А. А. Криволуцкий Центральная аэрологическая обсерватория

Вид материала

Реферат

Содержание Рис. 1 Типичный дневной высотный профиль электронной концентрации и концентрации атмосферы. Таблица 1 Типичные значения дневных концентрации электронов и нейтральных частиц Таблица 2 Гирочастоты, степень замагниченности и эффективные частоты соударений электронов и ионов в зависимости от высоты Рис.2 Распределение скорости ионизации (нормированные значения) как функция высоты для различных зенитных углов Солнца. Таблица 3 Порог ионизации некоторых атомов и молекул (эВ) Таблица 4. Поток ионизирующего солнечного излучения (фотон/(см с-1 Рис.3. Высотные распределения некоторых ионов связок, полученные в модельных расчетах Рис.8 Суточные вариации значений f Рис.9 рассчитанные профили концентраций O и Н(протоносфера) Суточные вариации. Рис.10 Средняя суточная вариация электронной концентрации в области F для трех месяцев по наблюдениям. Рис.11. Увеличение поглощение в области D в зимний период («зимняя аномалия) по сравнению с летом (пунктир). Гелиоциклические вариации 3.9.3. Особенности структуры ионосферы Рис.12 Схема образования гребней экваториальной аномалии (фонтан-эффект). Рис. 13 РТ сечения ионосферы (а,б) и потоки плазмы (в) по трассе Манила-Шанхай Рис. 14 РТ сечения ионосферы по трассам Москва-Мурманск (а,б) и Москва-Архангельск Рис. 15 РТ сечения ионосферы по трассам Бостон-Робервал (а) и Москва-Мурманск (б,в). 3.9.5. Возмущения корпускулярными потоками X2 + e  X + X2 + 2e X + Y  X + Y ... Полное содержание

Подобный материал:

• Центральная аэрологическая обсерватория, Росгидромет, 141700 г. Долгопрудный Моск обл.,, 959.22kb.
• Г. Красноярск, пр им газеты Красноярский рабочий, 93, оф. 48 тел. (+7 391) 245-76-08,, 267.88kb.
• Основные публикации Книги и брошюры, 464.68kb.
• Государственная центральная окружная библиотека, 4056.51kb.
• Содержание №4/2007 журнала «Обсерватория культуры», 19.46kb.
• Йона по экологическому просвещению населения/мук шаховская центральная межпоселенческая, 5.91kb.
• Методология расчета комплексных оценок агрессивности погодно-климатических условий, 702.86kb.
• Еженедельные экскурсии в киеве!!!, 61.02kb.
• Концепция буддийской нирваны перевод Б. В. Смичова и А. Н. Зелинского Тh. Stcherbatsky., 3435.44kb.
• «Грязинская центральная районная больница», 361.02kb.

Глава 3.9

ИОНОСФЕРА

А.А. Криволуцкий

Центральная аэрологическая обсерватория

В.Е. Куницын

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

3.9.1 Образование ионосферных слоев (областей)

3.9.2 Вариации регулярных параметров ионосферы

3.9.3. Особенности структуры ионосферы

3.9.4. Возмущения ионосферы электромагнитным излучением

3.9.5. Возмущения ионосферы корпускулярными потоками

3.9.6. Метеорологические эффекты в ионосфере

3.9.7. Искусственные воздействия на ионосферу

3.9.8. Распространение радиоволн

3.9.9. Модели ионосферы

Заключение

Введение

В истории изучения верхней атмосферы были периоды бурного развития: первый в 30-х годах XX столетия – время совершенствования радиосвязи – и второй в конце 50-х годов, когда началось освоение космического пространства. Ионосферные исследования при этом стимулировались необходимостью прогноза состояния ионосферы для организации коротковолновой радиосвязи. К настоящему времени накоплен большой опыт как в теоретическом описании процессов, протекающих в ионосферной плазме и ее взаимодействии нейтральной средой и космическим пространством, так и в области ее экспериментального исследования. Тем не менее, исследования в этом направлении по-прежнему актуальны. В частности, важным является понимание и прогноз последствий искусственных воздействий на ионосферу. В настоящей Главе представлена краткая информация о состоянии знаний об этой сложной для изучения области, а также проблемы, которые актуальны на данном этапе развития науки об ионосфере.

