Содержание к диссертации
Введение
1. Интегральные характеристики E-F] «долины» и их связь с групповым путем 12
1.1. Обзор данных о «долине» и проблемы, связанные с ней 12
1.2. Обоснование метода измерения интегральных характеристик «долины» 21
1.2.1. Выбор параметров «долины» и характеристик отражённого от ионосферы сигнала вертикального зондирования 21
1.2.2. Моделирование отклика в групповом пути на вариации параметров «долины» 23
1.3. Решение обратной задачи вертикального зондирования с определением интегральных характеристик «долины» 33
1.4. Экспериментальная проверка методики измерения интегральных характеристик E-Fj «долины» 41
1.4.1. Описание экспериментальных данных 41
1.4.2. Проверка методики 41
2. Использование метода ВЗ для контроля динамических характеристик «долины» 47
2.1. Контроль динамики интегрального электронного содержания (ИЭС) в «долине» 47
2.2. Определение динамических характеристик E-Fi «долины» методом вертикального зондирования . 62
2.3. Контроль динамики ионного состава в «долине» 68
3. Экспериментальные исследования «долины» 75
3.1. Описание экспериментальных данных 75
3.2. Анализ возможности экспериментальных исследований интегральных параметров дневной E-F і «долины» 77
3.3. Динамика интегральных параметров «долины», полученная по экспериментальным данным 79
Заключение 88
Список использованных источников
- Выбор параметров «долины» и характеристик отражённого от ионосферы сигнала вертикального зондирования
- Решение обратной задачи вертикального зондирования с определением интегральных характеристик «долины»
- Определение динамических характеристик E-Fi «долины» методом вертикального зондирования
- Анализ возможности экспериментальных исследований интегральных параметров дневной E-F і «долины»
Введение к работе
Актуальность работы. До настоящего времени одной из наименее изученных частей ионосферы Земли является область пониженной ионизации между Е и F областями (так называемая Е - F «долина»), расположенная в диапазоне высот 100 - 160 км ночью и 100 - 120 км днем. «Долина» играет определяющую роль в сверхдальнем волноводном распространении радиоволн коротковолнового диапазона. Актуальным является и изучение динамических процессов, вызывающих изменения концентрации составляющих «долину» ионов (в основном NO*, О/). Эти исследования необходимы для контроля изменений концентрации нейтральной компоненты атмосферы - Ж>, играющей важную роль в тепловом и ионизационном балансах нижней термосферы.
Недостаточная изученность "долины" связана, прежде всего, с отсутствием регулярных исследований данной области высот на основе использования наиболее распространенных способов зондирования ионосферы. Для методов импульсного радиозондирования (вертикального, наклонного, возвратно-наклонного) главной проблемой является неоднозначность решения обратной задачи (определения параметров ионосферы по регистрируемым характеристикам радиосигнала). Измерения с помощью ИСЗ не проводятся, так как минимально возможная высота пролета спутников превышает верхнюю границу области высот «долины». Поэтому большая часть информации о высотном распределении электронной концентрации - N(z) и других процессах, происходящих на высотах «долины», получена на основе эпизодических измерений, проводимых в ограниченном числе пунктов с помощью геофизических ракет и установок некогерентного рассеяния радиоволн. Все это определяет актуальность поиска новых способов измерения ионосферных параметров на высотах «долины», которые необходимы как для решения задач по диагностике состояния «долины», так и исследования протекающих в ней процессов. Метод вертикального зондирования (ВЗ), является, как известно, наиболее распространенным и относительно недорогим. Однако, существующие методы решения обратной задачи ВЗ направлены, как правило, на получение из ионограмм любого физически реализуемого /^-профиля, который позволил бы с требуемой для радиосвязи точностью рассчитывать характеристики радиосигнала. Получаемый таким образом Л^-профиль может значительно отличаться от реального распределения N(z), что не дает возможности изучения динамических процессов, происходящих на высотах «долины». Таким образом, задача определения новых ионосферных параметров, однозначно связанных со значениями регистрируемых при вертикальном зондировании характеристик радиосигнала и описывающих динамику изменений электронного содержания на данных высотах продолжает оставаться актуальной.
Цель работы. Повышение информативности метода ВЗ в диагностике дневной E-Fi «долины» для исследования динамики характеристик ионосферы, связанных с интегральным электронным содержанием (ИЭС) в данной области высот.
