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"

о л

2 7 Ми а

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

11а правах рукописи

УДК 550.388.2

Живолуп Тарас Григорьевич

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

04.00.22 - Геофизика

Лвторес}м:рит диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Институте ионосферы Академии наук и Министерства образования Украины

Научные руководители: доктор физико-математических наук.

■Официальный оппоненты: доктор физико-математических наук.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

систем связи и управления (НИИССУ), г. Москва

Защита состоится " 9'О" 1993 г. в ^й. час. «ин.

на заседании Специализированного Совета Д.002.83.01 при ИЗМИРАН - 142092, г. Троицк, Московской области (проезд автобусом 531 от станции ,метро, "Теплый стан" до остановки "ИЗМИРАН").

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН

Ученый секретарь Специализированного Совета при ИЗМИРАН кандидат физико-математических наук

профессор 13.И. Таран

доктор физико-математических наук,

профессор Г.С. Иванов-Холодный

профессор М.Г. Дёминов

доктор физико-математических наук

А.А. Нусинов

Автореферат

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Исследования вариаций высоту максимума дневного сродна-сзротного сдоя Е ионосферы представляют большой интерес как для теории образования ионосферы, так и для прогнозирования распространения радиоволн. В последнее время предъявляются повышенные требования к вычислению длины скачка коротковолновой радиотрассы, особенно пра решении задач радиоразведки, радионавигации и загоризонтной радиолокации. Поэтому для решения прикладных задач требуится точные модели слоя.Е, и в первую очередь - точные модели высоты его максимума.

Из двух основных параметров слоя Е: критической частоты и высоты его максимума - К^ , последний изучен значительно ;;уяе. Данных о поведении Ь^ , ей зависимостей от различных факторов существенно меньше, что связано и с малой напевностью определения ЬЕ по понограьмам вертикального зондирования ионосферы, и относительно небольшим количеством измерений с помощью ракет. Поэтому имеют большое значегао всё новые исследования зысоты максимума слоя Е различными методами, особенно методом кекогеронтного рассеяния, который в последнее время считается эталонным методом исследования ионосферы.

Всё вышесказанное определяет актуальность данной работы, которая посЕящена исследовании вариаций высоты максимума дневного средиеапротного слоя 3 в зависимости от различных геляогеофдзичоекпх параметров, выявлении закономерностей и особенностей оэ поведения и анализу результатов их сопоставления с выводами существующих теорий слоя Е.

Иель оабо.-н иезио спр ад слить следувддм образом:

1. Разработать з табличном виде эмпирическую модель высоты максимума дневного среднешроткого слоя Е по данным некогерентного рассеяния, которая би связывала для каздого сезона высоту максимума слоя Е с звнптнид углом Солнца пра различных уровнях солнечной активности.

2. На основе разработанной модели подучить зависимости высоты

максимума слоя Е от гелиогеофазических параметров. 3. Сравнить полученные зависимости высоты максимума слоя Е от гелиогеофазических параметров с выводами существующих теорий слоя Е.

Научная новизна работы состоит в следующем:

I. Впервые создана в табличном виде и реализована на вычислительных средствах ИЗМИРАИ эмпирическая модель высоты максимума дневного среднеширотного своя Е, связывающая для кая-дого сезона высоту максимума слоя Е с зенитным углам Солнца при пяти различных уровнях солнечной активности.

. 2. Впервые получоны эмпирические зависимости высоты максимума среднеширотного слоя Е от уровня солнечной активности для каждого сезона и различных зенитных углов Солнца.

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

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

Научная и практическая ценность работ» заклочается в том, что в ней представлена разработанная эмпирическая модель высоты максимума дневного среднеширотного слоя Е, позволяющая получить для каддого сезона зависимости высоты максимума слоя Е от зенитного угла Солнца при определенном уровне солнечной активности. Такие зависимости, полученные в диссертационной работе, могут бить попользованы при решении задач радиосвязи, радиоразведки, радионавигации я загоряэонтной радиолокации.

Созцаны осиовц для разработки надежней полуэмпирическоИ модели высоты максимума дневцрго среднеширотного слоя Е на йдзе получепнш: аширзческих зависимостей Kg от гелиогеофк-гических параметров и расчетов согласно теории, учитывающей возбукдещщо ионы.

