Введение к работе
В диссертации проведено исследование дрейфовых движений плазмы области F вблизи полярной стенки главного ионосферного провала (ГИГО и структурных особенностей субавроральной ионосферы, , В работе рассмотрены ступенчатая структура полярной стенки ГЖІ в утреннем секторе, узкий провал ионизации, обусловленный развитием узкой струи быстрого дрейфа ионов к западу (поляризационный джет) в вечерне-полуночном секторе, морфология и динамика поляризационного джета и границы крупномасштабной конвекции на основе спутниковых и наземных измерений.
Актуальность проблемы. Как известно, основными факторами формирования структурных особенностей субавроральной ионосферы, наряду с корпускулярной ионизацией, являются динамические процессы, и прежде всего, конвекция ионосферной плазмы на этих пиротах. В настоящее время не до конца выяснена планетарная картина и характерные вариации конвекции в субавроральной зоне в ходе суббури и в зависимости от других факторов. Даже столь важная ее деталь, как поляризационный джет, являющийся ответственным за быстрое формирование узких провалов ионизации, пока не нашла отражения в используемых моделях высокоширотной ионосферы. Недостаточно исследованы вопросы проникновения электрических полей магнитоеферного происхождения сквозь экранирующий альвеновский слой, соответствующему экваториальной границе диффузных вторжений малоэнергичных электронов (ГДВ). Все это связано с отсутствием надежных систематических экспериментальных данных о конвекции в субавроральной зоне с одновременной
- 4 -регистрацией плазменных границ (ГДВ, экваториальная граница овала). В последние годы на субавроральных широтах в американском секторе действует станция некогерентного рассеяния в Милстоун-Хилле, а в Скандинавии успешно функционирует установка E1SCA1, позволяющая получать мгновенные трехмерные векторы скоростей дрейфа. Однако, доступные данные о конвекции в су-бавроральной зоне все еще весьма скудны, а станции некогерентного рассеяния радиоволн, располояенные непосредственно в су-бавроральной зоне вблизи L~4, отсуствуюг. В этих условиях в ходе поисковых экспериментов, а также при координированных измерениях, по нашему мнению, оправдывает себя определение направления конвекции плазмы и качественная оценка ее скорости модифицированным методом пространственно-разнесенного приема с малой базой (метод ДО непосредственно в субавроральной гоне, несмотря на значительные трудности в точной интерпретации результатов таких наблюдений. Следует отметить, что важнейшая проблема надежных систематических и детальных измерений конвекции плазмы в субавроральной ионосфере наземными методами остается открытой и это существенно сдерживает прогресс наших знаний об этой области околоземного пространства и возможность их практического применения.
Таким образом, актуальность темы диссертации определяется следующим:
1. Для понимания механизма формирования структурных особенностей субавроральной ионосферы, таких как ступенчатая структура полярной стенки ГИД, узкий провал ионизации и т.д. существует необходимость в проведении комплексных экспериментов по одновременному наблюдению параметров структуры ионосферы и дрейфовых движений на этих широтах, координированных со спутниковыми измерениями.
2. Исследование структурных особенностей субавроральной ионосферы, кроме значения для понимания физики высокоширотной ионосферы, имеет и практическую ценность для уточнения методики расчета радиолиний декаметрових волн на широтах суОавро-ральной зоны, где наиболее часты и длительны срывы КБ-радиосвязи.
Целью работы является исследование дрейфа ионизации об-лости F' в субавроральной зоне с одновременным определением изменения структуры ионосферы на основе координированных наземных и спутниковых измерений.
Научная новизна представленных в работе результатов исследований состоит в следующем:
-
Впервые на основе измерений методом Д1 на меридиональной цепочке станций показано, что экваториальная граница диффузных вторжений, формирующая резкую полярную стенку ГИП, является текущей границей крупномасштабной конвекции в ночном секторе при умеренно-возмущенных условиях; характер дрейфовых движений на субавроральных широтах, по всей видимости, контролируется MMTfc момент наступления разворота вектора скорости дрейфа с западного на восточное в раннем вечернем секторе происходит при By < 0 (Bz < 0), а при условиях By > 0 (Bz < О) смены знака дрейфа на полярной стенке ГИП в вечерне-полуночном секторе не наблюдается.
-
На основе комплексных координированных спутниковых и наземных измерений показано, что узкий провал ионизации и соответственно, поляризационный джет располагается внутри плаз-мосферы, а высыпания частиц в области узкого провала пренебрежимо малы.
