Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Модели нижней ионосферы для спокойного уровня и условий естественных и искусственных возмущений

ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Модели нижней ионосферы для спокойного уровня и условий естественных и искусственных возмущений"

- з № 1997

Федеральная Служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Институт прикладной геофизики имени академика Федорова Е.К.

Модели нижней ионосферы для спокойного уровня и условий естественных и искусственных возмущений

(04.00.23 — физика атмосферы и гидросферы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

На правах рукописи

СМИРНОВА Наталия Васильевна

УДК 550.388.2

Москва — 1996 г.

Работа выполнена в Институте прикладной геофизики имени академика Федорова Е.К.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Немчинов Иван Васильевич

Ведущая организация: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН.

/1 _ часов на заседании диссертационного совета Д 024.09.01 в Институте прикладной геофизики имени академика Федорова Е.К. по адресу: 129128, Москва, Ростокинская ул., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПГ.

доктор технических наук, профессор Шустов Эфир Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Михайлов Андрей Валерьевич.

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 024.09.01 кандидат физико-математических наук

А.Г.Старкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Нижняя ионосфера оказывает существенное влияние на распространение радиоволн. Работа навигационных систем и систем точного времени в СДВ и ДВ диапазонах зависит от стабильности нижней части области О, где Ьти волны отражаются. Для радиоволн КВ диапазона, используемого для связи и радиовещания на большие расстояния, нижняя ионосфера выступает как поглощающий слой. Увеличение электронной концентрации во время возмущений, вызванных вторжением высокоэнергичных электронов и протонов (АП, ППШ, ПМБ) и усилением жесткого рентгеновского излучения (ВИВ), приводит к множеству эффектов в распространении радиоволн, в частности, увеличению поглощения в КВ диапазоне до полного пропадания радиосвязи на трансполярных трассах в течение длительного времени, к изменению амплитуды и сдвигу фазы в СДВ диапазоне.

Для решения различного рода практических задач распространения радиоволн необходимые детальные сведения о параметрах нижней ионосферы и, прежде всего, об изменении профиля №(11) в различных гелиофи-зических условиях. Однако ограниченность экспериментального материала, обусловленная сложностью измерения № на высотах Б-области, а также многообразие условий в нижней ионосфере существенно затрудняют создание надежных эмпирических моделей нижней ионосферы. В то же время сложность ионизационно - рекомбинационных процессов в Б-области из-за существования в ней наряду с обычными ионосферными ионами разнообразных ионов-связок и отрицательных ионов создает значительные трудности при разработке теоретических моделей нижней ионосферы. Существенно затрудняет изучение и моделирование области Б сильное влияние на нее метеорологических факторов, связанных с циркуляционным и термобарическим режимом стратомезосферы (так называемый " метеорологический контроль области Б"). Последнее обстоятельство диктует необхо-

димость выявления механизмов осуществления метеорологического влияния на область Б и их учета в теоретических моделях нижней ионосферы.

В настоящее время уровень развития моделирования и методик прогнозирования состояния нижней ионосферы существенно отстает от такового для вышележащих ионосферных областей Е и Р. В этой ситуации разработка теоретической модели нижней ионосферы как важный этап в решении проблем прогнозирования состояния ионосферы и условий распространения радиоволн, является безусловно актуальной задачей. По глубокому убеждению автора, наиболее перспективным для нижней ионосферы является теоретическое моделирование, ибо только в теоретических моделях в качестве входных параметров присутствуют метеорологические характеристики (например, температура, влажность, плотность атмосферы и т.д.), вариации которых обуславливают большую изменчивость Ис в невозмущенной Б-области, а также характеристики потоков вторгающихся энергичных частиц, сильная изменчивость которых создает сложный характер изменений № во время возмущений.

В течение последних нескольких десятилетий во всем мире не ослабевает интерес к исследованию околоземной среды активными методами или, иначе говоря, путем преднамеренного искусственного возмущения среды. В качестве источников возмущения интенсивно используются мощные радиоволны, инжекция заряженных частиц (электронов, высокоскоростных плазменных струй), выбросы различных химически активных веществ, искусственные метеоры.

Очевидно, что для решения широкого круга научных, прикладных и экологических задач необходима количественная оценка характеристик возмущенной околоземной среды. Она может быть сделана на основе анализа и обобщения экспериментальных данных, а также с помощью теоретических моделей различной степени сложности и детализации и , наконец, разумным объединением обоих подходов. Как показали проведенные исследования, наименее изученным как в экспериментальном, гак и в теоре-

тическом плане оказывается поведение искусственно возмущенной нижней ионосферы. В значительной степени это обусловлено малочисленностью экспериментов по активному воздействию на 1к100 км, а также сложностью измерения характеристик среды на этих высотах. В этой ситуации теоретическое моделирование искусственно модифицированной нижней ионосферы и средней атмосферы приобретает важное научное и прикладное значение.

В последние годы большое внимание уделяется оценке и прогнозу возможных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду ракетно-космической техники. Выбросы продуктов сгорания ( ПС) ракетных топлив происходят вдоль всего активного участка траектории полета ракеты-носителя (РН) и оказывают влияние на атмосферу и ионосферу Земли в широком диапазоне высот. К настоящему времени получено довольно много экспериментальных данных о реакции верхней атмосферы на запуски ракет ( образование в ¥2- области крупномасштабных долгоживу-щих "ионосферных дыр" с резко пониженной концентрацией плазмы, возникновение периодических колебаний Ые). созданы сложные двух- и трехмерные теоретические модели для исследования этих эффектов. Однако отсутствуют экспериментальные данные о воздействии запусков РН на нижнюю ионосферу.

В то же время, исходя из состава ПС ракетных топлив (Н:0, Н:, СО: -для жидкостных ракет, а также НС1. С1. N0 - для твердотопливных), можно ожидать значительных изменений концентрации малых нейтральных составляющих мезосферы. ионного состава и Ыс. а также существенно разной реакции нижней ионосферы на запуски ракет в различных гелиогеофнзиче-ских условиях. Таким образом, остро встает вопрос о разработке теоретической модели для исследования модификации нижней ионосферы и сред-пси атмосферы при запусках ракет различных типов.

Цель работы: Разработка комплекса теоретических моделей для опи сания состояния нижнем ионосферы в разнообразных гелиогеофизических условиях, в том числе в условиях естественных возмущений различной npi роды, для исследования эффектов воздействия на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу источников искусственной модификации среды и запусков ракет разных типов.

Научная новизна: Впервые разработан комплекс моделей для описания состояния нижней ионосферы в самых разнообразных условиях от сп< койного уровня до естественных и искусственных возмущений и антропогенных воздействий. В созданный комплекс входят модели, предназначенные для решения различных задач и отличающиеся по принципу построения, степени сложности и детализации.

Разработана качественно новая теоретическая модель нижней ионосферы. В этой модели скорости основных процессов даны эффективными параметрами, выведенными из анализа детальных схем преобразований ионов и содержащимп зависимости от температуры, плотности атмосфер и концентраций малых нейтральных составляющих. Благодаря этому учт< но влияние метеорологических характеристик на состояние нижней ионосферы, устранена присущая ранее созданным упрощенным моделям неопределенность эффективных параметров и обеспечена физическая обоснованность модели при сохранении простоты ее структуры.

