Экспериментальные исследования неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы Земли при воздействии на нее мощным радиоизлучением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

005014409

БАХМЕТЬЕВА Наталия Владимире)»на

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ.ЗЕМЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕЕ МОЩНЫМ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕМ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 5 ш? 2072

Нижний Новгород - 2011

005014409

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» (ФГБНУ НИРФИ) Министерства образования и науки РФ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

член-корреспондент РАН Мареев Евгений Анатольевич;

доктор физико-математических наук, профессор

Грач Савелий Максимович;

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник ■ Мясников Евгений Николаевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), г. Москва

Защита состоится 27 марта 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.161.01 при федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» Министерства образования и науки РФ (ФГБНУ НИРФИ) по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25/12а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ НИРФИ

Автореферат разослан 21 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат.наук

А.Н. Караштин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена исследованию пространственно-временных вариаций (структуры и динамики) естественных и искусственных плазменных образований в ионосфере Земли радиофизическими методами. Основу диссертации составили экспериментальные исследования нижней ионосферы методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы, создаваемых полем мощных радиоволн наземного стенда. На основе измерений характеристик сигналов, рассеянных этими неоднородностями, разработаны и реализованы в ионосферных исследованиях способы определения ряда ионосферных параметров. Изучено влияние спорадических плазменных образований и атмосферных волн на характеристики рассеянных сигналов. Значительное внимание уделено экспериментальным исследованиям неоднородной структуры искусственно возмущенной области ионосферы методами вертикального и наклонного зондирования. Определены параметры искусственных анизотропных неоднородностей и возмущенной области ионосферы при воздействии на нее мощными радиоволнами.

Актуальность темы и предмет исследования

Ионосфера Земли, параметры которой могут сильно изменяться под действием различных возмущений естественного и искусственного происхождения, существенно влияет на эффективность работы информационно-коммуникационных систем. В результате природных климатических явлений (тайфуны, ураганы, выбросы пепла и газов при извержении вулканов), техногенной деятельности человека (производство углекислого газа и других, несвойственных ей компонент - фреонов и хлорсодержащих газов), постоянного воздействия на верхнюю атмосферу солнечного излучения, потоков энергичных частиц, сгорания метеоров, приносящих на Землю миллионы тонн космического вещества в год, состав атмосферы и ее плазменная составляющая испытывают значительные пространственно-временные вариации. По этой причине контроль за состоянием атмосферы Земли и околоземного космического пространства приобретает все большее значение.

Область в атмосфере Земли, труднодоступная для исследования, охватывает интервал высот 50-150 км - области D и Е - нижнюю ионосферу. Она обеспечивает взаимодействие термосферы, регулируемой солнечной активностью, и тропосферы, формирующей погоду и климат. Исследование этой во многом переходной области является одной из актуальных задач физики космической плазмы. Движения нейтрального газа на этих высотах могут искажать траектории ракет, здесь происходит сильное торможение космических аппаратов, которые и сами возмущают

естественное состояние ионосферы. Для многих практических целей нужно иметь сведения о параметрах атмосферы: ионизации, температуре, плотности, динамике (в частности, ветровом режиме). Кроме того, в нижней ионосфере спорадически образуются тонкие протяженные плазменные образования часто с очень высокими по сравнению с фоновым значениями электронной концентрации, играющие значительную роль в распространении коротких и ультракоротких радиоволн - спорадические слои Е.~ Эти - обстоятельства определяют значимость и актуальность исследований, связанных с измерениями важнейших характеристик нижней ионосферы, ее динамики. Направления -исследований ионосферы, связанные с исследованием естественных плазменных образований, спорадического слоя Е, его неоднородной структуры, волновых и турбулентных явлений, являются важнейшими составляющими национальных программ в рамках исследования «космической погоды». -

