Квазистатическая турбулентность плазмы верхней ионосферы при искусственных и естественных возмущениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, доктор физико-математических наук Мясников, Евгений Николаевич

• Мясников, Евгений Николаевич
• доктор физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Мясников, Евгений Николаевич

Введение

I. Неоднородная структура ионосферы, постановка задач исследований

1.1. Данные о неоднородной структуре верхней ионосферы.

1.2. Турбулентность квазистатических электрических и магнитных полей

1.3. Искусственная ионосферная турбулентность, возбуждаемая мощным КВ радиоизлучением

1.4. Проблема диффузии и гиротропная турбулентность магнитоактивной плазмы

1.5. Механизмы образования неоднородной структуры высокоширотной верхней ионосферы, квазистатическая турбулентность плазмы.

II. Результаты исследований неоднородной структуры высокоширотной верхней ионосферы методом радиопросвечивания

2.1. Метод радиопросвечивания ионосферы

2.2. О форме спектра флуктуации электронной концентрации высокоширотной ионосферы в направлении геомагнитного ПОЛЯ

2.3. Пространственное распределение неоднородностей в высокоширотных сцинтилляционных пэтчах

2.4. Об анизотропии мелкомасштабных неоднородностей высокоширотной ионосферы по данным пространственно разнесенного приема сигналов ИСЗ

2.5. Высотное распределение и динамика развития авро-ральных сцинтилляционных пэтчей

2.6. Особенности развития сцинтилляционных пэтчей в области главного ионосферного провала

2.7. Наблюдения мерцаний амплитуды и полного электронного содержания в области главного ионосферного провала по данным радиопросвечивания авроральной ионосферы сигналами ИСЗ и станции некогерентного рассеяния ЕК>САТ

2.8. Спектральные характеристики флуктуаций электронной концентрации в областях авроральных сцинтилля-ЦИОННЫХ пэтчей

III. Экспериментальные исследования спектральных характеристик и диффузии искусственных неоднород-ностей, возбуждаемых мощным КВ радиоизлучением

3.1. Результаты измерений формы спектра ИИТ на разных высотах методом радиопросвечивания сигналами ИСЗ.

3.2. Результаты исследований ИИТ, возбуждаемой стендом "Сура", при помощи радиопросвечивания ВО сигналами орбитальных ИСЗ на когерентных частотах и 400 МГц

3.3. Пространственная структура ВО по данным измерений разностной фазы и амплитуды сигналов орбитальных

ИСЗ с большой базой

3.4. Результаты измерений релаксации искусственных ионосферных неоднородностей методами радиопросвечивания и ракурсного рассеяния

3.5. Измерения параметров ИИТ методами радиопросвечивания и ракурсного рассеяния с использованием биста-тического когерентного радара на базе радиотелескопа УТР

IV. Механизмы релаксации неоднородностей плазмы верхней ионосферы, магнитогидродинамическая дрейфовая волна

4.1. Исходные уравнения, приближение двухжидкостной квазигидродинамики

4.2. Униполярная диффузия неоднородностей магнитоак-тивной плазмы

4.3. Сильные флуктуации электронной концентрации, дву-полярная диффузия

4.4. Возмущение магнитного поля и диффузия непотенциальных флуктуаций плазмы

4.5. Квазигидродинамическая дрейфовая волна, дрейфово-диссипативная неустойчивость

4.6. Генерация квазистатического электрического поля в приближении двухжидкостной МГД

4.7. Дрейфовая МГД-волнав магнитоактивной плазме, близкой к идеальной

4.8. Неустойчивость дрейфовых МГД-волн, гиротропная турбулентность магнит оактивной плазмы

4.9. О диффузии вращающихся неоднородностей плотности плазмы, интерпретация экспериментальных данных

V. Механизмы неустойчивости верхней ионосферы при наличии электрических полей и токов, квазистатическая турбулентность плазмы

5.1. Движение плазмы в однородном электрическом поле, закон Ома

5.2. Градиентно-дрейфовая и токово-конвективная неустойчивости

5.3. Система квазистатических крупномасштабных возмущений в магнит оактивной плазме с внешним током

5.4. Градиентно-токовая неустойчивость слабо ионизованной плазмы

5.5. Градиентно-токовая неустойчивость сильно ионизованной плазмы

5.6. Обсуждение, сопоставление с результатами измерений неоднородной структуры высокоширотной ионосферы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Квазистатическая турбулентность плазмы верхней ионосферы при искусственных и естественных возмущениях»

Общая характеристика проблемы и актуальность задач исследований. Проблема образования неоднородной структуры сильно ионизованного газа, который удерживается внешним магнитным полем, считается одной из фундаментальных в физике плазмы и имеет множество приложений в геофизике и астрофизике. Ионосфера Земли является ближайшей к нам и наиболее изученной областью космического пространства, а её неоднородная структура может служить достаточно чувствительным индикатором разнообразных процессов, происходящих в плазме солнечного ветра, магнитосфере и нейтральной атмосфере Земли, влияющих на состояние окружающей нас среды, и может быть использована для экспериментальной проверки механизмов, приводящих к развитию турбулентности магнитоактивной плазмы. Наибольший интерес здесь представляют исследования параметров естественной неоднородной структуры ионосферы на авроральных и полярных широтах, где плазма подвержена наиболее разнообразным геофизическим возмущениям [1, 2], а также в области экваториальных широт, где в ночных условиях могут развиваться очень сильные возмущения электронной концентрации [3, 4], оказывающие существенное влияние на условия работы систем трансионосферной связи и точность спутниковой радионавигации.

Многочисленные экспериментальные данные о неоднородной структуре верхней ионосферы были получены с использованием дистанционных методов зондирования, основанных на эффектах распространения радиоволн в случайно-неоднородных средах [5-8]. Методом радиопросвечивания сигналами ИСЗ определены зависимости интенсивности и появляемости неоднородностей электронной концентрации от географического положения, времени суток, сезона, интервала высот, геомагнитной активности, на основе которых разработан ряд эмпирических моделей неоднородной структуры ионосферы [9-13]. Использование для радиопросвечивания неоднородностей диапазона радиочастот от десятков МГц до нескольких ГГц позволило детально исследовать спектральные характеристики неоднородностей и установить существование степенной формы спектра флуктуаций электронной концентрации в широком диапазоне масштабов [14, 15].

Данные, полученные методом радиопросвечивания, были существенно дополнены результатами измерений параметров ионосферной плазмы и её неоднородной структуры с помощью датчиков, расположенных на космических аппаратах и ракетах (in situ) [16-18]. В частности, было установлено, что образование интенсивных флуктуаций электронной концентрации в высокоширотной и экваториальной ионосфере сопровождается генерацией мелкомасштабных квазистатических электрических и магнитных полей, также обладающих степенными пространственными спектрами [19, 20].

Наиболее часто упоминаемыми в литературе механизмами образования неоднородной структуры верхней ионосферы в настоящее время являются неустойчивости градиентно-дрейфового (ГД) типа [21-24], которые возникают вследствие переноса флуктуаций плотности плазмы в плоскости, ортогональной геомагнитному полю, за счет поляризационных электрических полей, возникающих в присутствии крупномасштабных электрических полей и токов. ГД неустойчивости являются конвективными и приводят к росту мелкомасштабных возмущений на фоне крупномасштабного градиента электронной концентрации плазмы. Впервые ГД неустойчивость плазмы в скрещенных гравитационном и магнитном полях была предложена Данжи для объяснения образования неоднородной структуры экваториальной ионосферы [25]. Основная трудность, возникающая при рассмотрении ГД неустойчивостей, связана с эффектом "закорачивания" поляризационных потенциальных электрических полей вследствие высокой проводимости плазмы в направлении геомагнитного поля, что приводит к резкому уменьшению их инкрементов. В частности, применительно к условиям среднеширот-ной и высокоширотной верхней ионосферы для оптимального развития ГД неустойчивостей необходимо, чтобы продольный размер неоднородностей километровых масштабов значительно превышал характерный высотный размер F-слоя. Отметим, что во многих теоретических работах вопрос о "степени вытянутости" неоднородностей в направлении магнитного поля вообще не рассматривается, при этом исходные уравнения интегрируются в направлении магнитного поля. Последнее позволяет исключить влияние продольных токов на величину поляризационных электрических полей и формально перейти к двухмерной модели турбулентности, в которой все возмущения зависят только от координат в плоскости, ортогональной геомагнитному полю. Однако это противоречит результатам измерений степени вытянутости неоднородностей в направлении геомагнитного поля, выполненных методом радиопросвечивания ионосферы сигналами ИСЗ, согласно которым в естественных условиях для неоднородностей километровых масштабов она не превышает l\\/l± ^ (10 -г- 30) [27-31].

