Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Результаты исследования вариаций высоты максимумадневного среднеширотного слоя Е методом некогерентного рассеяния

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Результаты исследования вариаций высоты максимумадневного среднеширотного слоя Е методом некогерентного рассеяния"

РГ6 од

1 з ПОП 1393

российская академия наук

ИНСТИТУТ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

11а праппх рукописи УДК 550.388.2

Жиполуп Тарас Григорьевич

Результаты исследования вариаций высоты максимума дневного среднеширотного слоя Е методом некогерен ног© рассеяния

04.00.22 - Геофизика

Автс>1>е(|>с|)ат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1903

Работа выполнена в Институте ионосферы Академии наук и

Министерства образования Украины 1

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор й.И. Таран доктор физико-математических наук, профессор Г.С. Иванов-Холодный

Официальный оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор М.Г. Дёминов доктор физико-математических наук A.A. Нусинов

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

систем связи и управления (НИИССУ), г. Москва

Автореферат разослан " Z3" 1993 г

Защита состоится " 31" ШНШ&С 1993 г. в час. шш. на заседании Споцнализировшше^го Совета Д.002.83.01 при ИЗМИРАН - 142092, г. Троицк, Московской области (проезд автобусом 531 от станции метро "Тешшй стан" до остановки "ИЗМИРАН").

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН

Ученый секретарь Специализированного Совета при ИЗМИРАН кандидат физико-математических наук

О.П.Коломийцев

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы»

Исследования варнадай высоты максимума дневного средне-пиротного слоя Е ионосферы представляют большей интерес как для теории образования ионосфер», так и для прогнозирования распространения радиоволн. В последнее время предъявляются повыаешше требования к вычислению длины скачка коротковолновой радиотрассы, особенно при репенлд задач радиоразведки, радионавигации и загоризонтпой радиолокации. Поэтому для ре-зения прикладных задач требунтся точные модели слоя Е, и в первую очередь - точные модели высоты ого максимума.

Из двух основных параметров слоя Е: критической частоты и высоты ого максимума - Kg , последний изучен значительно ;;ухе. Данных о поведении , её зависимостей от различных факторов существенно меньше, что связано и с малой над вялостью определения п£ по ионограммам вертикального зондирования ионосферы, п относительно небольшим количеством измерений с ломодаэ ракет. Поэтому имеют болыпоэ значенио всё новые исследования высоты максимума слоя Е различными методами, особенно методом некогерентного рассеяния, который в последнее время считается эталонном методом исследования ионосферы.

Всё вышесказанное определяет актуальность данной работы, которая посвящена исследованию вариаций высоты максимума дневного средн&шротного слоя Е в зависимости от различных гелиогеофизических параметров, выявлению закономерностей а особенностей еэ поведения и анализу результатов их сопоставления с выводама существующих теорий слоя Е.

Цель тс о ?и неяно определить сд едуньям образам:

1. Разработать в табличном виде гиштрическую модель высоты максимума дневного среднезяротного слоя Е по данным пекогерен-тного рассеяния, которая бы связывала для каздого сезона высоту tmcmyua слоя Е с зоелтши углом Солнца при различных уровнях солнечной активноетз.

2. lia основе разработанной модели получить зависимости высот

максимума слоя Е от гелиогеофизических параметров. 3. Сравнить полученные зависимости высоты максимума слоя Б от гелиогоофизических параметров с выводами существующих теорий слоя Б.

Научная новизна работы состоит в следующем:

I, Впервые создана в табличной воде и реализована на вычислительных средствах ИЗМИРАН емпнрическая модель высоты максимума дневного среднеширотного слоя Е, связывающая для каждого сезона высоту максимума слоя Е с зенитным углом Солнца при пяти различных уровнях солнечной активности.

. 2. Впервые получены эмпирические зависимости высоты максимума среднеширотного слоя Е от уровня солнечной активности дня каждого сезона и различных аенитных углов Солнца.

