Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Вариации F-рассеяния в ионосфере средних широт и их связь с солнечной и геомагнитной активностью

Диссертация: Вариации F-рассеяния в ионосфере средних широт и их связь с солнечной и геомагнитной активностью
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Зависимость А/от КДВ индекса геомагнитной активности ААр не значима, что связано с относительно низкими среднегодовыми значениями-индекса геомагнитной активности. Тем не менее, наблюдается отчетливая тенденция к изменению характера этой зависимости с широтой — на относительно высоких широтах антикорреляция между Д/ и ААр становится более отчетливой. Эта тенденция во многом аналогична усилению… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Явление Е-рассеяния в ионосфере средних широт (обзор)
    • 1. 1. Типы и характеристики Р-рассеяния
    • 1. 2. Образование Р-рассеяния
    • 1. 3. Пространственно-временные особенности Р-рассеяния
    • 1. 4. Квазидвухлетние вариации
  • Глава 2. Ночное среднеширотное Е-рассеяние
    • 2. 1. Основные закономерности
    • 2. 2. Интерпретация
    • 2. 3. Выводы
  • Глава. З.Среднеширотное Е-рассеяние в восходно-заходные периоды
    • 3. 1. Основные закономерности
    • 3. 2. Обсуждение
    • 3. 3. Выводы
  • Глава 4. Квазидвухлетние вариации области F2 ионосферы и их зависимость от солнечной и геомагнитной активности
    • 4. 1. Квазидвухлетние вариации критической частоты слоя F
    • 4. 2. Квазидвухлетние вариации вероятности F-рассеяния
    • 4. 3. Выводы

Вариации F-рассеяния в ионосфере средних широт и их связь с солнечной и геомагнитной активностью (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Предметом диссертационной работы является среднеширотное F-рассеяние, различные его вариации и их связь с солнечной и геомагнитной активностями.

Актуальность работы. Впервые явление F-рассеяния было обнаружено и определено как наличие размытых, диффузных отражений на ионограммах вертикального зондирования при отражении от области F2 ионосферы более 60 лет назад (Booker and Wells, 1938). Поскольку при F-рассеянии на ионограммах трудно, а подчас и невозможно точно определить критические частоты и высоты отражений, это явление какое-то время считалось помехой, уменьшающей количество полезной информации. Но по мере развития знаний об ионосфере было установлено, что F-рассеяние обусловлено неоднородностями концентрации электронов и, тем самым, является источником информации о неоднородной структуре ионосферы. В настоящее время интерес к изучению этого явления обусловлен несколькими обстоятельствами. Задача изучения неоднородностей, связанных с F-рассеянием, является составной частью одной из фундаментальных проблем физики ионосферной плазмы — исследования полного спектра (от см до тысяч км) неоднородной структуры ионосферы. При обеспечении устойчивой работы линий связи и других радиотехнических систем KBУКВ диапазона, в которых предъявляются особые требования к надежности выделения сигнала на фоне помех в различных гелиои геофизических условиях, возникает необходимость более точного прогнозирования условий распространения радиоволн, основанного на моделях ионосферы, учитывающих ее тонкую структуру. Создание и совершенствование моделей ионосферы такого типа продолжается, однако моделей, удовлетворяющих всем требованиям прикладного характера, до сих пор нет. Возросшее в последние десятилетия техногенное воздействие на высотах F-слоя ионосферы заставило обратить особое внимание на проблему экологии ионосферы. В данном аспекте F-рассеяние можно использовать в качестве индикатора возмущенности ионосферы при мониторинге ее состояния.

Несмотря на большой объем знаний об F-рассеянии, накопленный за последние десятилетия, далеко не все закономерности изменения F-рассеянии надежно установлены и, тем более, изучены. Это относится и к среднеширотному Б-р ассеянию. Известно, что среднеширотное Б-р ассеяниепреимущественно ночное явление и в это время суток вероятность появления Б-р ассеяния максимальна зимой при низком уровне солнечной активности. Однако многие детали вероятности появления Б-р ассеяния в ночные, утренние и вечерние часы не были надежно установлены, например, зависимость характера годовых изменений этой вероятности от уровней солнечной и геомагнитной активности и особенности ее квазидвухлетних вариаций.

Цель работы — анализ закономерностей вероятности появления среднеширотного Б-р ассеяния в ночные и восходно-заходные часы, выделение на этой основе не установленных ранее закономерностей и их интерпретация. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Создать базу данных вероятности появления Б-р ассеяния (?) на основе обработки ионограмм вертикального зондирования ионосферы ст. Москва (55,5 N. 37,3 Е), полученных через каждые 15 минут во все часы суток за 1975;1985 годы, для анализа.

