Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Квазистационарные неоднородности ионосферной плазмы и механизмы их возбуждения

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Квазистационарные неоднородности ионосферной плазмы и механизмы их возбуждения"

'|99о российская академия наук

Р V Б ОА

* » №01

ИНСТИТУТ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

На правах рукописи УДК 550.388.2 ^1.510 551.513

ГИВИШВИЛИ Гиви Васильевич

КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ

04.00.22 - Геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук

МОСКВА 1995 г.

Работа выполнена в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

Официальные оппонента: доктор физико-математических наук

Профессор ю. к.калинин

Ведущая организация: Научно-исследовательский радиофязичеытй институт, г. Нижний Новгород

заседашш специализированного совета доог.вз.о! в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

Адрес: 142092, г.Троицк Московской обл., ИЗШ1РАН Проезд: метро ст. Теплый Стан, автобус Но 931, остановка ИЗМИРАН

С диссертацией моашо ознакомиться в библиотеке измиран

Автореферат разослан »¿О.»- ¿/¿€>1Ц 1995 г.

доктор физико-математических наук профессор и. н.фаткуллин

доктор физико-математических наук профессор н. н. шефов

Защита состоится

на

Учений секретарь специализированного

совета д002.8з.01 в измиран

доктор фпзшсо-штеиатических паук

о. п.колояипшш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Диссертационная работа посвяцека экспериментальному изучению н теоретической интерпретации закономерностей:

- планетарной трехмерной структуры низко- и средпешпротной ионосферы ниже максимума слоя F"2( а также ее изменчивости;

- взаимосвязи характеристик регулярных слоев о. к, fi ri F2 ионосферы;

- многолетней зволюшш паралетров ионосферы,

У!сазаш1ая постановка задачи обусловлена тем, что соответствующие представления да настоящего времени носят весьма приближенный характер, несмотря на значительные успехи, достигнутые в последние два-трн десятилетня в области развития ракетно-космических методов н средств диагностики заряженных компонент средней и верхней аткосферц. Этот прогресс б первута счередь затронул высоты главного максимума ионосферы - л внешней ионосферы, но лишь отчасти коснулся высот <hnF'2, представляющих особый интерес о точки зренля физического моделирования солнечно-земных связей в ближнем космосе, механизмов образования н взаимодействия различных: слоев ионосферы, а тагосе решения задач дальней радиосвязи в KB-диапазоне.

В силу этого существующая база данных об интересующей нас области по-прежнему ориентируется, в основном, па результата измерений наземными дистанционными Срадлофнзичесгащп) методами ее диагностики, среди которых наиболее широко распространенным остается метод вертикального зондирования СВЗ). Однако, во-первнх, мировая сеть станций ВЗ охватывает существенно ограниченную часть земной поверхности и, к тону хе, распределена по ней краппе неравномерно. Во-вторых, этот метод неэффективен при диагностике нижней ионосферы.

Таким образом, специфика и масштабы объекта исследований побудили нас использовать наряду с дашшки Скак опубликованными в печати, так и оригинальными) наземных станций ВЗ п ракетно- спутниковых измерений, таюке п результаты наблюдений, выполненных автором па научно-исследовательских судах в акватории Игрового океана. Их анализ и интерпретация, позволяющие внести существенные коррективы в

традиционные представления об особенностях крупномасштабной пространственно-временной структуры плотности ионосферной плазмы, о механизмах формирования и взаимодействия регулярных о, е ц г-областей ионосферы, и составляют содержание настоящей работы.

Другой аспект работы связан о практическим использованием результатов'наблюдений для построения более реалистических моделей ионосферы, повышения надежности полетов космических аппаратов и оптимизации режимов и энергетики радиосвязи на длинных и сверхдлннных трассах.

Но особое значение приобретает в последнее время третий аспект данного круга исследований - аналогический. Ионосфера становится средой обитания человека и, вместе с тем, подвергается интенсивному и систематическому антропогенному воздействию, обусловленному не только работой ракетно-космической техники, но и индустриальной деятельностью в глобальном масштабе. Обнаруженные недавно изменения, присходящие в озоновом слое, следует, по-видимому, расценивать как первое, но далеко не единственное следствие влияния отмеченных факторов на страто-терыосферу Земли. Знание детален естественных вариаций пространственно-временных характеристик этих сред должно способствовать корректной оценке локальных и глобальных кратко- и долговременных возмущений, вызываемых техногенными причинами, а следовательно, успешному прогнозированию их наиболее негативных последствий. Об остроте проблем, возникающих в связи о этой новой реальностью, говорят принятые и разрабатываемые национал ыше и международные программы типа МАП, МАК, "Атмосфера", "Глобальные изменения природной среды и климата" и другие.

Целью исследования являются:

Установление факта наличия сильных, не воспроизводимых существующими теоретическими и эмпирическими моделями ионосферы, широтно-долготных аномалий электронной концентрация пв средне- и'ннзкоишротной ионосферы ниже максимума слоя гг, приводящих к пятнистости ее планетарной структур!'.

2. Доказательство существования взаимосвязей аномалий планетарной сруктуры в о, е, г-областях ионосферы,

обусловленных не только гелиогесфизнческими, но динамическими

Ссобственно атмосферными) факторами.

3. Обоснование правомочности представления таких связен, как проявления особого рода крупномасштабных квазистационаршх неоднородноотей ионосферной плазмы.

4. Выявление факта многолетней изменчивости параметров ионосферы, обусловленной изменениями аэрономических характеристик верхней атмосферы.

Научная новизна. Представленные в диссертации результаты экспериментам ыилх и теоретических исследований получена впервые. В работе обоснован и реализован метол дистанционной диагностики нижней ионосферы (А1-Ю, адаптированный и проведешпо измерений па научно-исследовательских судах (Ш1С). Впервые осуществлена серия комплексных экспериментов по изучению закономерностей планетарной о труктурн облас т и о ионосферы радиофизическими и контактными Сс помощью ракет) методами в акватории Мирного океана. Показано, что широтно-долготное распределение шпеней ионосферы носит пятннстшй характер: в нем присутствуют устойчивые зоны с систематически и аномально повышенными ллш пониженными концентрациями заря-жешшх компонент. Представлены первые фрагмента глобального (исключал высокие широта) распределения величины ионосферного поглощения радиоволн в ВЧ-диапазоне.

На материале данных мировой сети станций, а также корабельных и спутниковых измерений методом вертикального зондирования (ВЗ) показано существование аномалий пространственной структуры (подобных наблюдаемым в слое о) практически на всех высотах внутренней ионосферы. Выявлена взаимосвязь возмущений в суточных, сезонных и циклических вариациях параметров к, и гг слоев в зонах аномалий. Комплекс явлепий, обусловленных географичесгаш постоянством этих зон, предложено интерпретировать гак квазистационарные неоднородсти ионосферной плазмы ШШП).

Показано,что общей причиной, прямо или косвенно вызывающей эффекты КШШ во всей толще внутренней ионосферы, являются локальные (региональные) возмущения термобарических полей и газового состава мезо-термосферы. Даже в области г они оказываются важным фактором формирования ее крупномасштабно неоднородной структуры, конкурирующим с известным механизгом

образования "классических" долготных вариаций параметров слоя рг, который, как известно, обусловлен процессами переноса плазмы под влияпием электрического поля, дрейфа и анбиполярной диффузии. Обосновывается вывод о том, что лсисалыше возмущения температуры, газового состава и электронной концентрации

кезо-териосфере вызываются благодаря наличию в системе глобальной атмосферной циргсуляции относительно мелкомасштабных ячеек циркуляции, которые обеспечивают вариации параметров средней и верхней атмосферы до от их фоновых, цевозмущен-ных значений.

Оценена роль турбулентного переноса в образовании локальных возмущений плотности малых составляющих Сокиои азота, атомного кислорода), определяющих концентрацию электронов в нижней ионосфере. Показано, что противоречие мекду многочисленными данными пряных и косвенных методов оценки сезонных вариаций основных параметров турбулентности - коэффициента турбулентной диффузии и высота турбопаузы снимается, если признать, что прямая зависимость ыехлу шиш отсутствует. Предложенная феменологнческая модель возмущений турбулентного режима средней атмосферы, основанная на наблюдаемых вариациях электронной концентрации в о, е и е5-слоях, позволяет качественно оценивать степень деформаций высотных профилей >«о, о и в ИШП.

