Главная » 2014 » Сентябрь » 29 » Скачать Исследование динамики электрических свойств средней атмосферы и нижней ионосферы по интерференционным данным сверхдлинных бесплатно
01:08
Скачать Исследование динамики электрических свойств средней атмосферы и нижней ионосферы по интерференционным данным сверхдлинных бесплатно
Исследование динамики электрических свойств средней атмосферы и нижней ионосферы по интерференционным данным сверхдлинных радиоволн
Диссертация
Автор: Ременец, Георгий Федорович
Название: Исследование динамики электрических свойств средней атмосферы и нижней ионосферы по интерференционным данным сверхдлинных радиоволн
Справка: Ременец, Георгий Федорович. Исследование динамики электрических свойств средней атмосферы и нижней ионосферы по интерференционным данным сверхдлинных радиоволн : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.03 Санкт-Петербург, 2004 261 c. : 71 06-1/75
Объем: 261 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2004
Содержание:
Рисунки к Введению
1 Роль электромагнитного сверхдлинноволнового диапазона волнв исследовании электрических свойств верхней атмосферы
11 Методы измерения электронной концентрации в ионосфере
111 Источники ионизации и (пассивные) методы исследованияэлектронного содержания в нижней (нолярнои) ионосфере
112 Краткая характеристика источников аномальной ионизациинижней ионосферы высоких широт
1121 Всньннки солнечных космических лучей и протонныеСДВ-аномалии
1122 Вторжения авроральных электронов (Электронныевторжения)
1123 Вторжения релятивистских электронов
1124 Внезапные ионосферные возмущения (ВИВ)
113 Результаты по измерению электронной плотности в нижнейионосфере высоких широт, полученные различными методами
12 Особенности раснространения СДВ в полярной области
121 Транснолярное распространение СДВ •
122 Локальные эксперименты
123 Магнитосферные и активные эксперименты вСДВ-диапазоне
13 Иостановка и особенности решения обратной задачи СДВ
131 Область ионосферы, отражаюп];ая СДВ, и связанная с неюобратная задача
132 Обратная задача СДВ в волноводной постановке
14 Выводы 56Рисунки к 1-ой главе
2 Экспериментальное исследование анизотропных электрическихсвойств ионосферы СДВ-методом
21 Идея экспериментального обнаружения (и экспериментальнойоценки интенсивности эффекта) анизотронных свойств ионосферыблагодаря суточной изменчивости этих свойств Методика измерер1ий
22 Иервая нроба экснериментальной регистрации вИетронавловске-Камчатском сигнала в дальней зоне источника (станцииNLK) ТЕ-комноненты СДВ-поля
23 Измерение и оценка вариаций вторичной (и основной) комнонентСДВ-ноля в условиях интерференционного минимума ночью по основнойкомноненте от станции NDT в Петропавловске-Камчатском
231 Оценка разности коэффициентов затухания нормальныхволн
232 Вариации основной и вторичной компонент поля в сумеркии ночью
233 Анализ утренних вариаций вторичной компоненты
234 Отношение вторичной комноненты к основной \Нв1Н^р\
24 Экснериментальная оценка суточных вариаций вторичнойкомноненты СДВ-сигнала в высоких широтах и средней зоне источника(от станции JXZ и в условиях интерференционного максимума ноосновной комноненте ночью)
25 Двухнедельное возмущение отражательных свойств нижнейионосферы носле начала сильной магнитной бури августа 1978 г(продолжение измерений вторичной компопенты в условияхинтеференционного минимума основной компоненты ночью)
26 Новые интерференционные СДВ-явления для Т?^-компоненты навосходе Солнца в случае дальнего раснространения и интерференционногомаксимума но основной компоненте (нродолжение, радиотрасса(?Б1?-Ленинград)
