Введение к работе
Актуальность темы. Ваякое место в динамике Земной атмосферы занимает волновые процессы. Волновые возмущения с периодами от минут до нескольких часов и горизонтальными масштабами от сотен до нескольких тысяч километров относятся к классу акустико-гравйтацговных волн ШЗ). Эти волны, распространяясь в термосферу, обеспечивато приток тепла, сравнимый по величине с солнечным нагревом, и вносят значимый вклад в ускорение средней циркуляции. На ионосферных высотах АГВ вызывают волновые возмущения коносферы (ВВ) за счет вовлечения заряженных частиц ионосферы в волновое движение -через их -столкновения с нейтральными частицами. ВВ классифицирует на два основных типа: крупномасштабные и ореднемасштабные. Редко наблюдаемые крупномасштабные БЗ с периодами 0.5-3 часа возбуждаются в ав* роральных районах во время геомагнитных бурь, сопровождаемых высыпанием частиц, действием сил Лоренца и джоулева тепла. Среднеыасштабные ЕВ наблюдается в ионосфере регулярно. Ойи имеют периоды от ~ 10 дг ~-' 90. минут, а их источниками 'являются: метеорологические струйные течения, погодные фронты, солнечный терлинатор, землетрясения, взаимодействие с горними массивами, вихревые мезсмасштабные турбулентные цвиёенйя.-
Постоянно присутствующие в ионосфере средаемасШабныв волновые возмущения оказывают заметное влияние на аМлйЯуды, фазы и траектории радиосигналов при вертикальном; наклонном и возвратно-наклонном распространении в декаметровий диапазоне радиоволн и при транс ионосферном распрЬс'гркнённк в Метровом диапазоне. ВСледствии этого реальная разрешающая ёпс-собность и чувствительность.радиотехнических систем радиолой нации, радионавигации, а-также радиоастрономических комплексов, использущих разнесенный прием, оказывается в ряде си-
_ 4 -туаций 'Луже потенциально достижимых величин. Для внесения коррекций в работу радиотехнических систем -необходимо знание ВВ для любого времени суток, сезона, солнечней активности, с цельв построения модели ЕВ, элементы которой могли быть использованы на практике. Такая модель необходима также для решения задач динамики ионосферы, б которой важную роль играют волновые процессы различной природы. Следует отметить другой прикладной аспект рассматриваемой проблемы. 5 последние годы весьма актуально стало изучение отклика атмосферы и ионосферы на различные техногенные воздействия, лак правило, отклик ионосферы имеет велнесуэ природу, причем параметры волі; лежат з частотном диапазоне фоновых, постоянно существующих 5В, которые в данной ситуации выступает з качестве аддитивной помехи в задаче выделения сигнала из иума.
Изучение волновых возмущений в атмосфере и ионосфере продолжает оставаться в центре внимания ученых многих стран мира, о чем говорят интенсивные исследования, проводимые в рамках таких Международных программ, как VAGS (Исследования акусти-ко-гравитационных волн), STEP (Программа исследования солнечно-земной физики). Несмотря на предпринятые усилия, некоторые стороны проблемы до настоящего времени оказались недостаточно изученными. В частности, практически нет данных по связи параметров еолноекх возмущений с солнечной и магнитной активностью, высотной зависимости характеристик „ЯВ различных частотных диапазонов, не-установлены механизмы быстрого падения пространственной когерентности поля возмущений электронного содержания Р слоя. Решение таких задач требует, с одной стороны, эазвития '' совершенствования информагиЕннх радиофизических методов диагностики ЕЗ, с другой стороны, расширения сети измерительных пунктов и проведения регулярных измерений.