Показано, что существующие теоретические фотохимические модели неадекватно оценивают роль атомного кислорода в процессах образования вторичных ионных компонентов типа пЧн2о)п, но^С'^о )гд из первичных ионов ко+ ц о*. Делается вывод, что атомный кислород является важным агентом, контролирующим содержание свободных электронов пе только на высотах слоя ^г, по также" и в шишей ионосфере. Обнаружено существование многолетпей (климатического масштаба) изменчивости критических частот слоев е ц ¡г ионосферы, не связанных с долгопериодными вариациями гелиогеофпзических условий. Выявлены его основные морфологические характеристики, оценены величины трендов изменений { е н за почти полувековой

период наблюдений. Приводится обоснование предположения, что грешщ Г0Е и вызываются, главным обозом, многолетними

изменениями газового состава аерхаей атмосферы.

Достоверность получена п работе результатов

обеспечивается:

летплыгым факторинг тналнзом геофизических явлений, обусловленных кпазплшч хчкшгропапиой пространственно-временной изменчипостио к'.-ко- и среднеширотной ионосферы;

физическим обоснованней кр'териеп корректности вылаления пространственных факторов нзгончивостп из данных измерений ионосферных характеристик с под/.'з^гых платформ тина научно-исследовательских судов;

- статистически обоснованным анализом корреляций пространственно-временных вариаций параметров нижней поносферы с характеристиками вышележащих слоев при различных гелпогеофизп-чеагах условиях;

статистически обоснованным анализом долгопериодных вариаций параметров ионосфер.«, не связанных с гшоголетшши колебаниями гелпогсофнзических условий.

На защиту выносятся слелукцие основные положения. Т. Показано существование в низко-срелнеширотной области о ионосферы логалышх, крупномасштабных (с горизонтальными размером!! от сотен до тысяч км п поперечникеквазиетационар-ш».х зон с аномально повииеннымл плп пошкешпши значениями алект1юнной концентрации в которых отклонения ±Дпо от'

фоновых значений достигают (}пктора 3-5. Лвленпе обнаружено на основе анализа оригинальных результатов десятилетнего цшша измерений ионосферного поглощения радиоволн модифицированным методом диагностики нижней ионосферы, (А1-М) на научно-псследсвательских судах в акватория ¡«Ьгрового океана, а также данных измерений поглощения тралицлошпл! методом Л1 на сетп стационарах станций.

2. Результаты обобщения корабельных п наземных измерений величин поглощения, данных мировой сети наземлого вертикального зондирования и внешнего зондирования с помоцьа ИСЗ, заключающиеся в выводе о том, что явление гаазистацпопар-ных зон положительных и отрицательных аномалий имеет место на всех высотах ионосферы ниже максимума слоя тг. Наличие усто;1-чиьой корреляции и взаимосвязи мехлу эффектами аномалий -Лппп и, е, ¡5 тр. слоях ионосфер-ы приводят к представлению о пятннстпстз

- 6 -

структуры Ш1зко- и среднеширотаой ионосферы.

3. Качественная интерпретация явления пятнистости структуры ионосферы ниже максимума слоя Р2 на основе теоретического анализа механизмов, приводящих к взаимосвязи процессов, стимулирущих развитие аномалий ±Дпв на высотах от и до гг слоев. Оценена роль особенностей атмосферной циркуляции, благодаря которым возникает устойчивые локалыше возмущения (положительные и отрицательные отклонения от фоновых значений) екорооти вертикального массового переноса и, как следствие, термического и турбулентного режимов средней и верхней атмосферы. Получено, что обусловленные иын возмущения газовогг и ионного составов мезо-терыосферы порождают, в конечном счете, комплекс явлений, охвативагацих все слои ионосферы.

4. Установление тенденции в слоях е и г2 ионосферы к долгопериодным (климатического масштаба) изменениям критических частот и установлены некоторые закономерности их многолетних трендов. Обосновано предположение, что долгопериодные вариации гоЕ и гогг могут быть связаны с вариациями агрономических характеристик верхней атмосферы.

Научная и практическая значимость работы определяется тем,что: ' '

- усовершенствованная методика наземного мониторинга области о ц разработанные на ее основе аппаратурные комплексы могут найти широкое применение для решения фундаментальных и прикладных задач диагностики в реальном времени состояния нижней ионосферы и аффектов ее возмущения естественного и искусственного происхождения;

- данные экспериментальных исследований пространственно-временной структуры ионосферы над акваторией Мирового океана могут быть рекомендованы для оптимизации энергетики и режима радиосвязи в КВ и СВ-диапазонах на длинных и сверхдлишшх трассах;

- результаты анализа глобальной структуры ионосфери могут послужить основанием для усовершенствования, корректировки и дальнейшего развития эмпирического и' теоретического моделирования ионосферы и термосферы;

- теоретические исследования влияния турбулентной

диффузии и малых составляющих атмосфер! па состояние нижней ионосферы могут быть использованы для оценки естественных долговременных трендов солнечно-земных связей и антропогенных воздействий на оклоземное космическое пространство;

- обнаруженное явление многолетней модификации ионосферы, свидетельствующее о том, что изменения климата затрагивают не только приземные, но и верхние слоя атмосферы, может способствовать ра:-!'нтюо подходов к проблеме глобального потеплегаш климата Земли и влияния на него антропогенной деятельности.

Личный вклад автора. Все результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно, либо при его непосредственном участии. Автору принадлежит приоритет в постановке задач, руководстве проведением оригинальных корабельных экспериментов, анализе и интерпретации данных измерений. Основное содержание работы изложено в 40 публикациях. Большинство ключевых теоретических исследовании СП) выполнено автором самостоятельно. В 23 работах развивались идеи, предложенные автором.

Апробация работы. Слюшше результаты и выводы, приведенные в диссертации, докладывались па следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

Меэдународпое совещание по взаимодействию структурных щарЯбИрйв 'йезосферы и нижней термосферы (Таллин, 1975); ИЗсесшшай ¡конференция по физике ионосферы (Ашхабад, 1976); 'Сййинар 'Г®1Г 'йо физике страто-мезосферы и нижней ионосферы 'СРосТов- Па-Дону, 1977); П Всесоюзный симпозиум по результатам 'исследований средней атмосферы (Москва, 1986); VI Всесоюзное совещание по проблеме "Неоднородная структура ионосферы" САыхабад, 1987); Семинар КАИР по спутниковым исследованиям Ибносфера (Калуга, 1988); V симпозиум КАПГ по солнечно-земной физике Юамарканд, 1989); Всесоюзный симпозиум "•Ионосфера и вза ¡содействие декайетровых радиоволн с ионосферной плазмой (Звенигород, 1989).

Реализация результатов. Результата а Щйводы, на 'основе которых подготовлена дссертация, былй 'ЙУййЭгьзо'вайй Врй выполнений ряда 'научйо- 1асследоватеШЯ8& и жозШгсШршх работ, с 'Центральной 'Аэрологической'- 'Й&йёр'ваторйёй, ?£ЙП0 Комета", ЙПО '"Вйм'йеЗ"''', Разработка шга^^йческой

подтверждается соответствующий актом о внедрении.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, " шести глав и заключения. Она содержит 248 страниц оснрвцогоь текста, 116 рисунков, 21 таблилицу и список использоваЕШЙз литературы к основному тексту, вюшчаквдш 297 наименований*.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе [ 1 -5] исследуются возможности., преодолений технических трудностей, препятствуицих проведению регулярной диагностики состояния нижней ионосферы и изучении, связей пространственно-временных вариаций последней с процессами, протекающими на высотах е и f областей. Ийходд,! из предпосылки о большом н далеко не исчерпаннрн,- диагг ностическом потенциале традиционного метода изиерений»ВД1?лоде-ния радиоволн при импульсном зондировании CAI):

- рассматриваются источники ошибок измерений., велияинц поглощения L, а также пути их уменьшения в 2-3 раза;.