Среди процессов, приводящих к образованию неоднородной структуры высокоширотной ионосферы, наибольший интерес представляют исследования механизмов формирования плоско-слоистых (sheet-like) неоднородностей, вытянутых преимущественно в плоскостях, совпадающих с геомагнитными L-оболочками [32, 33]. Такие неоднородности наблюдаются преимущественно на авроральных широтах, где постоянно существует система крупномасштабных "втекающих" и "вытекающих" из ионосферы продольных к геомагнитному полю токов [34-37]. Другая задача связана с исследованием особенностей генерации неоднородной структуры высокоширотной ионосферы и заключается в изучении процессов, приводящих к образованию локальных "пэтче-вых" (patch) структур, в которых интенсивность неоднородностей существенно возрастает по сравнению с фоновым уровнем.

Начиная с 70-х годов, в нашей стране и за рубежом активно развивается научное направление, связанное с исследованием нелинейных эффектов, возникающих при взаимодействии мощного коротковолнового (KB) радиоизлучения с ионосферной плазмой. Было установлено, что при отражении мощной волны накачки (ВН) обыкновенной поляризации от Г-слоя ионосферы развивается искусственная ионосферная турбулентность (ИИТ), которая характеризуется возникновением неодно-родностей электронной концентрации с масштабами от более 100 км порядка характерного размера возмущенной мощным радиоизлучением области ионосферы до сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля мелкомасштабных флуктуаций плотности плазмы (зЫаЫопз), имеющих поперечные к геомагнитному полю масштабы вплоть до дебаевского радиуса (гг> — 1 см). Пространственный спектр ИИТ можно разделить на две части — мелкомасштабную и крупномасштабную. За образование неоднородностей с поперечными к геомагнитному полю масштабами, меньшими длины ВН ^ Авн = с//вн ~ (30 -т- 60) м, ответственны тепловая параметрическая и резонансная неустойчивости [38-43], которые возбуждаются вблизи уровня отражения от ионосферы ВН обыкновенной поляризации. Считается, что за возбуждение неоднородностей с масштабами 1± ^ 1 км ответственны самофокусировочные неустойчивости электромагнитных и плазменных волн [44-46], которые также развиваются вблизи высоты отражения ВН. Механизмы образования глобальных возмущений плазмы, возникающих преимущественно при нагреве ионосферы в ночных условиях, составляющих порядка и более ста километров и охватывающих широкий диапазон высот [47, 52], в настоящее время полностью не изучены. Одним из них может служить эффект "магнитного зенита", приводящий к резкому увеличению эффективности взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой при распространении ВН вдоль магнитного поля [54].

Искусственное возбуждение неоднородностей, обладающих широким пространственным спектром, позволило исследовать ряд физических процессов, определяющих динамику плазмы верхней ионосферы, среди которых диффузия флуктуаций электронной концентрации [55-59] и процессы переноса возмущений в магнитоактивной плазме [60, 61]. В первых работах, посвященных теории диффузии неоднородностей в ионосфере, предполагалось, что релаксация возмущений протекает независимо в направлении магнитного поля и ортогональной ему плоскости и характеризуется только двумя коэффициентами — амбиполярной продольной (ионной) и амбиполярной поперечной (электронной) диффузии [62]. Данный механизм диффузии известен как двуполярный и протекает при выполнении условий, запрещающих продольные к магнитному полю токи на границе возмущения, в частности, он может быть реализован для плазмы, помещенной в баллон с диэлектрическими стенками [63]. В дальнейшем было получено решение, согласно которому релаксация флуктуаций электронной концентрации в однородной маг-нитоактивной плазме подчиняется режиму униполярной диффузии [6467], происходящему существенно быстрее, чем двуполярная. Определяющее влияние на униполярную диффузию оказывают вихревые токи "короткого замыкания", которые приводят к резкому уменьшению времени жизни неоднородностей. Униполярная диффузия одновременно резко увеличивает пороги низкочастотных неустойчивостей, в частности, градиентно дрейфовых, которые могут приводить к генерации мелкомасштабных неоднородностей плазмы в естественных условиях.

В экспериментах по исследованию релаксации ИИТ было обнаружено, что диффузия сильно вытянутых вдоль магнитного поля мелкомасштабных неоднородностей ~ (3 -г 30) м, которые вызывают ракурсное рассеяние радиоволн, происходит существенно медленнее и может быть описана только двумя наименьшими коэффициентами — амбиполярной поперечной и продольной диффузии, т. е. близка к дву-полярной. Другой вопрос, который возник при интерпретации данных, был связан с наличием аномально широких доплеровских спектров (ДС) сигналов ракурсного рассеяния, что свидетельствовало о существовании у рассеивающих неоднородностей хаотических мелкомасштабных движений, имеющих радиальное направление [68, 69, 71-75].

Одна из возможностей дать объяснение существующим противоречиям связана с поиском решений, отвечающих низкочастотным флук-туациям магнитоактивной плазмы, способным поддерживать свое существование в течение достаточно длительного времени. Аналогичная проблема имела место в теории магнитного динамо (МД) при решении задач о генерации квазистатических магнитных полей во вращающейся проводящей жидкости [76-79]. Было установлено, что необходимыми условиями генерации таких полей являются: наличие "дифференциального вращения" проводящей жидкости и нарушение "отражательной симметрии" возмущений относительно направления возбуждаемого магнитного поля, приводящие к возникновению в системе достаточно сложных вихревых гидродинамических течений. Оказалось, что без указанных двух факторов не может быть осуществлен ни один из известных в настоящее время механизмов генерации магнитного поля. Нарушение симметрии возмущений по отношению к магнитному полю приводит к возбуждению отражательно неинвариантной (спиральной) турбулентности, одним из механизмов генерации которой может служить известный в теории МД "а-эффект", возникающий благодаря взаимодействию вихревых гидродинамических полей, обладающих полои-дальной и тороидальной структурой. Вопросы, связанные с возникновением спиральной турбулентности в гидродинамике и магнитной гидродинамике (МГД), в настоящее время активно обсуждаются в литературе [80, 81].

Новый подход к проблеме образования неоднородной структуры верхней ионосферы, развитый в диссертационной работе, связан с учетом влияния на динамику флуктуаций плотности плазмы равновесных вихревых квазистатических токов. В [83] получено решение уравнений в приближении двухжидкостной МГД, которое описывает вращающиеся в магнитном поле антисимметричные возмущения плотности плазмы — дрейфовые МГД-волны. Показано, что генерируемые в них мелкомасштабные индукционные электрические поля приводят к "запиранию" токов короткого замыкания и создают возможность для протекания более медленного режима двуполярной диффузии. Рассмотренная в [85] неустойчивость дрейфовых МГД-волн при наличии мелкомасштабных искусственных неоднородностей электронной концентрации, возбуждаемых в верхней ионосфере мощным КВ радиоизлучением, может приводить к генерации вращательно неинвариантной крупномасштабной турбулентности магнитоактивной плазмы. В [88] предложен градиентно-токовый (ГТ) механизм образования неоднородностей, который в высокоширотной верхней ионосфере в зонах существования продольных к геомагнитному полю крупномасштабных токов может приводить к развитию наблюдавшихся в эксперименте плоско-слоистых неоднородностей плотности плазмы, вытянутых преимущественно в плоскости, образованной направлениями геомагнитного поля и скорости регулярного дрейфа плазмы [89].