Для проверки созданной модели впервые наиболее полно использован накопленный к настоящему времени объем экспериментальных даннь по Nc, ионному составу и поглощению радиоволн ДВ и КВ диапазона. Эт принципиально отличается от проверок ранее созданных теоретических v делей. когда их авторы, как правило, ограничивались сравнением модель пых расчетов с некоторыми средними данными наблюдений или со спецп ально выбранными данными для нескольких случаев без обсуждения вопроса пригодности модели для описания ионосферы в различных условш

Проведенная в данной работе проверка модели позволяет утверждать, что в рамках разработанной теоретической модели впервые достигнуто количественное воспроизведение всех основных особенностей поведения нижней ионосферы в спокойных условиях и в условиях возмущений различной природы на средних и высоких широтах во всем интервале высот, включая наиболее сложную для моделирования нижнюю часть области D.

Разработана специализированная аэрономическая модель для исследования влияния на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу различных источников искусственного возмущения среды. Отличительными особенностями этой модели являются: а) учет возрастающего во время возмущений взаимного влияния малых нейтральных и возбужденных компонентов и заряженных частиц; б) достаточно полная схема фотохимических процессов, позволяющая корректно осуществить этот учет ; в) замкнутость системы уравнений химической кинетики на начальные ( невозмущенные) условия ; г) разработка независимых блоков модели для описания специфических механизмов воздействия различных источников искусственного возмущения. Благодаря этому разработанная модель не только точнее описывает данные для условий интенсивных естественных возмущений , чем ранее созданные теоретические модели,"но и в отличие от них, позволяет исследовать эффекты воздействия разнообразных источников искусственного возмущения, в том числе в условиях их комбинированного воздействия.

Впервые созданы теоретические модели для исследования воздействия запусков жидкостных и твердотопливных ракет на ионосферные области D. Е, межслоевую область высот E-F и среднюю атмосферу. При этом в модели для нижней ионосферы реализован предложенный автором механизм влияния ПС твердого топлива на Ne в D-области, заключающийся в следующем: под воздействием хлорных компонентов ( НС1, CIO, С1), содержащихся в ПС и образующихся при взаимодействии ПС с окружающей средой, ускоряется преобразование отрицательных ионов, от которых есть эффективные процессы электронов, в стабильные ионы С1\ скорость отлипа-

ния электронов от которых зависит от концентрации атомарного водорс содержащегося в ПС и образующегося в среде под действием выброшень ПС.

На основе расчетов, проведенных для нескольких ракет различных типов, получены результаты, имеющие приоритетный характер. Показа! что при выбросах ПС ракетных топлив электронная концентрация в О-области понижается, причем степень падения Ые зависит от высоты, расстояния от места выброса ПС и вида ракетного топлива, а также от гео<{ зических условий во время запуска ракет (сезон, время суток). В области и межслоевой области высот Е-Р изменение при запусках ракет не пр< вышает 10 %. Выявлены наиболее активные " плазмогасящие" компонеи ПС ракетных топлив (НС1 - для твердотопливных ракет, Н2О - для жидкостных ). Проведен сравнительный анализ воздействия на мезосферньн озон запусков жидкостных и твердотопливных ракет и показано, что пр запусках РН озон разрушается, при этом наиболее сильное влияние на С на Ь<70 км оказывает твердотопливная РН, а на Ь>70 км - жидкостная.

На основе результатов систематизации и анализа эксперименталы данных по электронной концентрации в нижней ионосфере создана нов; эмпирическая модель области Б. Благодаря учету не только геофизичеа факторов,, но и метеорологических эффектов в ионосфере эта модель зн чительно точнее описывает поведение Ые, чем существующий в Междун; родной справочной модели ионосферы 1Ш блок области О.

На основе результатов систематизации и анализа масс-спектромет ческих измерений ионного состава на ракетах и спутниках созданы нов1 модели ионного состава на И=75-300 км для средних и низких широт. Не модели уточняют и дополняют Международную справочную модель, кс рая является одной из наиболее известных и широко используемых ионе сферных моделей.

На защиту выносятся:

1. Разработка комплекса моделей для описания состояния нижней ионосферы в спокойных условиях и во время естественных и искусственных возмущений и антропогенных воздействия, включающего:

-теоретическую модель упрощенного типа для оценки основных параметров нижней ионосферы в различных гелиогеофизических условиях, в том числе в условиях естественных возмущений различной природы;

- специализированную аэрономическую модель для исследования модификации нижней ионосферы и средней атмосферы при воздействии различных источников искусственного возмущения среды;

- теоретические модели для исследования воздействия запусков ракет различных типов на области О.Е, межслоевую область высот Е-И и на среднюю атмосферу;

- эмпирическую модель электронной концентрации в области О;

- эмпирические модели ионного состава в среднеширотной и низкоширотной ионосфере.

2. Результаты приоритетных исследований по воздействию твердотопливных и жидкостных ракет на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу.

3. Результаты решения прикладных задач на основе теоретической модели нижней ионосферы:

- методика расчета пространственно-временного распределения аврораль-ного поглощения;

- оценка профиля [N0] (Ь) в условиях ЗА по данным Гт1П.

Научная и практическая значимость работы определяется прежде всего созданием комплекса моделей, позволяющих решать широкий круг научных и прикладных задач.

Разработанная теоретическая модель нижней ионосферы дает возможность комплексного воспроизведения и объяснения экспериментально установленных закономерностей поведения основных параметров О-облас-

ти, к которым относятся: сезонные вариации ионного состава электрон концентрации и поглощения радиоволн ДВ и КВ диапазонов, большая плитуда сезонных вариаций в высоких широтах, различная реакция ио1 сферы на вторжение высокоэнергичных частиц в разные сезоны, восход заходная асимметрия в суточном развитии профиля Ые(11). Созданная т< ретическая модель описывает наиболее надежные данные по N е в невози щенных условиях^йм существующие эмпирические модели и может бь использована для долгосрочного прогноза состояния ионосферы в спок ных условиях. В отличие от эмпирических моделей теоретическая моде;; позволяет рассчитывать профиль в условиях возмущений различной пр роды — ППШ, ПМБ, АП, ЗА и при наличии прогноза источника иониз ции ( потоков протонов и электронов для ППШ, АП, ПМБ) может был использована для прогноза состояния среды и характеристик распростр нения радиоволн в этих условиях.

Созданная модель может быть использована также для решения р; личных научных и прикладных задач таких, как исследование механизм метеорологического влияния на область Б ( например, оценка метеорол гических параметров Т и [N0] по данным об ионном составе и профиля [N0] (И) по данным Гтю в условиях ЗА различной интенсивности), расче пространственно-временного распределения аврорального поглощения, ляюшегося наиболее частым видом возмущения в высоки*.широтах, оце параметров потоков высыпающихся высокоэнергичных электронов по данным риометрического поглощения.

Разработанная специализированная аэрономическая модель дает возможность сделать количественные оценки изменений ионного состав электронной концентрации в нижней ионосфере и распределений малых нейтральных составляющих в мезосфере при действии на среду различи! источников искусственного возмущения в том числе при их комбиниров ном воздействии и может быть использована при планировании экспер! ментов по активному воздействию на ОКП и интерпретации полученны

экспериментальных данных. Разработка модели, позволяющей делать количественные оценки изменения важных для баланса ионизации малых нейтральных составляющих в зависимости от интенсивности источника ионизации , высоты, времени суток и сезона, может рассматриваться как необходимый и важный этап работы по созданию модели ионосферы полярных широт.

Теоретические модели, созданные для исследования влияния запусков ракет на ионосферу и среднюю атмосферу, дают возможность количественно оценить пространственно-временное изменение и химического состава атмосферы при запуске конкретной ракеты с учетом состава и массы выбрасываемых ПС, траектории полета и условий запуска (время суток, сезон, широта полигона), провести сравнительный анализ воздействия на окружающую среду твердотопливных и жидкостных ракет различного класса. Это позволяет говорить о возможности использования моделей для решения практических задач, связанных с разработкой систем контроля за запусками различных ракетных комплексов.

