Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. База данных внешнего зондирования с исз интеркосмос -19
1.1. Комплексная геофизическая обсерватория Интеркосмос-19 12
1.2. Система импульсного зондирования ионосферы ИС-338 15
1.3. Первичная обработка ионограмм внешнего зондирования 19
1.4. Результаты анализа данных зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19 23
Глава 2. Высотное распределение электронной концентрации
2.1. Существующие модели №(п)-профилей внешней ионосферы 25
2.2. Аппроксимация профиля электронной концентрации функцией Эпштейна 28
2.3. Построение полного профиля электронной концентрации 48
Глава 3. Глобальное распределение критических частот ночного слоя F2 (foF2)
3.1. Карты критических частот foF2 57
3.2. Глобальное распределение foF2 по данным ИСЗ Интеркосмос-19 57
3.3. Морфологические особенности крупномасштабных неоднородностей ночной области F 60
Глава 4. Исследование эффектов внешнего воздействия на ионосферу
4.1. Геомагнитные бури 28 марта-4 апреля 1979 г. 69
4.2. Эффекты подготовки землетрясения 23.11.1980 г. 78
Заключение 80
Литература
- Система импульсного зондирования ионосферы ИС-338
- Аппроксимация профиля электронной концентрации функцией Эпштейна
- Глобальное распределение foF2 по данным ИСЗ Интеркосмос-19
- Эффекты подготовки землетрясения 23.11.1980 г.
Введение к работе
Ионосфера Земли представляет собой ионизованную часть верхней атмосферы, контролируемую геомагнитным полем. Состояние среды определяется пространственными и временными вариациями её параметров (концентрации и температуры заряженной и нейтральной компонент, частотами соударений и т.д.), их взаимодействием и эффектами внешних воздействий. Предметом диссертационной работы является структура электронной концентрации внешней ионосферы, ее пространственные и временные вариации и их закономерности.
Актуальность темы вызвана интенсивным развитием спутниковых систем связи и навигации и определяется, прежде всего, необходимостью учета влияния ионосферы на работу этих систем. Для этих целей нужны простые в использовании и достаточно точные модели, позволяющие с минимальными вычислительными затратами получать распределение электронной концентрации (Ne). Используемые в настоящее время для этих целей эмпирические модели ионосферы не дают адекватного описания распределения Ne. Это связано как со сложностью и многообразием физических процессов, происходящих в ионосфере, так и с ограниченным объемом данных наблюдений, используемых для построения моделей. Особо остро стоит проблема исследования горизонтальных градиентов Ne и определения профиля электронной концентрации внешней части области F, вносящей наибольший вклад в полное содержание электронов.
Цель работы - на основе обработки и анализа данных внешнего зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19 выделить особенности пространственного распределения концентрации электронов Ne во внешней ионосфере и разработать методы, позволяющие по данным внешнего зондирования восстанавливать №(п)-профиль области F ниже и выше главного максимума.
Научная новизна диссертации обусловлена использованием оригинальных данных наблюдений и следующими результатами, полученными впервые:
Аппроксимация высотного распределения электронной концентрации внешней области F средних и низких широт функцией Эпштейна с линейно изменяющимся параметром толщины слоя.
Методика восстановления полного №(п)-профиля области F по данным внешнего зондирования ионосферы.
3. Глобальное распределение концентрации максимума Р2-слоя, позволившее существенным образом уточнить картину этого распределения и впервые показавшее существование дополнительных крупномасштабных максимумов NmF2.
Научная и практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы: а) для уточнения представлений о физике ионосферы; б) для прогноза условий распространения радиоволн; в) для развития эмпирических моделей ионосферы. Эти результаты могут быть использованы также и при подготовке новых спутниковых проектов по исследованию ионосферы.
Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом анализируемых данных, их повторяемостью для близких, но разнесенных по времени гелио- и геофизических условий, согласием с экспериментальными данными, полученными другими методами.
На защиту выносятся:
1. Модельное представление высотного распределения электронной концентрации области F средних и низких широт на основе аппроксимации функцией Эпштейна с линейно изменяющимся параметром толщины слоя, существенным образом уточняющее характер этого распределения.
2. Методика построения высотных сечений ионосферы от 150 до 1000 км по данным внешнего зондирования, позволяющая получать новые сведения об изменении концентрации электронов выше и ниже главного максимума.