Научная новизна работы определяется новым подходом к решению обратной задачи ВЗ; введением новых интегральных параметров «долины» и полученными впервые результатами исследования динамики их поведения.
Теоретическая и практическая ценность работы состоит в том, что её результаты можно использовать как для организации исследований дневной E-Fi «долины» и динамики ее интегральных характеристик на основе регулярных измерений, проводимых на мировой сети ионосферных станций, так и для коррекции ионосферных моделей по данным метода ВЗ.
Личный вклад соискателя. По материалам диссертации опубликовано в Казахстанских, Российских и международных изданиях 8 работ, выполненных при равном вкладе соавторов. Все положения диссертации, касающиеся технических возможностей аппаратуры вертикального зондирования, разработаны соискателем. Им проведена обработка результатов модельных и реальных экспериментов и предложен новый подход к решению обратной задачи вертикального зондирования, разработаны алгоритмы и программы по определению интегральных параметров «долины», предложен новый ионосферный параметр определяемый из ионограмм ВЗ и связанный с ИЭС в «долине».
Положения, выносимые на зашиту:
-
Способ решения обратной задачи вертикального зондирования (03 ВЗ) с определением интегральных характеристик Е - Fi «долины».
-
Метод контроля динамики среднего отношения основных компонент ионного состава в дневной «долине» по данным ВЗ.
-
Результаты экспериментальных исследований динамики интегральных характеристик дневной «долины».
Апробация работы. По основным результатам диссертационной работы опубликовано 8 работ в казахстанской, российской и зарубежной печати. Результаты работы представлялись на Международной конференции по физике солнечно-земных связей (Алматы, 1994 г.), Международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики, посвященный 60-летию регулярных ионосферных исследований в России" (Томск, 1996 г.), на совещании Joint COST/IRI Workshop "New Developments in Ionospheric Modelling and Prediction". (Institute of
Atmospheric Physics, Kuhlungsborn, Germany, 1997), научных семинарах Института ионосферы МН-АН РК.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и приложения. Диссертация содержит 133 страницы машинописного текста, 26 иллюстраций, 8 таблиц, 74 ссылки на использованные источники.
Выбор параметров «долины» и характеристик отражённого от ионосферы сигнала вертикального зондирования
Межслоевая «долина» (область высот ионосферы, лежащая между Е и F областями) изучена значительно меньше регулярных ионосферных слоев, параметры которых широко прогнозируются на эмпирической основе. Исследование характеристик «долины» имеет важное значение, как для теории образования ионосферы, так и для решения практических задач сверхдальнего распространения радиоволн.
Сложность определения этих характеристик по ионограммам вертикального зондирования (ВЗ) служит существенным ограничением в построении глобальных ионосферных моделей. Существенные трудности возникают при трансформации ионограмм в Л -профили, так как необходимо не только построить зависимость электронной концентрации от высоты в «долине», но и учесть её влияние на действующие высоты области F.
«Долина» играет важную роль в сверхдальнем волноводном распространении радиоволн. Известно, что волна, распространяющаяся в ионосферном волновом канале (например, в области высот между Е и F слоями), обладает особым преимуществом: она не опускается в сильно поглощающие слои ионосферы. Поэтому даже в дневное время поглощение таких волн не велико. В связи с этим весьма важен вопрос о возможности захвата радиоволн, посылаемых с Земли, в ионосферный волновой канал, что и определяет практическую значимость как исследования характеристик «долины», так и разработки методов диагностики её состояния. [2 - 4]
Хотя для таких характеристик ионосферного распространения радиоволн как время распространения, величина скачка, углы прихода радиоволны ошибки, связанные с не учетом влияния «долины», невелики в широком диапазоне частот и дальностей и не превышают в большинстве случаев 10% , однако, и при расчетах этих характеристик учёт влияния «долины» является фактором, увеличивающим точностные параметры методов расчета [5-7].
Объяснение причин образования максимума электронной концентрации в слое Е и наблюдаемого на больших высотах понижения Ne («долина») при низком положении Солнца над горизонтом было дано в [8]. Скорость новообразования различна для разных высот и во многом определяется спектром солнечного излучения, в котором в области длин волн 4 - 10 нм наблюдается характерный максимум излучения, а в сравнительно широкой области спектра 12 - 18 нм - "провал", или минимум интенсивности излучения. Сравнительно жесткое излучение в области спектра 4 -10 нм поглощается в основном на высотах максимума слоя Е, что и вызывает более высокое значение Ne по сравнению с соседней, расположенной выше областью высот, где поглощается область спектра 12-18 нм. Таким образом, Л -профиль в какой то степени в сглаженном виде представляет отражение спектра ионизирующего излучения Солнца.
