Экспериментальные исследования неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы Земли при воздействии на нее мощным радиоизлучением

• Автор: Бахметьева, Наталия Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 320 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые сокращения
Введение
Глава 1. Методы исследования неоднородной структуры ионосферы, основанные на рассеянии радиоволн КВ диапазона искусственными неоднородностями электронной концентрации
1.1. Резонансное рассеяние радиоволн на искусственных периодических неоднородностях
1.1.1. Суть явления
1.1.2. Создание ИПН и регистрация рассеянных сигналов. Методика эксперимента
1.1.3. Новый метод создания ИПН с двумя разными пространственными масштабами - двухчастотный метод
1.2. Вертикальное и наклонное зондирование возмущенной области пробными радиоволнами
Глава 2. Способы определения параметров нижней ионосферы по результатам измерений характеристик сигналов, рассеянных искусственными периодическим неоднородностями
2.1. Скорость вертикального движения плазмы в нижней ионосфере
2.2. Скорости турбулентных движений
2.3. Электронная концентрация в области Е. Двухчастотный метод..
2.4. Характеристики спорадического слоя Е
2.4.1. Масса преобладающих ионов
2.4.2. Концентрация ионов и эффективный коэффициент рекомбинации
2.5. Температура и плотность нейтральной атмосферы на высотах Е-области
Глава 3. Результаты измерений характеристик нижней ионосферы методом резонансного рассеяния
3.1. Скорости вертикальных и турбулентных движений плазмы в нижней ионосфере
3.1.1. Сезонно-суточные вариации скорости вертикальных движений плазмы на высотах 60-120 км
3.1.2. Заходно-восходные особенности перестройки нижней ионосферы

3.1.3. Наблюдения ИПН во время частного солнечного затмения
3.1.4. Вертикальные движения в области Б во время наземного промышленного взрыва
3.1.5. Результаты определения вертикальной компоненты скорости турбулентного движения и некоторых параметров турбулентности ниже высоты турбопаузы
3.2. Результаты измерений электронной концентрации в Е области двухчастотным методом. Профили электронной концентрации в интервале высот
3.3. Обсуждение результатов
Глава 4. Искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е
4.1. Основные сведения о слое Еб
4.2. Влияние слоя Еб на амплитуду и время релаксации сигнала, рассеянного искусственными периодическими неоднородностями. Преобладающие ионы
4.3. Эффективный коэффициент рекомбинации и концентрации основных ионов в слое
4.4. Спорадический слой Е при искусственном возмущении ионосферы
4.4.1. Краткий обзор экспериментов по нагреву ионосферы
4.4.2. Эксперименты по воздействию на слой Ев и диагностике методом обратного рассеяния на ИПН
4.4.3. Влияние дополнительного нагрева ионосферы на ИПН
4.5. Краткие выводы
Глава 5. Искусственные периодические неоднородности и
волновые движения в нижней ионосфере
5.1. Влияние волновых движений на характеристики нижней ионосферы
5.2. Результаты моделирования характеристик ионосферы
с учетом распространения внутренних гравитационных волн
5.3. Влияние гидродинамических неустойчивостей на динамику нижней ионосферы
5.4. Выводы

Глава 6. Исследование неоднородной структуры возмущенной области ионосферы методами вертикального и наклонного зондирования на коротких среднеширотных радиотрассах
6.1. Методика экспериментов по обратному рассеянию
радиоволн на трассе Зименки-Васильсурск (110 км)
6.2. Результаты первых экспериментов 1985-1987 гг. в диапазоне частот пробных волн 2,7-6 МГц. Высотно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния
6.3. Характеристики искусственных неоднородностей
6.4. Сигналы обратного рассеяния на частоте 1,68 МГц Эффективная скорость распространения возмущения
6.5. Особенности развития и релаксации сигналов обратного рассеяния при нагреве «на просвет»
6.6. Статистические характеристики сигналов обратного рассеяния
6.7. Исследование искусственных среднемасштабных
неоднородностей методом наклонного зондирования
6.7.1. Времена развития, релаксации, степень анизотропии неоднородностей, вертикальные и горизонтальные размеры возмущенной области
6.7.2. Влияние среднемасштабных искусственных неоднородностей на распространение радиоволн
КВ диапазона
6.7.3. Влияние мощности нагревной волны на статистические характеристики сигналов наклонного зондирования
6.8. Результаты исследования искусственных неоднородностей
на трассе Васильсурск-Казань (170 км)
6.8.1. Отклик нижней ионосферы на возмущение мощной радиоволной, отражавшейся в F-области: результаты вертикального зондирования
6.8.2. Результаты одновременных экспериментов по вертикальному и наклонному зондированию возмущенной ионосферы
6.8.3. Обсуждение механизмов появления возмущения в нижней ионосфере
6.9. Выводы
Заключение
Литература

меняющуюся переменную составляющую Е.2 с пространственной длиной волны Л = Я/2. Именно Е,2 определяет создание ИПН, так как в этом поле происходит нагрев плазмы и затем перераспределение электронной концентрации. Из выражения (1.1) следует, что амплитуда переменного возмущения содержит поглощение в ионосфере только в виде интегральной величины Го и, следовательно, не зависит от его распределения по высоте. Кроме того, периодические возмущения всегда существуют на фоне постоянного возмущения, при этом Е,2 < Е-2 и, таким образом, в некоторых случаях методом ИПН измеряют параметры «подогретой» плазмы. На практике этот момент не имеет большого значения, так как в большинстве случаев постоянный нагрев невелик. Кроме того, его влияние может быть значительно уменьшено разумным выбором режима работы стенда или же учтено в расчетах при интерпретации результатов измерений. Выражение (1.1) получено в предположении плоских волн и дает картину стоячей радиоволны в виде одномерной периодической структуры. К искажению поверхностей постоянных разностей фаз приводит учет сферичности волны, изменения параметров среды по высоте и учет магнитного поля Земли, но локально (в объеме рассеяния) среду приближенно можно считать однородной, а волны плоскими.
В общем случае нагрев и перераспределение плазмы в высокочастотном электрическом поле необходимо рассматривать одновременно, решая систему уравнений для температуры и плотности частиц плазмы. Нагрев плазмы электрическими полями рассмотрен подробно в [76,83]. В нижней ионосфере (к < 130 км) процессы изменения температуры электронов идут значительно быстрее процесса изменений электронной концентрации, что позволяет рассматривать их раздельно. В рамках элементарной теории для однородной изотропной плазмы изменение электронной температуры Те в одномерном случае описывается уравнением