- обсуждаются способы адаптации метода к задачам, мониторинга нижней ионосферы в стационарных и экспедиционных условиях;

- анализируются пути существенного Спримерно, щи одщ},. порядок величины) повышения точности измерений дейсгрурщва высот отражений для целей исследования волновых пррцоз.соеь Иа тонкой структуры отражающей области Сслоя е).

Найденные решения и разработки, последовательно ррадйЗОз-вашше в трех поколениях оригинальных реишофнзцчеысих коышшкк сов "Рапира-I", "Рапира-2" и "Парус", способствовали создздШи простого и эффективного инструментария регулярной дкагпостщШ;: нижней ионосферы на основе модифицированного метода измерения,-; ионосферного поглощения радиоволн AI-M.

Исследуется возможность использования данных шюгочас-тотпых измеретш поглощения этим методом и данных вертшсаль-ного зондирования душ реконструкции «о00-профилей нижней ионосферы. Предложенная методика, осиованная иа использования индексов частотной зависимости величины поглощения, апробировалась в серии натурных наземпо-ракетных экспериментов 19?3 и

1974 гг. Сп. Волгоград).

Выводи к первой главе.

Из проведенных исследований и разработок, направленных па развитие одного кз традиционных методов изучения тппхпей ионосферы - метода измерения ионосферного поглощения радиоволн при вертшсалыюм зондировании СД1-М), отлетите следукгдес.

1. На базе теоретических и экспериментальных исследований статистических и спектральных характеристик полей сигналов, отраженных от ионосферы при вертикальном падешга, а такхе леи. основе применения прп радиозондировании ионосферы сложных пмпульсно-частотных иодулнровапннх (ИФЧЮ сигналов точность измерений величины поглощения повышена в ~ 3 раза, а действующих высот отраженных сигналов в ~ 10 раз.

Разработан п реализовал в серки действующих макетов ("Рапира", "Парус-1", "Парус-2") лнагностачесгапЧ комплекс для мониторинга нижней ионосферы модифицированным методом А1-М в стационарных и экспедиционных условпях, обладающий следущгаш эксплуатационными характеристики:

- погрешность измерения величины поглощения <51. < 2,0 дБ;

- погрешность измерения действующих высот отражений <5!. <0,5 км;

- реяим регистрации - непрерывный, круглосуточный;

- электросовместимость - со всеми вщшш ралп'онетрзн п радиосвязи.

Область применения комплекса включает:

- регулярную диагностику состояния гостей ионосферы;

- регистрашпо аномальных явлений в низшей ионосфере;

- диагностику волновых процессов и возмущений естественного и антропогенного происхождений.

2. Развита методика реконструкции "в(ь)-профилей низшей ионосфер! по дагашм многочастотных измерений велнчшш поглощения методом А1-М и вертшального зондирования (ВЗ). Методика позволяет реконструировать абсолютные значения и вариации пв(ь) на ь ^ 00 км с погрешностью в пределах фактора велнчшш.

Во второй главе [ 6-153 анализирутся результаты ионосферных наблюдений, выполненных в шести рейса?; 1ШС "Акадешп: Курчатов" и "Академик Королев" в период с 1970 по 1980 гг. с псысцыо указанных выше измерительных комплексов. Отовдествле-

ше пространственаого [широтного шш долготного) фактора изменчивости ионосферных характеристик при их регистрации о подвшшых геофизических платформ требует их корректного выде-воделения из дашшх текущих измерений. Соответствующие 1сри-терин искались с поыощыо статистического анализа временных вариаций значений Ц пе ц эффективной частота соударении электронов выявленных в стационарных условиях СИЗШ1РА11, г. Троицк; п. Волгоград). Систематические исследования низшей ноносфещ над акваторией Мирового океана с учетом установленных критериев позволила выявить два новых и важных для понимания процессов ее образования момента.

Во-пергых, оказалось, что величина поглощения Ц а следовательно, ц в нормальных невозыущэнных условиях существенно зависят не только от широты, но и от долготы места наблюдения. Иначе говоря, широтный ход на высотах 70-90 км Спо) в 1саодом нз долготных секторов имеет свои характерные особенности: экваториальный шшымун в Атлантике; два минимума в умерешшх широтах Индийского океана и хорошо развитый экваториальный максимум в тихоокеанском регионе.

Во-вторых,внутри каждого нз долготных секторов существуют локальные Сдо тысяч км в поперечнике) зоны о систематическими и значительными отклонениями (аномалиями «„о* обоего знака) от фоновых значений Наличие таких зон приводит к пятнистости пространственного распределения пв на высотах нижней ионосферы.

Ввиду отсутствия прямой связи местоположения зон аномалий с особенностями конфигурации геомагнитного поля, соответствующие отклонения = пто- - п^о вдоль фиксированных широтных кругов предложено интерпретировать как зональные вариацпа, подчеркивая тем самым их отличие от традиционных долготных.

Обсуждаются возможные• причины зональных вариаций связанные с локальными возмущениями окорости новообразования ч(но+), н потерь электронов в области о. Так как рас-

сматриваемые высоты ь > 70 км, во внимание принимаются только полокйтелыше ноны и среди них как первичные но , о2, так и вторичные ионы-связки (Св*) протон-гидратной группы [н+(нао)п, где ] и группы окиси азота [мо+(н2о]и, где «21], отличающиеся повышенными Сболее чем на один порядок величины) скоростями диссоциативной рекомбинации .

Оценивается роль корпускулярных потоков в изменчивости скорости новообразования. Данные ракетных измерений потоков Зёктронов с энергиями Е > 40 кэВ сопоставлялись с результатами прямых измеренений зондовым методом и величины поглощения нетолом А1-Н.

Выводы ко второй главе.

Из результатов десятилетних измерений ионосферного поглощения радиов<>ин ыодпфицпоровашшм методом А1-Н в акватории Мирового океана отметши следукцее.

1. Определены критерии выявления особенностей пространственной структуры нижней ионосфер« при измерениях ее характеристик с подвижных платформ типа ШС. Установлено, что отклонил величины поглощения ±аь от фоновых значений ь, характерных для данпой широты, зенитного угла Солнца х, уровня солнечной и геомагнитной активности, сезона, превышающие погрепность измерений и дисперсию флутстуацпй величины 1- ото дня ко дша (составляющую в среднем по всему массиву измерений порядка 4-9 дБ), имеющие один знак и наблюдающиеся в течение всего периода нахождения НИС и данном регионе, вызываются особенностями пространственной структуры шпеней ионосфер«.

Совпадение широтных распределений полуденных величин поглощения, полученных в двух репсах ШС в Атлантике, а такяе нх близость к форме широтной зависимости найденной по данным сети наземных станций атлантического региопа, свидетельствует о достоверности как этих критериев, так н данных корабельвнх измерений методом А1-М.

2. Найдено,что в атлантическом, индийском и тихоокеанском секторах долгот широтная зависимость величины поглощения существенно различается. Она характеризуется экваториал калл мшш-ггумом в Атлантике, среднегаирЬтным минимумом в Индийском океане Ссичкегричшгм относительно такого же минимума в евразнатеком регионе) и тихоокеанским экваториальным максимумом. Из этого делается заключение, что угазашше различия закономерны и обусловлены зависимостью поглощения от долготы места наблюдения.

3. Показано, что на фоне таких крупномасштабных долготных вариаций величины поглощения в невозмущенной летней и равноденственной нижней ионосфере экваториальных и средних г,про? выделяются Солее мелкомаентабтге (от нескольких сотен до

тысяч кы в поперечнике) пиротно-долготные вариации - локальные зоны аномалий (положительных или отрицательных возмущений), в - которых величина поглощения существенно выше или ниже фонового уровня, характерного для данной широты и гелиогеофизи-ческнх условий.

Степень отклонения аномальных величин от фоновых значений ь меняется в течение дня. Она велика в утренние часы когда д». ' I »1,0-2,0 [где ±Д5- - ь* -Т ) и уменьшается к полудню (ЛЬ ✓ Т а. О, 3 - I, 0).

