Содержание к диссертации
Список таблиц 5
Список рисунков 6
Список обозначений и сокращений 11
Введение 15
1. Перемещающиеся ионосферные возмущения и радиофизические методы их исследования 23
1.1. Основные характеристики перемещающихся ионосферных возмущений 23
1.1.1. Классификация перемещающихся ионосферных возмущений 24
1.1.2. Перемещающиеся ионосферные возмущения типа волновых пакетов и уединенных волн 1.2. Классические радиофизические методы исследования перемещающихся ионосферных возмущений 30
1.3. Определение параметров перемещающихся ионосферных возмущений по данным GPS 1.3.1. Общие сведения о спутниковой радионавигационной системе GPS. Глобальная сеть двухчастотных приемников GPS 35
1.3.2. Получение по Internet данных сети приемников GPS и сети магнитовариациопных станций INTERMAGNET 38
1.3.3. Определение полного электронного содержания по измерениям разности фаз L1-L2 на двух частотах GPS
1.3.4. Полное электронное содержание и (локальные) неоднородности электронной концентрации 47
1.3.5. Глобальные карты абсолютного значения «вертикального» полного электронного содержания 57
1.3.6. Автоматизированный программный комплекс глобального GPS-детектора ионосферных возмущений естественного и техногенного происхождения GLOBDET 60
1.4. Обсуждение 65
Определение параметров перемещающихся ионосферных возмущений на основе пространственно-временной обработки сигналов GPS 67
2.1. Определение вариаций полного электронного содержания по данным фазовых измерений L1 и псевдодальности С1 на основной частоте GPS 67
2.2. Определение динамических характеристик перемещающихся ионосферных возмущений с использованием GPS-решеток 74
2.3. Определение динамических характеристик ПИВ по данным измерений ПЭС на одной станции GPS 91
2.4. Выводы 96
Определение динамических характеристик перемещающихся волновых пакетов 97
3.1. Перемещающиеся волновые пакеты, зарегистрированные 15 июля 2001 г. в Австралии 97
3.1.1. Общие сведения о событии 97
3.1.2. Динамические характеристики перемещающихся волновых пакетов, определенные по задержкам огибающих ПВП на разнесенных станциях GPS 103
3.1.3. Динамические характеристики перемещающихся волновых пакетов, определенные по данным ПЭС на одной станции GPS 106
3.1.4. Обсуждение 108 3.2. Селектирование узкополосных колебаний 111
3.3. Морфология узкополосных колебаний 118
3.4. Определение динамических и структурных характеристик перемещающихся волновых пакетов на примере события 18 октября 2001 г. в Калифорнии, США 127
3.4.1. Общие сведения о событии 127
3.4.2. Динамические характеристики перемещающихся волновых пакетов, полученные с применением метода разнесенного приема SADM-GPS 134
3.4.3. Фазовая структура пакета и определение скорости и направления распространения перемещающихся волновых пакетов методом COPHASE 149
3.5. Обсуждение и выводы 155
4. Определение параметров крупномасштабных перемещающихся L ионосферных возмущений типа уединенных волн 160
4.1. Пространственно-временные характеристики крупномасштабных уединенных волн во время магнитных бурь 29-31 октября 2003 г 160
4.1.1. Общие сведения о магнитных бурях 160
4.1.2. Событие 30 октября 2003 г, в Северной Америке 161
4.1.3. Событие 29 октября 2003 г. в Европе 181
4.1.4. Событие 29 октября 2003 г. в восточно-азиатском регионе.. 188
4.2. Выводы 195
Заключение 199
Благодарности 201
Библиография 202
Список таблиц
2.1. Сравнение числа рядов ПЭС, полученных двухчастотным и одночастотным методами 74
3.1. Географические координаты станций GPS, данные которых использовались при детектировании ПИВ, зарегистрированного 15 июля 2001 г. в Австралии 100
3.2. Количество дней, данные которых использовались в обработке в зависимости от уровня геомагнитной активности 118
3.3. Общие сведения по магнитным бурям 1
4.1. Динамические параметры возмущения, зарегистрированного 30 октября 2003 г. в Северной Америке 167
4.2. Координаты GPS-станций и время регистрации максимума вариаций ПЭС 191
4.3. Скорость и направление перемещения КМ ПИВ, рассчитанные по задержкам вариаций ПЭС на разнесенных станциях GPS 192
Введение к работе
Исследование структуры и динамики перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) квазиволнового типа является актуальной задачей физики атмосферы Земли и радиофизики, поскольку эти возмущения являются проявлением атмосферных акустико-гравитационных волн (АГВ), дающих существенный вклад в общую динамику и энергетику верхней атмосферы [55, 174]. Прикладной радиофизический аспект обусловлен влиянием ПИВ на распространение радиоволн в широком диапазоне длин волн (от сотен метров до десятков сантиметров), используемых в радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии [7].