Прикладная значимость новых эмпирических моделей электронной концентрации в О-области и ионного состава для средних и низких широт, которые существенно уточняют и дополняют Международную справочную модель ионосферы Ш , определяется широким использованием ПИ для различного рода оценок и долгосрочных прогнозов состояния ионосферы и условий распространения радиоволн.

Научный и практический интерес представляет также созданная база данных по электронной концентрации в нижней ионосфере, включающая около 3500 профилей N,{11), с указанием для каждого профиля метода измерения, широты, даты, времени и зенитного угла Солнца, солнечной и магнитной активности и условий ( спокойные или вид возмущений), а также программы обработки данных. Благодаря большому объему информации для разнообразных гелиогеофизических условий эта база данных предоставляет широкие возможности для исследования закономерностей поведе-

ния Ые в нижней ионосфере, для разработки эмпирических и прове теоретических моделей.

Практическая реализация

Результаты исследований по специализированной аэрономичеа модели для искусственно модифицированной среды использованы г выполнении работ в рамках Целевой научно-технической программы Роскомгидромета "Гелиогеофизический мониторинг и исследова1 озонового слоя" , а также при выполнении ряда прикладных НИР.

Модели для исследования воздействия запусков ракет на ионосфер; среднюю атмосферу использованы при выполнении нескольких науч! исследовательских работ по оценке воздействия на среду и экологическ безопасности ракетных комплексов " Протон". "Ангара", "Рокот", Тополь" и разгонных блоков "Двина" и КВРБ.

Результаты теоретического и эмпирического моделирован параметров нижней ионосферы в спокойных условиях и во вре: естественных возмущений использованы при выполнении работ по тем; плана НИОКР Роскомгидромета, направленным на совершенствование развитие службы ионосферы и распространения радиволн.

Созданные параметрическая модель области Б и модель ионно состава для средних широт приняты на Международной Рабочей Груш по 1Я1 для включения в следующую версию Международной справочнс модели ионосферы. Модель О-области принята также для включения итоговую модель, созданную в рамках международного проекта "ПРАИ!\ (ионосфера над Европой).

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований докладывались на Симпозиуме по физике геомагнитосферы ( Иркутск, 1977 г.), симпозиумах КАПГ по солнечно-земной физике (Ашхабад, 1979, Сочи, 1984 г.), VI и X Всесоюзных семинарах по моделированию ионосферы (Томск, 1982 г., Казань, 1990 г.), I и И Всесоюзных симпозиумах по результатам исследований средней ионосферы (Алма-Ата, 1983 г., Москва, 1986 г.). Международном симпозиуме по наземным исследованиям атмосферы ( Шверин, ГДР, 1983 г.), семинарах КАПГ по метеорологическим эффектам в ионосфере (София, 1982 г., 1985 г.), научном семинаре КАПГ " Возмущения внеземного происхождения в нижней ионосфере" (Прага, 1984 г.), межведомственных семинарах по распространению радиоволн (Красноярск. 1986 г.. Горький, 1989 г.), Всесоюзном симпозиуме "Ионосфера и взаимодействие декаметровых радиоволн с ионосферной плазмой" (Звенигород, 1989 г.).ХХУ1, XXIX. XXX Ассамблеях КОСПАР (Тулуза, 1986 г.. Вашингтон, 1992 г., Гамбург. 1994 г.). IV Симпозиуме УРСИ по искусственной модификации ионосферы (Упсала. 1994 г.). XII Симпозиуме Европейского космического Агентства (Лиллехаммер. 1995 г.) , а также семинарах ПГИ (Мурманск), НИРФИ (Горький). ИПГ (Москва).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем составляет 313 страниц, в том числе 86 рисунков и 58 таблиц. Список литературы содержит 299 работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и н правление исследований, научная и практическая значимость результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, дано краткое изложение содержания работы.

Первая глава посвящена разработке теоретической модели нижней ионосфере и моделированию на ее основе закономерностей поведения основных ионосферных параметров в невозмущенных условиях. Созданн модель по принципу построения относится к упрощенным моделям, в ко торых отдельные группы ионов объединяются в эффективные ионы, а сю рости преобразования их друг в друга задаются эффективными параметр ми. Выбор этого подхода к созданию модели продиктован следующими нужными достоинствами упрощенных моделей: 1) широкие возможности корректировки ( или входных параметров) по экспериментальным даннь и модификации при появлении новой информации о параметрах и процс сах в ионосфере, 2) простота математического решения, дающая возможность проверить модель на больших массивах экспериментальных даннь оценить их точность и в дальнейшем использовать модели для быстрого решения различных прикладных задач.

Разработанная модель нижней ионосферы включает в себя 4 поло; тельных иона - N0* ,0т * ,Св1+, Св 2* , 4 отрицательных иона - Ог, О", СО ЫОз и электроны. Скорости процессов преобразования обычных полож тельных ионов N0* ,0;+ в ионы-связки Св) + и менее сложных ионов-связ< Св|+ в более сложные Св:+ даны эффективными параметрами Вио+ ,Во:+ 1 соответственно. Аналогичным образом скорости процессов преобразовг ния первичных отрицательных ионов О: и О" в промежуточный ион СО представлены эффективными параметрами Во,- и В„" Все перечислснны эффективные параметры выведены на основании критического анализа

ществующих детальных схем преобразований ионов. Они включают с себя скорости основных процессов, учитываемых в этих схемах, и содержат зависимость от таких метеорологических параметров, как температура Т и плотность нейтральной атмосферы, а также от концентраций малых нейтральных составляющих НгО, N0 , О, ОзОДё), Оз. СОг. Скорость ВМо+ основного в дневных невозмущенных условиях и условиях ЗА канала образования Св|+, из N0* имеет температурную зависимость Т -13,9 в интервале Т=130-230°К и более сильную зависимость Т в интервале Т =180-240° К и при достаточ но высоких (зимних) температурах зависит от влажности атмосферы. Скорость В02+основного в возмущенных условиях (АП, ППШ, ПМБ) канала образования Св|+ из 0:+ зависит от [Н20], [О] при любых температурных условиях и имеет меньшую температурную зависимость Т-*'4. Такую же температурную зависимость имеет и скорость р преобразования Св|+ в Св:+.

Таким образом, в разработанной модели нижней ионосферы устранена присущая ранее созданным упрощенным моделям неопределенность эффективных скоростей процессов и достигнута возможность учета метеорологического влияния на нижнюю ионосферу.

С целью проверки созданной теоретической модели, а также для разработки описанных в главе 5 эмпирических моделей электронной концентрации и ионного состава проведены систематизация и анализ экспериментальных данных по N6 и ионному составу.

В параграфе 1.2.1. описан созданный каталог, включающий около 3500 профилей ИДИ) в интервале высот 60-95 км в различных гелиогеофи-зических условиях, с указанием для каждого профиля метода измерения, даты, географической (от 65°8 до 81 °1\') и геомагнитной широты, зенитного угла Солнца и местного времени, индексов солнечной активности Р ю,7 и Я, индекса магнитной активности Кр и признака условий. Выявленные из анализа наиболее надежных ракетных данных закономерности поведения

Ие в нижней ионосфере воспроизведены и объяснены на основе созданной модели в параграфе 1.3.

В параграфе 1.2.2. на основе систематизации и анализа данных около 50 масс - спектрометрических измерений ионного составе уточнены и дополнены установленные ранее закономерности изменения ионного состава в различных гелиогеофизических условиях. Выявлены новые особенности поведения ионного состава в высокоширотной нижней ионосфере. Показано, что на высоких широтах в зимний сезон все обобщенные параметры ионного состава ( отношения / + концентрации ионов-связок к концентрациям ионов КО+ и О2+; высота 11/, где / +=1; высота ¡и, где сравниваются концентрации отрицательных ионов и электронов) уменьшаются с ростом Ие или величиной риометрического поглощения. Напротив, в летний сезон отсутствует зависимость всех этих параметров от уровня возмущенное™.