3. Глобальное распределение критических частот (электронной концентрации) слоя F2 в ночные часы по данным внешнего зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19, дающее новые знания о крупномасштабных структурах Ne.
Личный вклад автора состоит в первичной обработке большого массива данных наблюдений, разработке методов и алгоритмов их анализа, совместной с соавторами физической интерпретации результатов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (120 наименований) и включает 100 страниц текста и иллюстраций.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении дается обоснование актуальности темы исследования, сформулированы ее цель, новизна, научная и практическая ценность полученных результатов.
Первая глава посвящена описанию данных внешнего зондирования, которые были использованы в работе. Система импульсного зондирования ионосферы ИС-338 была установлена на ИСЗ Интеркосмос-19 (запущен 27 февраля 1979 г., наклонение орбиты 74, апогей 995 км, перигей 502 км) и входила в комплекс аппаратуры, предназначенной для изучения структуры и динамики ионосферной плазмы в период высокой солнечной активности. В соответствии с заданной программой работы, ИС-338 позволяла получать высотно-частотные характеристики (ионограммы) в диапазоне от 0.3 до 15.95 МГц каждые 8, 16 и 64 с, при этом длительность ионограмм оставалась постоянной, равной 6.043 с. Особенностью использованной системы было наличие бортового запоминающего устройства, которое обеспечивало накопление экспериментальных данных в течение 16 часов перед передачей их на Землю. Это впервые, в отличие от предшествовавших проектов по внешнему зондированию, дало возможность исследовать глобальное распределение электронной концентрации. К сожалению, область полярной ионосферы осталась вне зоны наблюдений ИСЗ Интеркосмос-19.
Ионограммы внешнего зондирования, помимо информации о критических частотах трех магнитоионных компонент, содержат данные о частотах плазменных резонансов и плазменной частоте на высоте спутника. Кроме того, инвертируя высотно-частотные характеристики в профили электронной концентрации, можно получить высотное распределение ионизации. Всего в данной работе использовано около 10 тысяч №(п)-профилей, часть из которых составили базу данных внешнего зондирования ().
Краткий обзор результатов, полученных другими авторами на основе данных зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19, приведен в диссертации.
Задача исследования трехмерного распределения электронной концентрации в данной работе разделена на две части - исследование формы вертикального профиля Ne и глобального распределения параметров максимума слоя F2.
Вторая глава диссертации посвящена аналитическому представлению нормированного высотного распределения электронной концентрации Ne(h-hmF2)/NmF2, где hmF2 и NmF2 - высота и концентрация главного максимума. В отличие от большинства существующих моделей (Kohnlein, Bent и др.), использующих многосегментное представление профиля, нами рассмотрена аппроксимация одной функцией, позволяющая избежать проблемы "сшивания" отдельных сегментов. Сравнение точности аппроксимации различными функциями показало преимущество использования функции Эпштейна: ехр Ne(h-hmF2) = 4.0 B2U J fh-hnrf^ > - [л fVhmF2Y|
1 + ехр ч I. Вги )j с линейно изменяющимся с высотой параметром толщины слоя B2u=B2Uo+k(h-hmF2).
Долготные, широтные, сезонные вариации модельных коэффициентов, а также глобальные карты В2ио и к, построенные на основе базы данных внешнего зондирования ИСЗ Интеркосмос-19, приведены в работе.
Модель NeQuick вычисляет №(1і)-профиль, используя в качестве опорных значения параметров максимумов и толщины слоев F2, F1 и Е. Значения foF2 и M3000F2 (или hmF2) при этом задаются коэффициентами CCIR, а параметры нижележащих слоев определяются с помощью простых эмпирических соотношений по величинам зенитного угла Солнца и солнечной активности. Проведенная нами модификация NeQuick с применением полученных из эксперимента foF2, hmF2 и Вги дала возможность по данным зондирования со спутника рассчитывать полный профиль электронной концентрации ниже и выше главного максимума и реконструировать высотные сечения ионосферы.
