Волноводные механизмы распространения средних радиоволн в космическом пространстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Добросельский, Константин Анатольевич

• Добросельский, Константин Анатольевич
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Добросельский, Константин Анатольевич

Введение

Глава 1. Экспериментальное изучение волноводного распространения

средних радиоволн вдоль плазмопаузы

1.1. Введение

1.2. Описание эксперимента и полученных данных

1.3. Анализ и обсуждение результатов

1.4. Выводы по главе 1

Глава 2. Магнито-ионосферные условия реализации эффекта

волноводного распространения

2.1. Введение

2.2. Исследование возмущенности магнитного поля по магнитограммам

2.3. Анализ данных вертикального и наклонного зондирования ионосферы, спутниковых данных

2.4. Выводы по главе 2

Глава 3. Моделирование распространения СВ в магнитосфере

3.1. Введение

3.2. Модель околоземной плазмы

3.3. Метод расчета траекторий радиоволн

3.3.1 Дисперсионное уравнение

3.3.2 Уравнение луча

3.3.3 Описание программы для метода расчета траекторий волн

в приближении геометрической оптики

3.4. Механизмы распространения

3.4.1. Распространение с отражением волн от верхней ионосферы

3.4.2. Кругосветное распространение

3.4.3. Магнитосферное распространение

3.4.4. Выбор механизма распространения

3.5. Выводы по главе 3

Глава 4. Результаты численного моделирования

4.1. Введение

4.2. Условия захвата волн и их волноводного распространения

4.3. Прохождение волн в сопряженное полушарие

4.3.1. Зависимость прохождения волн от концентрации плазмы

4.3.2. Зависимость прохождения волн от положения плазмопаузы

4.4. Диапазон частот проходящих волн

4.5. Выводы по главе 4

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Волноводные механизмы распространения средних радиоволн в космическом пространстве»

введение

Активное использование спутников для изучения околоземного пространства дало много новой информации. Однако в настоящее время область околоземного пространства, охватываемая внутренней магнитосферой, изучена еще недостаточно. Внутренняя магнитосфера со стабильным магнитным полем и более или менее постоянным составом плазмы и энергичных частиц включает верхнюю ионосферу, плазмосферу, внутренние радиационные пояса и частично

—г'

кольцевой ток (рис. В1). Эта область у поверхности Земли связана с субавроральной ионосферой. Одной из ее особенностей является главный ионосферный провал (ГИП). Он представляет собой область пониженной концентрации электронов в Р-слое ионосферы в диапазоне инвариантных широт <3\ = 55 - 75°, которая вытянута на 10 - 12 часовых поясов [ 11, 14 ]. Это полоса шириной от 100 до 1000 км с минимумом концентрации, расположенным в ночное время зимой и близ равноденствий вдоль геомагнитной широты Ф, = 60° (рис. В2). Экваториальная стенка провала имеет ширину (4 - 5°)А Фь , а полярная (1 - 2°)Д . Ширина ГИП, как правило, уменьшается с ростом магнитной активности. Положение ГИП также зависит от уровня магнитной активности и местного времени. Инвариантную широту Ф]^ , на которой находится центр провала, можно определить из эмпирических формул, например (1.2).

В вечернем и околополуночном секторах местного времени во время магнитных возмущений к экватору от овала полярных сияний образуется полоса диффузных высыпаний электронов с энергиями 1 кэВ (диффузная авроральная

Рис. В1. Строение магнитосферы:

1 - магнитопауза, 2 - плазмосфера, 3 - плазмопауеа, 4 -5 - атмосфера, 6 - овал полярных сияний, 7 - Земля.

ионосфера.

:■; 6 зона). Южная кромка этой полосы есть граница диффузного высыпания (ГДВ).

ГДВ образует границу конвекции толщиной 100 - 200 км (или альфвеновский

слой), вдоль которой имеет место дрейф тепловой горячей плазмы плазменного

слоя, и потому соответствует ионосферной проекции плазмопаузы (рис. В1 и В2),

рассматриваемой как последняя замкнутая эквипотенциаль. Картина движений

плазмы на данной границе сложна, поскольку отличается нестационарностью и

турбулентностью, вызывая появление ионосферных неоднородностей,

пульсирующих и волнообразных форм аврорального свечения [30].

Инвариантная широта ГДВ определяется выражением [14]

Фь гдв = 71,47 °-1,25 Кр- 0,018 Кр2 - (2,84+1,24 Кр - 0,076 Кр2) (М1Л76 - 3) ±

±0,12° ,

где Кр - эффективный Кр - индекс магнитной активности (осредненный за два предыдущих трехчасовых интервала);

МЬТ - местное геомагнитное время.

Полярная стенка провала (ПСП) создается за счет ионизации электронами диффузной авроральной зоны и во время возмущений совпадает с проекцией плазмопаузы и, соответственно, с ГДВ. Однако существует мнение [84], что увеличение ионизации на ПСП вызывается в результате выноса плазмы с повышенной концентрацией из дневного каспа. Согласно экспериментальным данным [11,14] от ПСП имеют место интенсивные критические отражения радиоволн. Такие отражения с магнито-ионным расщеплением дают основание рассматривать ПСП как структуру в виде "толстого" слоя.

55 ЪП5

Инвариантная широта (град.)

Рис. В2. Структурные особенности высокоширотной ионосферы в спокойных условиях:

ПП - силовая линия плазмопаузыы, ПСП - полярная стенка провала, ЭСП - экваториальная стенка провала, М - минимум провала, Гй - неоднородности Г - области, Ен- неоднородности Е - области, СПб - широта Санкт - Петербурга, 3-7 - плазменные частоты, МГц

Важным обстоятельством является то, что ПСП и ГДВ соответствуют плазмопаузе. Это соответствие может прослеживаться по связи с магнитосферным электрическим полем, в существенной степени влияющим на образование плазмопаузы и провала [15]. Положение данных структур лучше описывать с помощью Ь-оболочек (параметр Ь равен отношению расстояния от центра Земли до силовой линии магнитного поля над экватором Я к радиусу Земли Яо, то есть Ь = Я / Яо ). На основе измерений со спутников установлено, что в магнитосфере (рис. В1) имеется внутренняя область, простирающаяся до Ь

п _о

= 3-4, где электронная концентрация Ие ~ 10 м " , и внешняя область с меньшей концентрацией 1Че ~ 107 м ~3 на Ь-оболочках Ь > 4 [39]. Резкий перепад

концентрации в радиальном направлении имеет название "колено". Внутренняя область называется плазмосферой, внешняя - плазменным слоем, а граница между ними - плазмопаузой (этот термин будет использоваться в дальнейшем). Положение внешней границы плазм о сферы (плазмопаузы) на ночной стороне можно определить из выражения (1.3). Геоцентрическое расстояние плазмопаузы изменяется в зависимости от геомагнитной активности и уменьшается с ростом Кр (плазмопауза приближается к Земле).

Результаты экспериментальных измерений пространственных вариаций электронной концентрации в области главного ионосферного провала, а также на внешней границе плазмосферы показывают следующее. По данным [76] вблизи полюсной кромки ГИП на отрезке пути длиной порядка 100 км электронная концентрация в Р-области ионосферы повышается от значений примерно 1Че = Ю!0 до 1Че = 1011 м На внешней границе плазмосферы вблизи

плазмопаузы на расстоянии в несколько: сотен километров в радиальном направлении объемная плотность частиц падает на два, а иногда и более порядков [38].