Кроме этого как на сам факт образования максимума электронной концентрации (слоя Е), так и на значения высот слоя Е и «долины» существенно влияет наличие на высотах -ПО км максимума относительного содержания возбуждённых ионов NO+, что приводит к минимуму на этих высотах величины эффективного коэффициента рекомбинации [9-11].
Особенностью области высот «долины» является и то, что именно здесь область преобладания молекулярных ионов очень резко сменяется областью преобладания атомных ионов [12]. Хотя экспериментальные измерения ионного состава в области Е проводятся на ракетах и носят поэтому лишь эпизодический характер, они позволили установить основные закономерности его поведения [13].
Основными ионами в области Е являются [NO+] и /02+У- До высоты максимума слоя Е ионы [0+], [N2+J, [N+J составляют не более 1%. Выше максимума концентрации (в области высот «долины») концентрации [0+] становятся заметными, но все равно их доля редко превышает 5%. Соотношение между основными ионами [NO+] I [02+] изменяются приблизительно от 0,1 до 10, причём относительное количество ионов NO+ возрастает при увеличении зенитного угла Солнца. Отношение [NO+] I [02+] является индикатором очень важной нейтральной компоненты - окиси азота NO [14], что определяет значимость исследований долины как в аэрономическом аспекте, так и в аспекте физики солнечно-земных связей. Именно поэтому исследованию данного параметра ионного состава на высотах долины в литературе уделено много внимания. До недавнего времени считалось, что отношение ([NO+]/[02+]) xNe на высотах долины ПО и 120 км при зенитных углах от 0 0 с 0 до 90 остаётся постоянным и равным 1,8 х Ю-5 и 2,2 х 10- соответственно. Эта экспериментально обнаруженная закономерность позволяет отслеживать динамику изменения ионного состава по измерениям электронного содержания на высотах долины. В работе [15] показано, что данная закономерность выполняется не всегда, однако экспериментальные данные, на основании которых сделан такой вывод, получены в основном для возмущенных условий высокоширотной ионосферы. Для спокойной среднеширотной ионосферы учитывая обратную зависимость изменения Ne и ([NO+J/[02+J) от зенитного угла Солнца выражение ([МО+]/[02+]) xNe « const можно считать выполнимым. Анализ ракетных измерений ионного состава за три последних десятилетия позволил авторам [16] сделать вывод, что наблюдается систематическое уменьшение отношения [NO+]/[02+] в области Е, что определяет важность проведения контроля динамики ионного состава «долины» с экологической точки зрения.
Исследование «долины» на основе теоретического моделирования иони-зационно-рекомбинационных процессов, формирующих N(h) -профили, является весьма сложной задачей. В последнее время развиваются методы построения профиля электронной концентрации в «долине» на основе фотохимической схемы с определением распределения основных ионов NO+ и 02+ далее, исходя из условия квазинейтральности Ne NO++0+ определяется N(h) -профиль [17], однако большее распространение получили эмпирические модели данной области ионосферы, построенные по результатам измерений ионосферных параметров различными методами [12, 18-33]. К таким методам относятся прямые ракетные измерения как с помощью малых геофизических ракет, так и с использованием искусственных спутников Земли, метод некогерентного рассеяния радиоволн (HP) [34], а также совместные измерения методом вертикального зондирования (ВЗ) с привлечением данных о полном электронном содержании в столбе [35], метода резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях плазмы (РР), методом частичных отражений (40) и др. [36, 37]. Отметим, что по мнению авторов [38] метод диагностики ионосферы и атмосферы на высотах области Е при помощи искусственных периодических неоднородностей на высотах 90 - 130 км по информативности может сравниться с исследованиями при помощи метеорологических ракет, а по регулярности проведения исследований и их стоимости на несколько порядков превзойти их. Однако, реализация данного метода исследований требует достаточно сложной экспериментальной установки и может быть осуществлена в настоящее время лишь на нагревном комплексе НИРФИ (Нижний Новгород) и исследовательском комплексе HISCAT (Тромсё), что не решает задачи глобального мониторинга данной области высот. Существуют теоретические работы, обосновывающие возможность диагностики «долины» по уширению зондирующего импульса длительностью порядка десятков и более микросекунд при волно-водном распространении радиоволны [39], однако они не получили практического подтверждения.