Третья глава посвящена построению глобального двумерного распределения электронной концентрации максимума ночного слоя F2. Орбитальные параметры ИСЗ Интеркосмос-19 (наклонение 72 и период обращения 99 мин) и режим работы ионозонда (зондирование с периодом 64 с и накопление данных в течение ~16 ч) позволяли получать за сеанс наблюдений значения foF2 на сетке с шагом 3.5 градуса по широте и 25 градусов по долготе. Поскольку на средних и низких широтах орбита спутника проходила практически вдоль меридиана, а местное время пересечения им экватора оставалось приблизительно постоянным в течение сеанса, это позволило построить мгновенные карты foF2 (так называемые LT-карты), которые затем усреднялись для схожих гелио- и геофизических условий - сезона, LT, уровня магнитной активности и т.д. Построенные карты существенно дополняют глобальные распределения foF2, получаемые с помощью стандартных моделей URSI и CCIR, и позволяют уточнить описание крупномасштабных неоднородностей электронной концентрации в максимуме слоя F2. Так, летом в северном полушарии наблюдается три максимума Ne на широте 30+10 N и 40, 130 и 320 восточной долготы. В зимние месяцы отмечено существование двух максимумов электронной концентрации в южном полушарии (20 S, 200 Е и 50 S, 340 Е). Отмеченные крупномасштабные неоднородности типичны для всех ночных часов, различаясь лишь по степени развития и амплитуде, т.е. носят квазистационарный характер.
Четвертая глава. Приведены некоторые результаты исследования ионосферных возмущений от различных источников с использованием данных внешнего зондирования. Так, для серии геомагнитных бурь 28 марта - 4 апреля 1979 г. с помощью модифицированной модели NeQuick построены меридиональные сечения ионосферы, позволившие проследить степень развития экваториальной аномалии в различные фазы бури.
На примере мощного землетрясения 23.11.1980 г. на территории Италии показано, что на форму профиля электронной концентрации внешней ионосферы (поведение модельного параметра В2и) над эпицентральной областью влияют процессы подготовки землетрясения.
Заключение - даются основные выводы, приводятся сведения об апробации, о полноте опубликованных в научной печати основного содержания диссертации, ее результатов и выводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей, 7 из которых - в рецензируемых научных журналах, и представлено 11 докладов на международных конференциях. Публикации включены в список цитируемой литературы.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на представительных международных конференциях, в частности, 23-ей Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества (Ницца, 1998 г.), 32-ой, 33-ей и 35-ой Научных Ассамблеях Комитета по космическим исследованиям COSPAR (Нагоя, 1998 г., Варшава, 2000 г., Париж, 2004 г.), первой азиатско-тихоокеанской радио конференции (Токио, 2001 г.), конференции по проекту COST 251 (Прага, 1996 г.), симпозиумах по Международной справочной модели ионосферы IRI (Лоуэлл, 1999 г., Сан-Жозе-дос-Кампос, 2001 г., Тортоса, 2005 г., Буэнос-Айрес, 2006 г.), а также ежегодных семинарах рабочей группы IRI (Триест, 1997-2004 гг.).
Диссертация выполнена в лаборатории спутниковых исследований ионосферы ИЗМИР АН в рамках плановых НИР "Усовершенствование моделей ионосферы и их использование для улучшения качества радиосвязи" (номер государственной регистрации 01.9.80 001106) и "Исследование изменчивости и вариаций ионосферы, обусловленных процессами, протекающими в геофизических оболочках" (01.200.1 10588), а также проекта COST 271 Комиссии Европейского союза "Effects of the upper atmosphere on terrestrial and earth-space communications". Работа частично поддержана грантами РФФИ 00-05-64071-а, 01-05-64155-а и HACA NRA 98-OSS-03(5.2) "Intercosmos-19 satellite topside sounder data rescue project".
Система импульсного зондирования ионосферы ИС-338
Установленная на ИСЗ Интеркосмос-19 спутниковая система ИС-338 позволяла получать высотно-частотные характеристики (ионограммы). В состав системы входили [Васильев и др., 1980 а]: - бортовая ионосферная станция, предназначенная для импульсного высокочастотного зондирования ионосферы на 338 фиксированных частотах; - антенно-фидерное устройство, состоящее из двух взаимно перпендикулярных дипольных антенн длиной 50 (для диапазона 0.3-5.0 МГц) и 15 (5.0-15.95 МГц) метров, включенных через полосовые фильтры высоких и низких частот; - кодирующее устройство, преобразующее аналоговые ионограммы в двоичный код; - блок оперативной памяти для запоминания цифровых ионограмм в темпе зондирования с последующей перезаписью в память штатной телеметрической системы для передачи на Землю.
