Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
В периоды экспериментов 2013, 2016 и 2019 г. по модификации высокоширотной ионосферы мощными КВ-радиоволнами обыкновенной или необыкновенной поляризации нагревного стенда EISCAT/Heating (Тромсë, Норвегия) выполнены доплеровские измерения диагностических КВ-радио-сигналов на протяженных радиотрассах методом ракурсного рассеяния. Исследованы характеристики вариации доплеровской частоты ракурсно-рассеянных радиосигналов по результатам экспериментальных измерений на радиотрассах различной протяженности (до ~8500 км) и ориентации. Рассмотрены численные зависимости изменения доплеровской частоты радиосигнала fD от азимута волнового вектора радиоволны, падающей на искусственно возмущенную область, от угла ракурсного рассеяния и от азимутального направления движения неоднородностей в искусственно возмущенной области ионосферы. По данным одновременных измерений доплеровской частоты радиосигнала fD на двух диагностических трассах проведены численные оценки вектора скорости движения неоднородностей в искусственно возмущенной области ионосферы. Расчет вектора скорости движения искусственных ионосферных неоднородностей возможен по данным измерений смещения доплеровской частоты на многоскачковых диагностических радиотрассах большой протяженности при условии предварительного анализа данных экспериментальных наблюдений с привлечением результатов траекторного моделирования диагностических КВ-радиосигналов.
распространение радиоволн, мелкомасштабные искусственные ионосферные неоднородности, доплеровские наблюдения, нагревный комплекс EISCAT, моделирование
1. Авдеев В.Б., Белей В.С., Беленов А.Ф. и др. Обзор результатов по рассеянию КВ-сигналов на искусственной плазменной турбулентности, полученных при использовании УТР-2. Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37, № 4. С. 479–492.
2. Ануфриева Т.А., Шапиро Б.С. Геометрические параметры слоя F2 ионосферы. М.: Наука, 1976. 91 с.
3. Афраймович Э.Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы. М.: Наука, 1982. 198 с.
4. Беленов А.Ф., Бубнов В.А., Ерухимов Л.М. и др. О параметрах искусственных мелкомасштабных неоднородностей. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, № 12. С. 1805–1813.
5. Благовещенская Н.Ф., Баранец А.Н., Борисова Т.Д., Бубнов В.А. Эффекты отклонения декаметровых радиоволн от дуги большого круга в высоких широтах ионосферы. Известия вузов. Радиофизика. 1991. Т. 34, № 2. С. 119–122.
6. Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Корниенко В.А. и др. Особенности поведения мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей в средних и высоких широтах. Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50, № 8. С. 678–694.
7. Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Калишин А.С. и др. Сравнение эффектов воздействия мощных КВ-радиоволн обыкновенной (О-мода) и необыкновенной (Х-мода) поляризации на высокоширотную F-область ионосферы. Космические исследования. 2018. Т. 56, № 1. С. 17–32. DOI:https://doi.org/10.7868/S002342061801003X.
8. Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Калишин А.С. и др. Характеристики мелкомасштабных ионосферных неоднородностей в высокоширотной F-области ионосферы, вызванных воздействием мощных КВ-радиоволн необыкновенной поляризации. Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59, № 6. С. 759–773. DOI:https://doi.org/10.1134/S001679401906004X.
9. Благовещенский Д.В., Жеребцов Г.А. Высокоширотные геофизические явления и прогнозирование коротковолновых радиоканалов. М.: Наука, 1987. 272 с.
10. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Корниенко В.А., Риетвельд М.Т. Определение вектора скорости ионосферных неоднородностей по данным доплеровских измерений в искусственно модифицированной F-области полярной ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 1. С. 80–89.
11. Борисова Т.Д., Благовещенская Н.Ф., Корниенко В.А. и др. Расщепление доплеровского смещения частоты ракурсно-рассеянных сигналов в период проведения экспериментов на стенде «СУРА». Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 4. С. 535–544.
12. 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, № 1. С. 305–325.
13. Васьков В.В., Гуревич А.В. Нелинейная резонансная неустойчивость плазмы в поле обыкновенной электромагнитной волны. ЖЭТФ. 1975. Т. 69, № 1. С. 176–178.
14. Васьков В.В., Гуревич А.В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивость в F-области ионосферы. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький, 1979. С. 81–138.
15. Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Вертоградов В.Г. и др. Скорость дрейфа мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей по данным многочастотного доплеровского коротковолнового радара. II. Результаты наблюдений и моделирования. 2015. Т. 58, № 6. С. 423–432.
16. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.
17. Грач С.М., Трахтенгерц В.Ю. О параметрическом возбуждении ионосферных неоднородностей, вытянутых вдоль магнитного поля. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, № 9. С. 1288–1296.
18. 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.
19. Грач С.М., Сергеев Е.Н., Мишин Е.В., Шиндин А.В. Динамические характеристики плазменной турбулентности ионосферы, инициированной воздействием мощного коротковолнового радиоизлучения. УФН. 2016. Т. 186, № 11. С. 1189–1226. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.07.037868.
20. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере. УФН. 2007. Т. 177, № 11. С. 1145–1177. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.0177. 200711a.1145.
21. Димант Я.С. Диссипативная параметрическая неустойчивость в сильно ионизованной плазме. Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, № 12. С. 1834–1845.
22. Ерухимов Л.М., Метелев С.А., Митякова Э.Е. и др. Экспериментальные исследования искусственной ионосферной турбулентности. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький, 1979. C. 7–45.
23. Ерухимов Л.М., Метелев С.А., Мясников Е.Н. и др. Искусственная ионосферная турбулентность (обзор). Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30, № 2. С. 208–225.
24. Калишин А.С., Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Рогов Д.Д. Дистанционные методы диагностики эффектов воздействия высокоширотных нагревных комплексов. Метеорология и гидрология. 2021. T. 46, № 4. С. 22–36. DOI:https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-4-22-36.
25. Колосков А.В., Белей В.С., Лейзер Т.Б., Ямпольский Ю.М. Радиальный дрейф стимулированных мелкомасштабных ионосферных неоднородностей перпендикулярно геомагнитному полю. Радиофизика и радиоастрономия. 1999. Т. 4, № 3. C. 247–260.
26. Мясников Е.Н., Муpавьева Н.В., Сеpгеев Е.Н. и др. О фоpме пpостpанственного спектpа искусственных ионосфеpных неодноpодностей, возбуждаемых мощным КВ-pадиоизлучением. Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44, № 11. С. 903–917.
27. Намазов С.А., Новиков В.Д., Хмельницкий И.А. Доплеровское смещение частоты при ионосферном распространении декаметровых радиоволн. Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, № 4. С. 473–500.
28. Насыров А.М. Рассеяние радиоволн анизотропными ионосферными неоднородностями. Казань: Изд-во Казанского университета, 1991. 149 с.
29. Сивоконь В.П. Новый метод исследования магнитоориентированных неоднородностей ионосферы с использованием программы определения радиосистем. Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 2. С. 242–249. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794020020157.
30. Урядов В.П., Вертоградов Г.Г., Вертоградов В.Г. и др. Радарные наблюдения искусственной ионосферной турбулентности во время магнитной бури. Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т. 47, № 9. С. 722–738.
31. Урядов В.П., Понятов A.A., Вертоградов Г.Г. и др. О структуре и динамике области ионосферы с искусственными мелкомасштабными неоднородностями по данным комплексных измерений характеристик рассеянных радиосигналов. Изв. вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51, № 12. С. 1011–1025.
32. Фролов В.Л. Искусственная турбулентность среднеширотной ионосферы. Н. Новгород: Изд-во Нижегород. госуниверситета. 2017. 468 с. DOI:https://doi.org/10.31857/S0023420622040045.
33. Фролов В.Л., Вертоградов Г.Г., Вертоградов В.Г. Об особенностях суточных вариаций характеристик диагностического радиоизлучения ионосферы и их связи с эволюцией искусственных ионосферных неоднородностей. Изв. вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51, № 4. С. 273–286.
34. Фролов В.Л., Болотин И.А., Комраков Г.П. и др. Гирогармонические свойства генерации искусственных ионосферных неоднородностей. Изв. вузов. Радиофизика. 2012. Т. 55, № 6. С. 393–420.
35. Чернышев Д.В., Васильева Т.Н. Прогноз максимальных применимых частот: W=10, 50, 150, 200. М.: Наука, 1975. 54 с.
36. Ямпольский Ю.М. «Эхо-рассеяние» КВ-сигналов на искусственной ионосферной турбулентности. Известия вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32, № 4. С. 519–521.
37. 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. P. 40–55. DOI:https://doi.org/10.23919/URSIRSB.2020.9318436.
38. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kornienko V.A., et al. Probing of medium-scale traveling ionospheric disturbances using HF-induced scatter targets. Ann. Geophys. 2006. Vol. 24. P. 2333–2345.
39. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Yeoman T., et al. Artificial field-aligned irregularities in the high-latitude F region of the ionosphere induced by an X-mode HF heater wave. Geophys. Res. Lett. 2011. Vol. 38. L08802. DOI: 10.1029/ 2011GL046724.
40. Blagoveshchenskaya N., Borisova T., Kalishin A., et al. Simultaneous Action of X- and O-Mode HF Pump Waves on the High-Latitude Upper (F-Region) Ionosphere at EISCAT. Universe. 2022. Vol. 8, no. 2. P. 91–111. DOI:https://doi.org/10.3390/universe 8020091.
41. Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., Egorov I.M. Artificial ducts created via high-power HF radio waves at EISCAT. Remote Sens. 2023. Vol. 15, iss. 10. P. 2300. DOI:https://doi.org/10.3390/rs15092300.
42. Borisova T.D., Blagoveshchenskaya N.F., Moskvin I.V., et al. Doppler shift simulation of scattered HF signals during the Tromsø HF pumping experiment on 16 February, 1996. Ann. Geophys. 2002. Vol. 20. P. 1479–1486. DOI: 10.5194/ angeo-20-1479-2002.
43. Eglitis P., Robinson T.R., Rietveld M.T., et al. The phase speed of artificial field-aligned irregularities observed by CUTLASS during HF modification of auroral ionosphere. J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103, no. A2. P. 2253–2259. DOI: 10.1029/ 97JA03233.
44. Fejer J.A. Ionospheric Modification and Parametric Instabilities. Rev. Geophys. Space Phys. 1979. Vol. 17, no. 1. P. 135–154. DOI:https://doi.org/10.1029/RG017i001p00135.
45. Frolov V.L., Erukhimov L.M., Metelev S.A., Sergeev E.N. Temporal behaviour of artificial small-scale ionospheric irregularities: Review of experimental results. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1997. Vol. 59, no. 18. P. 2317–2333. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(96)00126-5.
46. Greenwald R.A., Baker K.B., Dudeney J.R., et al. DARN/SuperDARN: A global view of the dynamics of high-latitude convection. Space Sci.: Space Sci. Rev. 1995. Vol. 71. P. 761–796. DOI:https://doi.org/10.1007/BF00751350.
47. Hysell D.L., Kelley M.C., Yampolski Y.M., et al. HF radar observations of decaying artificial field-aligned irregularities. J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. P. 26981.
48. Kelley M.C. The Earth’s ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. San Diego. CA. USA: Academic Press. 1989. 556 p.
49. Lester M., Chapman P.J., Cowley S.W.H., et al. Stereo CUTLASS: A new capability for the SuperDARN radars. Ann. Geophys. 2004. Vol. 22, no. 2. P. 459–473.
50. Rawer K., Bilitza D., Ramakrishnan S. Goals and Status of the International Reference Ionosphere. Rev. Geophys. 1978. Vol. 16, no. 2. P. 177–181. DOI:https://doi.org/10.1029/RG016i002p0017.
51. 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.
52. 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. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(93)90002-G.
53. 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. DOI:https://doi.org/10.1016/0370-1573(89)90005-7.
54. Stubbe P., Kopka H. Summary of results obtained with the Tromso heating facility. Radio Sci. 1983. Vol. 18, no. 6. P. 831–834. DOI:https://doi.org/10.1029/RS018i006p00831.
55. Thome G.D., Blood D.W. First observations of RF backscatter from field-aligned irregularities produced by ionospheric heating. Radio Sci. 1974. Vol. 9, no. 11. P. 917–921. DOI:https://doi.org/10.1029/RS009i011p00917.
56. Yampolski Y., Milikh G., Zalizovski A., et al. Ionospheric Non-linear Effects Observed During Very-Long-Distance HF Propagation. Front. Astron. Space Sci. 2019. Vol. 6, no. 12. DOI:https://doi.org/10.3389/fspas.2019.00012.
57. Yeoman T.K., Wright D.M., Robinson T.R, et al. High spatial and temporal resolution observations of an impulse-driven field line resonance in radar backscatter artificially generated with the Tromso heater. Ann. Geophys. 1997. Vol. 1, no. 5. P. 634–644. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-997-0634-9.
58. URL: https://flux.phys.uit.no/ArcMag/ (дата обращения 3 апреля 2024 г.).
59. URL: https://rscf.ru/project/22-17-00020/ (дата обращения 3 апреля 2024 г.).
