Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Tomsk, Russian Federation
Oblique sounding ionograms show that an ionogram trace can be of nose shape with typical multipath for which the maximum corresponds to maximum usable frequency. However, ionograms obtained from sounding at short paths are of classical type and do not differ from vertical sounding ionograms in appearance. On the basis of ray tracing in isotropic medium we examined changes in ionogram structure when varying the ground range. It is shown that in a stratified medium, multipath can take place at any nonzero ground range though at short paths, to resolve multipathing in an experiment seems to be impossible. Some possibilities for using the assumption of sphe-rically stratified ionosphere when sounding at long radio paths (of the order of few thousand kilometers) are also under consideration. We compared the distance-frequency characteristics (DFC) produced for horizontally-nonuniform ionosphere defined along the path by IRI-2012 model, as well as for spherical-stratified ionosphere for which the height profile does not depend on horizontal coordinate and agrees with IRI-2012 profile in the middle point of the path. Although the electron density profiles exhibit significant variations along the path, DFCs agree with each other up to fraction of the percent. In this case, the form of the ionogram practically in everything is defined by the vicinity of radio path middle point.
ionosphere, oblique ionospheric sounding, ionogram
ВВЕДЕНИЕ
В ряде предшествующих работ рассматривается вопрос восстановления электронной концентрации ионосферы по данным наклонного зондирования (НЗ) на длинных радиотрассах. Так, например, в работе [Котович и др., 2006] решается задача восстановления профиля электронной концентрации в средней точке трассы Хабаровск-Торы (длина трассы D=2297 км) по экспериментальным ионограммам. Используется метод Смита в предположении, что среда вдоль трассы сферически-слоистая. В работе [Михайлов, Грозов, 2013] предложен метод восстановления немонотонного высотного профиля электронной концентрации в средней точке трасс Хабаровск-Торы, Магадан-Торы (D=3042 км), Норильск-Торы (D=2097 км) по экспериментальным ионограммам также в предположении сферически-слоистой ионосферы.
Экспериментальные данные НЗ ионосферы показывают, что трек ионограммы может иметь форму носа с максимумом, соответствующим максимальной применимой частоте (МПЧ) [Подлесный и др., 2013]. Однако ионограммы, полученные при зондировании на коротких трассах, не содержат «носа» и качественно не отличаются от ионограмм вертикального зондирования (ВЗ). ВЗ можно рассматривать как предельный случай НЗ при расстоянии между передатчиком и приемником, стремящемся к нулю.
На рис. 1, а представлена типичная ионограмма ВЗ для спокойных ионосферных условий.
Под слабонаклонным (квазивертикальным) зондированием (СНЗ) обычно понимают зондирование на радиотрассах, длина которых не превышает 100-200 км (например, на трассе Усолье-Торы, длина которой составляет 120 км, рис. 1, б [Подлесный и др., 2013]). Можно видеть, что ионограмма СНЗ качественно не отличается от ионограммы ВЗ.
Однако при увеличении длины трассы до нескольких сот километров наблюдается изменение структуры ионограммы (рис. 1, в, длина трассы D=540 км): появляется «нос» - часть трека в окрестности МПЧ, где имеет место многолучевость. Два значения группового пути на одной частоте соответствуют так называемым нижнему и верхнему лучам. Для длинных трасс (рис. 1, г, D=2097 км) «нос» становится более выраженным. Термин МПЧ обычно используется для НЗ, тогда как при ВЗ говорят о критической частоте.
В связи с этим возникает закономерный вопрос: при каких длинах радиотрасс происходит качественный переход, при котором ионограммы меняют свой вид?
Целью работы является анализ структуры ионограммы в зависимости от длины радиотрассы, а также оценка правомерности приближения сферически-слоистой ионосферы при численном синтезе.
1. Bilitza D., Brown S.A., Wang M.Y. et al. Measurements and IRI model predictions during the recent solar minimum. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012, vol. 86, pp. 99-106.
2. Chen J., Bennett J.A., Dyson P.L. Synthesis of oblique ionograms from vertical ionograms using quasi-parabolic segment models of the ionosphere. J. Atmosph. Terr. Phys. 1992, vol. 54, no. 3/4, pp. 323-331.
3. Kotovich G.V., Kim A.G., Mikhailov S.Ya., et al. Determining the foF2 critical frequency at the path midpoint from oblique sounding data based on the Smith method. Geomagnetism and Aeronomy. 2006, vol. 46, no. 4, pp. 517-521.
4. Mikhailov S.Ya., Grozov V.P. Recovery of the nonmonotonic altitude profile of the plasma frequency based on the ionospheric oblique sounding data. Radiophisics and Quantum Electronics. 2013, vol. 56, no. 7, pp. 443-457.
5. Podlesny A.V., Brynʼko I.G., Kurkin V.I., et al. Multifunctional LFM ionosonde for monitoring the ionosphere. Geliogeofizicheskie issledovaniya [Heliogeophysical Research].2013, no. 2 (4), pp. 24-31 (in Russian).
6. Smith N. The relation of radio sky-wave transmission to ionosphere measurements. Proc. Inst. Radio Engrs. 1939, vol. 27, no. 5. pp. 332-347.
7. Wieder B. Some results of a sweep-frequency propagation experiment over an 1150 km east-west path. J. Geophys. Res. 1955, vol. 60, no. 4, pp. 395-409.
8. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov/vitmo/iri2012_vitmo. html (accessed July 15, 2015).