Диапазон зондирования ионозонда разбит на два поддиапазона: 03.-1.5 МГц с шагом дискретизации 25 кГц и 1.55-15.995 МГц с шагом 50 кГц, что позволило с достаточной степенью точности исследовать как резонансные явления, вызываемые работой передатчика в плазме, так и область максимума F2 слоя. Отметим, что в ряде случаев, в частности, в области гребней экваториальной аномалии, значения критических частот foF2 превышали максимальную рабочую частоту. Импульсная выходная мощность передатчика составляла 300 Вт при длительности импульса 133 мкс. Чувствительность приемника около 10 мкВ при отношении сигнал/шум, равном 3, с возможностью снижения чувствительности до 20 дБ по внешней команде с Земли. Ширина полосы приемника по уровню 0.7 была выбрана равной 12 кГц, что обеспечило погрешность определения дальности при тестовых испытаниях 8±8 км [Васильев и др., 1980 б].
Штатная телеметрическая система спутника обеспечивала четыре режима работы ИС-338: непосредственной передачи (НП) с зондированием каждые 8 с; запоминание в течение 30 мин с зондированием каждые 8 с (ЗАП-2); запоминание в течение 120 мин с зондированием каждые 16 с (ЗАП-3); запоминание в течение 960 мин с зондированием каждые 64 с (ЗАП-4). Режим ЗАП-4 являлся основным для исследования глобальных процессов, поскольку обеспечивал практически непрерывное зондирование внешней ионосферы на протяжении 10 витков. Наличие бортового запоминающего устройства, которое обеспечивало накопление экспериментальных данных в течение 16 часов перед передачей их на Землю, было отличительной особенностью системы по сравнению с использовавшимися в других проектах по спутниковому зондированию [Pulinets, 1989]. Время активной работы ионозонда на ИСЗ Интеркосмос-19 составило почти два года - с марта 1979 г. по февраль 1981 г., было проведено около 1500 сеансов зондирования. К настоящему времени на твердый носитель (электрохимическая бумага) перенесены ионограммы 180 сеансов в режиме ЗАП-3 и 220 в режиме ЗАП-4.
Периоды работы ионозонда ИСЗ Интеркосмос-19 и гелио- и геофизические условия наблюдений. ИСЗ Интеркосмос-19 функционировал в период максимума солнечной активности, значения F10.7 не опускались ниже 150, что позволило существенно дополнить информацию о состоянии ионосферы, полученную другими спутниками (серии Alouette, например) при низкой активности Солнца. Эффекты нескольких сильных геомагнитных возмущений (ар(т) 60) регистрировались спутником.
Аппроксимация профиля электронной концентрации функцией Эпштейна
Как показало предыдущее рассмотрение, одной из используемых для описания Ке(п)-профиля внешней ионосферы функцией является функция Эпштейна [Rawer, 1982, 1988]. Будем рассматривать нормированный профиль.
Уменьшить это расхождение оказалось возможным, используя линейно изменяющийся с высотой параметр толщины слоя B2u(z)=Bo+kz [Pulinets et al., 1998]. Процедура аппроксимации состояла в следующем [Depuev and Pulinets, 2001 с; Depuev et al., 2001]. Полученный в результате инвертирования спутниковой ионограммы профиль электронной концентрации Ne(h) приводился к нормированному виду т , ч Ne(h-hmF2) Ne(z) = . С шагом 10 км по высоте рассчитывался профиль B2u(z), при этом каждое значении В2и определялось методом наименьших approx Ne(z)r-Ne(z) квадратов, исходя из минимизации ошибки \ = , по которому рассчитывались коэффициенты В0 и к.
Полученные результаты заносились в базу данных ИСЗ Интеркосмос-19 для дальнейшего анализа. Каждая запись в базе содержит уникальный идентификационный номер профиля, условия проведения наблюдения (дата, LT, UT, географические координаты и высота спутника, наклонение геомагнитного поля, зенитный угол Солнца, F10.7, ар(т)-индекс), рассчитанные по ионограммам параметры ионосферы (fnS, foF2, NmF2, hmF2), модельные коэффициенты (В0, к) и погрешность аппроксимации. Всего база содержит 3150 записей для зимы, 1650 для равноденствия и 5650 для лета.