Прямые измерения в нижней ионосфере возможны только с помощью геофизических ракет. Ракета дает высотный разрез измеряемой величины в строго определенном географическом пункте. Все наземные радиофизические методы исследования ионосферы, определения ее параметров основаны на измерении характеристик распространяющихся в ней радиоволн. В настоящее время для исследования нижней ионосферы используются радиолокационное зондирование в диапазоне средних и коротких" волн, метод некогерентного рассеяния, метод частичных отражений, акустическое и лазерное зондирование атмосферы, MST радары. Широкое распространение получили оптические методы исследований. В последнее десятилетие развивается метод просвечивания атмосферы в инфракрасном диапазоне. Каждый из указанных методов имеет как свои достоинства, так и определенные ограничения [1*,2*]. В этой связи по-прежнему актуальна разработка новых информативных методов измерений и использование их в практике ионосферных исследований.

Активные эксперименты в космосе, связанные, в том числе, с воздействием на ионосферу мощного радиоизлучения, -привели к разработке новых методов диагностики ионосферы, основанных на контролируемом воздействии на нее [3*-5*]. Существенно продвинуться в исследовании нижней ионосферы - области D, области Е с межслоевой E-F впадиной, недоступной исследованию методом вертикального зондирования, позволил новый радиофизический метод, разработанный в ФГБНУ НИРФИ. Метод основан на создании в ионосфере в поле мощной стоячей волны искусственных периодических неоднородностей ионосферной плазмы, зондировании их пробными, то есть не влияющими на среду распространения, радиоволнами, приеме сигналов, рассеянных периодической структурой, регистрации их амплитудно-фазовых характеристик, измерении высотно-временных зависимостей. На основе

теории образования искусственных периодических неоднородностей (ИПН) разработаны способы определения большого числа характеристик ионосферы [6*]. Принципиально важным моментом в применении этого метода для диагностики ионосферы является зондирование периодической структуры на стадии релаксации искусственных возмущений после окончания воздействия на ионосферу.

Цель работы

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы при воздействии на нее мощным высокочастотным радиоизлучением, в том числе:

диагностика нижней ионосферы перспективным методом измерений, основанным на резонансном рассеянии радиоволн -на периодических неоднородностях электронной концентрации, создаваемых в поле мощной стоячей радиоволны нагревного стенда;

разработка и реализация новых способов определения характеристик нижней ионосферы: способа определения электронной концентрации на основе создания искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами; способа определения характеристик спорадического слоя Е по времени релаксации рассеянного сигнала;

применение традиционных методов исследования ионосферы, основанных на ее вертикальном и наклонном зондировании, к_диагностике искусственных плазменных возмущений, возникающих в ионосфере Земли под действием мощного радиоизлучения, экспериментальное определение параметров возмущений.

Для проведения большинства экспериментальных исследований, -связанных с воздействием на ионосферу, использовался уникальный среднеширотный нагревный стенд «Сура». Разработаны способы создания искусственных периодических неоднородностей, организованы короткие трассы наклонного зондирования широтного направления, выработаны режимы воздействия на ионосферу и определения параметров искусственных неоднородностей и невозмущенной ионосферы.

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными оригинальными результатами и состоит в следующем.

1. Выполнен объемный цикл экспериментальных исследований нижней ионосферы новым радиофизическим методом, основанным на создании в поле мощной стоячей волны искусственных периодических неоднородностей ионосферной плазмы на среднеширотных нагревных стендах «Зименки», «Сура» и низкоширотном стенде «Гиссар»:

—исследованы высотно-временные характеристики сигналов, рассеянных искусственными периодическими неоднородностями, на их основе получены новые сведения об основных параметрах ионосферы и нейтральной атмосферы на высотах 60-120 км;

—впервые проведены регулярные измерения скоростей вертикальных движений в указанном интервале высот, изучены их сезонно-суточные вариации;

—найдены скорости турбулентных движений вблизи высоты . турбопаузы. - ■

2. Разработаны новые способы диагностики нижней ионосферьиа основе создания искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами. Впервые новым методом проведены измерения электронной концентрации на высотах 90-120 км, получены высотные профили электронной концентрации, проведена их классификация по степени возмущенности регулярной ионосферы.