Результаты проведенных исследований открывают новое научное направление в физике ионосферы, связанное с изучением свойств и механизмов генерации квазистатической турбулентности плазмы. В отличие от электростатической турбулентности, где рассматриваются только потенциальные возмущения, она развивается в присутствии индукционных вихревых электрических полей, источниками которых являются токи, определяющие равновесные конфигурации возмущений плотности плазмы во внешнем магнитном поле и вызывающие их флук-туационные движения с дрейфовыми скоростями.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование и разработка теоретической модели квазистатической турбулентности, возбуждаемой в верхней ионосфере в естественных условиях и при воздействии мощного КВ радиоизлучения. В круг поставленных задач входят:

• Разработка с использованием экспериментальных данных, полученных методом радиопросвечивания ионосферы сигналами ИСЗ в области полярных и авроральных широт, модели трехмерного спектра флуктуаций электронной концентрации, описывающей анизотропию неоднородностей плазмы в направлении геомагнитного поля и в ортогональной ему плоскости.

• Экспериментальное исследование динамических процессов, приводящих на авроральных широтах в области главного ионосферного провала (ГИП) к образованию локальных плазменных структур, вызывающих наблюдаемые там сцинтилляционные пэтчи(СП), включая определение параметров пространственного спектра флуктуации электронной концентрации в области СП.

• Экспериментальное исследование при помощи радиопросвечивания ионосферы сигналами ИСЗ характеристик пространственного спектра неоднородностей, возбуждаемых при воздействии на Г-слой мощного КВ радиоизлучения, определение характерных масштабов возмущений, при которых происходит изменение значений показателей степенного спектра в направлении магнитного поля и в ортогональной плоскости.

• Исследование диффузии искусственных неоднородностей, включая разработку механизма генерации вращающихся возмущений плотности плазмы — дрейфовых МГД-волн, позволяющего дать объяснение наблюдаемым в эксперименте — режиму двуполярной диффузии мелкомасштабных искусственных неоднородностей и широкополосному уширению ДС сигналов ракурсного рассеяния.

• Разработка градиентно-токового (ГТ) механизма генерации неоднородной структуры магнитоактивной плазмы, исследование на его основе условий возбуждения в верхней высокоширотной ионосфере неоднородностей электронной концентрации, имеющих плоско-слоистую форму, и выяснение роли ГТ неустойчивости в процессах формирования локальных плазменных структур, приводящих к возникновению СП.

Научная новизна и практическая ценность. В диссертации разработан новый подход к проблеме образования неоднородной структуры верхней ионосферы, связанный с генерацией квазистатической турбулентности магнит оактивной плазмы, источником которой служат вихревые равновесные токи и возбуждаемые ими индукционные электрические поля. Полученные результаты использованы при интерпретации накопленных к настоящему времени многочисленных экспериментальных данных о неоднородностях электронной концентрации, возникающих в естественных условиях, а также при воздействии мощного КВ радиоизлучения.

В диссертации получены следующие новые результаты: Впервые предложен и экспериментально апробирован метод определения внутреннего масштаба спектра флуктуации электронной концентрации в направлении геомагнитного поля, основанный на уменьшении на величину порядка единицы показателя степенного спектра флуктуаций амплитуды и фазы сигналов ИСЗ при радиопросвечивании неоднородностей под малыми углами с магнитным полем. Исследованы условия развития локальных СП, содержащих неоднородности километровых масштабов, в области ГИП при наличии сильных крупномасштабных градиентов электронной концентрации, получены данные о распределении мелкомасштабных неоднородностей в этих структурах в зависимости от высоты и широты. На основе данных о спектрах флуктуаций амплитуды и разностной фазы сигналов ИСЗ на частотах 150, 400 МГц исследованы характеристики анизотропии неоднородностей высокоширотной ионосферы в плоскости, ортогональной геомагнитному полю, предложена двухкомпонентная модель пространственного спектра флуктуаций электронной концентрации, которая в диапазоне масштабов l±

1 -f- 2) км описывает плоско-слоистые неоднородности, имеющие дополнительную вытянутость в плоскости, ортогональной геомагнитному полю, а в мелкомасштабной части l± ^ (0,3 -f- 0,5) км — изотропные в этой плоскости.

При помощи радиопросвечивания сигналами ИСЗ области ИИТ, возбуждаемой в среднеширотной верхней ионосфере мощным KB радиоизлучением, получены данные о высотном распределении неоднородностей километровых масштабов и скоростях переноса возмущений в направлении магнитного поля, определены характерные масштабы, на которых происходит изменение показателя степенного пространственного спектра искусственных неоднородностей в направлении геомагнитного поля и в ортогональной ему плоскости. На основе данных о релаксации ИИТ в различных диапазонах масштабов определены значения эффективных коэффициентов диффузии, позволившие экспериментально доказать, что при релаксации мелкомасштабных искусственных неоднородностей, сильно вытянутых вдоль геомагнитного поля, имеет место режим двуполярной диффузии, который протекает при отсутствии токов короткого замыкания и является существенно более медленным, чем униполярная диффузия квазинейтральных флуктуаций электронной концентрации в однородной магнитоактивной плазме.

Теоретически обнаружен в приближении двухжидкостной МГД новый тип волновых структур, — дрейфовые МГД-волны — описывающих антисимметричные к направлению магнитного поля вращающиеся возмущения плотности плазмы, свойства которых позволяют дать интерпретацию наблюдаемым в эксперименте режиму двуполярной диффузии мелкомасштабных искусственных неоднородностей и уширению ДС сигналов ракурсного рассеяния.

Предложен новый механизм образования неоднородностей магнитоактивной плазмы — ГТ неустойчивость, который может приводить к развитию наблюдаемых в высокоширотной верхней ионосфере плоско-слоистых неоднородностей электронной концентрации.

На защиту выносятся:

Разработка метода и результаты измерений внутреннего масштаба пространственного спектра флуктуаций электронной концентрации в высокоширотной верхней ионосфере на авроральных и полярных широтах.

Результаты исследований на широтах ГИП условий формирования СП при наличии сильных крупномасштабных градиентов электронной концентрации плазмы и параметров спектров фазовых и амплитудных флуктуаций, возникающих при радиопросвечивании СП сигналами ИСЗ, разработка модели двухкомпонентного степенного пространственного спектра неоднородностей в области СП. Результаты измерений методом радиопросвечивания ионосферы сигналами ИСЗ формы пространственного спектра ИИТ в диапазоне поперечных к магнитному полю масштабов от десятков километров до нескольких десятков метров, определение характерных масштабов, на которых происходит изменение показателей степенного спектра.

• Теоретически найденное решение, описывающее дрейфовые МГД-волны, — вращающиеся возмущения плотности магнитоактивной плазмы, близкой к идеальной. Интерпретация на его основе данных о релаксации мелкомасштабных искусственных неоднородностей и наблюдаемого в экспериментах по ракурсному рассеянию радиоволн широкополосного уширения ДС.

• Градиентно-токовый механизм генерации неоднородностей в магнитоактивной плазме с внешним током, который в условиях аврораль-ной верхней ионосферы может приводить к образованию плоско-слоистых мелкомасштабных неоднородностей.

Личный вклад автора являлся определяющим при получении результатов, выносимых на защиту, он принимал непосредственное участие на всех этапах выполнения экспериментальных работ, включая постановку задач, проведение измерений и обработку данных.

Автор начинал работу под руководством Л. М. Ерухимова, который поставил задачу научных исследований и был его учителем. Автор выносит глубокую благодарность своим коллегам: сотрудникам НИР ФИ —

A. В. Рахлину, В. Л. Фролову, А. Ф. Беленову, С. А. Метелеву, А. М. Лер-неру, Ф.И.Выборнову, Е.Н.Сергееву, Л. М.Каган, сотрудникам Полярного геофизического института КНЦ РАН — А.А.Боголюбову,

B. И. Косолапенко, Б. 3. Худукону, сотрудникам Института радиоастрономии АН Украины — Ю.М.Ямпольскому, А. В. Колоскову и Казанского государственного университета им. В. И. Ленина — И. А. Насыро-ву, с которыми совместно в разное время были получены результаты, вошедшие в диссертационную работу, и сложились добрые и дружеские отношения. Помощь в получении экспериментальных данных оказывали Ю.Д. Вдовин, И.В.Попков, В. С.Караванов, А. А. Солоничев, с которыми автор длительное время провел в экспедициях и командировках, в обработке — Н. Н. Новикова. Автор благодарит Н. В. Муравьеву, совместно с которой были получены результаты на заключительном этапе исследований, JL Р. Семенову за помощь при оформлении диссертации и Ф. Ф. Мясникову за моральную и супружескую поддержку на всех этапах научной деятельности. Ряд исследований был выполнен при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований: гранты РФФИ 96-02-18500, 03-05-64636 и международных фондов: гранты ISF R8L000, INTAS 03-51-5583, CRDF-1334-N0-02.