Сравнение спутникового профиля электронной концентрации ионосферы (толстая линия) с модельными аппроксимациями - функцией Эпштейна (треугольники), Чепмена (штриховая линия), экспонентой (тонкая сплошная линия) и моделью IRI (точки). Погрешность аппроксимации є указана в скобках. На рис.6 приведен пример, демонстрирующий точность описания экспериментального профиля (толстая кривая) различными функциями: функцией Эпштейна с изменяющимся параметром В2и (треугольники), а-функцией Чепмена Ne(z) = ехр(а(1 - --) - exp(-J-))), где а=1, Hs=H0+bz - линейно изменяющаяся приведенная высота ионосферы (штриховая линия) и экспоненциальной функцией Ne(z) = exp(-/?z) (тонкая сплошная). Точками показан результат расчета по модели IRI. Наибольшую точность (-2%) обеспечивает Эпштейн-аппроксимация.
Примеры аппроксимации рассматриваемыми функциями профилей, полученных для двух схожих по условиям пролетов спутников Alouette 1 (низкая солнечная активность) и Интеркосмос-19 (высокая активность) на различных широтах (различные величины наклонения геомагнитного поля) [Depuev and Pulinets, 2005 а] показаны на рис.7. И функция Чепмена, и функция Эпштейна одинаково точно описывают экспериментальные профили, при некотором преимуществе функции Эпштейна во время высокой солнечной активности [Depuev and Pulinets, 2005 b]. Отметим также существенно завышенные оценки моделью IRI, адаптированной к экспериментальным значениям foF2 и hmF2, электронной концентрации в условиях минимума активности и заниженные в максимуме.
Зависимость ошибки аппроксимации є от наклонения геомагнитного поля (слева) и местного времени (справа). Ограниченный объем обработанных №(п)-профилей не позволил детально структурировать имеющуюся базу данных, поэтому при дальнейшем рассмотрении мы разделяли данные только в зависимости от сезона - лето (май - август), равноденствие (апрель, май, сентябрь и октябрь) и зима (ноябрь - февраль) и степени освещенности - день (09 - 18 ч LT) и ночь (21 - 03 ч LT). Кроме того, на данном этапе рассматривались спокойные геомагнитные условия.
Результаты анализа погрешности аппроксимации профилей внешней ионосферы функцией Эпштейна с изменяющимся по высоте параметром толщины В2и Для условий высокой солнечной активности приведены на рис.8 - 9. Отметим следующие выделенные закономерности: 1) В подавляющем большинстве случаев ошибка є не превышает 0.05, т.е. используемая функция описывает экспериментальные профили с высокой степенью точности. Исключения относятся к области экватора и к зимним ночным условиям и связаны, по-видимому, с неточностями обработки ионограмм из-за диффузности отражений; 2) Несмотря на то, что при расчете коэффициентов ВО и к исходные профили Ne(h-hmF2)/NmF2 нормировались, существует зависимость ошибки е от hmF2 (рис.8, левая половина) и foF2 (рис.8, правая половина) - прямая для лета и обратная для зимы, свидетельствующая о том, что форма профиля связана с характеристиками главного максимума; 3) Для области высоких широт ошибка аппроксимации в зимние месяцы (рис.9, левая половина) выше, чем в другие сезоны; 4) Величина ошибки s незначительно зависит от высоты спутника (на рисунках не приведено), т.е. фактически от протяженности по высоте аппроксимируемого профиля, возрастая при hs 900 км.
Глобальное распределение foF2 по данным ИСЗ Интеркосмос-19
Орбитальные параметры ИСЗ Интеркосмос-19 (наклонение 72, период обращения 99 мин) и режим работы ионозонда ЗАП-4 (зондирование с периодом 64 с и накопление данных в течение 16 ч) позволяли получать за сеанс наблюдений значения foF2 для 10-11 оборотов вокруг Земли. Проекция орбиты смещалась от витка к витку на 25 вдоль экватора, так что с учетом вращения Земли местное время пролета спутника на одной и той же широте в течение сеанса оставалось практически постоянным. Это давало возможность построения так называемых LT-карт [Pulinets, 1989], показывающих поведение ионосферы на разных долготах в одно и то же местное время. Ценность подобных карт состоит в том, что они позволяют исключить из рассмотрения суточные вариации ионосферы и исследовать ее долготные вариации. Данные наблюдений сглаживались и восполнялись методом кригинга [Oliver et al., 1990; Bradley et al., 1994]. На их основе строились мгновенные (для данного сеанса) карты foF2, которые затем усреднялись для схожих гелио- и геофизических условий - сезона, LT, уровня магнитной активности и т.д. [Depuev and Pulinets, 1998,2000].