-
Впервые исследованы морфология к динамика поляризационного диета и экваториальной границы сильной конвекции по
- 6 -разработанной автором методике определения поляризационного джета по данным вертикального (ВЗ) и наклонного обратного рассеяния (НОР) ионосферы, апробированной по координированным измерениям со спутников и ионозондов Якутской меридиональной цепочки станций.
Практическая ценность работы состоит в том, что исследование структурных особенностей субавроральной ионосферы имеет важное значение для прогнозирования условий прохождения радиоволн декаметрового диапазона на широтах субавроральной зоны, где на обширной территории Северо-Востока РФ основным видом связи является KB-радиосвязь. Результаты работы могут быть использованы в исследованиях, ведущихся в ИКФИА, ИСЗФ, ИЗЫИРАНе, ПГИ, ИЮИР ДВНД, ААНЖ
Личный вклад. Диссертантом внесена модификация метода Д1 для повышения достоверности получаемых данных о дрейфе ионосферной плазмы при его использовании на широтах субавроральной зоны. Автор является одним из основных исполнителей создания меридиональной цепочки станций (Якутск, Жиганск, Тикси) для измерения дрейфа ионизации модифицированным методом Д1. На этой цепочке станций в 1981-1984 гг. организованы и проведены при непосредственном' участии диссертанта комплексные измерения дрейфов, координированные с наблюдениями со спутника "Ореол- 3" в рамках советско-французского проекта АРКАД. Автором проделан большой объем работы по обработке и анализу полученного экспериментального материала по измерению дрейфов методом Д1 и наблюдений ВЗ и ЮР ионосферы. Автор также участвовал в создании' и установке экспедиционных ионосферных станций на территории Республики САХА (Якутия): п.Іиганск (1976-1982 гг.), п. Сангар (1985 г.), о. Котельный (1985-1986 гг.).
На зашиту выносятся следующие основные положения:
1. Экспериментально (на основе измерений методом Д1 в су-
бавроральной зоне) показано, что
а) полюснее полярной стенки ГИП, в вечерне-полуночном
секторе в умеренно-возмущенных условиях характер дрейфа плазмы
в области F соответствует поведению электрических полей магни-
тосферной конвекции, а экваториальнее полярной стенки ГИП наб
людается резкое уменьшение модуля скорости дрейфа и западное
направление в неосвещенное время суток.
б) экваториальная граница диффузных вторжений, формирую
щая резкую полярную стенку ГИП, является также текущей грани
цей крупномасштабной конвекции в ночном секторе при умерен
но-возмущенных условиях.
в) в утреннем секторе одним из возможных механизмов
формирования гребня ионизации в ступенчатой структуре полярной
стенки ГИП является меридиональный перенос ионизации с поляр
ной стенки ГИП в условиях возмущений.
-
Предложена методика определения по данным наземного радиозондирования параметров поляризационного джета - узкой струи быстрого дрейфа ионов к западу - в неосвещенной субавро--ральной ионосфере, которая апробирована по многочисленным одновременным измерениям со спутников и наземных ионозондов Якутской меридиональной цепочки станций.
-
На основе разработанной методики изучена морфология и динамика поляризационного джета и границы крупномасштабной конвекции в послеполуденном секторе по данным сети ионосферных станций при различных геофизических условиях.
Реализация результатов. Основные результаты исследований использованы в отчетах НИР и ряда хоздоговорных тем, выполненных на кафедре радиофизики и электроники ЯГУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докла-
- в -дьшались на 111 Всесоюзном совещании по полярной ионосфере и магнитосферно-ионосферным связям і Мурманск, 1984 г.), на V Всесоюзном совещании по исследованию динамических процессов в верхней атмосфере (Обнинск, 1985 г.), на XVI Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1990 г.), на Международном совещании по ионосферным неоднородностям (Венгрия, 1984 г.), на Международном симпозиуме КАПГ "Физические процессы в области провала в период магнитосферньк возмущений" (ГДР, 1986 г.), на XIX Генеральной Ассамблее МАГА (Канада, 1987 г.), а также обсуждались на семинарах ЯКИ РАН, ИСЗФ, ИКФИА и кафедры радиофизики и электроники ЯГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Материалы диссертации использованы в двух научно-исследовательских отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации 162 страниц, она содержит 134 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 161 наименования.