Вногоекио тюзуяьтатов. Работа выполнялась в рамках НИР "Тунгуй", а также BIP "Тарбан" п "Трамплин", выполненных в Институте ионосферы в IS8S-I990 г.г. Результаты дассортацш: использовались при нагпсаявй соотвотствувдах разделов отчетов по этим темам.

На рапэтту выносятся следугавде поло.-шня:

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

2. Установленные закономерности я осооешюсти поведения высоты максимума .глевного средне'лиротного.слоя Е в зависимости от зенитного утла Солнца и результата их сопоставления с выводами существующих теорией слоя Е.

3. Установленные закономерности а особенности поведения высоты максимума дневного среднеоиротного слоя Е в зависимости от уровня солнечной активности и результаты их сопоставления с вывода",« существувдих теорий слоя Е.

4. Установленные закономерности и особенности поведения высоты максимума дневного сроднеширотного 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.

Апробягстя работы. Основные результаты работы докладывались на ХУ1 Всесоюзной конференции по распрсстраненша радао-волн, на семинарах ИЗ.',1ИРА11, в том число по мегдународному проокту WIT,? , а также на семинарах Института ионосферы.

Объем I? стоткттоа работа. Диссертация состоит пэ введения, трех глав и заключения. Обцзй объем - 130 страниц. Из них текст .хиссертацш! л 27 таблиц - на 95 страницах а 35 рисунков - на 35 страницах. Сшеои литературы насчитывает 75 наименований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко рассмотрены актуальность работы, цель, научная новизна п практическая ценность раббты, основные положения работы, выноскшэ на защиту, структура и содержание диссертации по главам.

В геовой главе рассмотрены возможности метода некогерентного рассеяния в определении высоты максимума слоя Е. Изложены методики, применяющиеся на исследовательском комплексе некогерентного рассеяния Института ионосферы для исследования ионосферной плазмы в диапазоне высот 100-600 км. Рассмотрена фушсциопальная схома исследовательского комплекса некогерентного рассеяния.

Разработан алгоритм и проведено моделирование процесса измерения меСМ- профиля на исследовательском комплексе но-когерентного рассеяния в интервале высот 100-200 км с целью определения систематических погрешностей его измерения при использовании фильтра с бесконечной 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 систсматячоскиэ и статистические погрешности измерения высоты максимума слоя Б. На основании оценок погрешностей сделан вывод о тот, что систематизированные значения НЕ могут бить использованы для построения оё зависимостей от гелиогеофизических параметров.

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

В п. 2.1 представлена в табличном виде разработанная эмпирическая модель высоты максимума дневного средиешротного слоя Е для четырех сезонов и магнитсспокойных условий, связывающая высоту максимума слоя Е о зенитным углом Солнца для пяти уровней солнечной активности. Излоаена методика построения эмпирической модели.

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

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

В п. 2.4 установлена закономерности п особенности поводе-

иия высоты максимума дневного средаеяшротного слоя В в зависимости от сезона.

В п. 2.5 проведен сравнительный анализ разработанной эмпирической модели высоты хмиссииума дневного среднеппротного слоя Е с другими эмпирическими моделями.

В третьей главе проведено сравноние полученных завися-# мостей высоты максимума дневного среднешротного слоя Е от . гелиогеофдзических параметров с вариациями Ь£ согласно теории, не учитывающей возбуадешшп нош, и теории, их ваищей.

3 п. 3.1 изложены основные положения теория, не утапта-евдой возбузденные ио!ш, и теории, их учитывающей. Рассмотрено измените от зенитного угла Солнца, солнечной аг.тавнсстя и в зависимости от сезона согласно положен^.? этих двух таорзй,

В п. 3.2 рассмотрена зависимость высота максшфка слоя Е от зенитного угла Солнца. Проведено сопоставление плпирэтес-клх зависимостей от занятного угла Солнца для четырех сезонов с теоретичесми/л, полученными согласно теор;*::, не учитывающей возбужденные ионы, п теории, их учитывающей. Сопоставление показало, что эмпирические зависимости п завиико-сти, полученные согласно гоорт, учитывающей возбужденные йены, ¡шест подосккЯ характер изменения п хоройо соответствуют друг другу (расхождение в основном не яровызаот I км), когда значения высоты максимума возбужденных ионов совпадают с полуденныеи значениями Ь£ эмпирических зависимостей.