27 Оценка эффекта деполяризации па субавроральной радиотрассеАлдра-Калипипград па частоте 12,1 кГц (продолжепиеизмерепий в условиях иптерферепциоппого максимума поосповпой компоненте) 99Рисунки ко 2-ой главе
3 Интерференционные СДВ-явления и динамика нижней кромкиавроральной ионосферы во время геофизических возмущенийизвестного типа
31 Динамика отражательных свойств нижней кромки ионосферыво время авроральных возмупцений
32 Апсшиз динамики отражательпых свойств нижней ионосферына заходе Солнца для авроральной трассы
33 Динамика нижней кромки ионосферы во время ППШ и ВИВ
331 Модифицированный метод анализа СДВ-аномалий
332 Динамика отражательных свойств нижней кромкиавроральной ионосферы в случае ППШ от февраля 1984 г
34 Динамика нижней кромки ионосферы во время геофизическихвозмущений ВИВ и ППШ от сентября 1989 г
341 Уточнения к алгоритму, иснользованному в данном анализе
342 Общая характеристика СДВ-возмущений, произошедших
29IX
343 Численный анализ ВИВ и ППШ от сентября 1989 г
35 Заключителные замечания к анализу но первому снособу
36 Решение обратной СДВ-задачи вторым способом Определениеэлектрических свойств ионизованной атмосферы для отдельных моментоввремени обычных геофизических возмущений
361 Физическая и математическая постаповки задачи
362 Численпые результаты
37 Количествеппая связь между двумя вариантами решепия обратной двухнараметрической СДВ-задачи 157Рисунки к 3-ей главе
4 Интерференционные СДВ-явления и электрические свойстваатмосферы во время высыпания релятивистских электронов/уникальность СДВ-метода/
41 Описание аиомалыюго СДВ-явлеиия, впервыезарегистрировапиого в ПГИ КФ АН СССР на авроральпой трассесредней протяженности
42 Описание анома,яьного СДВ-явления, зарегистрировалногона авроральной трассе средней нротяженности за niecTb часов довторжения СКЛ
43 Анализ аномальных СДВ-явлений от октября и
2 ноября 1989 г
44 Моп];ные возмущенш! (МщВ) СДВ-сигналов и классическаязадача радиофизики '
45 Статистика и феноменология релятивистскр1х авроральиыхвоэмущеиий и разбиение их иа четыре типа
46 Аиализ явлений РАВ от сентября 1982 г вторымспособом решения обратной СДВ-задачи /Немонотоииость нрофиляэлектронной концентрации/
47 Анализ явлеиий РАВ для других калеидариых дат вторымспособом репзения обратной СДВ-задачи /Немонотонность профиляэлектронной концентрацнр1 (продолжение)/
48 Физическое обсуждение результатов, иолученных в даннойглаве /Уникальность СДВ-метода/
5 Положения диссертации, выносимые на защиту 19jSРисуикн к 4-ой главе
Введение:
История радиосвязи и радиофизики началась с длинноволнового диапазона электромагнитных волн (3-30 кГц). Основы теории раснространения этих волн в земныхусловиях были заложены около одного века назад [1, 2]. Качественное развит;ие теории было реализовано в работах Фока В. А. [3, 4], Кра.снушкина П. Е. [5], Макарова,Г. И. с учениксьми [6-8]. . . ., Практическое использование этого дианазона получрыо в послевоенные годы второй всплеск в связи с актуальными в 40-70 годы задачами самой надежной глобальной радионавигации и радиолокации естественных (молнневые электрическиеразряды, генерация этих волн в полярных областях ионосс]>еры) и искусственныхисточников излучения радиоволн (включая ядерные взрывы в атмосфере) обсуждаемого диапазона. В первой группе задач самым главным был момент достоверного• пред вычисления фазовых скоростей волн, а во второй - достоверность оиреде.11енр1яазимута на источник.При реализации этой программы применительно к авроральной зоне автор диссертации пришел к выводу, что в этой геофизической зоне, не решив хоть ка.