На рис.21 приведены карты foF2, полученные для четырех последовательных сеансов зондирования ЗАП-4 13-15 и 17 июля 1980 г. Поскольку гелио- и геофизические условия и местное время пролетов спутника (от 0540 LT 13 июля до 0455 LT 17 июля) за этот период изменились незначительно, то было построено усредненное распределение (рис.22) [Depuev and Pulinets, 2001 b]. Усреднение нескольких мгновенных карт позволило, на наш взгляд, уменьшить искажения, связанные с изменчивостью ионосферы ото дня ко дню, и выделить крупномасштабные стационарные структуры области F.
Построенные по данным ИСЗ Интеркосмос-19 глобальные распределения критических частот слоя F2 позволили выявить существование крупномасштабных неоднородностей электронной концентрации в максимуме слоя F2 и установить некоторые их морфологические особенности.
В ночные часы летнего сезона (май - август) в северном полушарии на высотах максимума слоя F2 наблюдается три максимума Ne на широте 30+10 N и долготах 40, 130 и 320 Е и локальный минимум на долготе -270 Е. Распределение в южном полушарии (местная зима) более равномерное, с двумя минимумами концентрации электронов на 70 и 330 Е и максимумом 220 Е.
Отмеченные крупномасштабные неоднородности типичны для всех ночных часов, различаясь лишь по степени развития и амплитуде. Это доказывает рис.23, на котором приведены распределения foF2 для 0200, 0345 и 0515 LT. Каждая из карт, в свою очередь, получена усреднением распределений для трех последовательных сеансов спутника [Pulinets and Depuev, 2004].
Сопоставление полученных карт с построенными по включенным в Международную справочную модель ионосферы (IRI) коэффициентам CCIR и URSI показывает их достаточно хорошее качественное совпадение (например, рис.24 для URSI) [Pulinets and Depuev, 2000]. Вместе с тем отметим, что модель не описывает тонкой структуры foF2. Усредненное распределение критической частоты ночного F2 слоя для различных сезонов по данным ИСЗ Интеркосмос-19. сложный характер, чем модельные. В частности, не воспроизводится наличие двух максимумов на долготах 40 и 130 Еи долины между ними, что оказывается весьма существенным при расчете условий распространения радиоволн. Асимметрия полушарий более сильно выражена в данных наблюдений ИСЗ Интеркосмос-19, чем в модельном представлении [Karpachev et al., 2003].
В ночные часы зимних (ноябрь-февраль) месяцев [Pulinets and Depuev, 2003] отмечено существование двух максимумов электронной концентрации в южном полушарии (20 S, 200 Е и 50 S, 340 Е), минимума (40 S, 120 Е), а также двух локальных минимумов на долготах 80 и 180 Е северного полушария (рис.25в). Это распределение также качественно совпадает с модельными представлениями CCIR и URSI, построенными по данным наземной сети ионозондов и косвенно подтверждающими существование подобных крупномасштабных неоднородностей. Глобальное распределение foF2 в равноденствие (рис.256) сохраняет черты и летнего и зимнего.
Пространственные изменения параметров ионосферы связывают, как правило, с воздействием нейтральной атмосферы. Поскольку равновесная концентрация электронов в области F зависит от соотношения концентраций атомарных и молекулярных составляющих, определяющих скорости образования электронов и их исчезновения, были построены модельные (MSIS, [Hedin, 1987]) распределения [0]/[N2] (рис.26в) и [0]/[02]. Летом оба эти распределения имеют в долготном ходе одну гармонику с максимумом (минимумом) на 80-90 Е и минимумом (максимумом) на 270 Е для северного (южного) полушария.
Эффекты подготовки землетрясения 23.11.1980 г.
Со времени появления первых работ [Leonard and Barnes, 1965; Davis and Baker, 1965; Raw, 1966], посвященных возмущениям в ионосфере, вызванным землетрясением на Аляске, интерес к теме сейсмо-ионосферных связей не ослабевает. Найдено много свидетельств того, что процессы подготовки мощных (с магнитудой М 5) землетрясений имеют отражение в вариациях различных параметров ионосферной плазмы. Проведенные в [Pulinets et al., 1998] модельные расчеты показали, что наблюдаемые со спутника Интеркосмос-19 изменения электронной концентрации, в принципе, могут быть вызваны крупномасштабными электростатическими полями на поверхности, связанными с возрастанием сейсмической активности вдоль тектонических разломов. Это, в свою очередь, делает актуальным вопрос о возможности использования ионосферных предвестников в общей системе прогноза землетрясений.