4. С помощью прямых ракетных (зондовых) измерений »»в и приближенных решений обратной задачи реконструкции пвСь^распределений по данный о поглощении найдено, что указанные вариации величины поглощения вызываются отклонениями ±Лпж° порядка фактора 2-5.

б. Отмечается, что наиболее непротиворечивая интерпретация иаблщсаемых явлений состоит в признании факта существования сальных локальных вариаций термического и турбулентного режимов ыезосферн - нижней термооферы, приводящих к локальным возмущениям температуры и газового состава экваториальной, тропической в среднешнротной нижней ионосферы.

В третьей главе [ 16-22] проводится детальный анализ пространственно-временной структур« параметров е а^ областей. Ввиду того,что амплитуда локальных вариаций ±Дпева высотах слоев е н и сравнительно мала, эффекты, подобные зональный вариациям ±Дпво, искалиоь по данным мировой и региональной сетей станций вертикального зондирования. Возмущения ±ДпИЕ на высотах слоя £ находились по критический частотам гое. Возмущения 1»в в слое р» оценивались не по значениям которые часто определяются с большими погрешностями, а по степени развития этого слоя, характеризующегося параметром а.

Аномалии пространственного распределения пе вблизи максимума слоя Уг - пяег исследовались по данянн. внешнего зондирования с ИСЗ "Интеркосноо-19", а в нижней его части, на уровне ь & 250 ки - по данным измерений 1га. ИСЗ "Космоо-469". Так как локальные возмущения пе на этой высоте отмечались только в ночные периоды, значения иш^г относятся к ночным условиям.

Так же как в в случае анализа данных, полученных на НИС,

заключения о закономерностях! широтно-долготной структур« ±дптгг и ±An„0F . выявленных с помощыо ИСЗ, контролируются по данным стационарной сети станций ВЗ.

Чтобы свести к минимуму долготные эффекта в слое F2, вызываемые несовпадением географического и геомагнитного подносов и долготными изменениями характеристик геомагнитного поля, влиянщпх на процессы переноса плазмы,рассмотрение ограничивалось евразпатгкнм регионом, в котором указанные характеристики меняются незначительно в широком диапазоне долгот. Оно подтвердило вывод о том, что локальные зоны долговременных аномалий -Лпв, подобных аномалиям в слое о, наблюдаются на всеи уровнях высот ниже главного максимума ионосферы: вблизи максимумов ВЫСОТ дневных слоев Е (±ДпгаЕ), Fl (±AnraFt ), F2 (t&n^Z'), а также в нижней части почной области F (вблпзи уропня h г 250

™ - ±An«oF)-

Возмузцеппя шпротно-долготного распределения параметров ионосферы, образукищеся благодаря наличию этих зон £Л*а0» предложено интерпретировать гак зональные вариации, отличающиеся:

- волновым числом с>3;

- зависимостью с от шпроты, обуславливающей тошсуи структуру планетарного распределения ионосферной плазмы шиа ее главного максимума.

Согго стэшге ние данных наблшдеппй о их модельными представлеЕНякн показало, как и следовало ожидать, что пл одна; tra современных эмпирических пли полуэнгатрических моделей ионосфера не содержит информации о зопалышх эффектах. В поисках источников, стимулирушцих их появление на высотах слоя F2,рассматривалось влияние вклада в деформацию нормального пространственного распределения параметров дневного и ночного слоев таких механизмов контроля ионосферы как электрическое поле, электромагнитный дрейф и амбиполярная диффузия.

Рассмотрение велось на основе известных эмпирических выражений для nmFZ в экваториальных п средних широтах в поддень с учетом широтной зависимости скорости терыосферного ветра (зональной и меридиональной! ^rrrsrr?и других вышеуказанных механизмов, влиянщих на пгренпс плазнз. Значения концентрации joj , тенпературз т и коэффициента лзнеГггой

рекомбинации Р, необходимые для расчетов, брались из моделей термосферы Ы СИ С-86. Указанная модель была взята и за основу анализа широтно-долготного распределения условий развитая слоя и в евразиатском регионе.

Для ночных условий в области г рассматривались реиеная подученные.в I 211, в предположении о существовании в термосфере крупномасштабных вихрей о повышенными относительно окружающего фона значениями температуры экзосферы тт на 200-400 К.

Их асимптотические представления для концентрации вблизи к ниже максимума слоя гг для экваториальных широт имеют вид:

а 72 ос ехр I-

СЬ - Ь 5

41*

Р

а для средних широт

СЬ

Ь Э о

г» ге о« ехр I —

В1 г 1

II

- 2111

р

"о »

гдо к - радиус Земли; и , ч^, »0 - шкалы высот плазмы, коэффициента рекомбинации Р, ковффициента амбгаюлярной диффузии £>А, » - вертикальная составляющая скорости дрейфа, нижний индеко "о" соответствует 1К'возбужденным условиям.

Выводы к третьей главе.

Проведенный анализ морфологических характеристик пространственной структуры слоев Е, и и гг шзко- ц срсднеширотной ионосферы в невозмущеншх условиях, подзывает следующее.

1. На всех указанных уровнях высот ионосферы в течение длительного времени (от нескольких месяцев до двух цикиоа солнечной активности) наблюдаются локальные возмущения подобные аномалиям 1Лг,гли-

2. Аномалии ±Лг,тЕ. ^п,/», ±Ап„0г. ±Лпт5?г также образует устойчивые во времени и в пространстве зоыш с р гзмерами от . нескольких сотен до тысяч кы в гс шзонтальной плоскости, приводя к пятнистости глобального широтно-долготного распределения г>0 в области высот 70-350 км.

3. Анализ возможных источник^ возбуждения зональных вариаций подтвердил прелд1аложг'Г7Гв об их цегеомагнитной

природе и показал» что общей причиной, прямо пли косвено вызывающей обсуждаемые эффекта на всех рассматриваемых уровнях высот, являются локальные возмущения термобарнческпх полей а газового состава мезосферн-термосферы. Даже в области главного максимума ионосферы они оказываются важшт фактором формирования неоднородной (пятнистой) пространственной структура кошсурируя о известшш механизмом образования "классических" долготных вари, 1 пий параметров слоя га, обусловленных нропессана переноса плазга; под воздействием электряческого поля, аибпполярной диффузии и термосферного ветра.

4. Рассмотренный мехапизи локальных возмущений (отрэда-тельпых) по в ночной области F за счет повкззешш температура охзосферн !ia 200-400 К объясняет относительно слабое уиеиь-пенне n^Fa g очень сильное (до двух порядкоз величнпн) падение При этом, однако, остается неяснша механязи

поддержания в течение длительного временя указавши апона-апомалий температуры.

В четвертой главе Ï 23-27] выявляется и исследуется еще одпя аспект зональных вариаций в ионосфера

взапкосвязапность иг. проявлений на всех уровнях шсот гпке главного максимума нояоофера. Явление корреляции икротпо- долготной структуры дневной нижней ионосфера (+дядо) ц иочноЗ обтаста F ÇiiniaoF) обнаружено по данным корабельных измерений в упоЕзянутой сёрпп экспериментов на НИС "Академик Курчатов" и "Айанейпк Королев".. Достоверность найденного явления подтвердил анализ иатераалов мировой сета станций вертикального зондирования п измерений поглощения радиоволн.

Совпадение географического положения зон аномалий ±AnQE, iAn^Fî, 1лпетог, ±AnmF2 и налнчае внсокого уровня корреляции (положительной к-'или отрицательной) ¡аедду вариациями в них дало основание постулировать наличие в ноноофере особого класса крупномасштабных (о горизонтальными размерами о? нескольких сотен до тысяч км ) квазпстацпонаршгх неоднород-[рстей ионосферной олазкн (КНйЮ. Нижняя наблюдаемых

^фектов (ь 70 км) найдена по данный ракетных измерений g на НЗС "Акаденак Королев" (гтава и ) верхняя граница № =» 350 kji) определяется высотой иакоЕкуна ночного сдоя га _ hnra, которая мало неняется даже пра очень снльтк варвацвях ">в на

уровне ь а. 250 км.