Для более подробной характеристики ионного состава предложен новый параметр определяющий соотношение между протоногидратными ионами-связками и ЫО+- содержащими ионами-связками и характеризующий эффективность двух каналов образования Св* в различных гелиогеофизических условиях. Установлена сезонная вариация этого параметра с превышением летних значений над зимними и наименьшими значениями II^ в условиях ЗА. В высокоширотной ионосфере в зимний сезон уменьшается с ростом Перечисленные особенности ионного состава воспроизведены и объяснены на основе созданной модели в параграфе 1.3. В этом же параграфе показана способность созданной модели воспроизвести экспериментально наблюдаемые сезонные вариации поглощения радиоволн ( зимний максимум поглощения в КВ диапазоне и летний максимум в ДВ диапазоне) и объяснить причины их возникновения существующими температурными различиями между летней и зимней мезосферой, приводящими к более высокой электронной концентрации на 11=75-90 км зимой

и меньшему градиенту ИеВ области отражения радиоволн ДВ диапазона летом.

Проведенное в параграфе 1.4. сравнение расчетов по теоретической модели и известным эмпирическим моделям Макнамары, 1Ш, а также эмпирическим моделям, созданным в НИРФИ и ИЭМ, с большим массивом экспериментальных данных по (около 700 профилей в спокойных условиях на средних и низких широтах) показала, что разработанная модель при нынешнем уровне знании о процессах в О-областн ( константах скоростей реакций, концентрациях малых нейтральных составляющих, параметрах нейтральной атмосферы) способна точнее описать весь массив данных, чем существующие эмпирические модели. В частности, данные наиболее надежных и точных ракетных изменений Ые описываются созданной моделью в дневных условиях с точностью до фактора - 1,5 в летний сезон и ~ 2 -в зимний, а в ночных условиях (с учетом большой изменчивости ночных Ыс) - с точностью до фактора 1,2-2,5 в летний сезон и 1,5-4 - в зимний.

В отличие от эмпирических моделей созданная теоретическая модель, как показано в параграфе 1.5., позволяет воспроизвести сложное развитие профиля Ыс(11) в восходный период, а также основные особенности вос-ходно-заходной асимметрии в суточном изменении профиля Ыс(10. выведенные из проведенного в параграфе 1.5. анализа экспериментальных данных об электронной концентрации и поглощении радиоволн ДВ. СВ и КВ диапазонов , а также измерений амплитуды рассеянных сигналов и времен!! релаксации искусственных периодических неоднородностей в нижней ионосфере.

Во пторой главе рассмотрены возможности использования разработанной теоретической модели для описания поведения нижней ионосферы во время возмущений различной природы - ЗА. ППШ. ПМБ. АП.

Параграф 2.1. посвящен моделированию условий зимней аномалии - возмущения. представляющего собой наиболее яркое проявление метеорологического контроля области П. Показано, что созданная модель нижней

ионосферы , благодаря учету в ней зависимости скоростей основных процессов от таких метеорологических характеристик, как температура и плотность нейтральной атмосферы, а также концентраций N0, позволяет при наличии экспериментальных данных об этих параметрах воспроизвести с точностью до 10-50 % ( в зависимости от высоты) профили ЫС(И) во время событий ЗА. С использованием одновременных данных ракетных измерений профилей N.. (Ь) в Волгограде (48,9°М) и данных Г™ в Ростове-на-Дону с помощью модели найдена зависимость между [N0] на 11=75-90 км и величиной {",„,„, позволяющая достаточно точно описывать профили ^.(Ь) в условиях ЗА различной интенсивности.

В параграфе 2.2. рассмотрена возможность использования модели дая описания поведения нижней ионосферы во время возмущений, вызванных вторжением высокоэнергичных электронов и протонов. На примере шести событий " постбуревого эффекта" (ГШБ), событий ППШ 2-4 ноября 1969г. (9 случаев). ППШ 4-8 августа 1972 г. ( 3 случая) и 14 апреля 1969 г. показано. что созданная модель при наличии данных о параметрах вторгающихся высокоэнергичных частиц или скорости ионизации ими позволяет достаточно верно воспроизвести профили Ме(11) во время возмущений, происходивших в различное время суток( включая наиболее сложные для моделирования восходно-заходные условия) и в различные сезоны. Последнее свидетельствует о достаточно верном учете в модели механизма, обеспечивающего различную реакцию ионосферы на источник возмущения в зависимости от сезона.

Параграфы 2.3. и 2.4. посвящены моделированию наиболее характерного вида возмущений в высокоширотной ионосфере — аврорального поглощения. Предложен метод расчета пространственно-временного распределения аврорального поглощения, основанный на использовании разработанной модели нижней ионосферы и спутниковых данных о потоках высыпающихся высокоэнергичных электронов. Этот метод при той же точности воспроизведения экспериментальных данных о пространственно-

временном распределении АП, что и по известной методике Фоппиано, дает помимо величины поглощения также распределение электронной концентрации и ионного состава!

Показана возможность с помощью созданной модели хорошего воспроизведения экспериментальных данных по ионному составу и электронной концентрации в условиях дневных АП и слабых ночных АП. Для описания интенсивных ночных АП необходимо в модели учитывать увеличение концентраций малых нейтральных составляющих (О, Ог ('А^ , N0) под действием вторгающихся высокоэнергичных электронов.

В третьей главе дано обоснование специализированной агрономической модели, созданной для исследования влияния на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу различных источников возмущения среды. Модель учитывает возрастающее во время возмущений взаимное влияние малых нейтральных, возбужденных и заряженных компонентов. Это достигается рассмотрением довольно полной схемы фотохимических процессов и одновременным расчетом уравнений химической кинетики для 15 малых нейтральных и возбужденных составляющих (О (3Р), О ('Б), Оз, Ог ('А^), Н, ОН, Н2, Н20, Н02, Н2О2, N ("Б), N (20), N0, N20, Ж)2) и 14 видов заряженных частиц (1^, N2^ 0+,02+, ЖГ, 04+, 02+-Н20, Ш+-Н20, Н30+, НзО+ОН, Н+(Н20)2, 02" ,Х" ,е). Специфические механизмы воздействия различных источников искусственного возмущения учитываются посредством включения разработанных независимых блоков модели, а также через входные параметры модели.

В параграфе 3.2. на основе созданной модели детально исследованы закономерности измерения кислородных, водородных и азотных состав-иющих при повышенном уровне ионизации 103 - 109 см "3 с"1), охваты-;ающем как условия интенсивных естественных возмущений типа ППШ и Ш, так и условия искусственных воздействий. Показано, что характер избиений большинства малых нейтральных составляющих зависит от интен-ивности источника ионизации, высоты, времени суток и сезона. Устано-

влено, что значения выхода компонентов Н, ОН и N0 на одну электрон-ионную пару не являются фиксированными величинами , как часто принимается для оценки концентрации малых нейтральных составляющих во время различного рода возмущений. В частности, Кыо изменяется в зависимости от я, Ь и времени суток в пределах от 1,7 до 3,0. Изменения Кн, он на Ь=60-80 км в рассмотренном диапазоне q достигают 8 порядков величины, а часто используемая для оценок величина Кн. он =2 характерна только для ч<105 см *3 с"1 на 11=60-70 км. Корректное рассмотрение выхода "нечетного" водорода в ионно-молекулярных реакциях и процессах рекомбинации позволило точнее по сравнению с ранее созданными аэрономиче-скими моделямй воспроизвести экспериментальные данные об уменьшении озона в ряде событии ППШ.