Апробация результатов. Диссертация выполнена в ФГНУ "Научно-исследовательский радиофизический институт" (НИРФИ). Всего по теме диссертации опубликовано 25 статей в отечественных и зарубежных реферируемых научных журналах, более 20 публикаций содержится в научных сборниках, трудах и тезисах всесоюзных (российских) и международных совещаний, конференций и школ, препринтах НИРФИ. Основные результаты докладывались на Всесоюзных и Международных совещаниях по неоднородной структуре ионосферы (Ашхабад, 1979; Норильск, 1980; Мурманск, 1984; Калуга, 1989; Н.Новгород, 1991; Lyon, Colorado, 1994), на Всесоюзных и Всероссийских конференциях по распространению радиоволн (Горький, 1981; Н.Новгород, 2002), на Международных летних школах по физике космической плазмы (Н.Новгород, 1993, 1995, 1997), на Суздальских симпозиумах URSI по модификации ионосферы мощным радиоизлучением (Суздаль, 1991; Uppsala, 1994; Москва, 1998, 2004), совещании рабочей группы по взаимодействию радиоизлучения с ионосферной плазмой (Santa Fe, 2004), Международных ассамблеях (URSI, Lille, France, 1996; COSPAR, France, Paris, 2004), а также на научных семинарах НИРФИ, ПГИ КНЦ РАН, ИПФ РАН, ИКИ РАН.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения, она содержит 297 страниц текста, включая 74 рисунка и список литературы из 214 названий.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Мясников, Евгений Николаевич

выводы

Предложен градиентно-токовый (ГТ) механизм генерации неодно-родностей магнитоактивной плазмы с внешним током, протекающим в плоскости, ортогональной магнитному полю, вследствие замыкания в верхней ионосфере системы противоположно направленных крупномасштабных биркеландовских продольных токов.

В приближении двухжидкостной МГД получен инкремент ГТ неустойчивости, возникающей при наличии градиента электронной концентрации, имеющего направление, совпадающее с направлением поперечного к магнитному полю крупномасштабного тока. Показано, что ГТ неустойчивость в области ГИП может приводить к образованию плоско-слоистых неоднородностей, вытянутых в плоскости, ортогональной градиенту регулярной электронной концентрации.

Рассмотрена ГТ неустойчивость сильно ионизованной плазмы, возникающая при больших значениях магнитного числа Рейнольдса; показано, что она сопровождается образованием вихревых мелкомасштабных токов, протекающих в плоскости, проходящей через направления регулярного тока и магнитного поля. Выражения для инкремента ГТ неустойчивости и шира дрейфовой скорости свидетельствуют о том, что её развитие приводит к нарушению симметрии возмущения плотности плазмы в плоскости замыкания вихревых токов, проходящей через направление магнитного поля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. Определен внутренний масштаб пространственного спектра неод-нородностей плазмы верхней высокоширотной ионосферы, определяющий диссипацию флуктуаций электронной концентрации в направлении геомагнитного поля. Его значение при слабой геомагнитной активности в области полярных широт 79° с.ш.) составляет (3 -г 5) км ^ ¿о|| ^ км, на авроральных широтах 69° с.ш.) — (0,7 -г-1) км ^ 20|| ^ 3 км.

2. Показано, что в верхней ионосфере на широтах главного ионосферного провала при переходе от вечернего к ночному времени суток образование локальных структур, содержащих мелкомасштабные 1± & 1 км неоднородности электронной концентрации, ответственные за повышенный уровень флуктуаций сигналов ИСЗ ("сцинтил-ляционные пэтчи"), происходит преимущественно в области резкого крупномасштабного градиента концентрации плазмы, направленного на север, и сопровождается его движением на юг со скоростью VQX ^ ^ (30 -г 100) м/с. Размеры таких структур в северо-южном направлении первоначально составляют от нескольких единиц до десятков километров, при этом они сильно вытянуты вдоль геомагнитного поля и в направлении, ортогональном регулярному градиенту концентрации плазмы. При дальнейшей эволюции в течение времени порядка и более одного часа широтный размер области, занимаемой мелкомасштабными неоднородностями, увеличивается до нескольких сотен километров.

3. Предложена модель двухкомонентного степенного пространственного спектра флуктуаций электронной концентрации в локальных структурах, ответственных за наблюдаемые на авроральных широтах "сцинтилляционные пэтчи", согласно которой мелкомасштабные неоднородности 1± & 1тх ~ (300 Ч- 500) м изотропны в плоскости, ортогональной геомагнитному полю, и сильно вытянуты вдоль его направления. Показатель пространственного степенного спектра ос к]р± в плоскости, ортогональной магнитному полю, составляет Р± ^ (2,5-5-3), в направлении магнитного поля он существенно больше рц > р±. Для масштабов 1Х > 1тх показатель степени спектра в направлении минимального размера структуры (север-юг) увеличивается до значений рх ~ (4 Ч- 4,5), что приводит к увеличению степени вы-тянутости неоднородностей в восточно-западном направлении с ростом их масштаба. Характерные внешние масштабы спектра в таких структурах составляют: в направлении север-юг Ьх (20 -5- 50) км, в восточно - западном направлении и вдоль геомагнитного поля Ьу ~ (100 -5- 300) км.

4. Показано, что пространственный спектр искусственной ионосферной турбулентности, возбуждаемой мощным КВ радиоизлучением на средних широтах вблизи уровня отражения мощной волны накачки обыкновенной поляризации, в диапазоне масштабов (20 Ч- 30) м ^ ^ 1т± (500 Ч- 700) м имеет степенной вид ос с показателем р± & (1,5 4-2,0), внутренний масштаб в направлении магнитного поля составляет /0ц ^ (3 Ч- 4) км. Неоднородности, возбуждаемые в диапазоне масштабов 1± ^ 1т±, имеют степенной спектр с показателем р ^ (4 Ч- 4,5), близким к показателю степенного спектра естественных неоднородностей, и могут занимать область высот, значительно превышающую высоту максимума Е-слоя.

5. Получена зависимость времени релаксации искусственных неоднородностей, возбуждаемых мощным КВ радиоизлучением, от масштаба тд ос в которой показатель степени составляет а ~ (1,5 Ч- 2) при ^ и а & 0,5 при 1± ^ Значение характерного масштаба, на котором изменяется показатель о;, в дневных условиях составляет (10 ч-25) м, в вечернее и ночное время он уменьшается до значений — (6 Ч-10) м. При измерении релаксации искусственных неоднородностей в вечернее время суток в северной части возмущенной области данный масштаб составлял ~ 100 м, при этом значение показателя степени а в области 1± было близко к нулю. Определены коэффициенты эффективной поперечной и продольной диффузии, значения которых близки к коэффициентам амбиполярной поперечной (электронной) и продольной (ионной) диффузии.

6. В приближении двухжидкостной магнитной гидродинамики получено новое решение — дрейфовая МГД-волна, которая удовлетворяет комплексному параболическому уравнению, имеющему вид однородного уравнения Шредингера, и описывает вращающиеся со скоростью порядка дрейфовой возмущения плотности плазмы, антисимметричные по отношению к направлению внешнего магнитного поля. На основе данного решения предложена интерпретация режима амбиполярной диффузии мелкомасштабных неоднородностей и эффекта частотного уширения доплеровских спектров сигналов ракурсного рассеяния КВ и УКВ радиоволн, наблюдавшихся в экспериментах по созданию искусственной ионосферной турбулентности.

7. Предложен новый механизм генерации неоднородностей высокоширотной верхней ионосферы — градиентно-токовая неустойчивость, возникающая при наличии квазистатического крупномасштабного тока, протекающего в плоскости, проходящей через направления регулярного магнитного поля и крупномасштабного градиента концентрации. Показано, что в области главного ионосферного провала данная неустойчивость может приводить к образованию плоско-слоистых неоднородностей, вытянутых в плоскости, ортогональной направлению крупномасштабного градиента плазмы, наблюдаемых в экспериментах по радиопросвечиванию ионосферы сигналами ИСЗ.