Решение обратной задачи вертикального зондирования с определением интегральных характеристик «долины»
Вариации во времени параметров дневной среднеширотной «долины» на качественном уровне приведены в разделе I. Там же даны некоторые количественные оценки таких вариаций, полученные по эмпирической модели IRI-86. Целью дальнейшей работы являлась проверка возможности контроля временных изменений ИЭС в «долине» по ионограммам ВЗ на основе предлагаемой методики обработки ионограмм. При этом использовались N(h)-профили, распределение Ne в которых отличалось от "идеального" (то есть соответствующего (7), (8), (9)). Расчеты выполнялись по Международной справочной модели ионосферы IRI-95 [33].
Как известно, модель IRI создавалась на основе эмпирической информации об ионосфере, полученной разными методами. В ходе своей работы отдельные исследователи, входящие в рабочую группу IRI, пользовались разными экспериментальными данными и предложили различные варианты распределения NE ДЛЯ интервала высот «долины». Окончательного решения по применимости того или иного варианта модели для описания электронной концентрации в «долине» до настоящего времени не принято и поэтому в расчетах использовались два из них. Вариант стандартного для IRI - 95 распределения Ne, и вариант с LAYER - коэффициентами, считающийся, по мнению большинства членов рабочей группы IRI наиболее предпочтительным для описания Ne в «долине». Для сравнения 7У(7 -профилей, получаемых по модели IRI-95 при расчетах по тому и другому вариантам на рисунке 11 приведены соответствующие результаты расчетов (координаты Алматы, 22 июня, 12 LT, W= 100)
Как видно из рисунка различия между полученными профилями весьма существенны как по глубине и ширине «долины», так и по положению высоты минимума электронной концентрации.
По модельным Л -профилям, вычисленным для различных гео- и ге-лиофизических условий, были рассчитаны ионограммы ВЗ, по которым определялось значение параметра К. Поскольку модель IRI-95 не является симметричной относительно полудня (как в случае расчетов по модели IRI-86) то расчет ионограмм ВЗ проводился для всего дневного времени суток с интервалом в 1 час. Результаты расчета ионограмм по стандартному варианту модели IRI - 90 представлены в таблице А2 приложения. Там же приведены параметры модели, характеризующие область межслоевой ионизации.
Обозначения в таблице: foE - критическая частота обыкновенной компоненты области Е, ґм - частота, соответствующая электронной концентрации в минимуме «долины», h - диапазон высот «долины», fR - выбранные рабочие частоты, h (і) - действующие высоты отражения сигнала для выбранных рабочих частот, h (ІЕ) - действующие высоты, соответствующие групповому пути до высоты максимума Е области на выбранных рабочих частотах, Ah - действующая высота, соответствующая групповому пути в «долине» и основании области Fi на выбранных рабочих частотах. Далее по полученным значениям действующих высот на ниспадающих участках ионограмм была рассчитана динамика во времени параметра К, по значениям которого вычислены значения AI и Ncp для значений /м представленных в таблице А2 приложения. Полученные значения приведены на рисунке 12. (Обозначены ). Там же представлены зависимости указанных параметров, полученные непосредственным интегрированием модельных значений электронной концентрации в долине (сплошные линии). Как видно из рисунка (и подтверждено соответствующими расчетами) расхождения в значениях параметров, определенных двумя методами, не превышают 5%.
В таблице A3 приложения представлены результаты расчета ионограмм по варианту IRI-95 с использованием LAYER коэффициентов. Формат таблицы аналогичен формату таблицы А2. Зависимости, отражающие динамику интегральных характеристик области межслоевой ионизации при таком задании долины представлены на рисунке 13. Полученные в этом случае расхождения между значениями К, ЛІ и Ncp определенными по предлагаемой методике и непосредственным интегрированием модельных профилей большие, чем в случае стандартной модели, однако не превышают 10-15%.
Сравнивая данные, представленные на рисунках 12 и 13 отметим, что в случае варианта модели с LAYER -коэффициентами значения параметра К значительно превышают аналогичные данные, полученные по стандартному варианту модели. Если для стандартной IRI-95 максимальное значение К = 0.3 х 10 эл/см , то для второго варианта модели возможны значения К= 0.2 -0.3 х 1013 эл/см2.
