Моделирование фарлей-бунемановской неустойчивости с использованием четырехмерного кинетического уравнения

Численное моделирование фарлей-бунемановской неустойчивости в Е-области ионосферы Земли проводится с помощью численных методов. Математическая модель неустойчивости состоит из двумерного жидкостного уравнения для электронов, двумерного уравнения Пуассона и четырехмерного кинетического уравнения для ионов. Данная модель учитывает основные факторы, определяющие развитие и нелинейное насыщение неустойчивости. Разработанный алгоритм позволяет проводить моделирование в широкой области параметров, соответствующих условиям ионосферы Земли. В предшествующих работах фарлей-бунемановская неустойчивость исследовалась с помощью метода частиц, который создает значительные численные шумы, сравнимые по амплитуде с колебаниями плотностей ионов и электронов. Использование численных методов позволяет получить решение без численных шумов, а значит, проводить расчеты с электрическим полем, близким к пороговому значению. Результаты проведенных расчетов показывают их качественное соответствие с результатами, полученными в предшествующих моделированиях. Были получены основные эффекты неустойчивости, наблюдаемые и в экспериментальных данных: нелинейное насыщение, увеличение длин волн в квазистационарном состоянии и отклонение преобладающего волнового вектора от направления дрейфовой скорости электронов. Созданный на основе предложенных алгоритмов программный комплекс оптимизирован для выполнения на компьютерах с многопроцессорной архитектурой. Этот программный комплекс может быть использован для объяснения явлений, наблюдаемых в ионосфере Земли.