Искусственные периодические неоднородности ионосферной плазмы и разработка методов диагностики атмосферы и ионосферы

• Автор: Беликович, Витольд Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 86 с. : ил.; 20х15 см

Общая характеристика работы

Актуальность. Во второй половине 20-го столетия достигнут значительный прогресс в исследованиях высоких слоев атмосферы и ионосферы — областей, где газ, окружающий Землю, частично ионизирован. В этот период появились новые способы исследований; метод частичных отражений, МСТ-радары, метод некогерентного рассеяния, лазерное зондирование, развились радиотехнические и оптические методы, ракеты и космические аппараты позволили проводить измерения непосредственно в высоких слоях. Несмотря на значительный прогресс в исследованиях верхних слоев атмосферы и ионосферы проблема изучения и мониторинга высотной области 50-200 км остается актуальной. Это положение обусловлено тем, что на этих высотах не летают искусственные спутники Земли, а запуск ракет возможен только с оборудованных полигонов и стоит немалых денежных средств. МСТ-радары дают сведения только о движениях неоднородностей на высотах ниже 100 км, а некогерентное рассеяние, как правило, имеет низкое высотное и временное разрешение в силу низкого уровня сигнала. В последний десятилетия уделяется большое внимание, исследованию мезосферы (30-90 км), средней атмосферы (10-100 км) и области Б (высоты 50-90 км), входящей в этот высотный интервал. Эта область атмосферы играет важную роль в работе радио-средств в традиционных диапазонах длинных средних и ко-р, у ! их волн, а также во взаимодействии термосферы, подверженной всплескам солнечной активности, и тропосферы, прилегающей непосредственно к земле. В этой связи разработка новых высокоинформативных методов исследования :;жней ионосферы является актуальной и важной задачей. Именно такую задачу ставил перед собой автор данной работы, посвященной разработке нового метода исследования
ионосферы с помощью искусственно созданных периодических неоднородностей ионосферной плазмы (ИПН).
Цель работы. Изучение физических процессов создания искусственных периодических неоднородностей и разработка на этой основе способов и методов дигностики ионосферной плазмы, практическая реализация способов диагностики ионосферы и атмосферы с помощью ИПН.

Научная новизна.

1. Экспериментально обнаружено образование в поле мощной стоячей радиоволны искусственных периодических неоднородностей ионосферной плазмы на различных высотах нижней ионосферы и изучены их характеристики.
2. Теоретически изучены физические процессы, приводящие к созданию ИПН на разных высотных уровнях. При этом оказалось, что на высотах области Е (90-130 км.) неоднородности создаются вследствие перераспределения плазмы под действием избыточного давления электронной компоненты, нагретой в пучностях стоячей радиоволны. В области V их образование обусловлено температурной зависимостью коэффициента прилипания электронов к молекулам кислорода, а в области ^ ИПН образуются под действием стрикционной силы.
3. Рассмотрено образование ИПН в .О-рбласти ионосферы в рамках модели с одним и двумя отрицательными ионами. Показано, что создание неоднородностей обусловлено температурной зависимостью процесса прилипания электронов к молекулам кислорода при тройных соударениях, более медленные процессы преобразования первичного отрицательного иона 0% в другие отрицательные ионы не оказывают существенного влияния на время образования и релаксации неоднородностей.
— На основе рассмотренных моделей объяснен высотный профиль времени релаксации и амплитуды сигнала, рассеян-

зывает, что измеряемая электронная концентрация пропорциональна разности рабочих частот. Для больших значений /о ~ /1 точность выражения (50) недостаточна и нужно решать уравнение (49) с выражением для п, даваемым формулой Эпплтона-Хартри [20]. Результаты такого расчета для ряда нагревных частот, /я = 1, 35 МГц и в — 19° приведены
Пересчет действующих высот в истинные производится по формуле
здесь ко - высота, начиная с которой учитывается групповое запаздывание. Эта формула подобна уравнению для расчета ^(^)-профиля из ионограмм вертикального зондирования, однако в методе вертикального зондирования интеграл берется до высоты, на которой показатель преломления обращается в ноль, поэтому запаздывание сигнала в области, прилегающей к этой высоте, достигает значительной величины. В нашем случае показатель преломления на всем пути интегрирования существенно отличен от ноля. В силу этого запаздывание невелико, и, следовательно, погрешность расчета запаздывания вносит существенно меньшую ошибку в определение истиной высоты. До высот 80-90 км при рабочих частотах /ь/г > 4 МГц в первом приближении кя — к. Такое упрощение дает погрешность менее 1%.
Принципиальной особенностью метода, благодаря использованию эффекта рассеяния, является возможность измерения АДА-) в долине между слоями Г и Г. Разумеется, этот метод позволяет определить И(купрофили в Р- и Г-областях. При этом верхний предел обусловлен высотой отражения мощной волны, а нижний — шириной спектра зондирующего импульса Д/2.