3. Впервые исследованы сезонные особенности поведения высоты максимума среднеширотного слоя Е при одинаковых зенитных углах Солнца н различных уровнях солнечной активности.

4. Сделан вывод о наличии в атмосфере неучтённых в общепринятой теории физико-химических процессов.

Научная и практическая ценность шботн заклочается в том, что в ней представлена разработанная эмпирическая модель высоты "максимума дневного средноширотного слоя Е, позволяющая получить для каждого сезона зависимости высоты максимума слоя Е от зенитного угла Солнца при определенном уровне солнечной активности. Такие зависимости, полученные в диссертационной работе, йогу? бить использованы ори решении задач радиосвязи, радиоразведка, радионавигации я загорязонтяой радиолокации.

Созцаны основы для разработки надетой полузмпирической модели высоты мшссимуш дневцзго среднеширотного слоя Е на базе полученных оишрических зависимостей hg от голпогеофя-Еическнх параметров и расчетов согласно теории,, учнтшзаидвй возбувдекнно ионы.

Вноцпенко результатов. Работа выполнялась в рамках НИР ■Тунгуй", а также НИР "Тарбан" и "Трамплин", выполненных б Институте ионосферы в I98&-I990 г.г. Результаты диссертации использовались при написании соответствующих разделов отчетов по этим темам.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанная эмпирическая модель высоты максимума дневного среднеииротного слоя Е для четырех сезонов и магни-тсспокоЯных условий, связывающая высоту максимума слоя Е с зенитным углом Солнца для пяти уровней сосочной активности.

2. Установленные закономерности а осооенности позодсния высоты максимума дневного среднеииротного.слоя Е в зависимости от зенитного утла Солнца и результаты их сопоставления с выводами существующих теорий слоя Е.

3. Установленные закономерности и особенности поведения высоты максимума дневного среднеширотного слоя Е в зависимости от уровня солнечной активности и результаты их сопоставления с вызодами существующих теорий слоя Е.

4. Установленные закономерности и особенности поведения высоты максимума дневного среднеииротного слоя Е в зависимости от сезона и результаты их сопоставления с выводами существующих теорий слоя Е.

5. Обнаруженное наличие в атмосфере неучтенных в общепринятой теории физико-химических процессов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ХУ1 Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, на семинарах ИЗМИРАН, в том числе по международному проекту WITi , а такие на семинарах Института ионосферы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трах r.iaB и заключения. Общий объем - 130 страниц. Из них текст диссертации и II таблиц - на 95 страницах п 35 рисунков - на :;.:3 страницах. Список литературы насчитывает 75 наименований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратхо рассмотрены актуальность работы, цель, научная новизна п практическая ценность рабЬты, основные положения работы, выносимые на защиту, структура и содержание диссертации по главам.

В первой главе рассмотрены возможности метода некогерентного рассеяния в определении высоты максимума слоя Е. Изложены методики, применяющиеся на исследовательском комплексе но-когерентного рассеяния Института ионосферы для исследования ионосферной плазмы в диапазоне высот I0C-600 км. Рассмотрена функциональная схема исследовательского комплекса некогерентного рассеяния.

Разработан алгоритм и проведено моделирование процесса измерения м« С h) — профиля на исследовательском комплексе ке-когерентного рассошшя в интервале высот 100-200 км с целью определения систематических погрешностей его измерения при использовании фильтра с бесконечней полосой.

Определены суммарные сдвиги шкалы отсчета при измерении высоты максимума слоя Е для фильтра с полосой 10 кГц и для фильтра с полосой 35 кГц.

Определены систематические к статистические погрешности измерения высоты максимума слоя £. На основании оценок погрешностей сделан вывод о том, что систематизированные значения К£ могут быть использозаны для построения её зависимостей от гелиогеофизических параметров.

Вторая глава поевлцена анализу полученных эмпирических зависимостей высоты максимума дневного среднеашротного слоя Е от различных гелиогеофизических параметров.

