Solar-Terrestrial Physics Solar-Terrestrial Physics Солнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics 2712-9640 57426 10.12737/szf-92202312 ВОСЕМНАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 6–10 ФЕВРАЛЯ 2023 г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ 18TH ANNUAL CONFERENCE “PLASMA PHYSICS IN THE SOLAR SYSTEM”. FEBRUARY 6–10, 2023, SPACE RESEARCH INSTITUTE RAS, MOSCOW, RUSSIA ВОСЕМНАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 6–10 ФЕВРАЛЯ 2023 г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ Spectral features of ionospheric plasma waves excited by powerful HF radio waves radiated at frequencies near electron gyroharmonics and F2-layer critical frequency Спектральные характеристики плазменных волн ионосферы при возбуждении мощными КВ-радиоволнами на частотах излучения вблизи гирогармоник электронов и критической частоты слоя F2 https://orcid.org/0000-0003-1727-5310 Борисова Татьяна Дмитриевна Borisova Tatiana Dmitrievna borisova@aari.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-1752-3273 Благовещенская Наталья Федоровна Blagoveshchenskaya Nataly Fedorovna nataly@aari.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-7299-6546 Калишин Алексей Сергеевич Kalishin Alexey Sergeevich askalishin@aari.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Арктический и антарктический научно-исследовательский институт г. Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Санкт-Петербург Россия Arctic and Antarctic Research Institute St. Petersburg Russian Federation 29 06 2023 29 06 2023 9 2 101 110 02 03 2023 02 05 2023 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/57426/view

Представлены результаты исследований характеристик продольных плазменных волн (ленгмюровских и ионно-акустических) высокоширотной F-области ионосферы, вызванных воздействием мощных КВ-радиоволн обыкновенной (О-мода) или необыкновенной (Х-мода) поляризации КВ нагревного стенда EISCAT/Heating (Тромсë, Норвегия). Мощные КВ-радиоволны 20 октября 2012 г. и 26 февраля 2013 г. излучались в направлении магнитного зенита при ступенчатом изменении эффективной мощности излучения (ERP). Частота излучения комплекса fн 26 февраля 2013 г. была близка критической частоте fоF2 слоя F2, (fн/foF2~1) и превышала частоту гирорезонанса электронов fн>5fce. Для fн 20 октября 2012 г. выполнялись условия fн/foF2~0.85–0.95 и fн<6fce. Анализ данных измерений EISCAT радара некогерентного рассеяния радиоволн (НР) на частоте 930 МГц, пространственно-совмещенного с нагревным стендом для условий излучения ERP<200 МВт, показал, что возбуждение параметрических распадных неустойчивостей происходит на высотах в ионосфере, где наблюдается близость частоты накачки и плазменной ленгмюровской частоты fн≈fPL. Исследованы особенности возбуждения распадных параметрических неустойчивостей в зависимости от высоты, поляризации волны накачки и соотношений между fн и foF2, а также fн и nfce.

We present the result of the studies into characteristics of high-latitude ionospheric F-region longitudinal plasma waves (Langmuir and ion-acoustic), caused by the impact of powerful HF radio waves of ordinary (O-mode) or extraordinary (X-mode) polarization of the EISCAT/Heating facility, Tromsø, Norway. The powerful HF radio waves on October 20, 2012 and February 26, 2013 were emitted in the direction of the magnetic zenith with a step change in the effective radiation power (ERP). The radiation frequency fH of the EISCAT/Heating facility on February 26, 2013 was close to the F2-layer critical frequency foF2 (fH/foF2~1) and exceeded the electron gyroresonance frequency fH>5fce. On October 20, 2012, the conditions fH/foF2~0.85–0.95 and fH<6fce were fulfilled. Analysis of EISCAT measurements of an incoherent scatter radar (ISR) at a frequency of 930 MHz, spatially aligned with the heating facility for radiation conditions ERP<200 MW, has shown that parametric decay instabilities are excited at the ionospheric heights where the pump frequency is close to the plasma Langmuir frequency, fH≈fPL. We have studied peculiarities of excitation of the decay parametric instabilities as a function of height in the ionosphere and pump wave polarization, the ratios between fH and foF2, and also fH and nfce.

 высокоширотная ионосфера F-область мощная КВ-радиоволна ленгмюровская волна ионно-акустическая волна радар некогерентного рассеяния радиоволн EISCAT high-latitude ionosphere F-region powerful HF radio wave Langmuir wave ion-acoustic wave incoherent scatter EISCAT Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-17-00020, [https://rscf.ru/ project/22-17-00020/] The work was financially supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 22-17-00020) [https://rscf.ru/project/22-17-00020/]

Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Йоман Т.К., Хагстром И. Влияние эффективной мощности излучения нагревного комплекса EISCAT/Heating на возбуждение искусственных ионосферных турбулентностей в высокоширотной F-области ионосферы. Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2017. Т. 60, № 4. С. 305-325. Blagoveshchenskaya N.F. Perturbing the high-latitude upper ionosphere (F region) with powerful HF radio waves: A 25-year collaboration with EISCAT. URSI Radio Sci. Bull. 2020, iss. 373, pp. 40-55. DOI: 10.23919/URSIRSB.2020.9318436. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Риетвельд М.Т., Хагстром И. Смещенные плазменные линии в нагревных экспериментах в высокоширотной ионосфере на частотах волны накачки вблизи гармоник гирорезонансов электронов. Изв. вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 10. С. 810-830. Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Yeoman T.K., Hagstrom I. Influence of effective radiation power of EISCAT/Heating facility on artificial ionospheric turbulences induced in high-latitude F region. Izvestiya vuzov. Radiofizika [Radiophysics and Quantum Electronics]. 2017, vol. 60, no. 4, pp. 305-325. (In Russian). Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Калишин А.C. Особенности возбуждения искусственной ионосферной турбулентности при О- и Х-нагреве вблизи критической частоты слоя F2. Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9, № 1. С. 22-32. DOI: 10.12737/szf-91202303. Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Rietveld M.T., Hagstrom I. Shifted plasma lines in heating experiments in high-latitude ionosphere at pump wave frequencies near harmonics of electron gyroresonances. Izvestiya vuzov. Radiofizika [Radiophysics and Quantum Electronics]. 2018, vol. 61, no. 10, pp. 810-830. (In Russian). Васьков В.В., Гуревич А.В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивость в F-области ионосферы. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький, ИПФ АН СССР, 1979. С. 81-138. Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Kalishin A.S. Features of artificial ionosphere turbulence induced by the O- and X-mode HF heating near the f2-layer critical frequency. Solar-Terr. Phys. 2023, vol. 9, no. 1, pp. 21-30. DOI: 10.12737/stp-91202303. Грач С.М., Караштин А.Н., Митяков Н.А. и др. Параметрическое взаимодействие электромагнитного излучения с ионосферной плазмой. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. С. 1827-1833. DuBois D.F., Russell D.A., Cheung P.Y., Sulzer M.P. High-power high-frequency-induced Langmuir turbulence in the smooth ionosphere at Arecibo. I. Theoretical predictions for altitude-resolved plasma line radar spectra. Phys. Plasmas. 2001, vol. 8, no. 3, p. 791. DOI: 10.1063/1.1345703. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. Успехи физических наук. 2007. Т. 177, № 11. С. 1145-1177. Grach S.M., Karashtin A.N., Mityakov N.A., Rapoport V.O., Trakhtengerts V.Yu. Parametric interaction between electromagnetic radiation and ionospheric plasma. Radiophysics and Quantum Electronics. 1977, vol. 20, pp. 1254-1258. Blagoveshchenskaya N.F. Perturbing the high-latitude upper ionosphere (F region) with powerful HF radio waves: A 25-year collaboration with EISCAT. URSI Radio Sci. Bull. 2020. Iss. 373. Р. 40-55. DOI: 10.23919/URSIRSB.2020.9318436. Gurevich A.V. Nonlinear phenomena in the ionosphere. Uspekhi fizicheskikh nauk [Physics-Uspekhi]. 2007, vol. 177, no. 11, pp. 1145-1177. DuBois D.F., Russell D.A., Cheung P.Y., Sulzer M.P. High-power high-frequency-induced Langmuir turbulence in the smooth ionosphere at Arecibo. I. Theoretical predictions for altitude-resolved plasma line radar spectra. Physics of Plasmas. 2001. Vol. 8, no. 3. P. 791. DOI: 10.1063/1.1345703. Kuo S.P., Lee M.C. Cascade spectrum of HF enhanced plasma lines generated in HF heating experiments. J. Geophys. Res. 2005, vol. 110, iss. A1, p. A01309. DOI: 10.1029/2004 JA010674. Kuo S.P., Lee M.C. Cascade spectrum of HF enhanced plasma lines generated in HF heating experiments. J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110, iss. A1. P. A01309. DOI: 10.1029/2004 JA010674. Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP. J. Atmos. Terr. Phys. 1996, vol. 58, no. 1-4, p. 435-452. Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP. J. Atmos. Terr. Phys. 1996. Vol. 58, no. 1-4. P. 435-452. Mishin E., Hagfors T., Kofman W. On the origin of outshifted plasma lines during HF modification experiments. J. Geophys. Res. 1997, vol. 102, no. A12, p. 27,265. Mishin E., Hagfors T., Kofman W. On the origin of outshifted plasma lines during HF modification experiments. J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102, no. A12. P. 27,265. Rietveld M.T., Senior A., Markkanen J., Westman A. New capabilities of the upgraded EISCAT high-power HF facility. Radio Sci. 2016, vol. 51, no. 9, pp. 1533-1546. DOI: 10.1002/ 2016RS006093. Rietveld M.T., Senior A., Markkanen J., Westman A. New capabilities of the upgraded EISCAT high-power HF facility. Radio Sci. 2016. Vol. 51, no. 9. P. 1533-1546. DOI: 10.1002/ 2016RS006093. Rishbeth H., van Eyken A.P. EISCAT - early history and the first ten years of operation. J. Atmos. Terr. Phys. 1993, vol. 55, no. 4-5, pp. 525-542. Rishbeth H., van Eyken A.P. EISCAT - early history and the first ten years of operation. J. Atmos. Terr. Phys. 1993. Vol. 55, no. 4-5. P. 525-542. Robinson T.R. The heating of the high latitude ionosphere by high power radio waves. Phys. Rep. 1989, vol. 179, no. 2-3, pp. 79-209. Robinson T.R. The heating of the high latitude ionosphere by high power radio waves. Phys. Rep. 1989. Vol. 179. no. 2-3. P. 79-209. Stubbe P. Review of ionospheric modication experiments in Tromsø. J. Atmos. Terr. Phys. 1996, vol. 58, no. 1-4, pp. 349-386. Stubbe P. Review of ionospheric modication experiments in Tromsø. J. Atmos. Terr. Phys. 1996. Vol. 58, no. 1-4. P. 349-386. Vaskov V.V., Gurevich A.V. Self-focusing instability in the ionospheric F region. Thermal Nonlinear Phenomena in Plasma. Gorky, IPF AN SSSR, 1979, pp. 81-138. URL: https://rscf.ru/project/22-17-00020/ (дата обращения 23 мая 2023 г.). URL: https://rscf.ru/project/22-17-00020/ (accessed May 23, 2023).