С Ь-оболочкой ГДВ связан ряд важных геофизических явлений на уровне ионосферы: резкий градиент магнитосферного электрического поля, граница конвекции и граница продольного тока, характерные резкие изменения параметров ионосферы в Б-области, неоднородности электронной концентрации, изменения в распространении радиоволн, волн типа свистов и т.д. Поэтому возможность оперативного контроля положения ГДВ является важной задачей.

Известно, что наиболее важен мониторинг с систематической выдачей тех или иных индексов, характеризующих геофизическую обстановку. Широта ГДВ (или проекция плазмопаузы) именно и представляет собой наглядный и эффективный индекс геофизической активности во внутренней магнитосфере. Он имеет простой физический смысл. Мгновенное определение положения ГДВ наземными средствами наблюдения позволяет уверенно прогнозировать условия распространения радиоволн в субавроральной зоне на несколько часов. Это важно для радиосвязи с самолетами, кораблями, а также для навигации, радиолокации и т.п. Преимущество наземных наблюдений состоит в том, что мониторинг может вестись в данном регионе почти в непрерывном режиме, тогда как с помощью спутниковых измерений - с интервалами только 1,5 - 2 ч. В США данные о положении ГДВ уже используются в качестве индекса геофизической активности, определяющего картину конвекции, поток энергии вторгающихся частиц и др. [71].

Также известно, что существует связь между величиной планетарного

: Ю :

индекса Кр и положением плазмопаузы [6]. Поэтому можно рассматривать

индекс Кр как пространственный параметр, который показывает максимальное

приближение к Земле плазмопаузы во время магнитных возмущений. С другой

стороны, существует связь между положением минимума ГИП и величиной Кр

для магнитных суббурь в условиях зимнего периода. Это приводит к выводу, что

в рассматриваемых условиях определенную роль в формировании ГИП играет

плазмопауза, ее образование и динамика. Тем самым, диагностика положения

плазмопаузы и ее связь с геофизическими факторами очень важна для понимания

механизмов формирования ГИП , поскольку во время продолжительных

возмущений ГИП формируется внутри плазмосферы.

До последнего времени проводилось мало сопоставлений одновременных

измерений положения плазмопаузы и параметров ГИП на высотах Г-области

ионосферы. Такие сведения можно получить из следующих экспериментов:

• наземные наблюдения полярной стенки провала и положения плазмопаузы;

• наземные наблюдения ГИП и определение положения плазмопаузы по данным спутников;

• измерения параметров ГИП и положения плазмопаузы по одновременным наблюдениям со спутников на разных высотах в ионосфере и в плазмосфере.

Волноводное распространение электромагнитных волн вдоль силовых линий магнитного поля Земли является одним из перспективных направлений изучения структурных особенностей околоземной плазмы и ее диагностики. Известно, что практически во всем низкочастотном диапазоне (НЧ) от 20 кГц до 0,5 Гц наблюдается распространение электромагнитных волн вдоль силовых линий магнитного поля Земли [2,19,29]. Условия захвата пакетов НЧ волн в

неоднородные магнитосферные каналы ограничены по частоте «сверху» гирорезонансным обрезанием НЧ волн на частотах со = шНо / 2, где соНо -локальная гирочастота электронов в апогее траектории волны, то есть в области, где силовая линия проходит над магнитным экватором [2]. Эксперименты по исследованию аномальных механизмов распространения декаметровых радиоволн показали, что в некоторых случаях в диапазоне частот 9-11 МГц реализуется волноводное распространение радиоволн вдоль силовых линий магнитного поля Земли в средних и низких широтах [4,72]. При этом длина траектории распространения не превышала 14,0 тыс. км [4] и 24,2 тыс. км [72]. Наблюдения на ИСЗ "АЛУЭТТ" в низких широтах при внешнем зондировании ионосферы свидетельствуют о том, что некоторые виды отражений от экваториальной F-области можно интерпретировать как результат распространения гектометровых радиоволн (СВ) в магнитосферных каналах вдоль силовых линий магнитного поля [81]. На подобный же механизм распространения СВ указывают исследования, выполненные в Австралии [67, 68, 69].

В некоторых, исключительно редких, случаях в декаметровом диапазоне радиоволн регистрировались радиоэхо с большими временными задержками относительно излученных сигналов в единицы и десятки секунд, так называемые "long-delay echo" (LDE) [80, 90]. LDE наблюдались в диапазоне частот 7-28 МГц, наиболее часто от 10 до 14 МГц. Имеются указания на повышение вероятности приема LDE в условиях хорошего прохождения обычных и кругосветных сигналов (высокая солнечная и низкая магнитная активность). Временные задержки, как правило, были различными для нескольких

последовательностей сигналов, что свидетельствует о возможности реализации различных механизмов возникновения ЬОЕ. Одним из возможных механизмов возникновения ЬБЕ служит трансформация электромагнитных волн в плазменные на частотах со = <х>ь или © = /ссон, гДе ©ь - верхняя гибридная частота, сон - гирочастота электронов и к - номер гармоники [90]. Убедительным аргументом в пользу этого механизма является значительное доплеровское смещение частоты принимаемых сигналов, которое наблюдалось в ряде экспериментов [90].

Таким образом, результаты имеющихся экспериментальных исследований показывают возможность волноводного распространения в магнитосфере как длинных волн, так и при определенных условиях средних и коротких радиоволн. Однако, в средневолновом диапазоне (СВ) от 300 кГц до 3 МГц к настоящему времени практически отсутствуют как экспериментальные, так и теоретические данные, свидетельствующие о возможности распространения СВ в магнитосферных каналах вблизи плазмопаузы при излучении радиосигналов с поверхности Земли.

Цель диссертационной работы - изучение специфических особенностей волноводного распространения средних радиоволн с поверхности Земли на внешней границе плазмосферы, которое может быть использовано для контроля положения плазмопаузы, состояния субавроральной ионосферы и для прогноза радиоканалов. При этом принципиален вопрос определения условий, при которых осуществляется волноводное распространение средних радиоволн вдоль силовых линий магнитного поля. Ставится задача смоделировать условия волноводного распространения и провести расчеты на ЭВМ траекторий волн,

групповых задержек и других параметров сигналов.

I

Научная новизна работы заключается в следующем.

I

I

1. Выявлен и исследован эффект волноводного распространения средних радиоволн ( f = 1,8 МГц) вдоль силовых линий магнитного поля при излучении радиосигналов с поверхности Земли. Необычным участком канала является главный ионосферный провал. Распространение средних волн в магнитосферном канале (части пути распространения луча в магнитосфере) происходит практически без потерь и только в периоды магнитосферных суббурь. I

2. Количественно '¡смоделирован процесс магнитосферного распространения сигналов средневолнового диапазона. Показано, что:

а) волноводное распространение средних волн возможно благодаря наличию ионосферного провала и плазмопаузы при четких соотношениях между положениями провала, плазмопаузы и передатчика; низких значениях 1^2 ^± 0,3

МГц) и низких градиентах электронной концентрации вдоль магнитной силовой линии;

]

б) диапазон частот прохрдящих волн определяется не только электронной

I

концентрацией, но и относительным положением передатчика, провала и плазмопаузы.

3. Наблюдением эхо-сигналов в сопряженной области возможно получение информации как о местонахождении источника, так и о параметрах провала и плазмопаузы. По измерениям времени распространения можно получать довольно однозначную информацию об электронной концентрации в

главном ионосферном провале.