В п. 2.1 представлена в табличном виде разработанная эмпирическая модель высоты максимума дневного средноыиротиого слоя Б для четырех сезонов и ыагшгсоссокойных условии, связываания высоту ьаксиыума слоя Е с зенитным углом Солнца для пяти уровней солнечной активности. Излозона методика построения эмпирической модели.

В п. 2.2 установлены закономерности и особенности поведения высоты иаксимука. дневного средыешротного слоя Е в зависимости от зенитного угла Солнца.

В п. 2.3 установлены закономерности и особенности поведения высоты максимума дневного срадаесяротЕого слоя Е в зависимости от уровня солнечной активности.

В п. 2.4 установлены закономерности в особенности поводе-

ш:л высоты максимума дневного средпс-^гротпого елся Е в зависимости от сезона.

В п. 2.5 проведен сравнительной анаягз разработанной эмпирической модата высоты *гаксгмуиа дневного среднегетрогного слоя В с другими змпщнчвекпмр. иодеммз.

В третьрй глав о проведено сравкекза пазутенных завися-, ыостей высоты г/акс:гмут,;а дневного ерэднеапротного слоя S от голногесфлзическкх параметров с варпалияетг hr согласно у so« рил. не учитывающей возбуэденнпз попы, с т аорта. их учктк-вахпей.

В п. 3.1 излекенн осяовпуа паюгепня т?.ор:ст, па учлткве-

возбужденные ноны. к теоргл:, их учдтнзагцгй. Рассмотрено изменено JiE от зенитного угла Солнца, солнечной а:с?пвности и з лависякостх от сезона согласно naicseiniin-r зтах двух тесряЗ.

В п. 3.2 рассмотрена зависимость высоты иаzczxpsa слоя В от зенитного угла Солнца. Проведено сопоставление птаргпео-ккх зависимостей Ь^ от зенитного угла Солкиа для четнрех сезонов с теоретический, полученными согласно теорглх, не учн-тнвайцоЯ возбужденные гена, и теории, их учдтнваэдей. Сопоставление показало, что зиларичоские завдсююстн z зависшзо-стп, п слученною согласно теория, учдтываздай возбузденнно ггокц, тепт подосшгД- характер изменения п xepede соответствуют друг другу (раахсэденле в основном не превплае? I км), когда значения высоти максямуг'д возбувде!Шнх ионов МО* совпадают с полуденгпди значениями hp злопрачаских зависимостей.

В п. 3.3 рассмотрена зшпгсикость еысотн иаксгадума слоя Е от солнечной актазяоатзг. Сплочено, что с росте?.- уровня солнечней активности кабдздэется укеньпоягг h^ , а ко еэ рост, как это следует ss теория, so утптцвассгй зезЗуадешше гоны. Проведенное сс-псстздл eir.ro з?Г21ротсаск палудетпшх савлико-ctg:i К £ от уровня солнечной активности для чзтнрех ссзонов с теоретическими. патучешегля согласно теерлд, узитпгладок возбуздегашз ионы» показато, что сяк икегг подобий характер изменения я отянчгвтея друг от друга, в союзка», на вапта-ну. кеньаую I кд:.

В п. 3.4 рассмотрены соэошшо вариэдгл высота наясимука

олся Е. Отмочено, что при одном и том же зенитном угле Солнца самые низкие значения клеят июньские К с , а самые высокие -дз:саор:-.скле в отличие от теории, не учитывающей возбужденные поны, которая делает вывод относительно летнего возрастания