Указывается, что явление ШИИ отличается от - оби-^шл. "динамических" неодкородкостей заряженных компонент рядсса особенностей. Одна из них состоит в том, что подогщтедыща локальным Б0зиуче51зяи в дневных областях о, Б (+ди>ср, соответствуют отрицательные возмущения в ночной области е [ . -дпиР2) н наоборот. (Возмущения в дневной

области г слабы, а данные о локальных аффектах ±Апа в ночных О и е слоях отсутотауют). Анализируются основные морфологические характеристики явления КНИП: амплитуда отклонений относительно Фоновые значеций вне КЩП в зависимости от высота,, шроты, сезона, солнечной активности.

Тот факт, что сильные зональные вариации пе ш уровне ь =• 250 ¡а: не сопровозишлся заметными изменениями Ч/-2» свидетельствует о тог:, что локальные возмущения температура, газового и йонного составов верхней атмосферы происходят а основном киле 350 км. Это заключение согласуется к с дашшма саутникоаых измерений температурь; экэосферы 7а , аз которых следует, что ашыдауда локальных вариаций т^ не превышает 100-200 К.

Предлокеп сценарий возбукденкя явления ШИП, осцоаашшй на предполагаемой взавиосзязи локальных вознущеляй газового в ионного составов м^зо-териосфври о вариациями температуры а области высот 100-250 кы, где имеет место сидьшгй градиент «яг/ез» С температурное "колено"). Исследуется механизм передачи этих возмущений верхней атаосфери в наблхуаеиаа синфазные в противофазные вариации в указанном дпасазоаа высот. В частности, в области г ата свя.зь осуществляется через возмущения (эффективной скорости потерь

а « ♦

но , о

2

I [ О 1 НО ]

где аН0*0* - хаеффиаиецт диссоциативной рекомбинации рсшеку-

' г

лярных ионов о*, сю' на высотах, где уравнение баланса иошпш-зацин становится линейным относительно пв. Увеличение температура здесь приводит к уменьшению отношения I о*] /\||а'! , скачко-

образному росту * а следовательно, паленки па h а 150-250 км.

Выводы к четвертой г.гдие.

Интерпретация пространствен»}- креиепной структура ионосферу а взаимосвязей вариацай параметров различных ее слоев (d,e,ï'ï ц f2) приводит к еледувдин осяаанш положениям.

1. Показано по данным радиофизических измерений на Ш'С, что иелду d и F областями существует взаимосвязь: полозитоль-еым зональный вариациям о дневной нижней ноноо^еро С+лп^и) соответствуют отрицательные зопалыше вариации на высотах основания ночного слоя гг (-Лп„0к ), саязашше не столько о его подъемом, сколько с уменьшением полутолцшш слоя.

2. Подтверждение этому заключению получено по данным сети стасщий, анализ которых показал наличие высокого уровня корреляции между синфазными н противофазными пролвлепилип зональных вариаций tAr,nD- ±Лпик* -''n,aF1 • ±л"гэоГ* iùnnrz-Рассмотрение свидетельствует о том, что на всех высотах ионосферы амплитуда зональных варлаций шгае п низких широтах, летен, при высокой солнечной активности (когда коэффициента иременноа и пространственной корреляции достигают значений 0.60.9), чем в средних широтах, зимой, при низкой солнечной активности. При этой вариации дnj> иогут составлять фактор 2-5;

- от ? ЛО 7&Í', - ПОрЛДКа ВОЛИЧИШ!,' ¿"„f2 " ~0

дэуг раз.

3. Показано, что положительные возмущения температуря (разогрев на 100-200 К а области температурного "колена") и соответствующие нзмеаеыпл газоаого и ионного составов (п сторону увеличения «г, ог н в термосфере. a Taicse ira. o{si') s зз'иуэ)^. ?!о*(иго)т- и аезенаузе - нижней тер-:осфере) ьерх-r.eü атмосферы приводят а найлишемоиу локальному рооту лл^о.

13 уненшенмщ AnraF2- Противоположные и-гкиистт

состояния аеэо-тер;юс<5н.'ры приводят к обратным эффектам лив на рассматриваемых ансотах.

•Î. Найдено, что область >? представляет собой область перехода от чисто зональных вариаций к известным долготным вариация?! геомагнитной природы. При этом первые контролируют, главным образом, шгжшию часть области (дневной елей п, сысоту

основания нут и полутолщину у^р ночного слоя гг), а вторие в большей степени определяют критические частоты *0Рг и высоту Максимума слоя Ьргг как днем, так и ночью.

В пятой главе [ 28-34) рассматривается механизм возбуждения локальных возмущений состояния мезо^-термосферы и комплекса явлений в ионосфере, интерпретируемых как ШШП, за счет существования вертикального переноса массы между мезосферными н терыосфернынп уровнями со скоростью Последний происходит благодаря мелкомасштабным ячейкам циркуляции, накладывающимся на глобальные. Высотное распределение скорости вертикального переноса, обусловленного глобальной циркуляцией для ночных условий аппроксимируется выражением

'го ехр

сь - ь э

I

г

гдо 1»0- 225 км, » 61 км, «го в 150 см с соответствует уровню но, 1-2 для ь>но и 1 = 1 для ь<Ьо. Обсуждаются следствия локального адиабатического расширения Ссжатия) в термическом режиме верхией атмосферы в предположении, что мелкомасштабные ячейки циркуляции обеспечивают вариации параметров мезо-термосферы до ±1&; от их фоновых значений: 15 ьу

Рассматривается одна из возможностей возникновения в существования в течение длительного времени (болшей части года) таких ячеек, благодаря крупномасштабной гидродинамической неустойчивости в системе глобальной циркуляции свободной атмосферы.. Известно, что диссипативные структуры в жидкости шга газе (типа конвективных ячеек Бе пара) появляются под воздействием гравитационного поля и .отрицательного температурного градиента Сат/аь). Обсуждаются условия, способствуйте появлению сходных явлений при характерном для термооферы положении бТ/м&О,

Дополнительные аспекты теоретического исследования явления ШШП связаны с оценкой роли турбулентного переноса в образованна локальных возмущений плотности но. о(3р) в мезо-термосфере, а также фотохимии в возбуждении зональных вариаций Послед-

няя проблема связана с анализом участия атомного кислорода в

процессах образования вторичных кластерных ионов н*(н2°V и

мо*(нго)т из первичных нонов "о+. о*.

Проводится детальный анализ схем соответствующих преобра-наний с участием основ!шх малых н возбужденных составляющих иезо-термосферы {м^, н?о, т. о(3р). од'лд), со2„ н}. В отличие от традиционных схем учитывается процессы фатодиссоциации сложных лрюмекугочных комплексов (типа кл «о*со ) видимым излучением Солнца и процессы их распада при вза'лнолеЗ-действии с D. Достоверность выводов контролируется со данным ракет mí х масс-спектрометрических измерений ионного состава области о низких и средних широт в невозмущешшх условия^, путем сопоставления наблюдаемых и расчитанных соотнопеннй

[NO+j [,,+c"aOJJ в « - п „ -

Обсуждаются результаты спектрометрически измерений в процессе

з

солнечного затмения о точки зрения влияния «С i") па динамику изменений ионного состава в периода, сопоставимые о "временаип ч жизни" отрицательных возмущений - Лпга°.

Так как наиболее вероятной причиной одновременных локаль-¡шх вариаций температуры и bhcotipjx профилей о( р)( ко являются локальные возмущения турбулентного режима нижней термосферы, дискутируется весьма нетривиальный вопрос соотношения кооффн-циента турбулентной яш|фузии кт и высота турбопаузы Рассмотрение ведется на основе сопоставления теории развитой турбулентности с эмпирическими дантши измерений параметров' нейтральных и заряженных компонент атмосферы, полученными пряюши (ракетными) и косвенными (вертикальное зошшропапие. ионосферное поглощение радиоволн) методами.