Совокупность полученных в диссертационной работе результатов об особенностях спектров ионосферных неоднородностей при естественных и искусственных возмущениях, а также разработанные теоретические модели, описывающие генерацию электрических полей в ионосфере, можно квалифицировать как крупное достижение в решении проблемы формирования неоднородной структуры верхней ионосферы километровых и субкилометровых масштабов.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Мясников, Евгений Николаевич, 2007 год

1. Tsunoda R. Т. High-latitude F region irregularities: a review and synthesis // Rev. Geophys. 1988. V. 26, №4. P. 719-760.

2. Fejer B. G., Kelley M. C. Ionospheric irregularity // Rev. Geophys. Space Phys. 1980. V.18. P. 401-454.

3. Basu S., Kelley M. C. Review of equatorial scintillation phenomena in light of recent developments in the theory and measurements of equatorial irregularities // J. Atm. and Terr. Phys. 1977. V.39, №9/10.

4. Татарский В. И. Распространение радиоволн в турбулентной атмосфере. — М.: Наука, 1967.

5. Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. 4.2. Случайные поля. — М.: Наука, 1978.

6. Гершман Б. Н., Ерухимов JI. М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосферной и космической плазме. — М.: Наука, 1984.

7. Гершман Б. Н., Казимировский Э. С., Кокоуров В. Д., Чернобровкина Н. А. Явление F-рассеяния в ионосфере. — М.: Наука, 1984.

8. Aarons J., Whitney Н.Е., Allen R. S. Global morphology of ionospheric scintillations // Proc. IEEE. 1969. V. 59, №2.

9. Fremow E. J., Rino C. L. An empirical model for averege F-layer scintillation at VHF-UHF // Radio Sci. 1973. V. 8. P. 213-222.

10. Pope J.H. High-latitude ionospheric irregulariry model // Radio Sci. 1974. V. 9. P. 675-682.

11. Yeh K.C., Liu C.H. Radio wave scintillation in the ionosphere // Proc. IEEE. 1982. V. 70. P. 324-360.

12. Basu Su., Valladares C. Global aspects of plasma structures // Journal of Atmos. and Solar Terr. Phys. 1999. V.61, №1-2. P. 127-139.

13. Elkins T. J., Papagiannis M. D. Measurements and interpretation of power spectrums of ionospheric scintillation at subauroral location //J. Geophis. Res. 1969. V. 74. P. 4105-4115.

14. Dyson P. L., McClure J. P., Baron W. B. In situ measurements of the spectral characteristics of F region ionospheric irregularities //J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P. 1497.

15. Sagalin R. C., Smiddy M. Hight-latitude irregulariries in the top side ionosphere based on ISIS-1 thermal ion probe date // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P. 4252-4260.

16. Dyson P. L. Topside irregularities in the ionosphere //J. Atm. and Terr. Phys. 1977. V. 39, №9/10.

17. Kelley M. C., Mozer F. S. A satellite survey of vector electric fields in the ionosphere at frequencies of 10 to 500 Hz // J. Geophys. Res. 1972. V. 77, №2.

18. Kintner P.M., Ceyler C.E. The status of observations and theory of high latitude ionospheric and magnetospheric plasma turbulence // Space Sci. Rev. 1985. V. 41. P.91-129.

19. Ossakow S. L. Spread-F theories — a review //J. Atm. Terr. Phys. 1981. V. 47. P. 437.

20. Huba J.D., Ossakow S. L., Santyanarayana P., Guzdar P.N. Linear theory of ExB instability with ingomogeneours electric field //J. Gophys. Res. 1983. V. 88. №A11. P. 425-434.

21. Cerisier J. С., Berthelier J. J., Beghin C. Unstable density gradients in the hight-latitude ionosphere // Radio Sci. 1985. V. 20. P. 755.

22. Kelley M. C. The Earth's ionosphere plasma physics and electrodynamics // International geophysics series. 1989. V. 43. Academic press.

23. Dangey J. W. Convective diffusion in the equatorial F-region //J. Atmos. Terr. Phys. 1956. V. 9. P. 304.

24. Ерухимов JI. M., Мясников Е.Н. Неоднородности и механизмы их генерации в полярной ионосфере //II Всес. совещание по полярной ионосфере и ионосферно-магнитосферным связям, Норильск, 1980. тез. докл. — Иркутск, 1980. С. 24-26.

25. Erukhimov L. M., Kosolapenko V. I., Lerner A. M., Myasnikov E. N. The spectral form of small-scale plasma turbulence in the auroral ionosphere // Planet. Space Sci. 1981. V. 29, №9. P. 931-933.

26. Ерухимов JI. М., Косолапенко В. И., Лернер А. М., Мясников Е. Н. О форме спектра неоднородностей высокоширотной ионосферы в направлении геомагнитого поля // Изв. вузов. Радиофизика. 1981. Т. 24, №5. С. 524-528.

27. Livingston R. С., Rino C.L., Owen J., Tsunoda R. Т. The anisotropy of hight-latitude nighttime F-region irregularities //J. Geophys. Res. 1982. V. 87, №A12. P. 10,519-10,526.

28. Sinno K., Minakoshi H. Experimental results on satellite scintillations due to field-aligned irregularities at mid-latitude //J. Atm. Terr. Phys. 1983. V. 45, №8/9. P. 563-567.

29. Tereshenko E. D., Khudukon B. Z., Kozlova M. 0., Nigren T. Anisotropy of ionospheric irregularities determined from the amplitude of satellitesignals at a single receiver / / Ann. Geophysicae. 1999. V. 17. P. 508-518.

30. Rino C. L., Livingston R. C., Matthews S.J. Evidence for sheet-like auroral ionospheric irregularities // Geophys. Res. Let. 1978. V.5, №12. P. 1039.

31. Fremow E. J., Lansinger J. M. Dominant configuration of scintillation-producing irregularities in the auroral zone // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, №A12. P. 10,087-10,093.

32. Birkeland K. The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903. 1, Christiana, Aschehoug, Norway, 315 p. P. 1908; 2, Christiana, Aschehoug, Norway, 473 p. P. 1915.

33. Ijima Т., Ptemra T. A. Field-aligned currents in the dayside cusp observed by Triad // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 5971.

34. Ijima Т., Ptemra T. A. Large-scale characteristics of field-aligned currents associated with substormsi //J. Geophys. Res. 1978. V. 83. P. 599.

35. Kamide Y. The relationship between field-aligned current and the auroral electrojets. A review // Space Sciens. Rev. 1982. V.31. P. 127-243.

36. Perkins F. W. A theoretical model for short-scale field aligned plasma density stria-tions // Radio Sci. 1974. V.9, №11. P. 1065-1070.

37. Митяков H.A., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. Нагрев ионосферы электромагнитным полем в условиях развитой параметрической неустойчивости // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, №1. С. 27-33.

38. Васьков В. В., Гуревич А. В. Нелинейная резонансная неустойчивость плазмы в поле обыкновенной электромагнитной волны // ЖЭТФ. 1975. Т. 69, №1. С.176-178.

39. Грач С. М., Караштин А.Н., Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. К теории тепловой параметрической неустойчивости в неоднородной плазме // Физика плазмы. 1978. Т. 4. С. 1321-1329.

40. Грач С.М., Митяков Н.А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. В кн.: Тепловые нелинейные явления в плазме. — Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 46-80.

41. Fejer J. A. Ionospheric modification and parametric instabilities // Rev. Geophys. Space Phys. 1979. V. 17, №1. P. 135-153.

42. Васьков В. В., Гуревич А. В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивости в F-области ионосферы. В кн.: Тепловые нелинейные явления в плазме. — Горький: ИПФ АН СССР, 1979. С. 81-138.

43. Захаров В.Е. Коллапс и самофокусировка ленгмюровских волн. В кн.: Основы физики плазмы. Т. 2. — М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 79-118.

44. Gurevich А. V., Hagfors Т., Carlson Н., Karashtin A., Zybin К. // Phys. Lett. А. 1998. V. 239. P. 385.

45. Gurevich A. V., Fremow E., Secan J., Zybin K. P. Large scale structuring of plasma density perturbations in ionospheric modifications // Phys. Lett. A. 2002. V.301. P. 307-314.

46. Мясников E. H., Муравьева H. В. Характеристики пространственного спектра не-однородностей плазмы, возбуждаемых на средних широтах стендом "Сура" // Материалы научно-методической конф. ВГАВТ. Ч. 2. — Н. Новгород, 2005. С. 9497.