2. Используя эту базу данных, выполнить исследование закомерностей изменения Р: а) выявить для всех сезонов особенности зависимости Р от местного времени в минимуме и максимуме солнечного циклаб) выявить закономерности и связь появления утреннего и вечернего максимумов Р с условиями освещенности данной и магнитосопряженной ионосферыв) определить особенности изменения характера годовых изменений Р при переходе от низкой к высокой солнечной активности и оценить вклад геомагнитной активности в эти измененияг) выявить квазидвухлетние вариации Р и определить связь этих вариаций с уровнями солнечной и геомагнитной активности.

3. Дать интерпретацию установленных закономерностей.

Научная новизна работы определяется следующими результатами, полученными впервые:

1. Установлена зависимость времени достижения ночного среднеширотного максимума вероятностирассеяния Р от уровня солнечной активности: с ростом солнечной активности это время смещается к утренним часам.

2. Установлен разный характер годовых изменений Р ночью в периоды низкой и высокой солнечной активности: при низкой активности преобладает годовая компонента Р с максимумом зимой и минимумом летом, при высокой — годовая и полугодовая компоненты Р с максимумами зимой и в равноденствия.

3. Установлена связь появления утреннего и вечернего максимумов Р с условиями освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы: этот максимум появляется только зимой до восхода и после захода Солнца над данным пунктом, когда магнитосопряженная ионосфера освещена Солнцем.

4. Выявлена зависимость амплитуды квазидвухлетних вариаций Р в ночные часы от уровней солнечной и геомагнитной активности: эта амплитуда уменьшается с ростом уровня солнечной активности и увеличивается с ростом геомагнитной активности.

5. Дана качественная интерпретация полученных закономерностей. Обосновано, в частности, что равноденственные максимумы Р в ночные часы при высокой солнечной активности связаны с соответствующими максимумами частоты возникновения суббурь как источников генерации внутренних гравитационных волн (ВГВ) в атмосфере авроральной области и с уменьшением затухания распространяющихся к низким широтам ВГВ при переходе к высокой солнечной активности, в основном, из-за уменьшения коэффициента молекулярной вязкости и теплопроводности.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы: а) для прогноза условий распространения радиоволн в среднеширотной ионосфереб) при проектировании различных радиотехнических систем КВ-УКВ диапазоновв) в дальнейших исследованиях механизмов генерации неоднородностей в ионосферной плазме.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом анализируемых данных, повторяемостью полученных результатов для близких, но разнесенных по времени гелиогеофизических условий, физической обоснованностью известных исходных уравнений и положений, использованных при интерпретации установленных закономерностей.

На защиту выносятся:

1. Установленные закономерности вероятности появления среднеширотного F-рассеяния Р:

— зависимость времени достижения ночного максимума Р от уровня солнечной активности;

— зависимость относительного вклада годовой и полугодовой компонент в сезонные изменения Р в ночные часы от уровня солнечной активности и зависимость вклада геомагнитной активности в эти изменения от уровня солнечной активности;

— связь утреннего и вечернего максимумов Р от условий освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы.

2. Выявленные связи квазидвухлетних вариаций Р с уровнями солнечной и геомагнитной активности.

3. Результаты интерпретации установленных закономерностей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на объединенном общеинститутском семинаре ИЗМИРАН по Физике Солнца, VI Всесоюзном совещании по проблеме «Неоднородная структура ионосферы» (Ашхабад, 1986 г.), Межведомственном семинаре «Результаты комплексных исследований по данным измерений ИСЗ Ж-19» (Калуга, 1988 г.), VIII совещании-семинаре «Неоднородная структура ионосферы» (Н.Новгород, 1991 г.), конференции по «Солнечно-земной физике» (Иркутск. 2004 г.) Работа выполнялась в рамках НИР ИЗМИРАН и грантов РФФИ 98−02−16 189, 01−02−16 307, 04−02−16 374.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ. Личный вклад автора состоит в создании базы данных вероятности F-рассеяния, обработке этих данных, совместном анализе и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 152 страницы печатного текста, 38 рисунков, 3 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 111 наименований.

4.3. Выводы.

1. С помощью фильтрации впервые выявлены квазидвухлетние вариации (КДВ) критической частоты -/c"F2 и показано, что они выделяются также надежно, как и КДВ дециметрового излучения Солнца Рюл" Сопоставление этих величин показало, что для трех солнечных циклов КДВ /оР2 изменяются почти синхронно с КДВ Н|о.75 а амплитуда Д/ уменьшается приблизительно в два раза при переходе от дневных к ночным условиям.