Обсуждается связь к^ с атмосферной циркуляцией с учетом ее сезонных вариаций и того факта, что при установившемся роз икс турбулентности и устойчивой стратгфпсащш нижней термосферы С <jt.'<ïh>0 )

.. ^ К « í , а с а S «S-Т d s u

где - удельные скорости диссипации турбулентной энергии

и перехода, энергии упорядочениях макролпихеплй в энергии вихре-

'вого потока; s м sg * su-» где su> su'~ регулярная и нсрегу-гулярная компоненты ветрового сдвига. Модель невозмущенного кт(ь)-рапределе1шя строится на базе известных эмпирических ноделей глобальной атмосферной циркуляции, выявленной зависимости высоты турбопаузы |>т от критической частоты fQE, ракетных измерений скорости диссипации экспериментальных данных о сезонных вариациях I о] и I ог] на высотах 95 и 120 км.

Модель локальных возмущений турбулентного режима исходит ' из наблюдаемых возмущений ±Лп0 в предположении, что они вызываются деформациями ноу«) и о(М-распределений.

Выводы к пятой главе.

1. Показано, что в основе долговременных (климатического масштаба) связей между зональными вариациями параметров о, Е и F-областей иопосферы, обусловленных единством не столько внешнего источншса ионизации, сколько внутренним фактором динамики свободной атмосферы, лежит механизм локального вертикального массового переноса. Последний вызывает Локальное адиабатическое сжатие (расширение) и,соответственно, локальные разогрев (охлаждение) и изменение газового состава верхней атмосферы, а в конечном счете - одновременные синфазные Сила противофазные) зональные вариации ±Дпв на всех уровнях высот ионосферы.

2. Продуктивность указанного механизма передачи локальных возмущений состояния мезо-термосферы в зональные возмущения ионосферы приводит к гипотезе о существовании долгоживущих с квазнстациопарннхэ мелкомасштабных ячеек циркуляции свободной атмосфера, накладывающихся на известные глобальные ячейки циркуляции.. В силу этого реальная трехмерная структура

■ глобальной циркуляции, газового состава, термических и ветровых полей верхней атмосферы оказывается значительно более сложной, чем их отображения существующими, теоретическими и эмпирическими моделями мезо-термосферы.

Анализ возможности возмущения и поддержания в течение длительного времени мелкомасштабных ячеек в глобальной атмосферной циркуляции при положительном температурной градиенте (<п/гъ >о). характерном для всей рассматриваемой области высот, показквает, что благоприятные для этого условия ко гут складываться при достижении характерной скорости горизонталь-

ного потока, составляшцей 21100 м с-? что систематически наблюдается на высотах терыосфери.

3. Показано, что противоречия в истолковании различных групп данных измерений характеристик развитой турбулентности кажущиеся а объясняются они традицией отождествлять и Исходя из представления об отсутствии прямой корреляции с ьт и наличии связи турбулентного режима мезо-термосферы с глобальной атмосферпой циркуляцией, предложена фемепологичео-кая модель сезонных вариаций турбулентного режима нижней термосферы. Модель развита и для возмущенных условий, приводящих к локальным возмущениям высотных профилей мо, о(3р) в незо-терыосфере, вызывающим зональные вариации

4. Установлено, что зональные аффекты в области о, обусловленные вариациями газового состава, связаны с возмущениями вертикального распределения не только но, но и о(3р). В частности, показано, что отрицательные аномалии -йпа° о "временами жизни" порядка 1-2 часов вызываются уменьшением высоты "колена" в о ораспределении и, как следствие, повышением эффективности образования сложных ионов-связок, обладающих высокой скороетш рекомбинации.

В шестой главе [ 35-381 исследуются долгопериодные (климатического масштаба) вариации критических чаотот Г0Е н «о^г, не связанные с циклическими изменениями гелиогеофлзн-Ческих условий. Основная трудность использования данных ВЗ для выявления климатических трендов ионосферы состоит в том, что плотность ионосферной плазмы испытывает сильные периодические и апериодические колебания солнечного н геомагнитпого происхождения. Поэтому для надежного выделения эффектов климатической изменчивости ионосфер« необходимо свести к минимуму влияние на нее гелио- геомагнитно обусловленных факторов. Для этих целей в работах [ 35, 36] анализ проводился путем сопоставления между собой данных, полученных при одинаковых гелно-геофязических условиях, но разделенных временным интервалом порядка 2-4 циклов солнечной активности. Рассмотрение указанный методом результатов измерений на ряде станций бывшего СССР, ведущихся с середины 40-х годов, позволило обнаружить факт наличия долговременных трепдов *0е и .

Количественные оценки линейного тренда 'Е за период о

• 1946 по 1993 гг. проводились с помощью адаптивной системы статистического анализа, широко применяемой в метеорологии Расчеты показывают, что за исследуемый интервал времени значение в Москве систематически возрастало со скоростью СЗ t 0,3)Ю-3 МГц-'год О0,1'- в год) при доверительной вероятности Р-0.95 . При этом выяснилось, что значение тренда существенно зависит от сезона: оно велико летом, составляя (5,8 ± 0,3) Ю~3 МГцтод, и отпосительпо мало зимой -С2,1 4)Ю~3ЫГцтод. Кроме того, обнаружилось, что тренды *0Е имеют четко выраженные региональные различия: они велики в Москве и Свердловске и фактически отсутствуют в Томске и Алма-Ате. Эти различия в трендах гое коррелируют с региональными различиями массы выбросов в атмосферу жидких, газообразных и твердых поллютантов промышленного происхождения.

Детальный анализ возможных источников наблюдаемого роста *оЕ» проведенный в [ 381, привел к выводу, что указанный эффект может быть обусловлен уменьшением содержания молекулярного кислорода на высотах верхней атмосферы. Попытки привлечь к его объяснению механизмы, связашше с многолетними вариациями температур! термосферы шш содержания других газовых составляющих Снапр;шер, окиси азота), успеха не имели.

Па высотах слоя Р2 многолетние тренды г0гг характеризуются изменением знака в течение года: летом наблюдается

уненыпепе критической частоты со скоростью (-1,22 ± 1,07)10~г МГцтод, весной - рост со скоростью (+0,63 ± I, 4)10~2ЫГцтод. Несмотря па большой разброс индивидуальных значений тренда объясняющийся влиянием нерегулярных геомагнитных возмущений, и па наличие полугодовой компоненты изменений знака ' тренда г0гг, существует и годовая компонента многолетних изменений гог"2. Она отрицательна и составляет (-0,37 ¿1,5)КГ2 МГц'год. Другая особенность многолетних вариаций г0гг состоит в том, что они происходят практически одинаково на всех рассматриваемых станциях ВЗ бывшего СССР.

Поиск объяснения данного эффекта, проводившийся в работе [ 37] , привел к заключению, что, как и на высотах области Е, основной источник многолетних трендов г га связан с изменениями газового состава, в частности, атомного кислорода па высотах термосферы. Эю позволяет сформулировать преддоло-

жение, что содержание атомного и молекулярного кислорода в среднеширотной верхней атмосфере в последние десятилетия обнаруживает тенденщпо к уменьшению.

Выводы к шестой главе.

1. ¡Заявлен факт наличия изменений состояния ионосферы, проявляющихся в многолетних трендах критических частот регулярных слоев £ и Эти изменения не связаны с долгоперяд;:?;-ми вариациями солнечной и геомагнитной активности, а такт.е метеоусловий в приземшх слоях атмосферы.

2. Установлена основные особенности трендов гоЕ ¡; существенно различающиеся между собой. Климатические изменения в слое к характеризуются, прежде всего, зависимостью от местоположения : они значительны в европейском регионе и отсутствует в Сибири и Средней Азии. Кроме того, тренды гое Стам, где они выявлены) существенно нелинейны - периоды интенсивного роста гоё чередуются с периодами спала скорости изменен!!.;. И, в третьих, скорость многолетнего роста г е зависит от сезона. Она максимальна в летние месяцы и минимальна зимой.

Долгопериодные вариации отличаются тем, что: во-

первых, они наблюдаются на всей территории бывшего СССР, что позволяет предполагать, что явление носит гл^альный характер, по 1фаГшей мере, в пределах средних широт, Не '.тори::, знак и амплитуда тренда содержат сильную полугодовую компоненту колебаний: возрастает весной (осеныо вариации г0гг незна-

чительны) и уменьшается летом и зимой независимо от времени суток. 15-третьих, помимо полугодовой компоненты тренда имеет место общее падение многолетних среднегодовых значений е0гг-

3. Показано, что долгопериодные изменения параметров ионосферы представляют собой следствие многолетних вариаций аорономических параметров (и, в первую очередь, газового состава ) верхней атмосферы. Тем' самим, устанавливается факт изменчивости климата верхних слоев атмосферы в целом.

