WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Непомнящая Елена Валериевна

ВАРИАЦИИ F-РАССЕЯНИЯ В ИОНОСФЕРЕ СРЕДНИХ ШИРОТ И ИХ СВЯЗЬ С СОЛНЕЧНОЙ И ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

25.00.29.– Физика атмосферы и гидросферы

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Троицк – 2008

Работа выполнена в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН, г. Троицк, Московская обл.)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

ИВАНОВ-ХОЛОДНЫЙ Гор Семенович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

КАЛИНИН Юрий Кириллович

доктор физико-математических наук, профессор

МИХАЙЛОВ Андрей Валерьевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное научное

учреждение “Научно-исследовательский

радиофизический институт” Федерального

агентства по науке и инновациям (ФГНУ

НИРФИ Роснауки, г. Нижний Новгород)

Защита диссертации состоится “28” апреля 2008 г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 002.237.01 при Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН по адресу: 142190 г. Троицк, Московская обл., ИЗМИРАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН

Автореферат разослан “ 27 ” марта 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.237.01

доктор физ.-мат. наук Михайлов Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Предметом диссертационной работы является среднеширотное F-рассеяние, различные его вариации и их связь с солнечной и геомагнитной активностями.

Актуальность работы. Впервые явление F-рассеяния было обнаружено и определено как наличие размытых, диффузных отражений на ионограммах вертикального зондирования при отражении от области F2 ионосферы более 60 лет назад (Booker and Wells, 1938). Поскольку при F-рассеянии на ионограммах трудно, а подчас и невозможно точно определить критические частоты и высоты отражений, это явление какое-то время считалось помехой, уменьшающей количество полезной информации. Но по мере развития знаний об ионосфере было установлено, что F-рассеяние обусловлено неоднородностями концентрации электронов и, тем самым, является источником информации о неоднородной структуре ионосферы. В настоящее время интерес к изучению этого явления обусловлен несколькими обстоятельствами. Задача изучения неоднородностей, связанных с F-рассеянием, является составной частью одной из фундаментальных проблем физики ионосферной плазмы – исследования полного спектра (от см до тысяч км) неоднородной структуры ионосферы. При обеспечении устойчивой работы линий связи и других радиотехнических систем КВ –УКВ диапазона, в которых предъявляются особые требования к надежности выделения сигнала на фоне помех в различных гелио- и геофизических условиях, возникает необходимость более точного прогнозирования условий распространения радиоволн, основанного на моделях ионосферы, учитывающих ее тонкую структуру. Создание и совершенствование моделей ионосферы такого типа продолжается, однако моделей, удовлетворяющих всем требованиям прикладного характера, до сих пор нет. Возросшее в последние десятилетия техногенное воздействие на высотах F-слоя ионосферы заставило обратить особое внимание на проблему экологии. В данном аспекте F-рассеяние можно использовать в качестве индикатора возмущенности ионосферы при мониторинге ее состояния.

Несмотря на большой объем знаний об F-рассеянии, накопленный за последние десятилетия, далеко не все закономерности изменения F-рассеянии надежно установлены и, тем более, изучены. Это относится и к среднеширотному F-рассеянию. Известно, что среднеширотное F-рассеяние – преимущественно ночное явление и в это время суток вероятность появления F-рассеяния максимальна зимой при низком уровне солнечной активности. Однако многие детали вероятности появления F-рассеяния в ночные, утренние и вечерние часы не были надежно установлены, например, зависимость характера годовых изменений этой вероятности от уровней солнечной и геомагнитной активности и особенности ее квазидвухлетних вариаций.

Цель работы – анализ закономерностей вероятности появления среднеширотного F-рассеяния в ночные и восходно-заходные часы, выделение на этой основе не установленных ранее закономерностей и их интерпретация.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Создать базу данных вероятности появления F-рассеяния (P) на основе обработки ионограмм вертикального зондирования ионосферы ст. Москва (55,5 N, 37,3 E), полученных через каждые 15 минут во все часы суток за 1975-1985 годы, для анализа.