к-тообратную СДВ-задачу но экснеримеитальным данным для основной компоненты (внерегулярно изменяющихся и как правило непредсказуемы образом условиях), воцрос о вторичной компоненте отодвнгается глубоко на задний нлан. Такнм образомпоявилась вторая цель данной работы, а именно: решить обратную СДВ-задачу в томили ином приближении (не решавпгуюся ранее) для нестационарной непредсказуемоизменяющейсян авроральной ионосферы. Решенная автором задача представлена, вдвух постановках.Первая постаповека, исходившая из реальных вычислительных возмолсностей нарубеже 70-80-ых годов, требовала поиск отра>кателных свойств авроральной ионосферы в терминах комнлексного коэффициента отражения '* как функции угла надення волны на ионосферу (при скользящих углах) в зависимости от, времеми внроцессе геофизических возмущений, характерных для авроральных областей. Прячем начальное значение этого комнлексного коэффициента было тем нараметром, покоторому минимизировался функциона.!, содержащий разности между экспериментальными и расчетнымн временными функциями. Главное достоинство этого подхода заключается в том, что априори не делается иикаких допущений о ка.чествеи?томхарактере эффективного нрофиля электронной концентрации ка.к функции высотыво время возмущения (нанример, о его монотонно'сти).Во второй ностановке, благодаря щэогрессу в вычислительной технике и в создании вычислительных нрограмм за 10 лет, обратную задачу оказалось возможным решить более точно в смысле нолной теоретической обоснованностн исиользованногометода нормальных волн, а имершо, относительно эффектнвного нрофиля электронной концентрации (а точнее, относительно щэофиля электрической ироводимости)для нескольких избранных моментов времени геофнзических возмущений. При этомнрофиль электронной концентрации, соответствующий начальному состоянню среды, постулировался, и соответственно неопределенность в знании этого состояния,характерная для высоких широт, нереноснла.сь в конечный результат (в найден•^Использовавшийся нами на этом этапе работы лучевой метод, как показано в [8], на сегодняшний день не имеет строгого математического обоснования.ный профиль электронной концентра.ции для фиксированного момее'1'а. ттсследуемоговозмущения). Для получения результата по параметрам искомого П1)офиля минимизировался функционал, в который входили разности между экспериментальным жрасчетными нриращениями СДВ-величин за анализируемый интервал времени возмущения. Описалный конечный результат жестко привязан к области определенияминимизируемого функционала. Какой-либо другой выбор иараметров, но которыл'Гпроводится минимизация, очевидно может улучшить или ухудшить результат минимизации функционала.Удовлетворительные результаты сопостовлення результатов решений зада.ч вдвух указанных постановках по парметру, который называется эффективной высотой слоя проводимости в атмосфере и который хара,ктернзует высотное положение.иоследнего, новысило достоверность найдеииых результатов, включая утверждениеавтора об обна,руженин спорадического "D-слоя" проводимости в некоторых редкихслучаях возмущений, указало ла примеиимость "экспресс" анализа но отражательным формулам в качестве нредварительного этана исследоваиия возмущений.С. 109 - 121. Р а л ю к Ю.П., И в а н о в В. И. В кн: Проблемы дифракции и распространенияволн. 1978. Вын. 16. 148 - 154.{ВЛ)(5.2),где gv, Qh - константы, характеризуюндие интенсивность ТМ- и Т?^-частей рюрмальной волны с индексом 7/ и ipk = iRkli]P{kc)/hl'P{kc), iRk - комноненты матрицыкоэффициентов отражения сферических электромагнитных волн от верхней анизотронной границы волновода, которые определены относительно верхней границыг = с и которые считаются известными заданными функциями иараметра и.