Наблюдаемая картина возмущений электронной концентрации является результатом интерференции ПИВ от различных источников, что затрудняет их изучение. Поэтому для получения достоверной информации о динамике АГВ необходим анализ выделяющихся над фоном интенсивных ПИВ, характеризующихся простыми формами во временной или спектральной областях. К таким квазиволновым ионосферным возмущениям относятся локализованные в пространстве среднемасштабные возмущения типа волновых пакетов и крупномасштабные ПИВ (КМ ПИВ) типа уединенных волн.
В теоретических работах ранее предсказывалось существование волновых пакетов [154] и уединенных волн [67, 76] в атмосфере. Экспериментальных сведений по этим объектам очень мало. Только в работе [269] по данным измерений доплеровского смещения частоты отраженного от ионосферы KB радиосигнала было отмечено существование редких ограниченных во времени узкополосных колебаний, которые были интерпретированы как отклики на возмущения типа волновых пакетов. Единственный случай регистрации возмущения типа уединенной волны по данным измерений на ионозондах был описан в работе [44]. Однако плотности сети ионозондов и их временного разрешения оказалось недостаточно для достоверного определения основных параметров возмущения. Таким образом, до сих пор не было получено прямого экспериментального доказательства существования таких замечательных объектов, как волновые пакеты и уединенные волны. В значительной степени это связано с низким пространственно-временным разрешением существовавших ранее средств зондирования атмосферы и ионосферы.
Новые возможности в дистанционной диагностике ионосферы открываются с использованием международной глобальной наземной сети двухчастотных приемников навигационной системы GPS, насчитывающей к началу 2005 г. более 2500 пунктов, поставляющих данные в Internet. В ИСЗФ СО РАН разрабатываются методы и программный комплекс глобального детектирования и мониторинга ионосферных возмущений GLOBDET естественного и техногенного происхождения по данным измерений вариаций полного электронного содержания (ПЭС), производимых в системе GPS [89]. Этот комплекс отличается от ранее известных средств радиозондирования ионосферы непрерывностью наблюдений, высокой чувствительностью и пространственно-временным разрешением. GPS-детектор является важным дополнением к классическим средствам радиозондирования ионосферы: ионозондам, KB радарам возвратно-наклонного зондирования SuperDARN, радарам некогерентного рассеяния (HP) и т.д. [236]. Однако для реализации потенциальных возможностей GPS-радиозондирования ионосферы в исследованиях квазиволновых ионосферных возмущений необходима разработка и тестирование соответствующих методов пространственно-временной обработки данных.
Термин "волновые пакеты", используемый в работах [154, 269], в настоящей диссертации был расширен до понятия «перемещающиеся волновые пакеты (ПВП)", которое лучше отражает не только временные, но и пространственные характеристики этого явления. Во временной области более подходящим является широко используемый в радиофизике термин «узкополосные колебания» (УПК) [36]. Вслед за авторами [44, 67] в диссертации используется термин «уединенная волна», несмотря на то, что соотнесение наблюдаемых в эксперименте вариаций параметров среды с соответствующими математическими моделями крайне затруднено и неоднозначно.