2. Используя эту базу данных, выполнить исследование закомерностей изменения P: а) выявить для всех сезонов особенности зависимости P от местного времени в минимуме и максимуме солнечного цикла; б) выявить закономерности и связь появления утреннего и вечернего максимумов P с условиями освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы; в) определить особенности изменения характера годовых изменений P при переходе от низкой к высокой солнечной активности и оценить вклад геомагнитной активности в эти изменения; г) выявить квазидвухлетние вариации P и определить связь этих вариаций с уровнями солнечной и геомагнитной активности.

3. Дать интерпретацию установленных закономерностей.

Научная новизна работы определяется следующими результатами, полученными впервые:

1. Установлена зависимость времени достижения ночного среднеширотного максимума вероятности F-рассеяния P от уровня солнечной активности: с ростом солнечной активности это время смещается к утренним часам.

2. Установлен разный характер годовых изменений P ночью в периоды низкой и высокой солнечной активности: при низкой активности преобладает годовая компонента P с максимумом зимой и минимумом летом, при высокой – годовая и полугодовая компоненты P с максимумами зимой и в равноденствия.

3. Установлена связь появления утреннего и вечернего максимумов P с условиями освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы: этот максимум появляется только зимой до восхода и после захода Солнца над данным пунктом, когда магнитосопряженная ионосфера освещена Солнцем.

4. Выявлена зависимость амплитуды квазидвухлетних вариаций P в ночные часы от уровней солнечной и геомагнитной активности: эта амплитуда уменьшается с ростом уровня солнечной активности и увеличивается с ростом геомагнитной активности.

5. Дана качественная интерпретация полученных закономерностей. Обосновано, в частности, что равноденственные максимумы P в ночные часы при высокой солнечной активности связаны с соответствующими максимумами частоты возникновения суббурь как источников генерации внутренних гравитационных волн (ВГВ) в атмосфере авроральной области и с уменьшением затухания распространяющихся к низким широтам ВГВ при переходе к высокой солнечной активности, в основном, из-за уменьшения коэффициента молекулярной вязкости и теплопроводности.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы: а) для прогноза условий распространения радиоволн в среднеширотной ионосфере; б) при проектировании различных радиотехнических систем КВ-УКВ диапазонов; в) в дальнейших исследованиях механизмов генерации неоднородностей в ионосферной плазме.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом анализируемых данных, повторяемостью полученных результатов для близких, но разнесенных по времени гелиогеофизических условий, физической обоснованностью известных исходных уравнений и положений, использованных при интерпретации установленных закономерностей.

На защиту выносятся:

1. Установленные закономерности вероятности появления среднеширотного F-рассеяния P:

- зависимость времени достижения ночного максимума P от уровня солнечной активности;

- зависимость относительного вклада годовой и полугодовой компонент в сезонные изменения P в ночные часы от уровня солнечной активности и зависимость вклада геомагнитной активности в эти изменения от уровня солнечной активности;

- связь утреннего и вечернего максимумов P от условий освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы.

2. Выявленные связи квазидвухлетних вариаций P с уровнями солнечной и геомагнитной активности.

3. Результаты интерпретации установленных закономерностей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на объединенном общеинститутском семинаре ИЗМИРАН по Физике Солнца, VI Всесоюзном совещании по проблеме “Неоднородная структура ионосферы” (Ашхабад, 1986 г.), Межведомственном семинаре “Результаты комплексных исследований по данным измерений ИСЗ ИК-19” (Калуга, 1988 г.), VIII совещании-семинаре “Неоднородная структура ионосферы” (Н.Новгород, 1991 г.), конференции по “Солнечно-земной физике” (Иркутск. 2004 г.) Работа выполнялась в рамках НИР ИЗМИРАН и грантов РФФИ 98-02-16189, 01-02-16307, 04-02-16374.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Личный вклад автора состоит в создании базы данных вероятности F-рассеяния, обработке этих данных, совместном анализе и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 152 страницы печатного текста, 38 рисунков, 3 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов. Кратко изложено содержание работы.