В изотронном случае возбул<;денные нормальные волны однозначно характерт'1з_уются двумя комплексными параметрами: собственным значением г/., и коэффициентом возбуждения i\s- В анизотроином случае появляется третий комнлексный параметр, называемый коэффнциеитом поляризации нормальной волны О,, = gh{'^s)/gv{'^s)Этот коэффициент вычисляется ио следуюн];ей формуле:^s\,^=i^, = \\P±Ph/(l - phxpi.) (В.З),где ph = Rh{h\f\ka)Ih\}\ka)) и Rh - коэффициент отражеиия горизонта.ньно нолшризованной сферической волны от границы воздух-земля и отнесенный к ней нри г = а.Можно ввести коэффициент возбуждения ТЕ- части нормальной волны но формуле: A)J = JS-sVLg. Всё компоненты электромагнитного поля, соответствующие ТЕчасти нормальной волны, нропорциоиалны этому коэффициенту и согласно равенству (В.З) пропорциональиы иерекрестиому коэффицр1енту \\Ri.i который являетсяколичественной характеристикой эффекта деполяизации электромагнитиой волныанизотроиным ионосферным слоем выпге 7' = с. Для реальных иоиосфериых слоевкоэффициент поляризации П^ является малой величиной для квазрт-ТМ^ нормааьных волн (.S = п) ж большой величиной для квазн-ТЕ„1 (.s = т) вдалн от вырожденияквази-ТМ„ и квази-ГДп воли, то есть па частотах ииже 15 - 17 кГц. Из сказаиногоуже ясно, что вторичная компонента электромагнитного по.1гя в квази-ТМ„ нормгшьной волне онределяется перекрестным коэффнциентом. Изменчивость этого коэффициента иллюстрнруется рис. В.1 и В.2. ^ На рис. В.1 нриведены для частоты 25 кГцвзяты из работы, указаинор! во 2-ой ссылке.модули всех четырех компонент матрицы коэффлциентов отражения электромагНИТР1ЫХ волн от 4-ех модельных слоев ночного ионосферного слоя, нредставленных на,рис. В.2. Номе^оа при кривых рис. В.1 соответствуют иимерам ирофилей NeД^настоящей диссертации. Паучное сотрудничество прп обсуждаемых здесь исследованиях между названной грунпой авторов, как правило, осуществлялось по схеме:администрация ПГИ КПЦ РАН любезно предоставляла, кафедре радиофизики СПбГУ экспериментальные СДВ-дапные Белоглазова М.И.; автор диссе]ггации тео])етически их обрабатывал.Первая глава работы - это обзор ио методам исследова:,иия электрических свойствионосферы и верхней атмосферы. Он представляет переработаииый вариаит обзора автора диссертации из кииги [9] с авторскими дополпеииям нз обзоров [10, 11].Повые геофизические даниые 90-ых годов, появившртеся одповремеиио или позжепубликаций автора диссертации, обсуждаются и исиользуются для сопоставлеиия впоследней четвертой главе.Вторая глава посвящена эксперимеита-льпому исследованию автором анизотропных электрических свойств нижней аннзотронной ионосферы.В третьей главе на основе экснеримеитальиых даиных ПГП КПЦ РАП нетрадиционным, как нам представляется, СДВ-нутем нсследовапы хорошо известные вкачественном отиощении геофизические явления высоких щирот, влияющих на электрические свойства ионосферы и верхней атмосферы.В последней главе приведены количествеипые результаты автора (тоже па основе экспериментальных данных ПГП), относящиеся-к неизвестным для геофизиков(до наших нубликаций) редким высокоширотным явлеииям круииома,сп1табного идлительного вторжения ультрарелятивистских электроиов ( 100 МэВ) в среднююатмосферу Земли. Обосновывается уникальиость СДВ-метода по регистрации и из}^ чениюи таких явлеиий. •12Рисунки к каждой главе иомещены в коице соответствуюи^их глав.Так как работа основывается повсеместно на анализе относительиых измененийамплитуд и ириращении фаз для компонент электромагнитного поля, то амплитудные значения используются в безразмерных величинах, а. цифры на. осях г])ах|)1'Гковдля фаз ЯВЛЯ1О1ХЯ только указателями масштаба.