3.9.1 Образование ионосферных слоев (областей)

В результате наблюдения земного магнитного поля были обнаружены его суточные вариации, достигающие на большей части земной поверхности примерно 0.1% значения постоянного поля; эти изменения связаны с местным временем. Этот факт позволил Б. Стюарту в 1882 г. высказать предположение о существовании свободных электрических зарядов и электрического тока в верхней атмосфере. Экспериментальное доказательство существования ионосферы было получено в 1901г., когда Маркони принял в Ньюфаундленде радиосигнал, переданный через океан (к удивлению многих ученых, предсказывающих неудачу эксперимента). Причина успеха эксперимента была объяснена в 1902 г. Кеннели и Хевисайд, работавшие независимо, предположили, что радиосигналы должны отклоняться проводящим слоем ионов приблизительно на высоте 80 км. Этот слой стал известен как слой Кеннели-Хевисайда. Ионизированный слой, названный ионосферой, впервые наблюдали в 1924 г. в Англии (Appleton, Barnett; 1925), при этом был использован метод интерференции волн, и США (Breit, Tuve; 1926),на основе импульсного метода. Импульсный метод, в котором измеряется время задержки между моментом посылки импульса и моментом приема эхо-сигнала от отражающего слоя, применяется и в настоящее время для исследования и контроля состояния ионосферы с помощью наземных станций.

Ионосферой принято называть область атмосферы Земли на высотах 30-1000 км, содержащую частично ионизованную холодную плазму. Ионосфера Земли делится на несколько областей, обозначаемых D, E и F; последняя подразделяется на F1 и F2 (Рис.1). Исторически такое деление возникло из-за образования последовательных плато электронной концентрации n_e (действующая высота), наблюдаемых на ионограммах по временной задержке отражений радиосигнала при развертке по частоте. Критическая частота, при которой возникает отражение, изменяется как n_e^1/2, следовательно, сигнал на более высоких частотах проникает глубже в ионосферу, где выше электронная концентрация как n_e. Область Е была обнаружена первой и названа так потому, что представляет собой атмосферный слой, отражающий Е-вектор радиосигнала. Впоследствии были открыты более низкая область D и расположенная выше область F, имеющая главный максимум концентрации заряженных частиц на высоте 250-300 км. Так называемая внешняя ионосфера простирается от главного максимума до высот 20-25 тыс. км.

Рис. 1 Типичный дневной высотный профиль электронной концентрации и концентрации атмосферы.

В дальнейшем большинство сведений об ионизированных областях, полученных с помощью наземных и ракетных наблюдений, были основаны на распространении радиоволн. В связи с этим выделение различных ионосферных областей проводилось на основе изучения их влияния на распространение радиоволн. В тоже время области, открытые и идентифицированные радиотехническими методами, характеризуются также особыми аэрономическими условиями, а не только уровнями и градиентами электронной концентрации. Возмущения на Солнце (вспышки и др.) часто приводят к сильным возмущениям в ионосфере, включая условия нарушения в условиях распространения радиоволн. Наиболее низко раcположена область D ионосферы, чувствительная к процессам в средней и даже нижней атмосфере, что позволяет говорить о «метеорологическом контроле» этой области (Данилов и др., 1987). Одним из методов исследования процессов в ионосфере и их прогнозирования является численное моделирование (Брюнелли и Намгаладзе А.А., 1988; Колесник и др., 1993).

Было установлено, что солнечная рентгеновская и ультрафиолетовая радиация практически полностью поглощается выше 90 км, образуя ионосферную плазму. Однако, даже в ионосфере число нейтральных молекул значительно превосходит число ионов. Например, их отношение в слое Е приблизительно 10⁸ : 1, а в слое F₂ – 10⁴ : 1. Степень ионизации ионосферной плазмы  определяется как