Сравнение особенностей дневных ходов исследуемых интегральных характеристик «долины» показывает большое как качественное, так и количественное подобие в ходе Ncp. Дневной ход других характеристик имеет значительные отличия. Однако, при любом варианте задания профиля электронной концентрации, полученные по предлагаемой методике параметры интегральных характеристик «долины», качественно правильно отражают динамические процессы, происходящие в данной области высот.
Определение динамических характеристик E-Fi «долины» методом вертикального зондирования
Основные результаты проводившихся ранее исследований поведения ионного состава ионосферы в области E-Fj долины описаны в разделе 1. Отметим еще раз, что основными ионами в области Е являются NO+ и 02+. До высоты максимума слоя Е ионы 0+, iV/, N составляют не более 1%. Выше максимума концентрации (в области высот долины) концентрации [0+] становятся заметными, но все равно их доля редко превышает 5%. Соотношение между основными ионами [NO+]/[C 2+] в дальнейшем будем обозначать через р+.
Проблема корректного построения распределения основных ионов NO+, О2 в области E-Fi «долины» до сих пор окончательно не решена. Доказательством этого служит, например, тот факт, что в последней версии Международной справочной модели ионосферы (IRI-95) [33] для описания распределения ионов в области высот «долины» предложено несколько вариантов, имеющих качественные различия распределения ионов с высотой (в одном случае [NO+J [02+J, в другом - [NO+] [02+]). Решение данной проблемы, как уже отмечалось, важно и для адекватного определения Ne в области долины, исходя из условия квазинейтральности ионосферы. Например, в [17], где проводились расчёты по определению Ne на основе фотохимиче + + ской схемы определения N0 , 02 из модели нейтральной атмосферы MSIS, показано, что расхождения между расчётными и экспериментальными данными, полученными методом некогерентного рассеяния, могут достигать 30%. Для устранения такого отличия необходимо вносить изменения, как в плотность нейтрального состава, так и в интенсивность ультрафиолетового излучения, одного из основных ионизирующих факторов при образо + + вании N0 , 02 . Ограниченность экспериментальной информации о «долине» (речь идет об измеряемых в ракетных экспериментах величинах Ne, р+ и связующего параметра Ne(p+) оставляет актуальным поиск путей осуществления мониторинга данной области ионосферных высот, в первую очередь с помощью наиболее распространенного метода ВЗ. Но поскольку из-за многозначности решения 03 ВЗ Ne не определяется, то необходимо выявление других характеристик, однозначно определяемых из ионограмм ВЗ, связанных каким-либо образом с Ne и далее с q? через соответствующий связующий параметр.
Согласно результатам работ [11, 13] для спокойных условий среднеши-ротной ионосферы поведение связующего параметра Ne(p+ на высотах ПО и 120 км слабо меняется с изменением зенитного угла Солнца % в пределах 0-90 (или в течение дня). Это дало основание авторам положить
На рис 18. представлены зависимости # +,Д +і2, где і - время (LT), вычисленные непосредственно из модели IRI-95 для координат Алма-Аты и дат - 22 марта, 22 июня, 22 декабря. Число Вольфа JF=20. Варианты модели - рекомендованный URSI, а также вариант с распределением ионов по Да-нилову-Ячникову ("теоретические" зависимости). Кроме этого представлены "экспериментальные" зависимости, вычисленные по значениям Ncp по (25). При этом использовалась описанная выше методика обработки "экспериментальных" ионограмм в окрестности долины, рассчитанных по соответствующим модельным Ы(Ь)-профилям. Для сентября характер поведения распределения p+i/ p+n подобен мартовскому. Для декабря расчёт p+j/ p+n по варианту Данилова-Ячникова не представлен, поскольку ф+ по этому варианту модели не уменьшается, а растёт с увеличением зенитного угла Солнца и, следовательно, условие (22) неприменимо. Для декабря "экспериментальные" значения- 1,fq +и, превышают "теоретические", рассчитанные по варианту, рекомендованному URSI, в отличии от других месяцев. Это объясняется тем, что согласно модели IRI-95 для декабря имеет место рост Ncp p+ от утра к полудню, в то время как для других месяцев -спад. Различия, как и следует ожидать, максимальны в утренние часы ( 10%) и уменьшаются к полудню. Отличие в расположении "экспериментальных" кривых относительно рекомендованного варианта и варианта Данилова-Ячникова для марта, июня объясняются разными знаками градиента Ncpq + для обоих вариантов (в июне для обоих вариантов он отрицателен, в марте - для рекомендованного URSI варианта отрицателен, а для варианта Данилова-Ячникова положителен). Как показали расчеты для других значений FT картина поведения 0 +,/V"i2 не меняется.