Научная и практическая ценность работы.

I

I

1. Выявленное и изученное явление волноводного распространения средних волн вдоль силовых линий магнитного поля Земли, проходящих по внешней границе плазмосферы вблизи плазмопаузы, из пункта, расположенного в зоне главного ионосферного провала, на частотах выше гирочастот электронов в магнито-сопряженную область и обратно изменило традиционное представление о механизмах распространения радиоволн средневолнового диапазона и позволило пересмотреть роль этого диапазона как для использования в научных исследованиях, так и для практических приложений.

2. Эффект волноводного распространения средних волн может быть успешно использован при создании метода диагностики состояния внутренней магнитосферы и внешней плазмосферы, а также контроля (мониторинг) за положением плазмопаузы по данным наземных измерений. Положение плазмопаузы или широты границы диффузного высыпания представляет собой наглядный и действенный индекс геофизической активности во внутренней

I

магнитосфере, имеющий простой физический смысл. Это позволяет прогнозировать условия распространения радиоволн в субавроральной ионосфере на несколько часов.

3. По факту наблюдения СВ эхо-сигналов и по данным измерений времени распространения можно сделать заключение о наличии провала на данной Ь -оболочке и о его структуре. Обнаружение связи ЬБЕ-сигналов с

^ 15 -

, 1____1ВГ

провалом должно позволить увеличить вероятность их наблюдения, а при достаточной вероятности регистрация подобных сигналов может быть положена в основу принципа ионозонда с большими задержками, так называемого плазмозонда.

4. ' Практическое значение рассмотренного эффекта волноводного распространения СВ состоит в! возможности организации космических линий связи ИСЗ - Земля и ИСЗ - ИСЗ и в непосредственном использовании в радиотехнических системах специального назначения.

Положения, выносимые на защиту

I

1. Выявленный и исследованный эффект волноводного распространения

(

I

средних волн в магнитосфере вдоль плазмопаузы внутри главного ионосферного провала.

2. Формулировка совокупности геофизических условий, обеспечивающих волноводное распространение средних волн.

3. Методика моделирования эффекта магнитосферного распространения сигналов СВ диапазона внутри провала в условиях умеренных и сильных магнитных возмущений. |

4. Результаты анализа численных расчетов параметров средних волн: механизмов распространения, траекторий волн, диапазона проходящих частот, условий захвата волн, соотношений между положениями провала, плазмопаузы и передатчика для реализации процесса волноводного распространения СВ вдоль

магнитных силовых линий Земли.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов определяется выполнением следующих обстоятельств. Во-первых,формулировки установленных закономерностей осуществляются по совокупности

I

репрезентативных данных. Во-вторых, объединение радиофизических и

t

геофизических методов исследования преследовало цель получения максимума информации при изучении того или иного объекта или явления и для достоверной его идентификации. В-третьих, построение модели процесса распространения СВ в магнитосфере осуществлялось с помощью апробированных источников данных и реальных характеристик ионосферной и магнитосферной плазмы. В-четвертых, все выполненные модельные расчеты сопровождались проверкой по, экспериментальным материалам и основаны на

устранении возможных противоречий современным физическим представлениям.

i

Взаимоотношения с соавторами. Главные результаты диссертации, опубликованные в 13 работах, являются оригинальными и получены автором лично. Совместно с научным руководителем была определена общая программа исследований и ее отдельные этапы. Автор принимал участие в разработке алгоритмов и программ для численного моделирования распространения

I

радиоволн СВ диапазона в магнитосфере. Им лично выполнены расчеты по

1 I

известной методике O.A. Мальцевой для ОНЧ диапазона [29], однако с внесенными им изменениями в эту методику применительно к СВ диапазону. Обработка экспериментальных данных, их анализ и обобщение, сопоставление с

результатами расчетов производились автором лично. Эксперимент проводился в 1984-86 г.г. Румянцевым Г.А., Киргетовым В.Д. и Благовещенским Д.В. Личного участия в эксперименте автор не принимал. Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на ХХ-ой генеральной ассамблее Европейского геофизического общества (Гамбург, 1995), ХХ1-ой

I

генеральной ассамблее Международного союза по геодезии и геофизике

I

j

i

(Боулдер, 1995), XVIII-ом ежегодном Апатитском семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 1995), 50-ой конференции РНТОРЭС им. A.C. Попова (Санкт-Петербург, 1995), 31-ой научной ассамблее Комитета по космическим исследованиям (Бирмингэм, 1996, XXV-ой генеральной ассамблее Международного радиосоюза (Лилль, 1996), Международном симпозиуме по мониторингу окружающей среды и проблемам солнечно-земной физики (Томск, 1996). 1

Публикации I

По теме диссертации опубликовано 13 работ:

- статьи в журналах и сборниках: «Космические исследования» РАН - 1, «Геомагнетизм и аэрономия» РАН - 2, «Radio Science» AGU - 1, «Annales Geophysicae» EGS - 1, сборник Санкт-Петербургского университета - 1 ;

- доклады на международных конференциях - 5, на других - 2.

Структура и объем работы Диссертация состоит ,из введения, 4-х глав, заключения, 40

I

I

рисунков, 8 таблиц и списка литературы из 92 наименований. Общий объем -157 страниц.

18 ::

краткое содержание работы

Во Введении определена актуальность темы и сформулирована цель работы, отмечена научная ровизна, научная и практическая ценность результатов, их достоверность и обоснованность; даются определения

I

геофизических терминов используемых в данной работе.

Первая глава посвящена теоретическому исследованию эффекта волноводного распространения средних волн вдоль плазмопаузы внутри главного ионосферного провала, которое при определенных условиях может являться механизмом, объясняющим большие задержки эхо-сигналов; здесь же даются указания на диагностические возможности данного механизма.

I

В параграфе 1.1 обсуждаются проблемы, связанные с наблюдением ЬОЕ-

I

I

сигналов. Последние можно разбить на две группы по частотному признаку и по времени задержки. Все сигналы характеризуются малой вероятностью появления.

В параграфе 1.2 приводится описание измерительной аппаратуры и характера экспериментальных данных. Использовался комплекс, предназначенный для према и регистрации в пункте приема (г. Санкт-Петербург), совмещенном с пунктом передачи, эхо-сигналов от собственного передатчика. Время задержки переднего фрорта эхо-сигнала относительно переднего фронта излученного сигнала находилось в диапазоне х = 284 - 305 мс. Эхо-сигналы наблюдались циклами (всплесками) длительностью 10 - 100 с и интенсивность их, как правило, увеличивалась от начала к середине всплеска, а затем уменьшалась к

его концу. В некоторых сеансах наблюдались многократные эхо-сигналы с

временными задержками, кратными задержкам основных эхо-сигналов п • г, где

п = 2,3,4....

В параграфе 1.3 производится анализ и обсуждение результатов эксперимента. Задержки эхо-сигналов в СВ диапазоне можно объяснить в предположении о распространении радиоволн вдоль силовых линий магнитного поля Земли по двойному пути. То есть радиоволны распространяются вдоль магнитной силовой линии от пункта излучения до магнито-сопряженной точки и приходят обратно в точку наблюдения после отражения сигналов от верхней ионосферы в магнито-сопряженной области земного шара. Расчетное время распространения СВ сигналов вдоль силовой линии равно А = 287,7 мс, что

согласуется с экспериментально наблюдаемыми задержками эхо-сигналов. Особенности геофизических условий, когда реализуется волноводное распространение средних волн, состоят в следующем: передающая станция находится внутри главного ионосферного провала на широте Ь = 3,2, излучение вверх; предполуночные часы зимнего периода, когда О-слой ионосферы отсутствует; повышенная магнитная активность, Кр » 3; рабочая частота излучения = 1,8 МГц; угол между направлением волны и магнитным полем Во имеет значение 0 = 17° (квазипродольное распространение); гирочастота электронов на поверхности Земли 1ТН = 1,58 МГц; плазменная частота электронов (ленгмюровская) по спутниковым данным для условий эксперимента 4=1,5 - 2 МГц.

