ДОстижения научных исследований

по проблеме «Распространение радиоволн»,

рекомендуемые Научным советом РАН

по распространению радиоволн в отчет

Российской академии наук в 2009 году

 

1. Разработана новая методика глобального мониторинга спорадических образований нижней ионосферы с использованием радиотрасс спутник-спутник. Получены карты географического распределения и данные о статистике появлений спорадических ионосферных образований в экваториальных, среднеширотных и полярных областях для условий дня и ночи. Установлена устойчивая связь между приходом к Земле ударной волны солнечного ветра, возрастанием интенсивности мелкомасштабных неоднородностей плазмы и появлением интенсивных спорадических образований в нижней ночной высокоширотной ионосфере (ФИРЭ РАН, GeoForschung Zentrum, Potsdam, Germany).

 

Аннотация

Разработана и экспериментально подтверждена эффективная методика глобального исследования спорадических образований (Е$) нижней ионосферы с использованием радиопросвечивания на трассах спутник-спутник. Получены данные о статистике появлений спорадических ионосферных образований и мелкомасштабной неоднородности плазмы в экваториальных, среднеширотных и полярных областях для условий дня и ночи. Определено положение верхней и нижней границ спорадических структур, найдены высотные профили электронной концентрации Es-структур в разных районах Земли при разной освещенности ионосферы Солнцем. Получены карты географического распределения интенсивных Es-структур. Показано, что в высоких широтах в ночной ионосфере интенсивные спорадические структуры связаны с воздействием ударной волны солнечного ветра. Экспериментально доказано, что между приходом к Земле ударной волны солнечного ветра, появлением интенсивных спорадических образований в нижней ионосфере и возрастанием интенсивности мелкомасштабных неоднородностей плазмы в F области ионосферы существует устойчивая связь. По измерениям индекса амплитудных осцилляции сигнала на трассах спутник-спутник выявлено постепенное ослабление интенсивности ударных волн по мере приближения к минимуму солнечной активности. Разработанный метод позволил выяснить связь следующих явлений: приход ударной волны солнечного ветра - высыпание из радиационного пояса энергичных частиц – возбуждение неоднородностей плазмы в F области ионосферы – появление интенсивных спорадических структур в нижней ночной ионосфере.

 

2. Предложено новое решение задачи о распространении импульсных электромагнитных сигналов в диспергирующих природных средах. На его основе получены описания дисперсионных искажений сверхширокополосных и сверхкоротких электромагнитных импульсов, распространяющихся в холодной изотропной и гиротропной столкновительной плазме, в резонансно-поглощающей среде и в релаксирующей среде (ФИРЭ РАН).

 

Аннотация

Получено новое аналитическое решение задачи о распространении импульсных электромагнитных сигналов в диспергирующих средах разной физической природы. Во всех случаях постановка задачи включает волновое уравнение для напряженности электрического поля и материальное уравнение для среды. Принципиальной отличительной особенностью решения является то, что оно позволяет установить пространственно-временную эволюцию огибающей и других характеристик распространяющегося импульса без ограничений на его начальную форму, закон частотной модуляции, занимаемую им полосу частот или на длину трассы. Другой особенностью является возможность естественного учета в рамках решения неоднородности распределения концентрации поглощающего компонента среды.

На основе решения выполнен анализ процесса распространения радиосигналов, являющихся весьма важными для практических приложений, в изотропной и гиротропной плазме. Среди них: сверхширокополосные сигналы с линейной и нелинейной частотной модуляцией, сверхшироко-полосный многочастотный сигнал, сверхширокополосный сигнал со ступенчатой частотной модуляцией, двоичный фазоманипулированный сигнал и др. Обоснована и показана возможность формирования управляемой последовательности импульсов на ионосферной трассе за счет выбора закона частотной модуляции излучаемого моноимпульса. Показано, что анализ характеристик сформировавшейся последовательности позволяет выполнять оценки электронной концентрации на трассе. Обоснована и показана возможность управляемого сжатия распространяющихся импульсов до значений интенсивности излучения, на порядки величины превышающих начальное значение.

 

3. Впервые с использованием измерений полного электронного содержания по данным глобальной сети приемников GPS обнаружены среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) с периодами 10-20 мин и длинами волн 100-300 км, генерируемые солнечным терминатором. Пространственная структура СМ ПИВ характеризуется высокой степенью анизотропии и когерентности на расстоянии свыше 10 длин волн. На основе большого массива данных (1998-2008 гг., более 2000 станций GPS) изучена морфология СМ ПИВ. Летом СМ ПИВ регистрируются за 1.5-2 часа до появления вечернего солнечного терминатора в пункте наблюдения, но в момент времени прохождения солнечного терминатора в магнитосопряженной области. Периоды наблюдаемых колебаний соответствуют периодам первых гармоник стоячих медленных магнитозвуковых волн (103-104 с). Это позволяет выдвинуть предположение о возможности переноса СМ ПИВ магнитосферными магнитогидродинамическими волнами (ИСЗФ СО РАН).

 

Аннотация

На основе анализа данных измерений полного электронного содержания (ПЭС) на глобальной сети приемников GPS впервые с высоким пространственно-временным разрешением детально исследована волновая структура возмущений ионосферы, обусловленных солнечным терминатором (СТ). Зафиксировано два основных типа волновых возмущений: крупномасштабные 60-ти минутные вариации с относительной амплитудой до 5 % ПЭС и среднемасштабные 15-ти минутные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) с амплитудой 0.1-0.3 % ПЭС. Крупномасштабные возмущения и СМ ПИВ зафиксированы вдоль линии солнечного терминатора на протяжении не менее 2000 км.

Крупномасштабные терминаторные волны предсказывались ранее в теоретических работах и наблюдались с помощью ионозондов, доплеровских установок и радаров HP.

Среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) обнаружены впервые и дают более полную картину структуры волновых возмущений в ионосфере, генерируемых солнечным терминатором. Они имеют длительность 1-2 часа, периоды 10-20 минут и длину волны 100-300 км. Волновой фронт СМ ПИВ вытянут практически вдоль линии солнечного терминатора. Пакеты имеют высокую степень когерентности и анизотропии: отношение продольного размера к поперечному масштабу более 10.

На основе большого массива данных (1998-2008 гг., более 2000 станций GPS) изучена морфология СМ ПИВ. Оказалось, что сезонные, суточные, спектральные и динамические характеристики СМ ПИВ определяются динамикой солнечного терминатора - но не только в пункте наблюдения, а одновременно и в магнитосопряженной области. Зимой в северном полушарии СМ ПИВ наблюдаются преимущественно спустя 3 часа после прохождения вечернего солнечного терминатора.

В равноденствие СМ ПИВ появляются после прохождения СТ без заметного запаздывания или опережения. Летом СМ ПИВ регистрируются за 1.5-2 часа до появления вечернего СТ в пункте наблюдения, но в момент времени прохождения СТ в магнитосопряженной области. Периоды наблюдаемых колебаний соответствуют периодам (103-104 сек) первых гармоник стоячих медленных магнитозвуковых волн (ММЗ). Это позволяет выдвинуть предположение о возможности переноса СМ ПИВ магнитосферными магнитогидродинамическими волнами. Полученные результаты подтверждают разработанную в ИСЗФ СО РАН модель ММЗ, распространяющихся во внутреннем магнитосферном резонаторе

 

 

 

Зам.председателя Научного совета РАН

по распространению радиоволн

д.ф.-м.н., профессор                                                                         Д.С.Лукин