Поскольку рассмотрена динамическая картина поведения относительной величины p+,/(p+j, то проведение оценок в пользу какого-либо из представленных в IRI-95 вариантов распределения ионов в долине затруднительно. Зависимости p+i/ p+n , полученные по (25) на основе данных модели ионосферы IRI-95. Оценка динамики p+if(p+j с использованием интегральной характеристики К апробировалась на ионосферной модели IRI-86. Расчёты, как и в первом случае, проводились для координат Алматы (43 СШ, 76 ВД) при различных условиях, характеризуемых местным временем LT, сезоном и уровнем солнечной активности. На рисунке 19. представлены результаты этих расчётов, демонстрирующие динамическую картину поведения в течение первой половины дня для марта, июня, сентября и декабря величины i=t час LT, вычисленных непосредственно по модели ("истинных") и определённых по (29). Добавим, что значения p+i/ p+j, вычисленные по (29) близки по величине к соответствующим значениям, вычисленным по (27). Для других W результаты практически аналогичны, что естественно, так как в данной модели ионосферы поведение (р+ слабо зависит от вариаций солнечной активности. Для второй половины дня динамическая картина поведения (р\ / р12 будет симметрична представленной относительно полудня.
Менее точную, но простую оценку динамики дневного поведения величины (р+іІФ+j для спокойных условий, можно проводить и по динамике поведения NE исходя из выражения вследствие не очень существенного отличия сомножителей N /N в правых EJ Ei частях (28), (29) от 1. Это видно из соответствующей зависимости л/ 7-от времени на рисунке 19.
Выводы. Таким образом, представленные расчёты показывают возможность построения динамической картины поведения интегрального отношения q + в области дневной Е - \ долины при проведении её мониторинга методом ВЗ. При построении Ne в области долины на основе фотохимической схемы, исходя из условий квазинейтральности Ne = [N(f] + [02+], оценки поведения средних величин p+il(p+j, определенных из ионограмм ВЗ могут быть использованы для проверки правильности получаемого распределения Ne и его динамики. При этом, поскольку ионы 0+ распределены в основном в верхней части долины, то вкладом среднего значения 0+ , определяемого аналогично Ncp можно пренебречь. Исходя из этого, изучение динамики поведения р+ может оказаться полезным как при исследовании процессов ионообразования, так и для повышения точностных характеристик ионосферных моделей в области высот «долины».
Анализ возможности экспериментальных исследований интегральных параметров дневной E-F і «долины»
В работе предложен новый подход к обработке ионограмм вертикального зондирования ионосферы с целью получения методом ВЗ информации о динамике интегральных параметров, связанных с интегральным электронным содержанием в области пониженной электронной концентрации между Е и F! областями ионосферы (Е - Fj «долины»). В результате моделирования эксперимента по ВЗ с использованием эмпирической модели ионосферы IRI доказана возможность диагностики интегрального состояния E-Fi «долины», получившая подтверждение в ходе экспериментальной проверки по ионограм-мам банка ионосферных данных и данным комплексного наземно-космического эксперимента. Основными результатами работы можно считать следующее:
1. Разработаны требования к техническим средствам зондирования ионосферы необходимым для проведения исследований «долины» Показано, что для невозмущенной ионосферы, описанной моделью IRI при соблюдении данных требований к проведению эксперимента возможно измерение интегральных характеристик «долины» в 97,5 % случаев от общего числа рассчитанных для дневных условий ВЧХ. Если эксперимент и первичная обработка ионограмм выполнены по действующим в настоящее время стандартам UR.SI, то регистрация параметров «долины» возможно для 46,9% случаев.
2. Решена обратная задача ВЗ по диагностике интегрального состояния долины, в результате применения которой определен новый ионосферный параметр представляющий собой отношение «прозрачности долины» к её относительной глубине. Данный параметр может служить индикатором интегрального состояния «долины» на момент измерения ионограммы, а его динамика отражает изменчивость данной области высот ионосферы во времени и позволяет контролировать процессы в «долине» на основе ионосферных данных, полученных методом ВЗ.
