Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Томск, Россия
Ионограммы наклонного зондирования показывают, что трек ионограммы может иметь форму носа с характерной многолучевостью, где максимум соответствует максимальной применимой частоте.Однако ионограммы, полученные при зондировании на коротких трассах, имеют классический вид и внешне не отличаются от ионограмм вертикального зондирования. На основе геометрооптического (лучевого) подхода в изотропном приближении исследовано изменение структуры ионограммы при варьировании дальности зондирования вдоль Земли. Показано, что многолучевость в слоистой среде может иметь место при любой дальности распространения, отличной от нуля, однако на коротких трассах разрешить многолучевость в эксперименте не представляется возможным. Рассмотрены также возможности применения приближения сферически-слоистой ионосферы при зондировании на длинных радиотрассах (порядка тысяч километров). Проведено сравнение дальностно-частотных характеристик (ДЧХ), синтезированных в случае горизонтально-неоднородной ионосферы, заданной вдоль трассы моделью IRI-2012, а также в случае сферически-слоистой ионосферы, для которой высотный профиль не зависит от горизонтальной координаты и соответствует профилю IRI-2012 в средней точке трассы. Выявлено, что, несмотря на значительные изменения электронной концентрации вдоль трассы, ДЧХ в указанных двух случаях совпадают с точностью до долей процента таким образом, что вид ионограммы практически полностью определяется окрестностью средней точки радиотрассы.
ионосфера, наклонное зондирование, ионограмма
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. Котович Г.В., Ким А.Г., Михайлов С.Я. и др. Определение критической частоты fоF2 в средней точке трассы по данным наклонного зондирования на основе метода Смита // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46, № 4. С. 547-551.
2. Михайлов С.Я., Грозов В.П. Peконструкция немонотонного высотного профиля плазменной частоты по данным наклонного зондирования ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, № 7. С. 443-457.
3. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ ионозонд для мониторинга ионосферы // Гелиогеофизические исследования. 2013. № 2 (4). С. 24-31.
4. Bilitza D., Brown S.A., Wang M.Y., et al. Measurements and IRI model predictions during the recent solar minimum // J. Atmos. Sol-Terr. Phys. 2012. V. 86. P. 99-106.
5. Chen J., Bennett J.A., Dyson P.L. Synthesis of oblique ionograms from vertical ionograms using quasi-parabolic segment models of the ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1992. V. 54, N 3/4. P. 323-331.
6. Smith N. The relation of radio sky-wave transmission to ionosphere measurements // Proc. Inst. Radio Engrs. 1939. V. 27, N 5. P. 332-347.
7. Wieder B. Some results of a sweep-frequency propagation experiment over an 1150 km east-west path // J. Geophys. Res. 1955. V. 60, N 4. P. 395-409.
8. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov/vitmo/iri2012_vitmo. html (accessed July 15, 2015).