Рассмотрение энергетических потерь при распространении средних волн в

магнитосферном канале показало, что это распространение происходило практически без потерь. Данное обстоятельство свидетельствует о захвате волны в канализирующий дакт (волновод) - плазменную неоднородность, вытянутую вдоль направления геомагнитного поля.

В параграфе 1.4 сформулированы основные результаты главы.

Во второй главе подробно рассматриваются магнитно-ионосферные условия во время явлений волноводного распространения средних волн в магнитосфере.

В параграфе 2.1 описана постановка задачи и , в частности, ставится вопрос, требующий объяснений, почему эхо-сигналы СВ диапазона в силу их природных механизмов наблюдаются цугами (всплесками) продолжительностью 10 - 100 с.

В параграфе 2.2 основное внимание уделено анализу степени возмущенности магнитного поля по магнитограммам. Оценка проводилась по данным АЕ и Кр-индексов (индекс К -3-часовая 10-бальная характеристика, среднее значение которого по нескольким выбранным обсерваториям - Кр-индекс, который является наиболее объективной мерой магнитной активности в планетарном масштабе; АЕ характеризует сумму максимальных иненсивностей восточного и западного струйных токов в ионосфере на высоких широтах и является показателем магнитной суббури), а также записям Н и О-компонент магнитного поля Земли по ст. Санкт-Петербург за 6 часов до момента начала эффекта волноводного распространения ^ и 6 часов после него. Продолжительность эффекта, как указывалось, лежит в пределах 10 - 100 с. Обнаружено, что момент 1:г всегда связан с периодом возмущения, описываемого

; 21 ;; АЕ или НиБ. Подобные возмущения, например в АЕ-индексе, имеют среднюю

продолжительность 3 часа, отстоят от соседних возмущений в среднем на 5 часов и характеризуются интенсивностью в максимуме 600 - 900 нТ, то есть их можно рассматривать как суббури (магнитная суббуря или возмущение в записи горизонтальной составляющей геомагнитного поля Н является следствием развития авроральных электроджетов или струйных токов, текущих на высотах области Е ионосферы в зоне полярных сияний; они имеют место если скорость накапливаемой в магнитосфере энергии значительно перекрывает скорость потерь; интенсивность может меняться в пределах 2 - 1500 нТ). Из общего количества 11 для двух суббурь момент 1;г расположен в начале каждой суббури, для трех - в конце суббури и для шести остальных - произвольно. По данным Н и Б компонент в момент иногда фиксировались кратковременные волновые процессы с периодом несколько минут или скачок в амплитуде магнитного поля. Последнее свидетельствует о нестационарности в потоках частиц, связанной, например, с наличием дополнительной инжекции энергии во время суббури. Подобный факт был зафиксирован японским спутником "ЕХОЭ - Б" [78], когда он, находясь вблизи плазмопаузы, обнаружил во время магнитосферных суббурь, ночью, резкий спад плотности плазмы и квазиимпульсную инжекцию энергии. Последняя, возможно, связана с быстрыми потоками плазмы в плазмосферу, поскольку синхронизирована с магнитосферными возмущениями.

Так как передатчик СВ находится внутри провала во время суббурь, распространение волн происходит вблизи плазмопаузы. Сеансы волноводного распространения наблюдаются в предполуночное время, а огибающая принимаемых импульсов длительностью 10 - 100 с характеризуется

22 ' колоколообразной формой, то есть происходит квазиимпульсное усиление эхо-

сигналов. Поэтому можно полагать, что волноводное распространение СВ

происходит во время образования канала с пониженной плотностью плазмы в

области плазмопаузы.

В параграфе 2.3 производится анализ данных вертикального (ВЗ) и наклонного зондирования (НЗ) ионосферы, а также спутниковых данных с целью изучения структур и параметров ионосферы над пунктом приемо-передачи СВ сигналов. Использовались ионограммы ВЗ по ст. Санкт-Петербург (Горьковская) и НЗ для двух радиотрасс о. Хейса - СПб и Москва - СПб. Таким образом, имелась возможность изучать состояние ионосферы методами зондирования приблизительно на южной стенке провала, в его середине (днище) и на его полярной стенке. Все ионограммы анализировались в периоды, когда наблюдались эффекты волноводного распространения.

Получено, что изменения параметров ионосферы по данным ВЗ находятся в полном согласии с модельными описаниями провала; пункт приемо-передачи СВ находится внутри провала во время сеансов волноводного распрстранения; значения критических частот слоя ¥2 ионосферы не превышают 2 МГц (по данным ИСЗ 1^2 = 1,5 - 2 МГц). Анализ данных НЗ ионосферы показал, что на трассах имеют место только Е3-отражения. Наличие спорадических Е3 будет снижать вероятность появления эффекта волноводного распространения СВ, если Е3-слои достаточно интенсивны и расположены непосредственно над пунктом приемо-передачи.

В параграфе 2.4 сформулированы основные результаты главы.

В третьей главе рассматриваются вопросы, имеющие отношение к

. 23

модельному описанию эффекта распространения СВ в магнитосфере, обнаруженного экспериментально и описанного в первой главе.

В параграфе 3.1 устанавливается роль моделирования процессов, происходящих в плазме околоземного пространства. Выдвигаются требования к модели среды распространения и методу численного моделирования самого распространения СВ в ионосфере и магнитосфере.

В параграфе 3.2 главное внимание уделено модели околоземной плазмы. Для описания распределения электронной концентрации 1Ме(Ъ), так называемого фона (среднестатистической картины состояния ионосферы), использовались эмпирические модели среднеширотной ионосферы [45] в диапазоне высот от начальной высоты ионосферы Ь0 до уровня 1000 км, который является базовым для модели диффузионного равновесия [29], описывающей распределение ]\Ге в магнитосфере в виде степенного падения концентрации с расстоянием. Чтобы варьировать фон, оставляя вид профиля ]\Ге(Ь) неизменным, введен множитель , с помощью которого можно подобрать значения ^2 , соответствующие экспериментальным значениям.

Факт увеличения 1^2 в сопряженном (южном) полушарии относительно Г0Р2 в полушарии передатчика смоделирован с помощью дополнительных высотных и широтных градиентов, описываемых двумя параметрами: аЬ и с!г. Первый, аЪ., равен отношению максимальных концентраций N^2 в обоих полушариях. Второй, ёг, характеризует высотный размер области профиля, в пределах которой концентрация в сопряженном полушарии отличается от концентрации в полушарии передатчика.

В модель распределения концентрации в магнитосфере включены такие элементы, как главный ионосферный провал и плазмопауза. Данные элементы учитываются множителями Fth и Fpp так, чтобы

^е — ^ефон ' f th ' ^рр

Диапазон изменения каждого модельного параметра div, ah и dr задавался в соответствии с экспериментальными данными. Параметры главного ионосферного провала (Lth - L-оболочка его центра, ath - коэффициент глубины), где L- широта в геомагнитных координатах, и плазмопаузы ( Lpp - положение плазмопаузы; L- оболочка плазмопаузы) соответствуют возмущенным условиям ( Lth, Lpp = 3,2- 3,6; ath = 0,6- 0,9).