В параграфе 3.3. на основании проведенных расчетов показано, что при скорости ионизации ч<103 -104 см "3 с"1 наибольшее влияние на ионный состав О-области оказывает сезон, что проявляется в превышении летних значений £ X, а эф над зимними. При более высоких скоростях ионизации Я>105 см "3 с'1 , а также при длительных возмущениях с меньшей интенсивностью источника ионизации основное влияние на ионный состав и Ие оказывает изменение кислородных составляющих во время возмущений. При уровне ионизации, характерном для условий искусственных возмущений, ионный состав О-области становится однородным (ионы >Ю+ и электроны) независимо от времени суток и сезона.

В параграфе 3.4. представлены результаты сравнения расчетов по созданной азрономической модели с экспериментальными данными по Ые в нескольких событиях ППШ, а также с данными о риометрическом поглощении в условиях искусственных возмущений.

В параграфе 3.5. рассмотрено влияние комбинированного воздействия на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу нескольких источников искусственного возмущения среды. Исследованы эффекты искусственной

инжекции паров воды в высокоионизированную область D. Показано, что инжекция ШО в возмущенную ионосферу приводит к уменьшению Nc на всех высотах, при этом степень падения Neзависит от уровня ионизации, высоты и времени суток. Выявлены основные механизмы воздействия выброса воды на электронную концентрацию.

Четвертая глава посвящена моделированию воздействия запусков жидкостных и твердотопливных ракет на ионосферные области D и Е, межслоевую область высот E-F и среднюю атмосферу.

В параграфе 4.1. дано обоснование модели, созданной для исследования влияния продуктов сгорания (ПС) жидкого и твердого ракетного топлива на область D ионосферы и среднюю атмосферу. При разработке модели учитывался тот факт, что при работе двигательных установок ракет в атмосферу выбрасываются в значительных количествах такие продукты сгорания, как Н2О, Н, Н2, СО2, NO, HCl, CI. Они, с одной стороны, сами оказывают влияние на процессы преобразования ионов, с другой — приводят к изменению концентраций других малых нейтральных составляющих (О, Оз, 02('Ag), N02, СЮ, Н0С1), влияющих на ионный состав и электронную концентрацию. Это диктует необходимость расчета в рамках единой модели концентраций как заряженных частиц, так и малых нейтральных составляющих. Модель включает 140 процессов для 10 видов заряженных частиц (Ог+, NO+, СвГ, Св2+, Ог", СОз", NO:~, NO3", СГ, е) и 18 малых нейтральных составляющих (0(3Р), O('D), 02('Ag), Оз, Н, ОН, НО2, Н2, Н2О, Н2О2, N(4S), N О, ЫгО, NO, Cl, HCl, СЮ, НОС1).Предложена схема процессов для отрицательных ионов, позволяющая рассмотреть следующий механизм воздействия хлорсодержащнх ПС твердого ракетного топлива на Ne— преобразование ионов Ог", СОз", NO2" и NO3", от которых есть эффективные пути отлипания электронов, в весьма стабильные ионы СГ. Скорость единственного процесса отлипания электронов от СГ зависит от концентрации Н, который непосредственно содержится в ПС ракетного топлива, а также образуется под

действием содержащихся в продуктах сгорания HCl, Н:, С1. Пространственно-временное распределение компонентов ПС, имеющих большие фотохимические времена жизни Тфх на высотах мезосферы (НгО, СОг, NO, HCl, Н2), находятся по уравнению (1) в предположении, что они определяются только процессами диффузии. Источник выброса считается при этом мгновенным и точечным.

ni(r,t>=Si(4jiDt)-,a exp(-r/4Dt) +n,o, (1)

где n,o - концентрация компонента в фоновой атмосфере, S] - количество выброшенных молекул на данной высоте, D- коэффициент турбулентной диффузии, г- расстояние от точки выброса. Концентрации компонентов ПС, у которых ТфХ существенно меняются с высотой от нескольких секунд на h=50 км до тысячи и более секунд на h=90 км, рассчитываются для моментов t < тфх на данной высоте по уравнению (1), а для t > тфХ -по уравнению непрерывности вида:

dnj / dt = Q, - Ljnj - D [n/t) - njo] / (r - r0):. (2)

Здесь Q,, Ljnj - скорости образования и потерь j-го компонента, го - расстояние, на котором концентрации выбрасываемых компонентов, присутствующих в фоновой атмосфере, рассчитываемые по (1), становятся меньше п,о. Концентрации остальных малых составляющих, включенных в модель и не содержащихся в ПС ракетных топлив, также рассчитываются по уравнению (2), позволяющему учесть влияние как фотохимических процессов, так и диффузии, роль которой возрастает из-за возникновения градиентов концентраций в возмущенной области пространства.

В параграфе 4.2. представлены результаты моделирования воздействия запусков твердотопливной ракеты "Тополь" и жидкостных ракет разного класса "Протон", "Ангара", "Рокот", работающих на разном топливе, на нижнюю ионосферу и среднюю атмосферу. Расчеты проводились с учетом общей массы выброса, состава ПС и траекторий полета ракет. Детально исследованы особенности пространственно-временных вариаций

ионного состава и электронной концентрации при запусках указанных ракет. Рассмотрены механизмы воздействия ПС твердого и жидкого ракетного топлива на Ne на разных высотах . Выявлены компоненты ПС различных топлив, оказывающие наиболее сильное влияние на электронную концентрацию. Сделаны оценки влияния гелиогеофизических условий во время запуска ракет (время суток, сезон) на эффективность воздействия выбрасываемых продуктов сгорания на нижнюю ионосферу.

В параграфе 4.3. рассмотрено воздействие продуктов сгорания ракетных топлив на озон в мезосфере. Выявлены механизмы, приводящие к разрушению озона на h=50-90 км при запусках ракет различных типов. Показано, что наибольшее влияние на озон на h=50-70 км оказывают твердотопливные ракеты, что обусловлено действием эффективного хлорного цикла разрушения озона. На h > 70 км более сильное воздействие на Оз оказывают жидкостные ракеты, которые, выбрасывая значительно большие массы Н;0, чем твердотопливные РН, стимулируют водородный цикл разрушения озона.

Параграф 4.4 посвящен исследованию воздействия запусков ракет на область Е и межслоевую область высот E-F. В созданной для этой цели модели учтены как процессы, формирующие ионизационный баланс в естественных (фоновых) условиях, так и процессы, обусловленные выбросом продуктов сгорания ракетных топлив. К последним относятся взаимодействие положительных ионов с Н:0, СО:, Н: с образованием сложных ионов Н:0+, НзО", имеющих больший коэффициент рекомбинации с электронами, чем обычные ионы 0:\ NO\ а также прилипание электронов к HCl, С1 и отлипание электронов от образовавшихся отрицательных ионов СГ.

Распределения в пространстве и времени выбрасываемых компонентов продуктов сгорания ракетных топлив находятся в предположении, что они определяются только процессами молекулярной диффузии в многокомпонентной смеси газов. На основании расчетов, проведенных для слу-

чаев запусков твердотопливной ракеты "Тополь" и жидкостной РН "Протон", сделан вывод об отсутствии заметного влияния запусков ракет различных типов на уровень ионизации на 11=100-140 км.

Пятая глава посвящена эмпирическому моделированию ионосферы. В ней использованы результаты проведенных в главе 1 систематизации и анализа экспериментальных данных по электронной концентрации и ионному составу в области О ионосферы, а также данные ракетных измерений и ионного состава в областях Е и Р для проверки наиболее известной и широко используемой эмпирической модели ионосферы НИ с целью выявления возможностей ее дальнейшего усовершенствования.

