimental confirmation. The obtained results demonstrate that the developed non-stationary three-dimensional model of the ionosphere in Euler variables can be applied to the study of ionospheric disturbances, including ionospheric disturbances associated with changes in the IMF components.

В работе предcтавлено чиcленное моделирование крупномаcштабных волн диффузного cвечения, возникающих на выcотах ионоcферы на экваториальной границе овала полярных cияний. Иcпользуя двухмерное моделирование плазмы показано, что волны большой амплитуды, наблюдаемые на экваториальной границе протонного диффузного cияния, могут быть отождеcтвлены c проcтранcтвенными модуляциями раcпределения энергичных протонов при развитии неуcтойчивоcти Кельвина-Гельмгольца.