В параграфе 3.3 описывается метод расчета траекторий радиоволн, основанный на традиционном методе ray tracing в версии [29]. Для

определения L-оболочек точек наблюдения волн Lk и времен распространения х

необходимо задать положение источника и углы излучения волн.

В подпараграфе 3.3.1 детализируется дисперсионное уравнение для волн в холодной плазме. Это дает нам возможность ограничиться изложением конкретных алгоритмов, используемых в методах расчета распространения средних радиоволн. Данные алгоритмы позволяют вычислять показатели преломления и поглощения с учетом ионов и соударений частиц.

В подпараграфе 3.3.2 рассматривается уравнение луча. Исходный постулат - в неоднородных средах практически единственным приближенным методом расчета волновых полей (лучей, фаз, амплитуд) является геометрическая оптика. Уравнение луча в методе геометрической оптики можно получить двумя

способами, один из которых основан на уравнении Гамильтона и понятии эйконала. Второй способ основан на канонических уравнениях принципа Ферма и является более сложным. Эта сложность преодолена в работе [47], в которой выведены уравнения луча в самом общем виде для произвольных криволинейных координат. Здесь требуется численное интегрирование систем дифференциальных уравнений. Показатель преломления, частные производные от него, входящие в уравнения луча, модель среды определяются в соответствии с алгоритмами, описанными в параграфах 3.2 и 3.3.1. Из уравнений луча представляется возможным определять конфигурацию лучей для любого дисперсионного уравнения. Метод интегрирования уравнений луча, разработанный в [47], применим к распространению волн в ионосфере и магнитосфере.

В подпараграфе 3.3.3 приведено описание программы расчета траекторий волн. Сами расчеты производятся численным интегрированием уравнений луча методами Рунге-Кутта (запускающая процедура) и процедурой Адамса, в которой вычисляются значения времени группового запаздывания и фазы. Выходными данными являются следующие параметры: координаты точки траектории, показатель преломления мод, время группового запаздывания, угол волновой нормали с вертикалью, угол волновой нормали с вектором магнитного поля, Ь-оболочка в данной точке траектории и амплитудные коэффициенты. Задавая уровень солнечной и геомагнитной активности, Ь-оболочку старта волны и ее частоту, с помощью данной программы можно рассчитать характеристики траекторий средних радиоволн.

В параграфе 3.4 методом численного моделирования исследовались три механизма: распространение волн в верхней ионосфере, кругосветное

распространение СВ и магнитосферное распространение. Выбор наиболее вероятного механизма основан на сравнении измеренных и рассчитанных значений групповых задержек с привлечением информации о поведении других характеристик.

В подпараграфе 3.4.1 рассмотрен первый механизм - распространение с отражением волн от верхней ионосферы. Здесь О-мода (обыкновенная волна) превращается в Х-моду (необыкновенная волна) на высотах Ь<ЬП1ахР2, затем

распространяется в верхней ионосфере (Ь>1ттахР2), отражается в данной области и возвращается назад. Вблизи ЬтахР2 теперь уже Х-мода конвертирует в О-моду и достигает Земли.

В подпараграфе 3.4.2 анализируется второй механизм - кругосветное распространение. Расчеты показывают возможность проникновения волн в сопряженное полушарие. Там волна может отразиться, вернуться к передатчику и, повторив этот процесс несколько раз, набрать большую задержку.

В подпараграфе 3.4.3 рассмотрен третий механизм - магнитосферное распространение, то есть прохождение волн в сопряженное полушарие и обратно через магнитосферу. Согласно расчетам распространение волн в сопряженную область и их отражение в ней становится маловероятным для отношения положений плазмопаузы и провала (ДЬ) Ьрр - Ць> 0,3 и совсем невероятным для

этого диапазона волн при Ьрр<Ь(Ь. Наиболее благоприятные условия распространения создаются умеренной фоновой плазмой, для ограниченных положений провала и передатчика (ДЬ = 0,1), и умеренно глубоких провалов.

В подпараграфе 3.4.4 освещается вопрос выбора механизма

распространения с точки зрения имеющихся экспериментальных данных групповых задержек т, локализации точки наблюдения Ьк, поглощения и

доплеровских сдвигов.

Первый механизм дает групповые задержки в широком диапазоне, в том числе и равные экспериментальным, но измеренные значения лежат в узком диапазоне. Кроме того, волна может испытать большое ослабление в результате двух конверсий из О-моды в Х-моду и обратно. Это находится в противоречии с измеренными малыми значениями ослабления.

Второй механизм обеспечивает Ьк и Ь1г и малое ослабление с постоянной

задержкой 0,25с, но это значение меньше экспериментального.

Третий механизм характеризуется тем, что здесь волна может вернуться к передатчику из сопряженного полушария в двух случаях: при отражении волны от поверхности Земли и при отражении от ионосферы. Если выбираем первый случай, то измеренные значения должны сравниваться с величинами 2т. Расчеты показывают, что величина 2т для всех минимальных задержек больше измеренных значений. Следовательно, волна должна отражаться от сопряженной ионосферы, что и подтверждается сравнением расчетных и экспериментальных значений т. И только второй случай необходимо использовать для объяснения экспериментальных значений.

В параграфе 3.5 сформулированы основные результаты главы.

Четвертая глава посвящена анализу поведения характеристик распространяющихся в магнитосфере средних волн на основе модельных расчетов.

В параграфе 4.1 подчеркивается важность вопросов волноводного

з 28 ;:

распространения волн и определения условий, при которых возможна сопряженность областей излучения и приема.

В параграфе 4.2 показывается, что эксперимент по волноводному распространению СВ требует детального анализа условий захвата и удержания волн в канале. Известно [29], что критерии захвата волн в геомагнитные волноводы и удержание их там можно получить на основе анализа характера изменения угла у (между волновым вектором к и вектором Во) вдоль траектории луча. Для СВ расчетами получено, что поведение угла V}/ определяется конкуренцией градиентов электронной концентрации 1Че и направлением магнитного поля Во. Рассмотрено несколько ситуаций: два случая утечки волн из волновода в районе экватора, когда градиенты ГЧе недостаточно велики, чтобы удержать волны; случай, когда происходит увеличение амплитуды осцилляции угла ц) и утечка из канала после прохождения экваториальной плоскости. Последним рассмотрен случай полного волноводного распространения и выхода волн в сопряженную точку. Условия захвата и удержания волн в канале получены в виде ограничений на глубину главного ионосферного провала.

В параграфе 4.3 основное внимание уделено расчетам, которые выполнялись для спокойных геомагнитных условий и для более высоких Ь-оболочек передатчика в отличие от рассмотренных в главе 3. Получено, что характер прохождения зависит как от концентрации плазмы, так и от положений провала, плазмопаузы и передатчика.

В подпараграфе 4.3.1 рассмотрена зависимость прохождения волны от величины концентрации плазмы. Найдено, что разница значений ^2 - ттГ0Р2 (где 1Г0Р2 - критическая частота слоя Р2 вне провала, а пппГ0Р2 - минимальное

значение в центре провала) является ориентировочной оценкой диапазона проходящих в сопряженное полушарие волн.