В параграфе 5.1. представлены результаты сравнения последней опубликованной версии модели Ш-1990 с данными наиболее надежных и точных ракетных измерений N6 в широком диапазоне высот от О до Р-области.

Наиболее значительные противоречия 1Ш с экспериментальными данными наблюдаются для О-области. Они заключаются прежде всего в игнорировании моделью экспериментально наблюдаемых сезонных вариаций Ые. а также сильной изменчивости электронной концентрации в зимний сезон при фиксированных солнечных и геомагнитных условиях, свидетельствующей о значительном влиянии на метеорологических факторов. Кроме того, заложенная в П11 слабая зависимость \'е от зенитного угла Солнца х противоречит экспериментальным данным и результатам теоретических расчетов, которые говорят о заметном уменьшении Ыес ростом х в области х > 70".Не подтверждается экспериментальными данными включенная в 1Ш сильная зависимость Н.-от солнечной активности.

На основе анализа данных ракетных измерений электронной концентрации в среднеширотной нижней ионосфере с привлечением для выявления отдельных закономерностей изменения N0 данных других методов измерений из созданного каталога профилей N«(11). а также с учетом резуль-

татов расчетов по теоретической модели (глава 1) предложена новая эмпирическая модель области О.

Эта модель, описанная в параграфе 5.1,2.,позволает рассчитать значения Ые на высотах 60-90 км с шагом по высоте 5 км. В ней электронная концентрация на заданной высоте представлена в виде аналитического выражения:

Ао + А|Г|(х) + А2Г:(КР) + АЛ^ю,?) + ААСс) + А5Г5(СП) + АбГб(ЗА), где второй член в правой части определяет суточную вариацию, пятый - сезонную, а третий и четвертый - вариации, связанные с изменением магнитной (КР) и солнечной (Рю,7) активности. Два последних члена отражают изменение Ие во время стратосферных потеплений (СП) и явлений зимней аномалии в поглощении радиоволн (ЗА). Коэффициенты Ао - Аб зависят от высоты. Изменение Ао и А1 с высотой позволяет описать экспериментально наблюдаемые особенности суточного хода N0 на разных высотах (включая сильное уменьшение Ые в области х > 70°).3ависимость 1\те от солнечной активности введена только для высоты 90 км, а от геомагнитной активности -на высотах более 65 км.

Характерной особенностью модели, отличающей ее как от 1Ш, так и от других ранее созданных эмпирических моделей, является попытка учесть в ней влияние на электронную концентрацию не только геофизических факторов (х, Рю.7,Кр, сезон), но и наиболее существенных метеорологических эффектов в нижней ионосфере. Это сделано посредством введения для зимнего сезона пяти метеорологических градаций: нормальные условия, слабое стратосферное потепление, сильное СП (которое дает значения почти в два раза меньшие, чем в нормальных условиях), слабая зимняя аномалия (дающая Ые почти в три раза большие, чем в нормальных условиях) и сильная ЗА (дающая на порядок величины большие, чем в нормальных усло-виях).Это позволило охватить большую часть экспериментальных данных, полученных в зимний сезон, и в целом значительно точнее описать поведе-

ние электронной концентрации в нижней ионосфере, чем существующий в ПИ блок области О.

В параграфах 5.1.3,- 5.1.5. представлены результаты сравнения ПИ с данными измерений электронной концентрации на ракетах "МР-12" и "Вертикаль", которые показывают, что: 1) в области Р ГО.1 вполне удовлетворительно описывает поведение в дневное время, 2) необходима коррекция ПИ для ночных условий в сторону увеличения электронной концентрации на высотах 150 - 250 км, 3) требуется также коррекция функции, описывающей зависимость Ме от солнечной активности, 4) из предлагаемых в ПИ двух вариантов задания формы профиля электронной концентрации ниже максимума слоя Р2 более правильно описывает градиент в нижней части слоя Р вариант, предложенный Т. Л. Гуляевой.

Параграф 5.2. посвящен уточнению модели ионного состава для средних широт. Включенная в последнюю версию 1Ш модель ионного состава имеет ряд недостатков, наиболее существенным из которых была малая амплитуда вариаций высоты Ь| перехода от молекулярных ионов к ионам атомного кислорода в зависимости от гелиогеофизических условий (зенитного угла Солнца, сезона, солнечной активности).

На основе данных ракетных измерений ионного состава в среднеширотной ионосфере с привлечением данных измерений на спутниках "АЕ-С", "83-2", "АЕКОБ-В" и "Спутника-3" создана новая эмпирическая модель, которая дает относительные концентрации ЩХ^ четырех ионов N0*, 02+, 0+ и ионов-связок Св+. На высотах 75-300 км для трех сезонов (лето, равноденствие, зима) в зависимости от солнечной активности (Рюл) и зенитного угла Солнца (х < 90°).Для ночных условий из-за малочисленности экспериментальных данных отдельной модели пока не создано и предлагается в качестве первого приближения использовать модельные значения Я(Х,+) для Х=90°. Созданная модель в соответствии с экспериментальными дает зна-

чительно большие вариации Ы (от 168 км до 240 км) по сравнению с предыдущей моделью.

В параграфе 5.3. представлена первая модель ионного состава на Ь=75-300 км для низких широт ( в 1Я1 отдельной модели ионного состава для низких широт нет). При ее создании использованы данные ракетных измерений ионного состава, в том числе данные, полученные в рамках бывшего советско-индийского сотрудничества, а также результаты измерений на НИС "Профессор Визе" и "Профессор Зубов"; для высот более 180 км были использованы также измерения ионного состава на нескольких орбитах ИСЗ "АЕ-С" Путем сопоставления этих экспериментальных данных с результатами расчетов Я(Х,+) для соответствующих условий по сред-неширотной модели был выявлен ряд особенностей ионного состава на низких широтах. Прежде всего это касается более быстрого роста с высотой относительных концентраций иона 0\ чем в среднеширотной ионосфере (в интервале высот 190-230 км низкоширотные Я(0+) превышают среднеши-ротные на 15- 25 %), а также несколько меньших (на 15-20 %) значений параметра <р+= [МО^О:*] на 11=130-150 км в низкоширотной ионосфере. С учетом этих особенностей путем соответствующей корректировки средне-широтной модели была создана модель ионного состава для низких широт.

В заключении сформулированы основные результаты работы. Главным итогом работы является создание комплекса моделей для описания нижней ионосферы в самых разнообразных гелиогеофизических условиях от спокойного уровня до естественных и искусственных возмущений и антропогенных воздействий. Он включает в себя разные по принципу построения и детализации модели: 1) теоретическую модель упрощенного типа для быстрого расчета профилей электронной концентрации н нонного состава и спокойных условиях в зависимости от широты, времени суток, сезона и солнечной активности и в условиях есте-

ствснных возмущений; 2) специализированные аэрономичсскис модел! для исследований нижней ионосферы и средней атмосферы в условия: искусственных возмущений и антропогенных воздействий; 3) эмпирич ские модели для оценки электронной концентрации в среднеширотной нижней ионосфере и ионного состава на Ь=75 - 300 км для средних и низких широт.