2. Зависимость КДВ критической частоты Л/ от КДВ дециметрового излучения Солнца АР является основной и, безусловно, значимой. Эта зависимость в конечном итоге обусловлена еще более отчетливой зависимостью среднегодовых значений /оР2 от среднегодовых значенийюп через процессы ионизации и нагрева термосферы. Зависимость А/ от АР почти не зависит от широты. Поэтому для анализа зависимости Д/ от АР в этом интервале широт достаточно использовать данные одной ионосферной станции.

3. Зависимость А/от КДВ индекса геомагнитной активности ААр не значима, что связано с относительно низкими среднегодовыми значениями-индекса геомагнитной активности. Тем не менее, наблюдается отчетливая тенденция к изменению характера этой зависимости с широтой — на относительно высоких широтах антикорреляция между Д/ и ААр становится более отчетливой. Эта тенденция во многом аналогична усилению отрицательной фазы ионосферной бури с широтой, в основном, из-за изменения состава термосферы при переходе от спокойных к магнитовозмущенным условиям.

4. Увеличение солнечной активности приводит к уменьшению квазидвухлетних вариаций вероятности появления Р-рассеяния АРуг и, при прочих равных условиях, эта зависимость наиболее отчетлива в предполуночные часы и значима. Увеличение геомагнитной активности приводит к увеличению ДР^ и, при прочих равных условиях, эта зависимость наиболее отчетлива и значима в послеполуночные часы. В целом вклад геомагнитной активности в изменения АРуг более важен, чем вклад солнечной активности, что, по-видимому, связано с относительно высокой амплитудой квазидвухлетних вариаций геомагнитной активности в анализируемый интервал времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Подводя итоги проведенного исследования, суммируем вкратце основные результаты работы:

1. Установлена зависимость времени достижения ночного среднеширотного максимума вероятности-рассеяния Р от уровня солнечной активности: с ростом солнечной активности это время смещается к утренним часам.

2. Установлен разный характер годовых изменений Р ночью в периоды низкой и высокой солнечной активности: при низкой активности преобладает годовая компонента Р с максимумом зимой и минимумом летом, при высокой — годовая и полугодовая компоненты Р с максимумами зимой и в равноденствия.

3. Установлена связь появления утреннего и вечернего максимумов Р с условиями освещенности данной и магнитосопряженной ионосферы: этот максимум появляется только зимой до восхода и после захода Солнца над данным пунктом, когда магнитосопряженная ионосфера освещена Солнцем.

4. Выявлена зависимость амплитуды квазидвухлетних вариаций Р в ночные часы от уровней солнечной и геомагнитной активности: эта амплитуда уменьшается с ростом уровня солнечной активности и увеличивается с ростом геомагнитной активности.