В подпараграфе 4.3.2 анализируется зависимость прохождения волн от положения плазмопаузы. Расчеты показали, что для спокойных условий волноводное распространение волн и их прохождение в сопряженное полушарие возможно и что сопряженность обеспечивается близостью положений передатчика и провала.

В параграфе 4.4 главное внимание уделяется диапазону частот проходящих волн. Согласно расчетам во время возмущенных условий диапазон частот захватываемых в канал волн узок: для сНу = 7,8 это 1,5 МГц<1Г<1,8 МГц, для сНу 5,0 - 1,4 МГцсР<2,3 МГц, для сЦу = 3,5 - 1,5 МГц<£<2,8 МГц. Диапазон частот, обеспечивающих сопряженность, еще меньше. В спокойных условиях наиболее благоприятные условия для прохождения и сопряженности существуют при проекции Ц,. на полярную стенку провала. Размер диапазонов уменьшается при

уменьшении АЬрр и глубины провала.

В параграфе 4.5 сформулированы выводы главы.

В разделе Заключение приведены основные результаты диссертационной работы.

30 , г;

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Добросельский, Константин Анатольевич

4.5. Выводы по главе 4

1. Методом численного моделирования процесса распространения показано, что сигналы в диапазоне частот 1,5-7 МГц обладают свойством волноводного распространения, обеспечиваемым наличием провала и плазмопаузы, причем не только для возмущенных, но и спокойных периодов. Условия захвата и удержания волн в канале выражаются в виде соотношения для коэффициента глубины провала ath > 3 d/L- /©ДХ), где d = L - Lth, X©,5,X) функция кошироты 0, угла "старта" волны 5 и параметра X = fNe2/ f2. Наилучшие условия прохождения и сопряженность областей излучения и приема обеспечивается в случае -0,1 < Lth - Ltr < +0,1 и Lpp > Lth.

2. Диапазон частот проходящих волн определяется не только электронной концентрацией, но и относительным положением передатчика, провала и плазмопаузы. Грубая оценка диапазона частот проходящих в сопряженную область волн определяется разностью критических частот фоновой плазмы и провала. Диапазон частот уменьшается при смещении передатчика относительно центра провала, при приближении положения плазмопаузы к положению провала, при уменьшении глубины провала.

3. Полученные результаты свидетельа вуюг об определенных диагностических возможностях средневолновых и более высокочастотных сигналов. В частности, наблюдение сигналов в сопряженной области может дать информацию как о местоположении источника, так и о параметрах провала и плазмопаузы вследствие узости частотного диапазона проходящих волн и малости относительных разностей в положениях передатчика, провала и плазмопаузы. Если использовать измерения времени распространения, то можно получить довольно однозначную информацию об электронной концентрации в провале.

145

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем основные результаты диссертации.

1. Выявлен и исследован; эффект распространения средних радиоволн (на I частоте 1,8 МГц) в новом волноводном канале - внутри главного ионосферного провала. Волноводное распространение происходит на внешней границе плазмопаузы вдоль силовых линий магнитного поля в сопряженное полушарие и обратно при излучении радиосигналов с поверхности Земли. Анализ энергетических характеристик эхо-сигналов показал, что распространение СВ в магнитосфере происходило практичеки без потерь. Основные потери составляли I

150-170 дБ и были вызваны двойным прохождением волны через ионосферу. I I

2. Во время волноводного распространения СВ необходимо выполнение следующей совокупности геофизических условий: предполуночный сектор местного времени зимнего периода; расположение пункта наблюдения в зоне главного ионосферного провала; возмущенное состояние геомагнитного поля (индекс магнитной активности Кр > 3), когда имеют место магнитосферные суббури с интенсивностью в максимуме 600 - 900 нТ по АЕ-индексу; критические частоты ионосферы не превышает значений порядка 2 МГц.

3. Численное моделирование процесса распространения СВ произведено для модели среды, где учтены распределения концентраций и температур, частоты соударений и характер магнитного поля. Для нахождения параметров распространения использовался метод построения траектории луча (ray tracing). На основе расчетов получено следующее.

Из грех возможных механизмов, а именно, отражение сигналов в верхней ионосфере, кругосветное распрост ранение и магнитосферное распространение обоснованно выбран последний. В отличие от традиционного волноводного распространения волн в волноводах здесь необычным каналом оказался главный ионосферный провал.

Волноводное распространение СВ в магнитосфере возможно для возмущенных и спокойных периодов при следующих условиях: относительное положение передатчика и провала должно быть в пределах А Ь = Ь1Н - Ь1г = 0, ± 0,1; относительное положение провала и плазмопаузы должно быть не более Ьрр = = ЬЛ +(0,1 -г-0,3).

Захват и удержание волн в канале определяются глубиной провала и являются функцией кошироты, угла "старта" волны и плазменной частоты.

Диапазон частот проходящих волн зависит от значения электронной концентрации и относительного положения передатчика, провала и плазмопаузы. Он в первом приближении определяется разностью критических частот фоновой плазмы и провала.

4. Рассмотренное явление волноводного распространения СВ позволило сформулировать ряд диагностических возможностей научного характера:

- на основе мониторинга внешней границы плазмосферы и плазмопаузы (ее положение есть эффективный индекс геофизической активности) реально прогнозирование на несколько часов условий распространения радиоволн;

- анализ эхо-сигналов в сопряженной области дает возможность определять местоположение передатчика, параметры провала и плазмопаузы;

- по измерениям групповых задержек сигналов можно получить сведения об электронной концентрации в главном ионосферном провале.

5. Материалы диссертационных исследований могут быть использованы в следующих задачах.

- Создание нового инструмента (плазмозонда), необходимого в современных исследованиях околоземного пространства и действующего по принципу ионозонда. С его помощью осуществляется изучение механизмов суббурь, ионосферных возмущений, характера распределения электронных профилей, поведения магнитопаузы и т.п.

Организация каналов связи ИСЗ - Земля и ИСЗ - ИСЗ. Первый используется для "сброса" информации с ИСЗ на наземный приемный пункт при расположении их на одной силовой линии, проходящей под сводом плазмопаузы. Второй аналогичен, оба спутника располагаются на одной силовой линии магнитного поля Земли.

- Организация каналов для радиотехнических систем специального назначения, где отпадает необходимость в использовании дорогостоящей аппаратуры кодирования и декодирования информации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Добросельский, Константин Анатольевич, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Аксенов В.И., Мешков A.B. О критерии захвата ОНЧ волн в геомагнитные волноводы в магнитосфере Земли. // В кн.: Низкочастотные излучения в магнитосфере Земли. М.: изд-ие ИЗМИРАН. 1986. С. 204-208.

2. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн в ионосфере. М.: Наука. 1972. 563 с.

3. Ахиезер А.И., Ахиезер H.A., Половин Р.В. и др. Электродинамика плазмы. М.: Наука. 1974. 720 с.

4. Бенькова Н.П.. Букин Г.В., Иванова Л.С., Перехватов К).К., Яшин Ю.Я. Некоторые расчетные и измеренные характеристики магнитосферных КВ сигналов.// Дифракционные эффекты коротких радиоволн. М.: изд-ие ИЗМИРАН. 1981. С. 57- 62.

5. Бенькова Н.П.. Козлов Е.Ф., Саморокин И.И., Гальперин Ю.И., Беген К. Двумерная картина распределения электронной плотности в районе главного ионосферного провала и диффузной авроральной зоны по данным сети близкорасположенных ионосферных станций: сравнение с измерениями на спутнике «Ореол-3».// Пр-т№34. М.: изд-ие ИЗМИРАН. ¡985. 32 с.

