Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение особенностей взаимодействия мощного радиоизлучения с плазмой является одной из важнейших задач физики плазмы сегодняшнего дня. Важным этапом в исследованиях этой проблемы явились эксперименты по воздействию мощным радиоизлучением на F-слоії ионосферы, осуществленные в семидесятых годах в США и СССР. В этих экспериментах был обнаружен ряд новых явлений, связанных с генерацией интенсивных мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородно стей (ШШН), Генерация МІШІ! сопровождается аномальным ослаблением (АО) самой полны накачки (ПН) и вызывает интенсивное ракурсное рассеяние радиоволн KB и УКВ диапазонов, что привело к использованию последних для диагностики свойств мелкомасштабной искусственной ионосферной турбулентности (МИИТ). Другим направлением и проведении активных экспериментов по воздействию на ионосферную плазму является исследование явлений, связанных с возбуждением ленгмюровской к ионно-зпукочой плазменной турбулентности, вызывающей развитие эффекта стрикцнон-ного самовоздействия (ССВ) мощной радиоволны вблизи уровня ее отражения. Изучение свойств плазменной турбулентности активно проводится с использованием метода некогерентного рассеяния радиоволн.
В 1981 г. в экспериментах по модификации ионосферной плазмы мощным радиоизлучением было обнаружено искусственное радиоизлучение ионосферы (ПРИ). Предпринятые широкомасштабные измерения его динамических и спектральных характеристик, позволили выделить п спектре излучения отдельные его компоненты. Исследования свойств и механизмов генерации излучения выявили определяющее влияние низкочастотной и высокочастотной искусственной плазменной турбулентности на процесс его формирования.
Исследуемый в диссертации круг вопросов является частью интенсивно проводимых п России, США и Европе экспериментальных работ пи изучению свойств искусственной турбулентности F-области ионосферы. В диссертации всесторонне проналиэированы проведенные автором экспериментальные исследования эффекта ССВ ВН, эволюции спектра МНИТ, свойств ПРИ в зависимости от параметре воздействия и состояния ионосферной плазмы. Это позволило провести систематизацию большого обійми экспериментальных данных, полученных с помощью различных методой диагностики возмущенной ионосферной плазмы, н стимулировало разработку моделей эволюции спектра МИІП1 н ПРИ.
Пслью диссертационной работы янляегої экспериментальное но ледо-нание нличшм параметров воздействия (н нервую оіеріді. -- ча<го7П
11H, ее мощности и режимов излучении), а также состояния ионосферной плазмы на процессы формирования в возмущенной F-областн ионосферы как низкочастотной МНИТ, так и высокочастотной плазменной турбулентности (ВИТ). Исследование проводится на основе анализа данных измерений характеристик эффекта ССВ ВІ1, эволюции спектра МИШІ, а также динамики различных спектральных комиоиент-ИРП, полученных с использованием различных методов диагностики инициируемых мощной радиоволной исусственных возмущений ионосферной плазмы.
Научная новизна работы заключается в следующем. Использование широкого диапазона частот воздействия в экспериментах по модификации ионосферной плазмы с помощью мощного радиоизлучения позволило провести исследования искусственной ионосферной турбулентности (ИПТ) практически на всем высотном протяжении F-области ионосферы и выявить существенное изменение свойств возмущенной плазмы и характеристик нелинейных эффектов в зависимости от частоты 1111 и состояния ионосферы.
Комплексный подход к исследованиям особенностей формирования ПИТ с использованием различных методов ее диагностики позволил но результатам различных измерений разработать модели эволюции спектра МИИТ и ПРИ. На их основе показана возможность практического использования результатов измерений ИРИ как вполне самостоятельного метода исследований свойств низкочастотной и высокочастотной искусственной турбулентности ионосферной плазмы.
Практическая ценность. По данным измерений характеристик МИНН составлена эмпирическая модель оволюцки их спектра, которая была апробирована при численном моделировании динамики широкополосной компоненты ИРИ, позволившего выявить хорошее соответствие данных эксперимента и теоретических расчетов. Сопоставление эволюции излучения с результатами численного моделирования открывает широкие возможности для нового метода диагностики свойств МИИТ с помощью искусственного радиоизлучения.
Разработанная методика экспериментального исследования свойств ИПТ с помощью ИРИ и результаты численных расчетов свидетельствуют о возможности исследования эволюции хюзбуждаемых плазменных волн и измерения некоторых параметров ионосферной плазмы, определяющих декременты их затухания (частоты электронных соударений и температуры плазмы) с помощью искусственного радиоизлучения.
Исследование свойств различных компонент искусственного радиоизлу
чения становится реальным, достаточно простым и оперативным методом
диагностики ИИТ наряду с использованием традиционных, но существенно
Солее трудоемких и не столь оперативных методов ракурсного н некоге
рентного рассеяния радиоволн.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследований зависимости порогов эффекта ССВ ПН от частоты ВН и ионосферных условий, а также влияния развития эффекта ССВ ВН на эффективность генерации и динамику развития "нетеплопой" компоненты ПРИ.
-
Обнаружение роста интенсивности метровых (Ц < 6...10 м) неодно-родностей н уменьшения показателя степени р спектра МІІИІІ (на 1 — 1.5) при уменьшении частоты ВН от G до 3 МГц.
-
Результаты исследований влияния эволюции спектра МИНН и состоянии ионосферной плазмы на свойства различных компонент ПРИ, в том ч-челе:
) обнаружении резкого изменения характеристик диагностического -ги переходе от номных к дневным и,от диезных к ночным условиям обрапитпич чопиеферы;
б) результаты сопоставления экспериментальных данных с численным
моделированием генерации ПРИ, проведенным на основе эмпирической мо
дели оио.гющіїї МИИН;
в) определение возможностей использования ПРИ для диагностчгн
МНИТ.