5. Дана качественная интерпретация полученных закономерностей.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Абрамчук В. П, Ружин Ю. Я. Магнитосопряженная генерация спорадических образований в Е-области ионосферы // Дифракция и распространение радиоволн в неоднородных средах / Под ред. Лукина Д. С., M.: МФТИ. 1987. С. 83−88.
  2. C.B., Дробжев В. И., Краснов В. М. Волны и излучение верхней атмосферы. Алма-Ата. Наука. 1981. С. 165.
  3. Я.Л. Распространение радиоволн и ионосфера. М.: Наука. 1960. Антонов A.M., Непомнящая Е. В., М. Н. Фаткуллин Явление F-рассеяния в дневной среднеширотной ионосфере // Геомагнетизм, и аэрономия. 1987. Т.27. № 5. С.831−833.
  4. Л.А., Иванов-Холодный Г.С., Чертопруд В. Е. Аэрономия слоя Е (учет вариаций УФ-излучений Солнца и геомагнитных возмущений). М.: «Янус». 1996. С. 168.
  5. Ф.И., Митякова Э. Е., Рахлин A.B. Особенности поведения индекса среднеширотного F-рассеяния//Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40. № 3. С.322−326.
  6. А.И., Ерофеев Н. М., Казимировский Э. С., Кокоуров В.Д.
  7. Ионосферные измерения. М.: Наука. 1971. С. 174.
  8. .Н. Динамика ионосферной плазмы. М.: Наука. 1974. С. 256.
  9. .Н. Механизмы возникновения ионосферных неоднородностей вобласти F //Ионосферные исследования. 1980. № 4. С. 17−27.
  10. .Н., Григорьев Г.И. Перемещающиеся ионосферные возмущения
  11. Обзор)//Изв. Вузов. Радиофизика. 1968. Т. 11. № 1. С.5−27.
  12. .Н., Ерухимов JI.M., Яшин Ю. Я. Волновые явления в ионосфере икосмической плазме. М.: Наука. 1984. С. 392.
  13. .Н., Казимировский Э. С., Кокоуров В. Д., Чернобровкина H.A. Явление F-рассеяния в ионосфере. М.: Наука. 1984. С. 141. Гневышев М. Н. Корона и 11-летний цикл солнечной деятельности // Астрон. ж. 1963. Т. 40. N 3. С.401−412.
  14. Г. А., Жантаурова Р. Б., Коломеец Е. В., Слюняева Н. В. Частотные спектры и динамика длиннопериодных вариаций изотропного и анизотропного потоков // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1982. Т.46. N 9. С.1739−1741.
  15. Э., Хук У. Волны в атмосфере. М.: Мир. 1978. С. 532.
  16. А.Д., Морозова Л. Д. Ионосферные бури в области F2. Морфология ифизика. 1985. Т.25. № 5. С.705−721.
  17. М.Г., Иванов-Холодный Г.С., Непомнящая Е. В. Зависимость квазидвухлетних вариаций критической частоты Р2-слоя от индексов солнечной и геомагнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42.№ i.e. 112−115.
  18. В.И., Куделин Г. М., Нургожин В. И., Пеленицын Г. М., Рудина М. П., Троицкий Б. В., Яковец А. Ф. Волновые возмущения в ионосфере. Алма-Ата. Наука. 1975. С. 187.
  19. Ерухимов JIM. Исследование неоднородной электронной плотности в ионосфере радиоастрономическими методами и с помощью искусственных спутников Земли (обзор)//Изв.вузов. Радиофизика. 1962. Т.5. № 5. С. 939 865.
  20. Ерухимов JIM., Максименко О. И., Мясников E.H. О неоднородной структуре верхней ионосферы. //Ионосферные исследования. М.: Сов. радио. 1980. N 30. С.27−48.
  21. ЕрухимовЛ.М., Метелев С. А., Митякова Э. Е., Мясников E.H., Рахлин A.B., Урядов В. П., Фролов B.JI. Экспериментальные исследования искусственной ионосферной турбулентности // В сб. Тепловые нелинейные явления в плазме. ИПФ АН СССР. Горький. 1979. С.7−45.
  22. Л.М., Э.Е.Митякова. Неоднородная структура ионосферы и ее связь с волновыми возмущениями. // Динамика ионосферы. Алма-Ата. Тылым". 1991. С. 18−25.
  23. Ю.Д. О некоторых вопросах изучения вековых вариаций земногомагнетизма//ТрудыНИИЗМ. 1952. Вып.8(18). С.5−11.
  24. В.Д., Чернобровкина H.A. Временные закономерности поведениядиффузных отражений в гелиоцикле по данным ст.Иркутск. // Исследованияпо геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1979. Вып.47.1. С.67−69.
  25. В.Д., Чернобровкина H.A. Динамикапроцессов рассеянных отражений по наблюдениям на ст. Иркутск //Ионосферные исследования. 1969. № 17. С.209−213.
  26. И.А., Тащилин A.B. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука. 1984. С. 189.
  27. А., Мухаметназарова А. Количественные характеристики F-рассеярия по данным вертикального зондирования. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1982. Вып.59. С.24−28.
  28. Земли. II Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли (сб.научных трудов). М.: Наука. 1971. С.104−118.
  29. В.М., Щепкин JI.A., Казимировский Э. С., Кокоуров В.Д.
  30. Ионосферные процессы. Новосибирск: Наука. 1968. С. 535.
  31. Ю.Р. Циклы Земли и Солнца. М.: Наука. 1989. С. 165.
  32. Ю.Р., Обридко В. Н. Циклическое изменение потокавысокоэнергичных нейтрино Солнца//Астрон. ж. 1997. Т.74. N 1. С.83−92.