6. Беспрозванная A.C., Щука Т.И. Динамика главного ионосферного провала в периоды мировых бурь с развитым кольцевым током. // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т.ЗЗ. №2. С. 145-151.

7. Благовещенский Д.В., Добросельский К.А. Магнитно-ионосферные условия во время явлений волноводного распространения средних волн в магнитосфере. // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т.36. №4. С. 198-201.

8. Благовещенский Д.В., Добросельский К.А. Магнитно-ионосферные условия во время явлений волноводного распространения СВ в магнитосфере. // Физика авроральных явлений. Тез. докл. Апатиты. КФАН. 1995. С. 41.

9. Благовещенский Д.В., Добросельский К. А., Мальцева O.A. О диагностических возможностях эхо-сигналов средневолнового диапазона. // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т.36. №5. С. 75-81.

10. Благовещенский Д.В., Добросельский К.А., Румянцев Г.А. и др. Средние радиоволны в космосе, эффекты плазмопаузы. // Космические исследования. 1996. Т.34. №5. С. 483-490.

11. Благовещенский Д.В., Жеребцов Г.А. Высокоширотные геофизические явления и прогнозирование коротковолновых радиоканалов. М.: Наука. 1987. 272 с.

12. Букин Г.В. Экспериментальные исследования магнитосферного распространения КВ-сигналов на трассе Земля-Земля. // Геомагнетизм и аэрономия. 1978. Т. 18. №3. С. 440-447.

13. Гальперин Ю.И., Засимова А.Г., Ларина Т.И. и др. Изменения в структуре F-слоя полярной ионосферы при смене знака Y-компоненты ММП. Эффект Свальгарда-Мансурова. // Космические исследования. 1980. Т. 18. №6. С. 877898.

14. Гальперин Ю.И., Сивцева Л.Д., Филиппов В.М., Халипов В.Л. Субавроральная верхняя ионосфера. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ие. 1990. 192 с.

15. Гдалевич Г.Л., Лихтер Я.И., Ларкина В.И., Михайлов Ю.М. Вариации интенсивности и спектра КНЧ и ОНЧ излучений в главном ионосферном

провале. // В кн.: Низкочастотные волны и сигналы в магнитосфере Земли. М.: Наука. 1980. С. 49-56.

16. Гинзбург B.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука. 1967. 684 с.

17. Гинзбург B.JI., Рухадзе A.A. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука. 1975. 256 с.

18. Добросельский К.А. Радиолокационные эффекты при волноводном распространении средних радиоволн. // 50-я юбилейная научно-техн. конференция, посвященная 100-летию изобретения радио. Санкт-Петербургское НТОРЭС им. A.C. Попова. 1995. Тезисы докл. С. 35.

19. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир. 1973. 502 с.

20. Клименко В.В., Намгаладзе A.A. О роли конвекции в формировании провала и плазмопаузы. // Геомагнетизм и аэрономия. 1980. Т. 20. №5. С. 946-950.

21. Колесник А.Г., Голиков И.А. Механизм формирования главного ионосферного провала области F. // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. №6. С. 909-914.

22. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука. 1980. 304 с.

23. Кринберг H.A., Тащилин A.B. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука. 1984.

192 с.

24. Крупина А.Е., Шлионский А.Г., Яшин Ю.А. Об интерпретации эхо-сигналов длительной задержки. // В сб.: Исследования условий распространения радиоволн. М.: изд-ие ИЗМИРАН. 1983. С. 17-24.

25. Лихтер Я.И. Удельная относительная рефракция низкочастотных волн в магнитосфере Земли. Препр. ИЗМИРАН. №8. М., 1980. 28 с.

26. Лихтер Я.И. Волновые явления в магнитосферах Земли и планет. // Геомагнетизм и высокие слои атмосферы. 1984. С. 5-113 (Итоги науки и техники ВИНИТИ; Т. 7).

27. Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Применение метода характеристик для решения на ЭВМ задач распространения волн в неоднородных анизотропных средах. // Лучевое приближение и вопросы распространения радиоволн. М.: Наука. 1971. С. 265-279.

28. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.: Наука. 1983. 192 с.

29. Мальцева O.A., Молчанов O.A. Распространение низкочастотных волн в магнитосфере Земли. М.: Наука. 1987. 120 с.

30. Мизун Ю.Г. Полярные сияния. М.: Наука. 1983. 135 с.

31. Мизун Ю.Г. Ионосфера Земли. М.: Наука. 1985. 157 с.

32. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. М.: Наука. 1981. 147 с.

33. Молчанов O.A. Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной плазме. М.: Наука. 1985. 224 с.

34. Насыров А.М. Рассеяние радиоволн анизотропными ионосферными неоднородностями. Казань. Изд-во Казанского ун-та. 1991. 149 с.

35. Перехватов Ю.К. К теории волноводного распространения электромагнитных волн высокочастотными каналами, вытянутыми вдоль геомагнитных силовых линий. Phys. Solariterr. Potsdam. 1976. №3. Р. 111- 128.

36. Полярная верхняя ионосфера. // Под ред. Ч. Дира и Я. Холтета. М.: Мир.

1983. 456 с.

37. Пономарев Е.А. Механизмы магнитосферных суббурь. М.: Наука. 1985. 159 с.

38. Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть 3. Л.: изд-во ЛГУ. 1977. 144 с.

39. Ратклифф Дж. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. М.: Мир. 1975. 296 с.

40. Сажин С.С. Естественные радиоизлучения в магнитосфере Земли. М.: Наука. 1982. 157 с.

41. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. М.: Наука. 1989. 430 с.

42. Сергеев В.А., Цыганенко H.A. Магнитосфера Земли. М.: Наука. 1980. 176 с.

43. Сивцева Л.Д., Филиппов В.М., Халипов В.Л. и др. Координированные исследования процессов в субавроральной верхней ионосфере и провала концентрации легких ионов. // Космические исследования. 1984. Т. 22. №5. С. 720-741.

44. Стикс Т. Теория плазменных волн. М.: Атомиздат. 1965. 342 с.

45. Фаткуллин М.Н., Зеленова Т.И., Козлов В.К., Легенька А.Д. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука. 1981. 256 с.

46. Физические процессы в области главного ионосферного провала. // Под ред. Н.П. Беньковой, X. Вагнера, Л. Трисковой. Прага. 1983. 213 с.

47. Хазельгров Дж. Лучевая теория и новый метод расчета траекторий. // Лучевое приближение и вопросы распространения радиоволн. М.: Наука. 1971.С. 36-50.

48. Шафранов В.Д. Электромагнитные волны в плазме. // Вопросы теории

плазмы. М.: Госатомиздат. 1963. Вып. 3. С. 3-140.

49. Шлионский А.Г. Дальнее распространение радиоволн в ионосфере. М.: Наука. 1979. 152 с.

50. Шлионский А.Г., Яшин Ю.Я. О возможном механизме объяснения ионосферных радиоэхо с большими задержками. И Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. №2. С.279-286.

51. Angerami J.J., Thomas J.О. Studies of planetary atmosphere. 1. The distribution of electrons and ions in the Earth's exosphere. // J. Geophys. Res. 1964. V. 64. P. 45374566.