цель работа. Изучение пространственно-нременнь характеристик распрсстзаненкг спедкемасгт-абных еслпоеї?: вс.т.:усіени? ё-сбласти средкепкротнс* иснооферг на основа:
создания аппаратурного комплекса, реализующего допле-зоеский метоп, при мнсгсчзстотнсм импульсном зондировании ко-іосаерк;
разработки методики измерений;
организации и проведения регулярных измерений нз проет^ )анстЕенной реиетке измерительньтс инструментов;
анализа результатов, полученных в разлкчнкх гео-лгелиот .изическкх условиях.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
а) создан радиофизический комплекс, реализующий доплеровг-
кий метод при импульсном ыногочастотном, зондировании ионосфег
L-, позволяющий полукзть данное о параметрах ЕВ одновременно
а ряде еъ'сот ниже глазного ионосферного максимума;
б) исследована высотная зависимость относительной ампли-
удг ЕВ в различных частоткьт диапазонах при различных уров-
тх солнечной активности:
в) проведена сценка радиус в когерентности поля вслн,;гкг
..ноафернь*:.: возмущений в дневное и ночное время, выявлена
>гзь когерентности поля ЕЗ е горизонтальной плоскості: с
ювнем магнитной активности: показано, что радиус* ксгерєкт-
істк в плоскости фазового франта меньше радиуса ксгєренткос-
: в направлении, перпендикулярном йазсвсму фронту, і: уста
влено, что поле ЕозмуяенкД однородно в вертикальной плсс-
сти в Ексотном интервале от 150 км до 380 гаї;
г) рассмотрена причина быстрого падение когерентности
ля возмузений электронного содержания Р2-слся ионосферы,
стоящая в тс:.:, что поле возмущений образуется как волновьми
_ 6 -
.возмущениями, так и возмущениями стохастической природы; предложен метод расчета функции когерентности для чисто волновых возмущений;
д) на основе одновременных измерений вертикальной и горизонтальней фазовых скоростей показано, что частотная зависимость угла наклона фазового фронта имеет вид, близкий к зависимости предельного угла наклона, определяемого дисперсионным соотношением.
Научная и практическая значимость работы. Полученные в работе новые сведения о динамике и структуре ереднешіротной ионосферы полезны при разработке модельных представлений и~ при дальнейших исследованиях ионосферы. Выявленные свойства, неоднородаостей могут быть использованы б целях улучшения работы линий связи, радионавигации и повышения точности педен-гационных и локационных измерений.
Достоверность результатов исследований. Научные положе
ния сформулированные в диссертации, являются обоснованными.
Их достоверность И надежность подтверждены модельными рас-
четами, контрольными экспериментами, исследованиями других
авторов и Актами внедрения. '
' Реализация результатов. Результаты исследований вошли составной частьо в исследования среднемасщтабных ВВ, которые выполнялись в рамках проекта VA-GSMsa^y нар одной программы WITS, Всесоюзной программы "Волновые возмущения" и внедрены в 4-х научных учреждениях, на что кмептся акты внедрения.
На зашиту выносятся:
аппаратурный комплекс диагностики волновых ионосферных возмущений;
результаты методических исследований пределов примени/ости метода многочастотного доплеровского зондирования и
достоверности получении: данных;
10-летний цикл наблядеьлй волновых возмущений, проведенных: "Б различных гелио-геофизических условиях;
результаты исследования пространственно-временных характеристик среднемасштабных волновых возмущений.
Личное участие автора в получении научных результатов.
Аетор принимал непосредственное участие во всех стадиях проведения исследований: от постановки задач и создания аппаратурного комплекса, до интерпретации результатов эксперимента.
В ходе работы лично авторш сделано следушее:
разработан и изготовлен аппаратурный комплекс, предложена методика доплеровсккх измерений прі импульсном- зондировании с использованием системы фазовой автоподсг'ройки частоты;
получены и обработан» результаты догьгровскі* измерений, на основании которых удалось установить закономерности в поведении волновых возмущений;
проведены численные оценки параметров ВВ в .ионосфере, выявлено соответствие экспериментальных результатов.современ-ны.! теоретическим представлений.;.
Аппробация- работы- Материалы, -пред-ставденкые в диссерг тации, докладывались и обсувдащ&ь на 13 Всесоюзной конференции по распространений радиоволн (Горький, І9ЄІ .г..); на ЬгОй Республиканской конференции по автоматизации .научных исследований" (Алма-Ата, 1982 г.); на У Всесоюзне*.! совещании по исследования динамических процессов в .верхней атмосфере Земли (Обнинск,- І9В5 г.); на 2 семинаре КАЛГ по метеорологическим эффектам в ионосфере (Болгария, София, І9Б5 г.); на ХУ Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Алма-Ата, 1987 г.); на 2 Всесотаном совещании ссеєтских участников
- 8 -программы W АЬЬ(пСС1-к_КуЛЬ) j egg г,); кз Всесоюзном симпозиуме "Геофизические аспекту переноса примесей в верхней атмосфере" (Обнинск, 1990 г.); на УШ Лежведсыствекном семинаре по ионосферному -'скитерпкгу (Новороссийск, 1991 г.), а также на семинарах Института ионосферы АН РК.
Публикации. Сскоень'є результаты диссертации опубликованы в 19 статьях и защищены двумя авторскими свидетельствами. Материалу диссертация использованы также в научно-исследовательских отчетах по планам АН FK и хоздоговорных работах.
Структура у сеге:,: диссертации. Диссертация состоит из зведення, четырех глав к заключения, содержит Ул страниц машинописного текста, 35 риенка, список цитируемой литературы из I3L наименований; общий объем диссертации /ч?~ страницы.