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. На основе анализа существующих детальных и упрощенных м делен ионизационно-рекомбинационного цикла О-области создана каче ственно новая модель нижней ионосферы. При относительной простор дающей возможность быстрого проведения расчетов, модель обладает физической обоснованностью, характерной для детальных моделей. Э' достигнуто введением эффективных параметров, выраженных через ск рости основных процессов преобразований ионов в детальных моделях Учет сильной зависимости эффективных параметров от температуры и плотности атмосферы, а также от концентраций малых нейтральных с< ставляющих позволил воспроизвести и объяснить ряд экспериментальных фактов. К ним относятся: сезонные вариации ионного состава, эле тронной концентрации и поглощения радиоволн ДВ и КВ диапазонов, большая амплитуда сезонных вариаций в высоких широтах, различная реакция ионосферы на вторжение высокоэнергичных частиц в разные I зоны.

Для проверки созданной модели впервые наиболее полно исполь: ван накопленный за последние годы большой объем экспериментальны данных но Ыс, .ионному составу и поглощению радиоволн. Проверка м< дели па большом массиве данных (более 700 профилен Ме(Ы) показа/ что она но точности описания наиболее падежных ракетных данных дл невозмущенных условий превосходит такие известные эмпирические м<

дели, как 1Ш, модель Макнамары, НИРФИ и ИЭМ к, в отличие от них, может быть использована для расчета профилей электронной концентрации в условиях различных возмущений: ЗА, ППШ, ПМБ, АП.

2. Разработана специализированная агрономическая модель для исследования модификации нижней ионосферы и средней атмосферы в результате воздействия различных источников искусственного возмущения среды, в том числе при их комбинированном действии.

Созданная модель, благодаря корректному учету возрастающего во время возмущений взаимного влияния малых нейтральных, возбужденных и ионизованных компонентов и наиболее полной на сегодняшний день схеме фотохимических процессов, позволила выявить особенности поведения ионного состава и и сделать количественные оценки изменения концентраций наиболее важных для баланса ионизации в О-облас-тн малых нейтральных составляющих в зависимости от уровня ионизации, времени суток и сезона. Эти исследования являются необходимым этапом работы по созданию теоретической модели нижней ионосферы полярных широт.

3. Впервые разработаны теоретические модели для исследования воздействия запусков жидкостных и твердотопливных ракет на ионосферные области О, Е и межслоевую область высот Е-И и среднюю атмосферу.

Созданные модели позволили исследовать пространственно-временные изменения электронной концентрации и ионного состава при запусках жидкостных и твердотопливных ракет различного типа, выявить наиболее активные "плазмогасящие" компоненты продуктов сгорания твердого и жидкого ракетного топлива, оценить влияние гелиогеофизиче-ских условий при запусках ракет на степень падения электронной концентрации в нижней ионосфере, осуществить сравнительный анализ воз-

действия запусков ракет различных типов на мезосферный озон. Пе; численные исследования имеют приоритетный характер.

4. На основе результатов систематизации и анализа эксперимен тальных данных по электронной концентрации в нижней ионосфере дана новая эмпирическая модель области D. Благодаря учету не тол1 геофизических факторов, но и метеорологических эффектов в ионосс эта модель значительно точнее описывает поведение Ne, чем существ; щий в Международной справочной модели IRI блок области D.

На основе результатов систематизации и анализа масс-спектром рических измерений ионного состава на ракетах и спутниках создань вые модели ионного состава на h=75 - 300 км для средних и низких i рот. Новые модели уточняют и дополняют Международную справочи модель и приняты на Международной рабочей группе по IRI для вкл чения в новую версию IRI. Модель D-области принята также для вкj чения в Итоговую модель, создаваемую в рамках Международного п] екта "ПРАЙМ" (ионосфера над Европой).

5. Помимо разработки перечисленного комплекса моделей в paf получен и ряд других важных результатов, имеющих научное и прикладное значение.

а) Создан каталог профилей электронной концентрации в D-области. Он включает около 3500 профилей, измеренных разными м< дами в различных гелиогеофизических условиях. Сделаны программ: обработки данных, которые дают возможность производить выборки каталога по любому признаку (широта, месяц, время суток или зенит угол, уровень солнечной и магнитной активности, спокойные условия или вид возмущения) и осуществлять статистическую обработку дан» Созданный каталог благодаря большому объему данных, охватываюи самые разнообразные гслиогсофизические условия, представляет шир

кие возможности для исследования закономерностей поведения Ые в нижней ионосфере, для разработки эмпирических и проверки теоретических моделей.

б) Предложен метод и разработан алгоритм, позволяющий по ионосферным данным Ст'1П оценивать концентрацию окиси азота в мезосфере во время метеорологических возмущений типа ЗА.

в) Предложен новый метод расчета пространственно-временного распределения аврорального поглощения, основанный на использовании теоретической модели и модели источника корпускулярной ионизации. Метод не уступает по точности воспроизведения экспериментальных данных о распределении аврорального поглощения известной методике Фоппиано, принятой XIV Генеральной Ассамблеей МККР. Преимущество нового метода заключается в том, что он, кроме величины поглощения, дает также пространственно-временное распределение электронной концентрации и ионного состава.

Полученные в работе результаты в целом вносят существенный вклад в развитие крупного научного направления, имеющего важное народно-хозяйственное значение - создание моделей для прогнозирования состояния естественной ионосферы в различных гелиогеофизических условиях, а также в условиях искусственных возмущений и при антропогенном воздействии на среду.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Смирнова Н.В.. Власков В.А. Аэрономические аспекты зимней аномалии О-области. Препринт ПГИ-83. Апатиты: КФ АН СССР. 1983. - 20 с.

2. Данилов А.Д., Родевич А.Ю.. Смирнова Н.В. Параметрическая модель области О, учитывающая метеорологические эффекты. // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т.31, N 5. С. 881 - 885.

3. Козлов С.И., Смирнова Н.В. Методы и средства создания ис кусственных образований в околоземной среде и оценка характера стик возникающих возмущений. I. Методы и средства создания ис кусственных образований.// Космич. исслед. 1992. т.ЗО, вып> С.495-523.

4. Козлов С.И., Смирнова Н.В. Методы и средства создания ис кусственных образований в околоземной среде и оценка характер! стик возникающих возмущений. II. Оценка характеристик и< кусственных возмущений.// Космич. исслед. 1992. т.ЗО, вып.; С.629-683.

5. Смирнова Н.В., Симонов А.Г., Данилов А.Д. Влияние температур] и влажности на аэрономические параметры в верхней части обла< ти D.//Геомагнетизм и аэрономия. 1983. т.23, N 5. С. 733 - 737.

6. Смирнова Н.В., Власков В.А. Отрицательные ионы в D-област ионосферы. Препринт ПГИ-82-3-17. КФ АН СССР. 1982. - 46 с.

7. Смирнова Н.В., Оглоблина О.Ф., Власков В.А. Модели электро! ной концентрации D-области ионосферы. Препринт ПГИ-84-08-31 Апатиты: КФ АН СССР. 1984. - 31 с.

8. Смирнова Н.В., Сагидуллин Ф.С., Мизун Ю.Г. и др. Каталог прс филей электронной концентрации в высокоширотной ионосфер полученных методом частичных отражений. Препринт ПГИ-88-0: 62. Апатиты: КФ АН СССР. 1988. - 30 с.

9. Смирнова Н.В., Оглоблина О.Ф., Власков В.А., Семяшкина Т.Ь Каталог профилей электронной концентрации D-области. Пр принт ПГИ-90-04-72. Апатиты: КНЦ АН СССР. 1990. - 18 с.

10. Данилов А.Д., Смирнова Н.В. Ионный состав и фотохимия нижне термосферы. 2.Ионный состав D- и Е-областей.// Геомагнетизм аэрономия. 1993. т.ЗЗ.Ы 1.С. 120 - 133.

11. Smirnova N.V., Danilov A.D. Rocket data on the D-region positive ic composition.//J. Atmos. Terr. Phys. 1994. V.56. No8. P. 887 - 892.