В первой главе дан краткий обзор известных из литературных источников результатов некоторых основных моментов анализа характеристик F-рассеяния в ионосфере средних широт и приведено сравнение результатов выполненных нами исследований с результатами работ других авторов. Последовательно приведены определения характеристик F-рассеяния и некоторых сопутствующих особенностей изменения ионосферы, таких как наклонные слои на ионограммах ионосферных станций (пп. 1.1). Изложены сведения о природе образования среднеширотного F-рассеяния и механизмах образования F-рассеяния на ионограммах вертикального зондирования (1.2). Представлено обсуждение закономерностей F-рассеяния в течение суток при различных гелиогеофизических условиях (1.3), а также квазидвухлетних вариаций критической частоты F2-слоя и характеристик F-рассеяния (1.4).

Во второй главе представлены результаты анализа зависимости вероятности появления ночного среднеширотного F-рассеяния Р от гелиогеофизических условий и интерпретации этих закономерностей.

Исходными данными для анализа были ионограммы вертикального зондирования ст. Москва, полученные через каждые 15 минут в течение всех часов суток за 1975-1985 гг. В пп. 2.1 описана методика определения вероятности появления F-рассеяния P и представлены основные закономерности изменения вероятности появления ночного F-рассеяния с сезоном и уровнями солнечной и геомагнитной активности. Далее приведена интерпретация полученных результатов (2.2). В заключительной части главы (2.3) суммированы основные выводы, которые сводятся к следующему:

1. Увеличение солнечной активности во все сезоны приводит к смещению максимума P к утренним часам. При переходе от низкой к высокой солнечной активности величина этого смещения составляет 2-3 часа: при низкой солнечной активности максимум P фиксируется в околополуночные часы, при высокой солнечной активности – вблизи 02-03 LT.

Относительный вклад годовой и полугодовой компонент в годовые изменения P существенно зависит от уровня солнечной активности. При низкой солнечной активности годовая компонента этих изменений с максимум P зимой и минимумом летом является основной. При переходе от низкой к высокой солнечной активности относительный вклад полугодовой компоненты возрастает и при высокой солнечной активности отчетливо фиксируются три максимума P: в середине зимы, весны и осени.

Вклад геомагнитной активности в годовые изменения P также зависит от солнечной активности. При высокой солнечной активности амплитуда полугодовой компоненты изменений P увеличивается с ростом геомагнитной активности, и исключение из рассмотрения магнитовозмущенных дней приводит к отчетливому уменьшению амплитуды этой компоненты изменений P. При низкой солнечной активности P почти не зависит от геомагнитной активности.

Вклад солнечной и геомагнитной активностей в среднегодовые значения вероятности появления F-рассеяния Pyr зависит от местного времени. Увеличение солнечной активности приводит к уменьшению Pyr и, при прочих равных условиях, эта зависимость наиболее отчетлива и значима в предполуночные часы. Увеличение геомагнитной активности приводит к увеличению Pyr и, при прочих равных условиях, эта зависимость отчетлива и значима в послеполуночные. В целом вклад солнечной активности в Pyr более важен, чем вклад геомагнитной активности.

2. Проведен анализ зависимости от гелиогеофизических условий градиентной неустойчивости ионосферной плазмы на высотах F2 области ионосферы, приводящей к усилению сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля мелкомасштабных (с характерным поперечным масштабом около 200-400 м) ионосферных неоднородностей как одной из причин F-рассеяния. Установлено, что:

При прочих равных условиях инкремент градиентной неустойчивости максимален непосредственно ниже максимума F2-слоя, поэтому связанное с этой неустойчивостью F-рассеяние является рассеянием по частоте, а не диапазонным F-рассеянием.

Интервал местного времени, внутри которого возможна градиентная неустойчивость (т.е. выполнение условия < 0), ограничен и существенно зависит от солнечной активности. Независимо от сезона при низкой солнечной активности он центрирован вблизи полуночи, при высокой солнечной активности – вблизи 02-03 LT.

Максимальные значения уменьшаются с ростом солнечной активности и существенно зависят от сезона. Они максимальны зимой и минимальны летом, т.е. годовая компонента изменений является преобладающей. Тем не менее, полугодовая компонента изменений также существенна, особенно при высокой солнечной активности.

Максимальные значения зависят от концентрации электронов Ne через процессы диффузии (расплывания) мелкомасштабных ионосферных неоднородностей. Увеличение Ne приводит к уменьшению и эта зависимость особенно существенна при высокой солнечной активности.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»