Спутниковое радиозондирование ионосферы из окрестности главного максимума концентрации электронов (04.10.2010)

Автор: Котонаева Надежда Геннадьевна

3.3 Поведение z-компоненты в простом слое Чепмена.

3.4 Поведение z-компоненты в условиях реальной ионосферы.

3.5 Расчет профиля электронной концентрации по следам отражения о- и z-компоненты от ионосфер.

3.6 Некоторые замечания о погрешности расчетов f(h)-профиля.

3.7 Восстановление f(h)-профиля в условиях неполной информации.

4 Мониторинг ионосферы на основе наземных и спутниковых ионозондов.

4.1 Некоторые задачи мониторинга ионосферы.

4.2 Адаптация ионосферной модели на основе метода кригинга для решения практических задач. Расчет карты критических частот.

4.3 Экстраполяция данных измерений наземных ионосферных станций с использованием модели IRI.

4.4 Региональная экстраполяция данных радиозондирования ионосферы с ОК «Мир» совместно с данными наземных ионосферных станций с использованием модели IRI.

5 Геофизические результаты.

5.1 Проблема «перекрытия». Сравнение результатов расчета параметров ионосферы по результатам зондирования с ОК «Мир» с результатами других исследований.

5.2 Анализ формы f(h)-профиля в окрестности максимума электронной концентрации.

5.3 Анализ следов невертикального распространения при отражении и рефракции только от плотных слоев ионосферы.

5.4 Анализ серии последовательных ионограмм одного витка. Конфигурация неоднородности в горизонтальной, вертикальной плоскости и пространстве.

5.5 Последовательности ионограмм с двух смежных витков. Скорость движения макронеоднородности.

5.6 Корреляция с сейсмогенными неоднородностями.

5.7 Зоны резкого роста высоты максимума электронной концентрации и зоны резкого изменения плазменных частот в горизонтальном разрезе в планетарной ионосфере.

5.8 Регистрация ионозондом на ОК «Мир» градиентов электронной плотности, связанных с планетарным распределением концентрации электронов в ионосфере.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Установлена эффективность метода радиозондирования с высот порядка 350 км в определении основных параметров ионосферы.

Для решения вопроса об эффективности нового метода радиозондирования был проведен морфологический анализ и классификация обширного экспериментального материала радиозондирования ионосферы ОК «Мир». Эти результаты получены в общей сложности за 40 часов 17 минут работы ионозонда. Основными районами проведения эксперимента стали районы европейской части и Дальнего Востока, но проводились отдельные сеансы над Южной Америкой, Южной Африкой, в районе Австралии, в районе экватора над Тихим и Индийским океанами. Был проведен один почти непрерывный суточный сеанс радиозондирования, а так же несколько дней проводились сеансы на полных последовательных витках орбиты ОК «Мир». Таким способом было зарегистрировано 9217 ионограмм. Ионограммы, полученные с ОК «Мир», были двух видов – аналоговые, которые на частоте 137 МГц передавались на наземные станции, а так же цифровые, полученные в режиме записи, которые представляют собой зависимость групповой задержки сигналов от частоты зондирования при некоторой средней амплитуде. Основные результаты и выводы были сделаны на основе цифровых ионограмм.

, так как эта высота неодинакова в различных географических зонах. До этого все спутниковые эксперименты по радиозондированию ионосферы проводились с высот порядка 1000 км, т.е. всегда существенно выше максимума.

В те моменты, когда ОК «Мир» находился выше основного максимума ионосферы, записанные ионограммы качественно не отличались от, полученных на других спутниках ранее.

следы отражений выглядели иначе (рис.1).

. Такое поведение «z»-волны до эксперимента на ОК «Мир» ранее не наблюдалось. В некоторых случаях «z»-компонента обрывалась, видимо, вследствие сильного поглощения радиоволн.

с обозначенными следами отражения

Во-вторых, одновременно на частотах от плазменной частоты ионосферы на высоте ИСЗ до максимальной частоты рабочего диапазона происходит распространение радиоволн вниз к Земле, отражение от нее и возвращение обратно на спутник. Эти радиоволны на ионограмме дают след отражения от Земли для «o»- и «x»-компонент.

В-третьих, на ионограммах появляется задержанный нижний след, который, как было объяснено в результате математического моделирования, является результатом наклонного распространения радиолуча, отражением его от Земли и последующим отражением (либо преломлением) от горизонтальных неоднородностей ионосферы.

Эти отличия ионограмм с низких высот и позволяют достоверно определять относительное положение ионозонда к положению максимума ионосферы, а также с меньшей погрешностью определять высоту этого максимума, что является достоинством метода зондирования с низких орбит.

, и след отражения от ионосферы становится вертикальным.

Результаты, полученные при радиозондировании с ОК «Мир» были, прежде всего, подвергнуты анализу на возможность существования метода внутреннего радиозондирования, с точки зрения того, будут ли основные параметры ионосферы, такие как критическая частота и высота максимума электронной концентрации определяться корректно при проведении эксперимента со столь низких высот.

Рис.2. Последовательность ионограмм ОК «Мир» в момент пересечения высоты максимума электронной концентрации

Было проведено сопоставление с другими методами исследования ионосферы, проведенными в этот же период. Проводилось сравнение с данными станций наземного вертикального зондирования. Сравнение критических частот, в те моменты, когда ОК «Мир» пролетал близко над станцией наземного вертикального зондирования (Чилтон, Великобритания), показало их совпадение.

вдоль орбиты спутника. На зависимости 2 нанесен профиль (*), рассчитанный в параллельных исследованиях по ионограмме наземного зондирования и по аналоговой ионограмме ОК «Мир». Таким образом, сравнение данных ОК «Мир» с результатами вертикального радиозондирования с Земли показало совпадение в определении критической частоты слоя F2 и расчете высоты максимума электронной концентрации.

Рис.3. Зависимости электронной концентрации от высоты, восстановленные по последовательным ионограммам

Для сравнения результатов рассматривались ионосферные разрезы, полученные по данным GPS-сигналов в цепочке трех ионосферных станций Италии при наблюдении ИСЗ системы NNSS.

Было найдено 6 периодов времени, когда измерения на обоих спутниках производились в районе Италии приблизительно одновременно. Временные и пространственные положения обоих ИСЗ были различны, но во всех случаях были зафиксированы совпадения полученных результатов в определения плазменной частоты на высоте спутника с учетом точности определения геофизических параметров.

Проведенные расчеты высоты максимума электронной концентрации по этим ионограммам так же совпали при сравнении с результатами томографического исследования ионосферы

Тем самым была показана возможность определения основных параметров ионосферы, а, следовательно, и возможность существования метода внутреннего радиозондирования.


загрузка...