3. Проведена проверка предложенной методики: по ионограммам, рассчитанным из экспериментальных профилей электронной концентрации, измеренных методом некогерентного рассеяния; по данным комплексного наземно-космического эксперимента, заклю чавшегося в запусках геофизических ракет, проводивших измерения высот ного профиля электронной концентрации, и одновременном ВЗ ионосферы в пункте запуска ракет. Проверка показала, что определяемые по ионограммам ВЗ значения параметра К отличаются от значений этого параметра, вычисленных по соответствующим (известным из эксперимента) N(z) -профилям не более чем на 20%. Это подтверждает возможность определения параметра К по ионограммам ВЗ с указанной точностью.
4. Определена область практического применения предложенных инте гральных характеристик «долины» в ионосферных исследованиях. При этом: показана возможность контроля динамики характеристик, связанных с ИЭС в «долине». Получены зависимости К и Ncp от времени, определенные непосредственным интегрированием модельных профилей электронной концентрации и вычислением данных параметров из соответствующих ионограмм ВЗ. Показано, что определенные из ионограмм временные зависимости К и Ncp достаточно корректно описывают динамические процессы в ИЭС «долины», заложенные в модели; описан способ определения динамических характеристик f м, гд, определяющих изменчивость во времени локальных параметров «долины»: fM (значения плазменной частоты в минимуме) и гд (высоты верхнего уровня). Показано, что при наличии технической возможности измерения не только группового пути Р, но и доплеровского сдвига частоты возможно оценить динамику указанных параметров; предложен способ построения по ионограммам ВЗ динамической картины поведения на высотах «долины» среднего интегрального значения отношения ([NO+]/[02+]). Разработаны методики построения зависимости этого параметра от времени как с использованием К, так и среднего значения интегрального электронного содержания в долине - Ncp.
5. Экспериментально подтверждены результаты, полученные при модели ровании эксперимента по ВЗ. В частности, в результате проведенного по ио нограммам БИД анализа возможности исследований интегральных парамет ров «долины», подтверждено, что при использовании в эксперименте иссле довательского ионозонда начальный участок Fi- области ионосферы, наибо лее информативный для диагностики «долины» регистрируется в 98,6% слу чаев (согласно модельным расчетам - 97.5%). В случае обработки ионограмм по стандартам URSI процент пригодных для обработки ионограмм: по экспериментальным данным - 37.4%, по модельным - 46.9%. Это различие определяется главным образом наличием на экспериментальных ионограммах неучтенного моделью спорадического экранирующего слоя Es и не мешает считать полученные результаты достаточно согласованными.
6. Получены временные зависимости интегральных параметров К и Ncp определенные из экспериментальных ионограмм. Представленная на них динамика К и Ncp не противоречит существующим представлениям о динамических процессах, протекающих в ионосферной плазме на высотах «долины». Так максимальные значения параметра К в околополуденное время объясняется известным фактом уменьшения к полудню глубины «долины». Возрастание диапазона дневных изменений в значениях К и Ncp зарегистрированное с ростом активности Солнца, можно объяснить общей тенденцией к увеличению с ростом солнечной активности суточных вариаций большинства ионосферных параметров. Вместе с тем, полученные по экспериментальным данным зависимости К и Ncp имеют более сложный характер, чем аналогичные зависимости, полученные по моделям ионосферы, что подтверждает возможность организации исследований возмущенной ионосферы.
Таким образом, отказ от попыток определить по ионограмме ВЗ локальные параметры «долины» и разработка методики определения интегральных характеристик электронного содержания, однозначно связанных с измеряемыми значениями отраженного от ионосферы сигнала ВЗ позволила обосновать возможность проведения исследований динамических процессов, протекающих на высотах «долины» используя наиболее распространенный и относительно недорогой метод вертикального зондирования. Апробация предложенного способа решения обратной задачи вертикального зондирования с использованием ионограмм из банка ионосферных данных, созданного в Институте ионосферы, показала возможность построения динамической картины поведения интегральных характеристик E-Fi «долины» при различных ге-лиофизических условиях.
По результатам, полученным в диссертации, возможна организация дальнейших экспериментальных работ по определению динамики интегральных параметров «долины», а также разработка рекомендаций по изменению стандарта по обработке ионограмм используемого в Международной сети ионосферных станций.