47. Gurevich A.V., Zybin К.P., Carlson H. С., Pedersen T. Magnetic zénith effect in ionospheric modifications // Phys. Lett. A. 2002. V. 305. P. 264-274.

48. Ерухимов JI. M., Фролов В.JI., Мясников Е.Н. Релаксация искусственной ионосферной турбулентности // Всес. совещ. по неоднородной структуре ионосферы, тез. докл. Ашхабад, 1979. С. 29-32.

49. Ерухимов Л. М., Метелев С. А., Мясников Е. Н., Рахлин А. В., Урядов В. П., Фролов В. Л. Экспериментальные исследования искусственной ионосферной турбулентности. В сб.: Тепловые нелинейные явления в плазме. — Горький, 1979. С. 745.

50. Мясников Е. Н. Экспериментальные исследования механизмов образования неод-нородностей верхней ионосферы с помощью приема сигналов ИСЗ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. — Горький: НИРФИ, 1982. 17 с.

51. Фролов В. Л., Сергеев Е. Н., Штуббе П. Исследование процессов переноса в верхней ионосфере Земли с помощью искусственной ионосферной турбулентности, создаваемой пучком мощных КВ радиоволн // Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45, №2. С. 121-143.

52. Гершман Б.Н. О диффузии в ионосфере // Радитехника и электроника. 1956. Т. 1, вып. 6. С. 720-731.

53. Голант В. Е. Диффузия заряженных частиц в магнитном поле // УФН. 1963. Т. 79, вып. 3. С. 377-440.

54. Гуревич А. В., Цедилина Е. Е. Движение и расплывание неоднородностей в плазме // УФН. 1967. Т. 91, вып. 4. С. 609-643.

55. Рожанский В. А., Цендин J1. Д. Расплывание неодноодностей слабо ионизованной плазмы с током в магнитном поле // ЖТФ. 1977. Т. 47, Вып. 10. С. 2017-2026.

56. Жилинский А. П., Цендин Л.Д. Столкновительная диффузия частично ионизованной плазмы в магнитном поле // УФН. 1980. Т. 131, вып.З. С. 343-385.

57. Рожанский В. А., Цендин Л.Д. Столкновительный перенос в частично ионизованной плазме. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

58. Minkoff J., Kreppel R. Spectral analisis and step responce of radio frequency scattering from a heated ionospheric volume //J. Gophys. Res. 1976. V. 81. P. 2844-2856.

59. Насыров А. М. Рассеяние радиоволн анизотропными ионосферными неоднород-ностями. — Казань: Казанский ун-т, 1991.

60. Коровин А. В., Насыров А. М., Проскурин Е. И., Ягнов Н. Н. Доплеровские измерения частоты при ракурсном рассеянии УКВ на искусственных неоднородно-стях ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25, №3. С. 277-283.

61. Hysell D.L., Kelley М.С., Yampolsky Y.M., Beley V.S., Koloskov A.V., Pono-marenko P. V., Tyrnov 0. F. HF radar observations of decaying artificial field-aligned irregularities // J. Gophys. Res. 1996. V. 101, №A12. P. 26,981-26,993.

62. Yampolski Yu.M., Beley V.S., Kascheev S.B., Koloskov A.V., Somov V.G., Hys-sel D.L., Isham В., Kelley M. C. Bistatic HF radar diagnostics induced field-aligned irregularities // J. Gophys. Res. 1997. V. 102, №A4. P. 7461-7467.

63. Koloskov A. V., Layser Т. В., Yampolski Yu. M., Beley V. S. HF pump-induced large-scale radial drift of small-scale magnetic field-aligned density striations //J. Gophys. Res. 2002. V. 107, №A7. R 10.1029/2001JA000154.

64. Larmor J. How could the rotating body such us the Sunbecome a magnet? // Rep. Brit. Assoc. Adv. Sci. 1919. V. 159. R 1919.

65. Steenbeck M., Krause F. The generation of stellar and planetary magnetic fields by turbulent dinamo action // Z. Naturforsch. 1966. V. 21a. P. 1285.

66. Моффат Г. Возбуждение магнитного поля в проводящей среде. — М.: Мир, 1980.

67. Вайнштейн С. И., Зельдович Я. Б., Рузмайкан А. А. Турбулентное динамо в астрофизике. — М.: Наука, 1980.

68. Моисеев С. С., Сагдеев Р.З., Тур А. В., Хоменко Г. А., Яновский В. В. Теория возникновения крупномасштабных структур в гидродинамической турбулентности // ЖЭТФ. 1983. Т. 85, вып. 6(12). С. 1979-1987.

69. Чхетиани О. Г., Моисеев С. С., Гольбрайх Е. И. Генерация спиральности в турбулентных МГД течениях // ЖЭТФ. 1998. Т. 114, вып. 3(9). С. 946-955.

70. Ерухимов JI. M., Мясников E. H. О диффузии вращающихся неоднородностей в ионосферной плазме // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т.41, №2. С. 194-211.

71. Myasnikov E.N. Instability of MHD-drift waves in HF heated ionosphere // V International Suzdal simphosium on the modification ionosphere, August 26-29, 1998. Book of abstracts. P. 13.

72. Мясников E. H. Неустойчивость дрейфовых МГД-волн в верхней ионосфере // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42, №7. С. 691-699.

73. Мясников Е. Н., Ерухимов JI. Н. Низкочастотная магнитогидродинамическая волна в двухкомпонентной магнитоактивной плазме // Препринт НИРФИ №393. — Н.Новгород: НИРФИ, 1994. 26с.

74. Мясников Е. H. О градиентно-токовом механизме образования неоднородной структуры высокоширотной верхней ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48, №7. С. 574-587.

75. Денисов H. Г. О дифракции волн на хаотическом экране // Изв. вузов. Радиофизика. 1961. Т. 6, №4. С. 630-638.

76. Getmantsev G. G., Erukhimov L. M. Radio star and satellite scintillations // Solar. Terr. Phys. 1969. V. 5. P. 13.

77. Wernik A.W., Liu C.H., Franke S. J., Gola M. High-latitude irregularity spectra deduced from scintillation measurements // Radio Sci. 1990. V. 25, №5. P. 883-895.

78. Алимов В. А., Ерухимов JI. M., Мясников E. H., Рахлин A. В. О спектре турбулентности верхней ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40, №4. С. 446.

79. Briggs B.N., Philips G. J., Shiun D.H. // Proc. Phys. Soc. 1950. V.53. P. 106.

80. Боголюбов А. А., Ерухимов JI. M., Мясников E. H., Оглоблина О.Ф., Чека-лев С. П., Черемный В. А. Измерения параметров дифракционной картины при просвечивании авроральной ионосферы сигналами ИСЗ // Геомагнетизм и аэрономия. 1984. Т. 24, №1. С. 147-149.

81. Боголюбов А. А., Ерухимов JI.M., Кряжев В. А., Мясников Е. Н. Об измерениях анизотропии неоднородностей авроральной ионосферы с помощью сигналов ИСЗ // Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. 27, №12. С. 1497-1504.

82. Гусев В. Д. Объемная структура неоднородностей ионосферы // Ионосферные исследования. №30. С. 53. — М.: Сов. Радио, 1980.

83. Kunitsin V. E., Andreeva E. S., Tereschenko Е. D., Khudukon В. Z., Nygren Т. Investigations of the ionosphere hy satellite radiotomography / / International Journal of Imaging Sistems ahd Technjlogy. 1994. V.5. P. 112-127.

84. Kunitsyn V. E., Tereshchenko E. D. Ionospheric tomography. — Berlin: SpringerVerlag, 2003.

85. Feldstein J. I. Peculiarities in the auroral distribution and magnetic disturbance distribution in hight latitudes caused by asymmetrical form of magnetosphere // Planet. Space Sci. 1966. V. 14, №2.

86. Альвен X. Космическая плазма. M., Мир, 1983, с.213.

87. Kintner P.M. Observations of velocity shear turbulence // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 5114.

88. Basu S., Basu Su., Sojka J. J., Schunk R. W., MacKenzie. Macroscale modelling and mesoscale observations of plasma density structures in the polar cap // Geophys. Res. Lett. 1995. V. 22. P. 881.