В п. 3.3 рассмотрена зависимость высоты иахсгсгума слоя Е от солнечной активности. Отмечало, что с ростом уровня солнечной активности набллдоотся уменьшение К^ , а не сз рост, как это следует лз тооргш, на угчтиваздгй возбужденные ясны. Проведенное сопоставление эгягпрнчесхих полуденных зависимостей от уровня солнечной активности для четырех сезонов с теоретическими, получоншая согласно теории, учитывающей возбуздешшо ионы, показало, что они имею? подобны« характер изменения и отличаются друг от друга, в основном, на величину, меньшую I км.

В п. 3.4 рассмотрены сезонные вариации высоты максимума

сдоя: Е. Отмечено, что при одном и том но зенитном угле Солнца самце низкие значения клеш июньские , а самые высокие -дэхабрлские в отличие от теории, не учитывающей возбужденные нош:, которая делает вывод относительно летнего возрастания Ь£.

У\'ст значений плотности атмосферы на Ьысоте НО км для шроты МП0 согласно модели Гровса позволил получить хорошее соответствие эмпирических к теоретических зависимостей Н^ от уровня с-ялечнай активности для марта, июня и сентября (рас-ясвдение кэ арзвызает I км) при скорости реакции ударной деактивации у 2 • КГ1^ Значительное расхождение этого значения скорости реакции ударной деактивации со значе-ннем, получе<а:и:л в результате лабораторшх исследований, показало наличие в атмосфере неучтенных в общепринятой теор1ш сладко-химических процессов.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1.Разработанная методика систематизации и анализа экспериментального материала, полученного ка исследовательском комплексе некогерснтного рассеяния Института ионосферы, учитывающая найденные ианлучиие значения сдвигов радиолокационной скалы ддя фильтров с инрпноЗ полосы пропускания 10 и

35 кП* в результате использования численного моделирования работы комплекса нокогерентаого рассеяния при заданных различных исходных просриях Ке ( Ь ), позвонила определить значения высоты ыеисЕг^ка слоя Е со статистической погрешностью (стандартное отклонение сродного), не превышающей I км для зенитных углов Солнца, меньших 90°.

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

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

Солнца, а такяе исследовагь сезонные особенности поведения

4. Обнаружена закономерность, шведаая теоретическое подтверждение, заювзчашаяся в увеличении амшзтуда роста высоты максимума слоя Е в точекио дня с ростом уровня солнечней активности.

5. Определен для каждого созона интервал зенитных углов, Солнца, при которых высота максимума слоя Е пе изменяется, я интервал, в котором Л ^ изменяется не болоо, чем на I кн по сравнении с об полуденным значокзем. Эти интервалы моху: иметь практическое значение для прикладных задач яороткозог-нового распространош'л радиоволн.

6. Установлена связь линейного и скачкообразного ушнь-шо!шя высоты максимума слоя Е с нктерзаламз уровня солнечна" активности.

7. Подтаорздеи теоретически лннойнкЗ ход зависимости КБ (¡•/од) при урозно солнечной активности 140.

0. Установлено, что вклад скачка высоты максп/яутга функции ценообразования Ну от линий излучения Солнца с ддпншят волн 97,7 и 102,6 нм при переходе от низкой солнечной активности к высокой болео весом но сравнении с величиной убнхендя Ь^ - высоты максимума относительней концентрации ксдебатояь-но-возбувденкнх ионов А/0*

9. Подтверяденн теоретически соотнопенгя меаду эмпирическими зависимостями т ) для марта, лвяя, сентября а декабря и объяснено кабдвдаемое различив значений Ь£ для карта л сентября прз большее значениях. Ь £ дая гларта.

10. Значительнее раслсядендо олроделешгето значения скорости реакции ударной деакггаацпв со значением, полученным в результате лабораторных исследований, показало налэтле в атмосфера неучтенных а общепринятой теория фззшсо-хякячэских процессов.

Осиорные дозультата диссертанта опубликоеаны з следустнх работах:

I. Еиводуп Т.Г. Варяацт высота слоя Е в дневное время по данным некогерентвого ^ассеягшя// ХУ1 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тозлсы докладов. - Харьков, . 1990. С.120.

- ю

' 2. Еаволуп Т.Г. Вариадрги высоты слоя Е и минимума долины в дневное время по данным некогерентного рассеяния// Ионосфера. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. 1991. Вып.1. S I. С. 49-51.

3. Антонова Л. А., Иванов-Холодшй Г,С.. Живолуп Т.Г. Зависимости высоты слоя Е от солнечной активности// Геомагнетизм н аер-тломня. 1992. Т.32. JS 4. C.I38-I4I.