52. Berger C., Barlier F. Asymmetric structure in the thermosphere during magnetic storms as deduced from the CACTUS acctlerometer data. // Adv. Space Res. 1981. V. 1. N12. P. 231-240.

53. Blagoveshchensk}7 D.V. Diagnostics of plasmaspause by effect of MF radio waves guiding. // IEEE Antennas and Propagation Society. Intern. Sympos. California, USA.

1995. Digest. V. I. P. 302.

54. Blagoveshchensky D.V., Dobroselsky K.A. Origin of MF radio wave propagation through magnetosphere duct. // XX General Assembly of the EGS. 1995. Hamburg. Abstracts. P. C674.

55. Blagoveshchensky D.V..Dobroselsky K.A., Mal'tseva O.A. An odd case of the 1,8 MHz propagation: geophysical aspect. // XXI General Assembly of IUGG. 1995. Boulder. Abstracts. P. A153.

56. Blagoveshchensky D.V.,Dobroselsky K.A., Mal'tseva O.A. Ducting MF waves in magnetosphere by main ionospheric trough. // 31-st Scientific Assembly of COSPAR.

1996. Birmingham. Abstracts. P. 227.

If'1 154

' ' Ifv

57. Blagoveshchensky D.V.,Dobroselsky K.A., Mal'tseva O.A. L-shell of plasmapause (or BDP) as an index of geophysical activity. // XXV General Assembly of URSI. 1996. Lille. Abstracts. P. 118.

58. Blagoveshchensky D.V.,Dobroselsky K.A., Mal'tseva O.A. Main ionospheric trough as a channel for MF propagation in the magnetosphere.// Radio Science. 1997. V.32.N 4. P. 1477-1490.

59. Blagoveshchensky D.V.JDobroselsky K.A., Mal'tseva O.A. Guiding MF waves from the Earth's surface into space.//Ann. Geophysicae. 1997. V.15. P. 246-248.

60. Brace C., Chappell C.R., Chandler M.O. et al. F-region electron temperature signatures of the plasmapause based on DEI,2 measurements. // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. NA3. P. 1986-1997.

61. Brace L.H., Reddy B.M., Mayer H.G. Global behaviour of the ionosphere atlOOO km. // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. N1. P. 265-278.

62. Budden K.G. Radio waves in the ionosphere. Cambridge. 1966. 547 p.

63. Budden K.G., Yates G.G. A search for radio echoes of long delay. // J. Atmos. Terr. Phys. 1952. V. 2. P. 272-283.

64. Calvert W. Wave ducting in different wave modes. // J. Geophys. Res. A. 1995. V. 100. P. 17491-17497.

65. Carpenter D.L. Whistler evidence of a "knee" in the magnetosphere ionization density profiles. //J. Geophys. Res. 1963. V. 68. N6. P. 1675-1684.

66. Carpenter D.L. Whistler studies of the plasmapause in the magnetosphere. 1. Temporal variations in position of the knee and some evidence on plasma-motions near knee. // J. Geophys. Res. 1966. V. 71. NA3. P. 693-699.

67. Ellis G.R, Goldstone G.T. Sounding the magnetosphere at high frequency using ducted long-delayed echoes. // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. NA7. P. 7591-7594.

68. Ellis G.R. Goldstone G.T. The occurrence of ducted long delayed echoes. // Planet. Space Sci. 1989. V. 37. N8. P. 935-942.

69. Ellis G.R, Goldstone G.T. The probability of observing ducted magnetospheric echoes from the ground. // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. NA5. P. 6587-6590.

70. Fairfield D.H., Vinas A.F. The inner edge of the plasma sheet and the diffuse aurora. // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. NA2. P. 841-850.

71. Foster J.C., Holt J.M., Musgrove R.G., Evans D.E. Ionospheric convection associated with discrete levels of particle precipitation. // Geophys. Res. Lett. 1986. V. 13. N7. P. 656-663.

72. Grossi M.D., Padula-Pintos V.H. Ground-based radio sounding of the Earth magnetosphere. //J. Geophys. Res. 1971. V. 76. N16. P. 3755-3763.

73. Halcrow B.W., Nisbet J.S. A model of F2 peak electron densities in the main trough region of the ionosphere. Radio Sci. 1977. V. 12. N5. P. 815-822.

74. Handbook of Ionospheric Models. Edited by R.W. Schunk. 1996. Utah State University. 295 p.

75. Helliwell R.A. Whistlers and related ionospheric phenomena. Stanford Univ. Press, California. 1965. 365 p.

76. Hunsucker R.D. Auroral and polar-cap ionospheric effects on radio propagation. // IEEE Transactions on antennas and propagation. 1992. V. 40. N7. P. 818-828.

77. Knudsen W.C. Magnetospheric convection and the high latitude F2 ionosphere. // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. N7. P. 1046-1055.

78. Morioka A., Oya H. Plasmapause disturbances synchronized with the magnetospheric substorms - EXOS-D observations. SCOSTEP, 8th Intern. Symp. on Solar-Terr. Phys., Sendai, Japan, June 5-10, 1994. Abstracts. P. 121.

79. Muldrew D.B. Radio propagation along magnetic field-aligned sheets of ionization observed by the ALOUETTE topside sounder. // J. Geophys. Res. 1963. V. 68. P. 5355-5370.

80. Muldrew D.B. Generation of long-delayed echoes. // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. NA9. P. 5199-5210.

81. Muldrew D.B. Medium frequency conjugate echoes observed on topside-sounder data. // Canad. J. Phys. 1967. V. 45. N12. P. 3935-3941.

82. Review of radio science 1993-1996. Oxford Univ. Press. 1996. 291 p.

83. Rodger A.S., Dudeney J.R. Is the poleward edge of the trough a sensitive indicator of geospace interaction ? // Adv. Space Res. 1987. V. 7. N8. P. 65-70.

84. Rodger A.S., Moffett R.J., Quegan S. The role of ion drift in the formation troughs in the mid- and high-latitude ionosphere - a review. // J. Atmos. Terrest. Phys. 1992. V. 54. N1. P. 1-30.

85. Rycroft M.J., Burnell S.J. Statistical analysis of movements of the ionospheric trough and plasmapause. // J. Geophys. Res. 1970. V. 75. N28. P. 5600-5608.

86. Rycroft M.J., Thomas J.O. The magnetospheric plasmapause and electron density trough at the ALOUETTE orbit. //Planet. Space Sci. 1970. V. 18. N1. P. 65-72.

87. Smith A.J., Rodger A.S., Thomas D.W.P. Simultaneous groundbased observation of the plasmapause and the F-region mid-latitude trough. // J. Atm. Terr. Phys. 1987. V. 49. N1. P. 43-49.

88. Straneways H.J. Investigation by ray-tracing of the effect of summer-winter assymetry on whistler ducting. /7 J. Atm. Terr. Phys. 1982. V. 44. N10. P. 889-896.

89. Titheridge J.E. Plasmapause effects in the topside ionosphere. // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. N19. P. 3227-3234.

90. Vidmar R.J.. Crawford F.W. Long-delayed echoes: mechanisms and observations. // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. NA2. P. 1523-1530.

91. Villard O.G., Muldrew D.B., Waxham F.W. The magnetospheric echo box - a type of long-delayed echo explained. // QST. 1980. V. 64(10). P. 11-19.

92. Watter F. Nonducted VLF propagation in the magnetosphere : Tech. Rep. N 3418-1. Stranford Univ.. 1969. Oct. 102 p.