Обзор работ по этой тематике можно найти в [Ruzhin and Depueva, 1996] или в монографии [Pulinets and Boyarchuk, 2004]. В [Pulinets et al., 2003] приведены результаты более чем десятилетних исследований авторов, посвященных исследованию вариаций ионосферы над сейсмоактивными регионами перед сильными землетрясениями. В частности, по данным внешнего зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19 над областью подготовки землетрясения в центральной Италии (23.11.80 г., М=6.9) показано, что за несколько дней до сейсмического события (за 117 и 56 ч на рис.35) происходит существенное изменение приведенной высоты ионосферы (Hs) и, соответственно, формы (толщины) профиля электронной концентрации Ne(h).
Подобный же результат получен по монограммам ИСЗ Интеркосмос-19 в [Pulinets and Depuev, 2004 а] для последовательности землетрясений в Калифорнии 25-27.05.80. За 5 дней до первого толчка там также зарегистрировано аномальное увеличение толщины слоя В2и.
В результате обработки и проведенного анализа данных внешнего зондирования с ИСЗ Интеркосмос-19: 1. Предложено аналитическое описание высотного профиля электронной концентрации внешней области F2 средних и низких широт на основе функции Эпштейна с линейно изменяющимся параметром толщины, существенно повышающее точность представления профиля Ne. 2. Разработан алгоритм восстановления полного профиля электронной концентрации ионосферы. Показано, что использование полученных из данных внешнего зондирования параметров максимума hmF2, foF2 и толщины B2u(h)=B0+k(h) в качестве входных параметров модифицированной модели NeQuick позволяет рассчитывать Ne(h) выше и ниже максимума слоя F2. 3. Построено глобальное распределение критической частоты foF2 (электронной концентрации максимума) ночного слоя F2 для периода высокой солнечной активности, позволившее установить характерные особенности крупномасштабных структур Ne. 4. На основе предложенных алгоритмов исследованы эффекты внешнего воздействия на ионосферу. Показано, в частности, что: а) долготные особенности ионосферы оказывают влияние на проявление эффектов геомагнитной бури на высотах внешней части области F; б) изменение формы профиля электронной концентрации может свидетельствовать о проявлении на ионосферных высотах процессов подготовки мощных землетрясений и наряду с другими факторами учитываться при поиске краткосрочных предвестниковых эффектов. Диссертация выполнена в лаборатории спутниковых исследований ионосферы ИЗМИРАН в рамках плановых НИР. Полученные в ней результаты могут быть использованы в научно-исследовательских организациях соответствующего профиля (Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова, Институт космических исследований РАН, Научно-исследовательский радиофизический институт и др.) для: а) уточнения представлений о физике ионосферы; б) прогноза условий распространения радиоволн; в) совершенствования эмпирических моделей ионосферы. Эти результаты могут быть использованы также и при подготовке новых спутниковых проектов по исследованию ионосферы.
Полученные результаты опубликованы в 12 статьях, 7 из которых -в рецензируемых научных журналах, включенных в систему цитирования Web of Science - Science Citation Index Expanded, и 5 - в сборниках трудов семинара рабочей группы COSPAR/URSI по Международной справочной модели ионосферы "The IRI Task Force Activity" (Триест 2001-2004 гг.). Материалы работы докладывались и обсуждались на 11 представительных международных конференциях. Публикации включены в список цитируемой литературы. Автор хотел бы с глубокой благодарностью отметить работу коллег, успешно осуществивших уникальный проект по вертикальному зондированию ионосферы с борта ИСЗ Интеркосмос-19. Это, прежде всего, руководители проекта академик РАН В.В.Мигулин и доктор физ,-мат.наук, профессор Н.П.Бенькова, кандидат физ.-мат. наук Ю.В.Кушнеревский, кандидат физ.-мат. наук Г.В.Васильев и многие другие.
Автор искренне признателен своему научному руководителю доктору физ.-мат. наук С.А.Пулинцу, а также кандидату физ.-мат. наук Г.Ф.Деминовой и доктору физ.-мат. наук А.Т.Карпачеву за доброе отношение, поддержку и высокопрофессиональную помощь в работе.