89. Argo P. E., Kelley M. C. Digital ionosonde observations during equatorial spread-F // J. Geophis. Res. 1986. V. 91, №A5. P. 5539-5555.

90. LaBelle J., Kelley M.C., Seyler C. E. An analisis of the role of drift waves in the equatorial spread-F // J. Geophis. Res. 1986. V.91, №A5. P. 5513-5525.

91. Basu S., Aarons J., McClure J. P. et al. Preliminary comparisons of VHF radar maps of F-region irregularities with scintillations in the equatorial region //J. Atm. and Terr. Phys. 1977. V.39, №9/10.

92. Basu San., Basu Su., LaBelle J., Kudeki E., Fejer B. G., Kelley M. C., Whitney H. E., Bushby A. Gigahertz scintillation and space receiver drift measurements rocket com-paign in Peru // J. Geophis. Res. 1986. V.91, №A5. P.5526-5538.

93. Phelps A. D. R., Sagalyn R. C. Plasma density irregularities in the hight-latitude topside ionosphere // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 515.

94. Villain J.-P., Beghin C., Hanuise C. ARCAD3-SAFARI coordinated study of auroral and polar F-region ionospheric irregularities // Ann. Geophys. 1986. V. 76. P. 61.

95. Basu S., Basu S., McKenzie E., Coley W.R., Sharber L.R., Hoegy W. R. Plasma structuring by the gradient drift instability at high latitudes and comparison with velocity shear driven processes // J. Geophys. Res. 1990. V. 95, №A6. P. 7799-7818.

96. Singh M., Szuszczewicz E. P. Composite equatorial spread-F wave number spectra from medium to short wavelengths //J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 2313.

97. Temerin M. Polarization of high latitude turbulence as determined by analysis of data from the OV1-17 satellite // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 11278.

98. Curtis S. A., Hoegy W. R., Brace L. H., Maynard N. C., Siguira M. DE-2 cusp observations: role of plasma instabilities in topside ionospheric heating and density fluctuations // Geophys. Res. Letters. 1982. V.9. P. 997.

99. Berthelier A., Cerisier J.-C., Berthelier J.-J., Rezeau L. Low frequency magnetic turbulence in the high-latitude topside ionosphere: low-frequency waves or field-aligned current // J. Atm. Terr. Phys. 1991. V.53, №3/4. P. 333-341.

100. Gurnett D.A., Frank L.A. A region of intense plasma wave turbulence on auroral field lines //J. Geophys. Res. 1977. V.82. P. 1031.

101. Temerin M. The polarization, frequency, and wavelengths of high-latitude turbulence // J. Geophys. Res. 1978. V.83. P. 2609.

102. Tu С. Y., Marsch E., Rosenbauer H. The Dependence of MHD turbulence spectra on the solar wind stream structure near solar minimum // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17, №3. P. 283-286.

103. Nagatsuma T., Fukunishi H., Hayakawa H., Mukai T., Matsuoka A. Field-aligned currents associated with Alfven waves in the poleward boundary region of the nightside auroral oval // J. Gophys. Res. 1996. V.101, №A10. P. 21,715-21,729.

104. Utlaut W. F., Cohen R. Modifyien the ionosphere with intence radio waves // Science. 1971. V. 174. P. 245-254.

105. Gordon W. E., Showen R. L., Carlson H. C. Ionospheric heating at Arecibo: first tests // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. P. 7808-7813.

106. Гуревич А. В., Шлюгер И. С. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. С. 1237-1260.

107. Ерухимов Л.М., Ковалев В. Я. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. С.758-763.

108. Hunsuker R. D. Radio techniques for probing the terrestrial ionosphere, SpringerVerlag, Berlin, Physical and chemistry in space, V. 22, Planetology, 1991.

109. Radio Sci. (special issue). 1974. V.9, №11.

110. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. T. 18, №9.

111. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, №9.

112. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, №12.

113. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1982. V. 44, №12.

114. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1985. V.47, №12.

115. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1997 V. 59, №18; 1998. V. 60, №12.

116. Силин В. П. Параметрическое воздействие излучения большой мощности на плазму. — М.: Наука, 1973.

117. Мима К. Нишикава К. Параметрические неустойчивости и диссипация ноли в плазме. В кн.: Основы физики плазмы. — М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 434497.

118. Шапиро В. Д., Шевченко В. И. Сильная турбулентность плазменных колебаний. В кн.: Основы физики плазмы. Т. 2. — М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 1-173.

119. Литвак А. Г., Сергеев А. М. Нелинейные эффекты при высокочастотном нагреве плазмы. В кн.: Высокочастотный нагрев плазмы. — Горький: ИПФ АН СССР, 1983. С. 324-370.

120. Васьков В. В., Гуревич А. В. Параметрическое возбуждение ленгмюровских колебаний в ионосфере в поле сильных радиоволн // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, №2. С. 188-198.

121. Perkins F.W., Oberman C.R., Valeo E.J. Parametric instabilities and ionospheric modifications // J. Geophys. Res. 1974. V. 79, №10. P. 1478-1483.

122. Митяков H. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В.Ю. Индуцированное рассеяние радиоволн в слое F-ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14, №1. С.36-42.

123. Дэвис К. Радоиволны в ионосфере. — М.: Мир, 1973.

124. Ерухимов Л. М., Метелев С. А., Мясников Е. Н., Митяков Н.А., Фролов В. Л. Искусственная ионосферная турбулентность // Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30, №2. С. 208-225.

125. Frolov V.L., Erukhimov L.M., Metelev S.A., Sergeev E.N. Temporal behaviour of artificial small-scale ionospheric irregularities: Review of experimental results //J. Atmos. and Solar Terr. Phys. 1977. V. 59, №18. P. 2317-2333.

126. Bowhill S. A. Satellite transmission studies of spread-F produced by artificial heating of the ionosphere // Radio Sci. 1974. V. 9, №11.

127. Ерухимов Л. М., Митякова Э. Е., Мясников Е. Н., Поляков С. В., Рахлин А. В., Синельников В. М. О спектре искусственных неоднородностей на разных высотах // Изв. вузов. Радиофизика. 1976. Т. 20, №12. С. 1814-1820.

128. Basu S., Costa E., Livingston R. C., Growes К. M., Carlson H. C., Chaturvedi P. K., Stubbe P. Evolution of subkilometer scale irregularities generated by high power HF waves // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, №A4. P. 7469-7475.

129. Basu San., Basu Sun., Gangully S., Gordon W. E. Coordinated study of subkilometer and 3-m irregularities in the F-region generated by high-power HF heating at Arecibo // J. Geophys. Res. 1983. V.88, №A11. P. 9217-9225.

130. RufFenach C. L. Radio scintillation on stellar signals during artificial ionospheric modification // J. Geophis. Res. 1973. V.78, №25. P. 5611-5621.

131. Kelly M. С., Arce T. L., Salowaj J., Suzler M., Armstrong T., Carter M., Duncan L. Density deplationat the 10 m scale induced by the Arecibo heater //J. Gophys. Res. 1995. V. 100. P. 17367.

132. Горелик Г. С. К теории рассеяния радиоволн на блуждающих неоднородностях // Радиотехника и электроника. 1956. Т. 1, вып. 6. С. 695-703.

133. Блаунштейн Н. Ш., Ерухимов JI. М., Урядов В. П., Филипп Н. Д., Цыганаш И. П. // Геомагнетизм и аэрономия. 1988. Т. 28, №4. С. 693.

134. Kagan L. M., Frolov V. L. Significance of field-aligned currents for F-region // J. Atm. Terr. Phys. 1996. V. 58. P. 1465-1474.

135. Bernhard, P.Q., Duncan L.M., Trepplay C.A. // Science 1988. V. 242, №4881. P. 1022-1027.

136. Allen E. M., Thome G.D., Rao P. B. HF phase arrey observations of heater-induced spread F // Radio Sci. 1974. V.9, №11. P. 905-916.

137. Belenov A. F., Erukhimov L. M., Ponomarenko P. V., Yampolsky Y.M. Interaktion between artifisial ionospheric turbulence and geomagnetic pulsations //J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 1997. V. 59, №18. P. 2367-2372.

138. Ponomorenko P. V., Yampolski Yu. M., Zalizovsky A.V., Hyssel D.L., Tyrnov O.F. Interaction between artificial ionospheric irregularitiesand natural MHD waves // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, №A1. P. 171-181.