4. Приводятся догазательства в пользу того, что долгопери-одише изменения состава меао-термосферы обусловлены, главшгм образом, многолетним уменьшением атомного и молекулярного кислорода на соответствующих висг'.ах. С учетом данных о снижении общего содержания озона за последние 60 лет делается вывод о том, что тенденция к убыванию характеризует все семей-

ство свободного кислорода [охЗ = [ о] + [ о2] + [ о3] в земной атмосфере.

5. Анализ возможных механизмов убил: ■ 7Х1 свидетельствует о том, что антропогенный фактор, вероятно, вносит заметши вклад в этот процесс.

6. Выявленные неоднородность пространственного распределения эффекта многолетнего тренда слоя к и наличие сильной полугодовой компоненты аренда слоя га подтверждают концепцию квазнстационаршх неоднородностей ионосферной плазмы, связа-ных с особенностями глобальной циркуляции и турбулентного режима свободной атмосферы.

В заключен.ш формулируются основные результаты работы, которые сводятся к следующему.

I. Создан высокочувствительный инструментарий для исследования глобальной структуры нижней ионосферы с помощью подвижных геофизических платформ, на базе оригинальных технических 'разработок но повышению точности измеряемых характеристик н оптимизации метода измерения ионосферного поглощения радиорадиоволн при вертикальном зондировании СА1-М). Усовершенство-на методика решения обратной задачи рсконстру!Сции п(ь)_ профилей нижней ионосферы по дашшм многочастотных измерений этим методом.

2. Результата наблюдений, выполненных с помощью методов вертикальпого зондирования и А1-Н в период с 1970 по 1980 гг. в акватории Мирового океана позволили выявить долготные эффекты в низко- и среянеширотной области о. Анализ данных прямых ракетных измереш!й осуществленных па НИ С "Академик Королев", а также мировой сети станций измерений методами А1 и ВЗ, подтвердил вывод о ток, что планетарная структура всей нижней ионосферы 100 км) характеризуется палнчнем особых, не мЛшмщих своего положепия в течение многих лет, локальных зон аномалий

3. Исходя из анализа данных наземного и внешнего радиозондирования ионосферы доказано существование локальных зон аномалий также и на высотах к и г областей: е, ±лп г.

ш т

Показано, что наличие этих зон приводит к локальным изменениям параметров невозиущепной низко- и среднеширотной ионосферы, отличающихся от известных долготных вариаций, обусловленных

несовпадением геомагнитного и географического полюсов. Это дает, основание классифицировать их как зональные вариации электронной концентрации

4а. Показано,. что- зональные сффмст: п$адотавл<й)т собой гсйоявденед: особого. исасса,-ионосферных.неолнор^дагаген-- ксази-стацианарных- вводшзродыосте-й; ионосферной плазмы- СНЗШЗ, ■ мало менякщих. свое географическое положение. Определены: огк&зкне морфологические характеристики явления КЛИП: размеры,, кото^ко-составляют от. нескольких сотен, до тысяч км в горизонтально.*?, плоскости,- и сотни ю-! по вертикали; . амплитуда отклонений относителы!0 фоновых знамений пв вне КШШ, которая составляет' до фактора 5 в области о О=7СЬ90 км); до 70"-; з области е 0=100-110 км) и до одного порядка величины з области у 0=240-350 км). Амплитуда возмущений существенно в:гле в низшее широтах, летом-при высокой солнечной активности, чем в средних шпротах, зимой в минимуме солнечной аткивности.

5. Показано, что зональные эффекты ±л"т°> ±ЛптЕ» ±Лпт,Г1 стимулируются, главным образом, локальными возмущениями температуры и газового состава свободной атмосферы. В противоположность им пространственная структура слоя г?- формируется под воздействием конкуренции двух механизмов - зональных эффектов в термосфере и известных долготных вариаций электрических полей, амбнполярной диффузии и электромагнитного дрейфа плазмы, обусловленных несовпадением географического и геомагнитного полюсов.

Новизна обнаруженного явления подчеркивается тем обстоятельством, что ни одна из современны:: эмпирических моделей ионосферы и термасфери не отражает налкч;!я зональных эффектов ниэффектсв КНШ..

б.. Апализ механизмов возникновения лекальных аномалий ±лппл.ггр1шодл'г к выводу с важности реакций с участием ос3р) в пр&цессах образования зональных вариаций области » низких и средних впфот. Тем самым показано, что содержание о г3у)_ наряду с и с температур::ым репьем :.;озспау-:с - нижней термосферы, является одним из заметных факторов всзб;.о1денз!я аномалий электронной 1гонцент}.ац:п! и величины поглощения в экваториальной н среднешгротной княней ионосфере.

7. В развитие представлений о механизмах, приводящих к

- ^е -

'локальным изменениям температуры, концентраций °С (>) и но на высотах мезосферы - нижней термосферы, пересмотреш известные ■ взгляда на связь высоты турбопаузы »>т с коэффициентом турбулентной диффузии Основываясь на теории развитой турбулентности, представлениях об отсутствии прямой корреляции с ьт и наличии связи турбулентного режима нижней термосферы с глобальной атмосферной циркуляцией, предложена феменологическая модель сезонных вариаций турбулентного режима нижней термосферы, с помощью которой удалось дать единую интерпретацию некоторым известным сезонным эффектам в поведении параметров о и е слоев.

8. Предложено качественное рассмотрение механизма возбуждения квазистацконарных веоднородностей ионосферной плазмы. Модель основана на гипотезе о существовании мелкомасштабных ячеек циркуляции свободной атмосферы, возникающих благодаря гидродинамической неустойчивости, сопутствующей движешпо воздушных na.cc в глобальных Смезосферной и термосферной) ячейках циркуляции. Вертикальный масштаб явления охватывает диапазон высот от мезосферн до высот главного максимума ионосферы. Поэтому вызываемый этими ячейками циркуляции вертикальный массовый перенос сопровождается локальным адиабатическим сжатием (расширением) свободной атмосферы. Следующие за ними локальные возмущения температуры, турбулентного режима, газового и ионного составов в конечном счете способствуют появление зональных эффектов во всей толще ионосферы ниже ее главного максимума.

9. Выяплен и исследован аффект климатических трендов критических, частот 1"0е и Статистический анализ данных за почти полувековой период измерений методом ВЗ на .ряде станций бывшего СССР показывает наличие долговременных направленных пзнепений электронной концентращш ионосферы, не связанных с вариациями гелиогеофизических условий и метеорологических параметров приземных слоев атмосфер«. Определена основные морфологические харатеристики трендов гое и г0'гг ® средних широтах.

Предложенная интерпретация обнаруженного явления согласуется с концепцией квазистационарных ионосферных неоднорюднос-тей, так как возмущения электронной концентрации в обоих

случаях вызываются вертикальным массоиш переносом, приводящим к отклонениям содержания о н п мезо-термосфере от нормального уровня.

Осиовтге результата диссертации изложены в следушдх работах:

1. Гивишвшга Г. В., Васильев К. II., Середкнн В. Т. К методу измерения поглощения радиоволн и ноносфере Геомагнетизм и аороношш. 1972. Т. 12. I. С. 139-141.

2. Гивитеиля Г. В. О структуре поля двукратно отраженного сигнала// В кн. : Пространствен;;.: -прененшл структура шпшей нижней ионосферы. М. : ИЗМИРАН. 1902. С. 79-81.

3. Гившлвнли Г. В. .Флигель И. Д. О вариациях электронной конценрации слоя о // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14. »ь 6. 0.984-969.

4. Гивишнили Г. В., Шаулин Ю. II. К методу измерения поглощения . радио волн н ионосфере // Геомагнетизм п аэрономия. 1975.

Т. 15. Мо 5. С. 556-559.