У'.'ет значений плотности атмосферы на Высоте НО юл для шроты >3° согласно модели Гровса позволил получить хорошее соответе.тало эмпирических и теоретических зависимостей Ь- от уровня с.шачной активное?»: для марта, июня и сентября (расхождение превышает I км) при скорости реакции ударной деактивации '/ - 2 • Ю-15* см^ Значительное расхождение • стого значкггл скорости реакции ударной деактивации со значением, катуче;-&ш в результате лабораторных исследований, показало наличие в атмосфере неучтенных з общепринятой теории фазико-хишческих процессов.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1.Разработанная методика систематизации и анализа экспериментального материала, полученного на исследовательском комплексе некогерентного рассеяния Института ионосферы, учи-.тывавдая найденные наилучшие значения сдвигов радиолокационной писали для фильтров с шаряноЗ полосц пропускания 10 и

35 кГц в результате использования численного моделирования работы комплекса некогеронтного рассеяния при заданиях различных исходных профилях Ке ( Ь ), позволила определить значения высоты шаиашума слоя Е со статистической погрешностью (стандартное отклонение среднего), но превышающей I км для зенитных углов Солнца, меньших 90°.

2. Разработанная методика систематизации и анализа экспериментального материала^' полученного на исследовательском комплексе некогерентного рассеяния Института ионосферы, позволила построить эмпирическую модель высоти максимума слоя Ь, связывающую для каздого сезона Ь^ с зенитным углом Солнца для разных уровней солнечной активности.

3. Построенная эмпирическая модель высоты максимума слоя Е позволила проанализировать зависимости от зенитного утла Солнца для разных уровней солнечной активности, зависимости от уровня солнечной активности для разных зенитных углов

Солнца, а также исследовать сезонные особенности поведения

4., Обнаружена закономерность, нэпедаая теоретическое подтверждение, эаялотавдаяся в увеличении агататуда роста высоты максимума слоя Е в течение дня с ростом уровня солнечной активности.-

5. Определен для каждого сезона пдтерпаз зенитных углов. Солнца, при которых высота максимума слоя В пе изменяется, в интервал, в котором изменяется но болоо,, чш на I ки по сравнении с её полуденкцм значащей. Зга вятврзалк могут иметь практическое значение длл прикладных задач корогковся» нсзого распространения радиоволн.

6. Установлена связь линейного и скачкообразного укень-сокшт внсотн максимума слоя Е с ппторвалаки уровня солнечной активности.

7. Подтзорадея теоретически линейный ход зашгсгкостп К^СР/эд) при уровне солнечной активности ЯЛ.. 140.

8. Установлено, что вклад скачка высота макспаугга фугас-цяи иснообразованяя от линий излучения Солнца с ддлнает волн 97,7 и 102,6 яи при переходе от низкой солнездсЗ активности к высокой бояео весом по сравнению с величиной убазаяяя Ь^ - высоты максимума относительной концентрация хоясбатель-1/о-возбуаденных коиоз //О*

9. Подтверждены теоретически соотнесения иеэду вмпзрн-ческлми зависимостям ) дет карта, езия, сентября а декабря и объяснено набладаемоо различие значений Ь^ для марта п сентября при больших значениях. К^ для карта.

10. Значительное равлездзкзо определенного значения скорости реакции ударной доактазацип со значением, полученным в результате лабораторных исследований, показало шиппзо в атмосфере неучтенных в обнепрпнотоЗ теория фззшсо-хЕшчеекиг процессов.

Основные р-эзультатн дпсстсталии опублккозаны в сяодужзх работах:

I. Еиволуп Т.Г. Баргадип высоты слоя Е а дневноо ярок.* по данный иекогереатпого ^рассеяния// Х71 Всесоюзная конференция по распространению радаозодн. Тезпсн дскладов. - Харьков, . 1990. С.120.

• 2. Вгволуа Т.Г. Вариацша высоты слоя Е к минимума долины в дневное время ао данным некогерентного рассеяния// Ионосфера. Республиканский меаведомственннй научно-технический сбор.гя;. 1991. Выл.1. й I. С. 49-51.

' 3. Антонова Л.А., Иванов-Холодный Г,С., Живолуп Т.Г. Зависишь- высоты слоя Е от солнечной активности// Геомагнетизм и оэголсшя. 1992. Т.32. & 4. С.138-141.