  33. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. М.: Наука.1977. С. 344.
  34. Ю.А. Аномальное поглощение электромагнитных волн в случайно неоднородной бесстолкновительной магнитоактивной плазме // ЖЭТФ. 1977. Т.7. Вып. 1.С. 141.
  35. В.М. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. Алма-Ата. Наука. 1983. С. 192.
  36. Apostolov Е.М. Quasi-biennial oscillation in sunspot activity // Bull. Astron. Inat. Czechosl. 1985. V. 36. N2. P.97−102.
  37. Bilitza D. International Reference Ionosphere Status 1995/96 // Adv. Space Res. 1997. V. 20. N9. P. 1751−1754.
  38. Booker H.G. A local reduction of F-region ionization due to missile transit //J/Geophys. Res. 1961. V.66. N 4. P. 1073−1079.
  39. Booker H.G., P.K.Pasmicha, W.J.Powers. Use of scintillation theory to explain frequency-spread on F-region ionograms // J.Atm. Terr. Phys. 1986. V.48. N 4. P.327- 354.
  40. Bowman G.G. Further studies of «spread-F» at Brisbane, 2, Interpretation //Planet. And Space Sci. 1960b. V. 2. N 2/3. P.150−156.
  41. Bowman G.G. Ionospheric spread-F sunspot activity and geomagnetic activity. // Nature.Phys.Sci. 1971. V.229. N 4. P. 117−118.
  42. Bowman G.G. Latitude dependence of the time delay in spread-F occurrence following geomagnetic activity// J.Atmos. and Terr.Phys. 1979. V.41. N 9. P.999−10 004.
  43. Bowman G.G. Movements of ionospheric irregularities and gravity waves
  44. J.Atmos. and Terr. Phys. 1968. V.30. N 5. P.721−734.
  45. Bowman G.G. Spread-F occurrence in mid and low-latitude regions related tovarious levels of geomagnetic activity. // J.Atmos. and Terr.Phys. 1982. V. 44. N 7.1. P.585−589.
  46. Briggs B.H. A study of the ionospheric irregularities whicth cause spread-F echoes and scintillations of the radio stars // J.Atmos. and Terr. Phys. 1958. V.12. N 1. P.34−42.
  47. Briggs B.H. Observation of radio star scintillation and F-spread echoes over a solarcycle // J.Atm. and Terr.Phys. 1964. V.26. P. 1−23.
  48. Cohen R., Bowles k. On the nature of equatorial spread-F // J/Geophys.Res. 1961. V.66.N4. P.1081−1106.
  49. R.G. // J. Geophys. Res. 1966. V. 71. N 19. P.4579.
  50. Dason P.L. Topside spread-F at midlatitudes. // J.Geophys.Res. 1968. V.73. N 7.1. P.2441−2446.
  51. Fejer B.G., Kelley M.C. Ionospheric irregularities. // Revs Geophys. and Space Phys. 1980. V.18. N 2. P.401−454.
  52. Fremow E.L., Rino C.L. An empirical model for average F-layer scintilation at VHF/UHF//Radio Sci. 1973. V.8. N 3. P.2130−222.
  53. Hines C.O. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights. // Canad. J. Phys. 1960. V.38. P. 1441−1481.
  54. McNicol R.W.E., Webster H.G., Bowman G.G. A study of spread F ionospheric echoes at night at Brisbane //Austr. J. Phys. 1956. N 2. P.247−251. Munro G.H. Short-period variations in the ionosphere //Nature. 1949. V. 163. N 4/ST. P.812−814.
  55. Pitteway M.L.V., Cohen R. A waveguide interpretation of «temperate-latitude spread-F» of equatorial ionograms // J.Geophys.Res. 1961. V.66. N 10. P.3141−3156.
  56. Renau Y.A. A study of observed spread-F // J.Geoph.Res. 1960. V.65. N 10. P.3219.
  57. Schunk R.W., Nagy A.F. Ionospheres of the terrestrial planets // Rev. Geophys. and Space Phys. 1980. V.18. N 4. P.813−852.
  58. Shapiro R. and Ward F. // J. Atmospher. Sci. 1962. V. 19. P. 506.
  59. Shimazaki T. A statistical study of world-wide occurence probability of spread
  60. F, I. //J.Rad.Res.Lab., Japan. 1959. V. 6. N 28. P.669−705.
  61. Singleton D.G. The morphology of spread-F occurrence over half a sunspot cycle.
  62. J.Geophys.Res. 1968. V. 73. N 1. P.295−308.
  63. Titheridge J.E. Periodic disturbances in the ionosphere.// J. Geophys. Res. 1968. V.73.N 1. P.243−252.
  64. VlasovMichael N., Michael J. Nicolls, and Michael C.Kelly. Modelingof airglow andionosphericparametersat Arecibo during quiet and disturbed periods in October 2002 // J.Geophys. Res. 2005. V. 110. A07303.
  65. Wand R.H. A model representation of the ionospheric electric field over Millstone
  66. Hill (A = 56°) // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. N A7. P. 5801−5808.
  67. Wrenn G.L., Rodger A.S. Geomagnetic modification of the midlatitude ionosphere:
  68. Toward a strategy for the improved forecasting foF2 // Radio Sci. 1989. V.24. N 1.1. P.99−111.
  69. Wright R.W., Koster Y.R., Skinner N.Y. Spred F layer echoes and radio star scintillation.//J.Atm. and Terr.Phys. 1956. V. 8. P.240−246.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!