і. Методика проведений измерений характеристик развития и релаксант! ВИТ с помощью ПРИ на различных стадиях взаимодействия ВН с ионосферной плазмой. Обнаружение существования времени задержки начала релаксации ПРИ п измерениях вдали от гармоник гнрочастоты электронов, а также резкого уменьшения характерных времен релаксации излучения при приближении частоты ВЦ к гармоникам гнрочастоты электронов.
5. Теоретическая модель процесса релаксации ПРИ для его широкополосной компоненты, объясняющая существование стадии временной задержки начала релаксации нелинейной перекачкой энергии ВПТ по ее спектру, а экспоненциальный характер релаксации излучения — затуханием плазменных волн.
Личный вклад автора в проведенные исследования выразился в следую--щем. В части проведения экспериментальных исследований при его непосредственном участии были выполнены все основные измерения, результаты которых вынесены на защиту. Обработка и интерпретация данных измерений при исследовании эффекта ССВ ВН, свойств МПНН и ПРИ, как нразило, проводилась совместно с научным руководителем В. Л. Фроловым. Сопоставление эволюции искусственного радиоизлучения с моделью генерации его широкополосной компоненты, предложенной С. М. Грачом, проводилось на основе эмпирической модели эволюции спектра МИИН, со-
ставленной при участии автора с использованием пакета программ, разработанных М. М. Шварцем. Все реаультагы исследований свойств ВПТ с помощью ИРИ, вошедшие в I н IV разделы диссертации, получены лично автором.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Суздальских симпозиумах URSI по модификации ионосферы мощным радиоизлучением (Суздаль, 1986, 1991); Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн (Алма-Ата, 1987; Ульяновск, 1993); Всесоюзном симпозиуме "Ионосфера, и взаимодействие декаметрових волн с ионосферной плазмой" (Звенигород, 1989); European Geophysical Society, Space and Planetary Science (Grenoble, France, 1994); 30th COSPAR Scientific Assembly (Hamburg, Germany, 1994);, IV Suzdal URSI Symposium on Artificial Modification of the Ionosphere (Uppsala, Sweden, 1994), а также на научных семинарах ИИРФИ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех разделов, Заключения, содержит 134 страницы основного текста, 37 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 114 наименований.
I. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРИКЦИОННОЙ СТАДИИ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЩНОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ С ПЛАЗ
МОЙ F-ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ.
-
Основы теории стрикционной параметрической неустойчивости.
-
Экспериментальное исследование порогов возбуждения эффекта стрнкционною самовоодействня волны накачки
-
Возбуждение высокочастотной плазменной турбулентности и "нетеплойой" компоненты искусственного радиоизлучения ионосферы на начальной стадии воздействия
-
Влияние развитии стрикцноииой параметрической неустойчивости на формирование возмущенной области ионосферы
II. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЛКОМАСШТАБНОЙ ИСКУССТВЕННОЙ ИО-
НОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ [-ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ 2.1.' Основы теории тепловой параметрической неустойчивости.
2.2. Результаты окспернментальных исследований генерации мелко
масштабных искусственных ионосферных 'Неоднородностей в F-
обпасти ионосферы
2.3. Характеристики релаксации мелкомасштабных искусственных на
носферных неоднороднестей в F-области ионосферы
-
Спектральные характеристики мелкомасштабных искусственны? ионосферных неоднородностей в F-областн ионосферы. .....
-
Зависимость стационарной интенсивности мелкомасштабных не
кусственных ионосферных неоднородностей от мощности волнь
накачки
2.6. Зависимость характеристик мелкомасштабной искусственно?
ионосферной турбулентності; от частоты волны накачки
2.7. Эмпирическая модель эволюции спектра мелкомасштабных но
кусственных ионосферных неоднородностей ,
III. СВОЙСТВА ИСКУССТВЕННОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ИОНО
СФЕРЫ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИК!
МЕЛКОМАСШТАБНОЙ ИСКУССТВЕННОЙ ИОНОСФЕРНОЇ
ТУРБУЛЕНТНОСТИ , ....'....... .
-
Спектральные характеристики искусственного раднонзпучен'н) ионосферы
-
Динамические характеристики искусственного радиоизлучения ионосферы. ...;'......
-
Зависимость интенсивности и динамики развития различны: спектральных компонент искусственного радиоизлучения конос феры от мощности волны накачки.
-
Возможности исследования искусственной ионосферной турбулентности с помощью диагностического искусстпеїшого радиоизлучения ионосферы. Методика проведения намерений
-
Экспериментальные результаты исследовании сиойстъ диагностического искусственного радиоизлучения ионосферы
-
Сопоставление наблюдаемых характеристик искусстпеїшого радиоизлучения ионосферы в области широкополосной сомионсн-Tti с результатами численного моделирования
-
Методика проведения измерений
-
Результаты экспериментальных исследований динамики высокочастотной плазменной турбулентности вдали от гармоник гнро-частоты электронов
-
Результаты экспериментальных исследований динамики высокочастотной плазменной 'турбулентности вблизи гармоник гиро-частоты электронов
-
Теоретическая модель процесса релаксации для широкополосной компоненты искусстпеїшого радиоизлучения. Сравнение численных расчетов с данными экспериментальных-измерений. . .
-
Возможности использования измерений характеристик развития и релаксации искусственного радиоизлучения ионосферы для диагностики параметров высокочастотной плазменной турбулентности и состояния ионосферной плазмы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ '
Похожие диссертации на Особенности формирования искусственной ионосферной турбулентности в различных ионосферных условиях