139. Кадомцев Б. Б. Коллективные явления в плазме. — М.: Наука, 1988.

140. Thoneman Р. С., Colb А. С. Plasma rotation and instability in the 0-pinch due to transverce magnetic fields // Phys. Fluids. 1964. V. 7. №9. P. 1455-1461.

141. Keskinen M.J., Mitchell H. G., Fedder J. A., Santyanarayana P., Zalezak S.T., Huba J. D. Nonlinear evolution of Kelvin-Helmholts instability in the high-latitude ionosphere // J. Gophys. Res. 1988. V.93, №A1. P. 137-152.

142. Kadomtsev B.B., Nedospasov A. V. // J. Nucl. En. 1960. V. Cl. P. 230.

143. Ossakow S. L., Chaturvedy P. K. Current convective instability in the diffuse aurora // J. Geophys. Res. Lett. 1979. V. 6. P. 332.

144. Erukhimov L.M., Kagan L.M. Thermomagnetic effects in ionospheric plasma //J. Atmos. Terr. Phys. 1994. V. 56. P. 133.

145. Поляков С. В., Яхно В. Г. О термодиффузионном механизме генерации неодно-родностей электронной концентрации в F-слое ионосферы // Физика плазмы. 1980. Т. 6, вып. 2. С. 383-387.

146. Гуревич А. В., Караштин А. Н. Мелкомасштабная термодиффузионная неустойчивость в нижней ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1984. Т. 26. С. 885.

147. Караштин А. Н., Цимринг М. Ш. Низкочастотные неустойчивости в неизотермической плазме // Изв. вузов. Радиофизика. 1993. Т. 36, №1. С. 25-35.

148. Гершман Б.Н., Каменецкая Г. X. О токовом механизме образования неоднород-ностей, приводящих к диффузности области F ионосферы на высоких широтах // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 26, №7. С. 988-995.

149. Ерухимов JI.M., Каган JI.M., Мясников Е. Н. О нагревном механизме происхождения неоднородностей верхней ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1982. Т. 22, №5. С. 721-724.

150. Bespalov P. A., Chugunov Yu. V. // Planet. Spase Sci. 1984. V.32, №3. P. 365.

151. Малов Д. E., Чугунов Ю.В. Об электродинамике вращающихся плазмосфер планет в дипольном магнитном поле // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40, №1-2. С.232-249.

152. Ерухимов JI.M., Косолапенко В. И., Муравьева Н. В., Мясников Е. Н., Черем-ный В. А. О форме спектра неоднородностей высокоширотной ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30, №6. С. 948-952.

153. Fremow Е. J., Secan J. A., Lansinger J. М. Spectral behavior scintillation in the nighttime auroral region // Radio Sci. 1985. V. 20, №4. P. 923-933.

154. Косолапенко В. И., Мясников Е. Н. Результаты исследований неоднородной структуры полярной ионосферы по данным измерений сигналов ИСЗ на арх. Шпицберген // Исследования высокоширотной ионосферы, Апатиты, 1986. С. 68-72.

155. Боголюбов А. А. Особенности спектра неоднородностей высокоширотной ионосферы в зоне локальных пятен. В кн.: Высокоширотная ионосфера. Апатиты. — М.: АН СССР, 1986. С. 52-60.

156. Боголюбов А. А., Ерухимов J1.M., Мясников Е. Н., Евстафьев О. В., Косолапенко В. И. Пространственная форма и динамика развития авроральных сцин-тилляционных пэтчей // Изв. вузов. Радиофизика. 1996. Т. 39, №3. С. 276-285.

157. Erukhimov L.M., Myasnikov E.N., Kosolapenko V.I., Cheremny V.A., Evsta-fyev О. V. Observation of total electron content, amplitude and phase scintillations in the auroral ionosphere // Radio Science. 1994. V. 29, №1. P. 311-315.

158. Erukhimov L. M., Muravieva N.V., Myasnikov E.N. Two-component model of 3d spectrum of auroral F-layer irregularities // URSI and STEP/GAPS Workshop on theory and observations nonlinear processes in the near-earth environment, Poland, 1995.

159. Erukhimov L.M., Muravieva N.V., Myasnikov E.N., Evstafjev O.V., Kosolapenko V. I. The Spectral Structure of the Auroal F-layer patches // Radio Sci. 1996. V.31, №3. P. 629-633.

160. Митякова Э.Е., Мясников E. H., Рахлин A. В. Предварительные результаты измерений высотного распределения неоднородностей ионосферы, возбуждаемых мощным коротковолновым радиоизлучением // Изв. вузов. Радиофизика. 1976. Т. 20, №6. С. 939-940.

161. Ерухимов Л. М., Мясников Е. Н., Максименко О. И. О неоднородной структуре верхней ионосферы // Ионосферные исследования. №30. — М.: Сов. радио, 1980. С.27-48.

162. Ерухимов JI. М., Ковалев В. И., Лернер А. М., Мясников Е. Н., Поддельский И. Н., Рахлин А. В. О спектре крупномасштабных искуссвенных неоднородностей в F-слое ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 1978. Т. 22, №10. С. 1278-1281.

163. Ерухимов Л.М., Ковалев В. Я., Мясников Е. Н., Рахлин А. В., Рубцов Л.Н. О форме спектра искусственных неоднородноностей крупных масштабов, возбуждаемых при помощи нагревноного стенда "Гиссар" // Геомагнетизм и аэрономия. 1988. Т. 28. С. 864-866.

164. Гуревич А. В., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. — М.: Наука, 1973.

165. Брауде С.Я., Мень A.B., Содин.С.Г. Антенны. — М.: Связь, 1978. С. 3-25.

166. Гершман Б. Н. Динамика ионосферной плазмы. — М.: Наука, 1974, 256 с.

167. Григорьев Г. И. // Геомагнетизм и аэрономия. 1964. Вып. 4. С. 183.

168. Рожанский В. А., Цендин Л. Д. // ЖТФ, 1975. Т. 47. С. 2017.

169. Готская И. В., Каган Л. М. Изменение режимов диффузии и нагревной неустойчивости за счет непотенциальности электрического поля // Изв. вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32, №1. С. 22-26.

170. Воскобойников С. П., Ракитский Ю. В., Рожанский В. А., Сениченков Ю. Б., Цендин Л. Д. // Физика плазмы. 1980. Т. 6, №6. С. 1370-1376.

171. Ландау Л. Д., Ахиезер А. И., Лифшиц Е. М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. — М.: Наука, 1969, С. 91.

172. Elsasser W. M. Induction effects in terrestrialmagnetism, I. Theory, Rhis. Rev. // Phys. Rev. 1946. V. 69. P. 16-106.

173. Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. — М.: Мир, 1980.

174. Ефимов С. П. Уравнение Шредингера в дрейфовой теории холодной плазмы // Изв. вузов. Радиофизика. 1995. Т. 38, №11. С. 1133-1145.

175. Böhm D. // Phys. Rev. 1952. V.85, №2. P. 186.

176. Madelung E. Z. // Zeitshrift fur Physik. Hl-2. 1926, V.40. P322.

177. Лунин H.B. Принцип суперпозиции в квантовой теории // Доклады акадении наук. 1999. Т. 368, №3. С. 323-327.

178. Лунин Н. В. О необратимости в квантовой механике // Доклады акадении наук. 2004. Т. 399, №6. С. 753-756.

179. Уизем Дж., Линейнные и нелинейные волны. — М.: Мир, 1977. 662 с.

180. Паташинский А.З., Покровский В. П. Флуктуационная теория фазовых переходов. — М.: Наука, 1982.

181. Гапонов-Грехов А. В., Рабинович М. И. Уравнение Гинзбурга-Ландау и нелинейная динамика неравновесных сред // Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30, №2. С. 131-143.

182. Заславский Г.М., Моисеев С. С. Об аномальной диффузии плазмы в магнитном поле // ЖТФ. 1964. Т. 34, вып.З. С. 410-418.

183. Арцимович Л. А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. — М.: Атомиздат, 1979.

184. Böhm D. The characteristics of electrical discharges in magnetic fields. Ed. by A. Guthrie, R. Wakerling. Ch. 1, 2, 9. — N. Y., 1949.

185. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. Теоретическая физика. Т. 8. — М., 1983. 322 с.