5. Афиногенов Ю. А., Гивиывили Г. В. Комбинироватши метод исалелованил параметров нижней ионосферы // В кн. : Пространственно-временная структура нижней ионосфер;. U. : ИЗМИРАН. 1982. С. 61-71.

6. Гнвшвпнлн Г. В., Рапопорт 3. Ц., Флигель Н. Д., Ястребов A.A. Определение высотного профиля электронной концентрации нижней ионосферы // В кн.: Суточные ц шнротше вариации параметров атмосфер«* и корпускулярные излучения. Н. Гшхрометеоиздат. 1976. С. 65-73.

7. Гивиатили Г. В., Рябов К). А., Флигель Ы. Д., Ястребов А. А. 0 вариациях электронной концентрации в о области // Геомагнетизм и аорономия. 1983. Т. 23. «о 2. С. 307-309.

б.' Гивишвшш Г. В., Рапопорт 3. Ц., Флигель М. Д., Рябов 10. А. „ Ястребов А.А. Некоторые результаты комплексного окоперимен-та по изучении механизма ионосферно-мезосферных связен // В ich. : Исследования динамических процессов в верхней атмосфере. М. :, Госкомгидроыет. 1979. С. 27-30. 9. Гивишвили Г. В., Пахсмов С. В. Комплексный геофизический эксперимент в приэкваториальной нижней ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. I98L Т. 21. nö 4. С. 745-747.

10. Гкьгс ■ пи Г. В. Об одной особенности нижней ионосферы в зоне Перс1>,*.Л'.01'0 залива // В кн. : Моделирование неоднородных структур нонооферн. М. : ИЗМИРАН. 1984. С. 138- 145.

11. Гившивили Г. В.. Флигель М. Д., Лещешсо Л. Н., Афиногенов Ю. А. Планетарное распределение поглощения радиоволн в ионосфере// Геомагнетизм к аоропомнн. 1980. Т. 20. 2. С. 275-279.

К. Гиниившш Г. В., Флигель Н. Д. 0 геомагнитном эффекте поглощения // Геомагнетизм и аэрономия. 1972. Т. 12. н<> 6. 0.936-941.

13. Гнпишвнлн Г. В. Пространственно- временные вариации элект ронно!; концентрации в нижней ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1376. Т. 16. N° I. С. 92-97.

14. Гарбацевнч В. А., Гивлптнли Г. В., Лещенко Л. Н. Некоторые результаты ионосферных наблюдении на НИС 'Тисадемик Королев" // В кн. : Фнзшса ионосферы и магнитосферы. М. : ИЗМИРАН. 1978. С. 32-33.

15. Гнвшивнли Г. В. , Афиногенов Ю. А. Об одной региональной особенности ннэкоширотной нижней ионосферы // Геомагнетизм л аэрономия. 1985. Т. 25. к» I. С. 131-133.

16. Гшл'.швшш Г. В. Геофизические условия появления серебристых облаков ь низких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 1988. Т. 29. «о 4. С. 647-651.

17. Гнвишвшш Г. В. , Иванов-Холодный Г. С., Коченова Н. Л. и др. 0 крупномасштабных зонах аномалий области к ионосферы // Доклады Л!! СОТ'. 1987. Т. 295. Мо 6. С. 1330-1332.

18. Гивнывили Г. В., Лещенко Л. Н. К вопросу о' "пятнистости" плаианетарной структуры критической частоты слоя У'2. ионосферы // Лсиюсфорппс исследования. 1989. >'о 45. с. 56-59.

19. Гивии:виЛи Г. В., Иванов- Холрдный Г. С., Лещенко Л. Н. Особенности долг>отных вариаций критических частот г гг и г с в

' - 1 о о

евразкатском регионе // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. I. С. 60-'

20. Гнвшвили Г. В., Снтнов Ю. С. К объяснению долготных вариаций Г0Е и в ев^йзиатском регионе// Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. и» I. С. 56-59.

21. Гнвишвпли Г. В., Демкнов Ы. Г., Лещенко Л. Н., Ситнов Ю. С. Неоднородности планетарной структуры ионосферы // В кн. : Исследования динамических процессов в верхней атмосфере. П.: Гидрометеоиздат. 1983. С. 58- 65.

22. Гивишвили Г. В., Коченова II. А., Лещецко Л.<И., Флигель Ы. Д. Об одной экваториальной аномалии ¡в iiio^nojí .области f ионосферы // Космические исследования. 1987. >>,f° 3. ,с. 466-467.

23. Гивишвили Г. В., Гарбацевич ti. А., Лещедко Д.Д1.., ¡Ситнов Ю. С. Зональные вариации паране,ippqa .ионосферы rae .главного максимума мо // Геомагнетизм д .с^РШКШШ- ¡T-.29. »ь 6. С. 965-972.

.2it. ¡Гивишвили ]Г.;В., Ситнов ,10.-С. ¡K ййъдорещр дрдпе/ш1^,вариаций lTdE <и 'гбЕг -в евразиа<тскди ,реп|1рце // ;Сеощгнетцзи и аороно-А№я. [1989. (Т. ;29. ¡C.

¡25. [1-ШЦТОВЛИ |Г.}В.,Р ¡Левдещсо >fl.|JI. ,0 .взаимосвязи параметров ионо-.cjJqpjí ¡jja ¡высотахtP и,f .областей ионосферы // II.: Hayica. ¡Ионосферные,исследования. 1988. м<> 45. С. 66-70.

26. Щепкин Л. А., ¡Вшпщкий А. В., Герасимов Г. И., Гивишвили Г. В. и др. Ииротно-долготное распределение характеристик термосферы и слоя и ионосферы в тале 1985 г. // Препринт ИЗМИРАН No ЗК857Э. Москва. 1989. 23 с.

27. Гивишвили Г. В., Щепкин JL А., Кузнецова Г. Н. ii др. Зональные эффекты в среднеширотной ионосфере// Геомагнетизм и аорспо-мия. 1990. Т. 30. Но 4. С. 651-655.

28. Гивишвили Г. В. Скорость образования положительных ионов-связок в невозмущеннон нижней ионосфере// Препринт ИЗНИРАН No К 88©. 1990. 31 с.

29. Гивишвили Г. В. Казистационаргахе неоднородности ионосферной плазмы // М. : Наука. Ионосферные исследования. 1987. .'ь 4L С. 82-09.

30. Гивишвили Г. В. Глобальная атмосферная циркуляция, турбулентность и сезонные вариации параметров ' среддеширотЕОн ионосферы // Ы. : Наука. Ионосферные исследования. 1989. No 46. С. 20-32.

31. Гивишвили Г. В. Сезонные вариации турбулентного режима мезосфарн и шишей термосферы // геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. N° 3. С. 445-451. '

32. Гивишвили Г. В. Квазистационарные ионосферные неоднородности я мелкомасштабные ячейки цир]суллции свободной атмосфера // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. м» I. С. 90-97.

33. Гивишвили Г. В. О скорости образования протон-гидратшк комплексов в мезосфере - нижней терыосфере // В ¡ra,: фото-

химические процессы земной атмосферы. М.: Наука. 1990. С.

34. Гивишвили Г. В. Широтные особенности ионного состава нижней ионосферы // В кн. '. Фотохимические процессы зеыноГг атмосферы. Ы.: Наука. 1990. С.

35. Гивишвили Г. В., Лещевко Л. 11. Долговременные трейДО сйойст» ионосферы и терм о сферы средних широт // Доклады АН' РФ; 1993. Т. 333. «о I. С. 95-99.

36. Гивишвили Г. В., Лещепко Л. И. Возможное доказательство' валЖ-• чия техногенного воздействия на среднеширотную ионосферу //

Доклады А11 1994. Т. 334. N° 2. С. 213-214. 3?. Гивишвили Г. В., Шубин В. II. Долговременные Ёариаййй содержания атомного кислорода в верхней атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34. «о 4. С. 169-173. 39. Гившивнли Г. В., Лещенко Л. Н. Динамика клш.(атНческого тренда среднешнротной области е ионосферы // ГеойаГн'етйзм й аэрономия. 1995. Т. 35. N° 3.