12. Smirnova N.V., Ogloblina O.F., Vlaskov V.A. Modelling of the lower ionosphere.// PAGEOPH, 1988. V.127, No2/3. P. 353 - 379.

13. Velinov P.I., Vlaskov V.A., Smirnova N.V. et al. Electron density profiles and radiowave absorption modelling in the ionospheric D-region.// Aerospace Research in Bulgaria. 1991. V.7. P. 11 - 22.

14. Смирнова H.В., Оглоблина О.Ф., Власков В.А., Велинов П.И. Сезонные вариации электронной концентрации и поглощения радиоволн в нижней ионосфере.// Второй семинар КАПГ по метеорологическим эффектам в ионосфере. София, 16-20 окт.1985 г. Тезисы докладов. С. 41 - 43.

15. Смирнова Н.В., Оглоблина О.Ф., Власков В.А. Моделирование ночных и восходно-заходных условий в нижней ионосфере. Препринт ПГИ-86-12-54. Апатиты: КФ АН СССР. 1987. - 37 с.

16. Смирнова Н.В., Оглоблина О.Ф.. Власков В.А., Семяшкина Т.Н. Исследование поведения электронной концентрации в восходный период на основе нестационарной модели D-области ионосферы.// Исследов. ионосферы высоких широт. КНЦ АН СССР. 1990. С. 29.

17. Смирнова Н.В., Оглоблина О.Ф., Власков В.А.. Семяшкина Т.Н. Асимметрия в суточной вариации профиля электронной концентрации в нижней ионосфере.//Исследование ионосферы высоких широт. Апатиты: КНЦ АН СССР. 1990. С. 42 - 51.

18. Смирнова Н.В., Синельников В.М., Оглоблина О.Ф., Власков В.А. Моделирование зимней аномалии в нижней ионосфере.// Волновые процессы в приземной плазме. М: ИЗМИРАН. 1992. С.44 - 54.

19. Осепян А.П., Чурикова Т.В.. Смирнова Н.В., Власков В.А. Средние распределения высокоэнергичных электронных вторжений и авро-ральное поглощение.//Исследование высокоширотной ионосферы. Апатиты: КФ АН СССР. 1986. С. 3 - 10.

20. Osepian A., Kirkwood S., Smirnova N. Energetic electron precipitatio during geomagnetic storms observed by incoherent scatter radar.// 30-t COSPAR Scientific Assembly, Hamburg, Germany, 11-21 July 199' Abstracts. P. 123.

21. Osepian A., Kirkwood S., Smirnova N. Effective recombinatio coefficients in the D- and E-regions during auroral absorption events. Proceedings of the 12-th ESA Symposium on European Rocket an Balloon Programmes and Related Research, Lillehammer, Norway 1995, ESA. SP-370 (September 1995). P. 263 - 268.

22. Козлов С.И., Власков B.A., Смирнова H.B. Ионная кинетика, ма лые нейтральные и возбужденные составляющие в области D с по вышенным уровнем ионизации. I.Постановка задачи и общая схем; процессов.// Космнч. исслед. 1982. т.20, вып.6. С. 881 - 891.

23. Козлов С.И., Власков В.А., Смирнова Н.В. Специализированна: аэрономическая модель для исследования искусственной модифи кации средней атмосферы и нижней ионосферы. 1.Требования i

. модели и основные принципы ее построения.// Космич. исслед 1988. т.26, вып.5. С. 738 - 745.'

24. Власков В.А., Смирнова Н.В/, Козлов С.И. Ионная кинетика, ма лые нейтральные и возбужденные составляющие в области D с по вышенным уровнем ионизации. II.Вариации ионного состава v электронной концентрации.//Космич. исслед. 1983. т.21, вып.6. С 892 - 896.

25. Смирнова Н.В., Козлов С.И., Власков В.А., Овчинников Н.А. Ионная кинетика, малые нейтральные и возбужденные составляющие в области D с повышенным уровнем ионизации. II.Вариации малых нейтральных и возбужденных составляющих. // Космич. исслед. 1984. т.22, вып.4. С. 565 - 572.

26. Смирнова Н.В., Козлов С.И., Власков В.А. Специализированная аэрономическая модель для исследования искусственной модификации средней атмосферы и нижней ионосферы. II.Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными.// Космич. исслед. 1990. т.28, вып.1. С. 77 - 84.

27. Смирнова Н.В., Власков В.А., Козлов С.И., Овчинников H.A. Изменение кислородных составляющих высокоширотной мезосферы во время возмущений.// Численные модели динамических процессов. Апатиты: КФ АН СССР. 1984. С. 22 - 27.

28. Козлов С.И., Смирнова Н.В. О возможности понижения электронной плотности в высокоионизированной области D с помощью инжекции паров воды.//Геомагнетизм и аэрономия. 1990. т.30. N 3. С. 522 - 524.

29. Борисов Н.Д.. Козлов С.И.. Смирнова Н.В. Изменение химического состава средней атмосферы при многократном импульсном СВЧ-разряде в воздухе.//Космич. исслед. 1993. т.31. вып.2. С. 63-74.

30. Смирнова Н.В. Зависимость параметров нижней ионосферы от энергетического спектра высыпающихся электронов.// Структура магнито-ионосферных и авроральных возмущений. Л: Наука. 1977. С. 75 - 83.

31. Смирнова Н.В.. Козлов С.И.. Козик Е.А. Влияние запусков твердотопливных ракет на ионосферу Земли. I. Область D./I Космич. исслед. 1995. т.ЗЗ. вып.1. С. 98 - 106.

32. Смирнова Н.В., Козлов С.И., Козик Е.А. Влияние запусков твердотопливных ракет на ионосферу Земли. II. Области Е. E-F.// Космич. исслед. 1995. т.ЗЗ. вып.2. С. 115 - 117.

33. Данилов А.Д.. Смирнова Н.В. Сравнение международной справочной модели ионосферы с данными ракетных измерений.// Геомагнетизм и аэрономия. 1994. т.34. N 6. С. 74 - 83.

34. Danilov A.D., Smirnova N.V. Comparison of IRI with rocke measurements.//Adv. Space Res. 1994. V.14, No 12. P. 125 - 134.

35. Danilov A.D.. Smirnova N.V. Comparison of the F2-layer half-width given by the 1R1 with the rocket data. // Adv. Space Res. 1995 V.I6, Nol. P. 125- 128.

36. Данилов А.Д., Смирнова H.B. Сравнение полутолщины слоя F2 даваемой IRI, с данными ракетных измерений.// Геомагнетизм i аэрономия. 1995. т.35, N 5. С. 63 - 66.

37. Данилов А.Д., Смирнова Н.В. Уточнение модели ионного состава i Международной справочной модели IRI.// Геомагнетизм и аэроно мия. 1995. т.35, N 1.С. 80-88.

38. Данилов А.Д., Смирнова Н.В. Ионный состав и фотохимия в верх ней атмосфере. I.Атомы и ионы металлов.// Геомагнетизм и аэро номия. 1993. т.33, N 1. С. 109 - 119.

39. Danilov A.D., Smirnova N.V. Improving the 75 to 300 km ioi composition model of the IRI.// Adv. Space Res. 1995. V.15. No2. P 171 - 177.

40. Данилов А.Д., Смирнова Н.В. Моделирование ионного состав; ионосферы низких широт.// Геомагнетизм и аэрономия. 1995. т.35 N 6. С. 132- 140.

41. Smirnova N., Kirkwood S.. Osepian A. Anomalous E-region ion layer; in twilight conditions. Experiment and model.// Proc. of the 12th ES.~ Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Relatec Research. Lillehammer, Norway. 1995. ESA SP-370 (Septembe 1995) P. 269 - 272.