3. Изучены вопросы влияния спорадического слоя Е на амплитуду и фазу рассеянного сигнала. Выявлена высокая чувствительность метода, использующего ИПН, к обнаружению слабых спорадических слоев. Предложен способ определения массы и концентрации преобладающих положительных ионов в слое Es, основанный на измерении времени релаксации рассеянного сигнала и скорости вертикального движения плазмы.

4. Проанализировано влияние волновых движений в ионосфере на характеристики рассеянных .. сигналов и параметры ионосферы и нейтральной атмосферы. Обнаружено влияние возмущения от наземного промышленного взрьГва при его распространении на высоты 50-80 км по изменению амплитуд сигналов, рассеянных искусственными периодическими неоднородностями, и скорости вертикального движения. Показано, что подобное волновое возмущение приводит к разрушению ИПН.

5. Впервые экспериментально исследованы возмущения электронной концентрации, возникающие в ионосфере под действием мощного радиоизлучения, одновременно методом вертикального

.зондирования и обратного рассеяния радиоволн _на коротких среднеширотных трассах. Показано, что возмущение плазмы распространяется ниже высоты резонансного взаимодействия мощной волны с плазмой на 40-120 км.

Методы и подходы, используемые в диссертации

В экспериментальных исследованиях характеристик нижней ионосферы используются: новый метод резонансного рассеяния радиоволн специально создаваемой квазипериодической структурой -метод резонансного рассеяния радиоволн на ИПН, традиционный метод

вертикального зондирования, метод многочастотного наклонного импульсного зондирования возмущенной области ионосферы радиоволнами КВ диапазона. Зондирование ионосферы проводится с использованием современных методов цифровой регистрации и обработки сигналов на основе как оригинальных специально разработанных программ, так и с применением стандартных методик.

Для оценки влияния различных природных факторов на высотно-временные характеристики ионосферных параметров используется большой объем данных, полученных по результатам измерений амплитуды и фазы сигнала, рассеянного периодическими неоднородностями. Такой подход позволяет получать практически одновременно сведения о большом числе ионосферных параметров: скоростях вертикальных и турбулентных движений, электронной концентрации, температуре и плотности нейтральной атмосферы, характеристиках спорадического ело я Е и волновых движений.

Применение специальных режимов воздействия на ионосферу и диагностики возмущений позволяет исследовать параметры возмущений, масштабы неоднородностей, скорости распространения возмущений вниз от высоты отражения мощной волны.

Научное и практическое значение диссертационной работы состоит в следующем.

Реализация в эксперименте метода диагностики регулярной ионосферы на основе создания искусственной квазипериодической структуры показала перспективность его использования для исследований нижней ионосферы, в том числе для регистрации и изучения параметров слабых спорадических плазменных образований, мало доступных другим методам диагностики. Использование нового метода исследования ионосферы с помощью создания искусственных периодических неоднородностей позволяет получать сведения о важнейших параметрах регулярной («естественной») ионосферы методами активного воздействия на нее.

Полученные автором основные результаты являются новыми, они существенно дополняют известные сведения о динамике нижней ионосферы, ее неоднородной структуре как в естественных условиях, так и при возмущении ионосферы мощными радиоволнами.

Результаты, связанные с регистрацией искусственного возмущения на высотах значительно ниже высоты области резонансного взаимодействия мощной волны с ионосферной плазмой, представляют интерес с теоретической точки зрения для исследования механизма передачи возмущения из верхней в нижнюю ионосферу.

Практическая значимость работы состоит в совершенствовании метода резонансного рассеяния радиоволн, его использовании для

диагностики нижней ионосферы, в том числе межслоевой Е-Р впадины, недоступной исследованию традиционным методом вертикального зондирования; в разработке и реализации оригинального способа определения параметров спорадического слоя Е - сорта и концентрации долгоживущих металлических ионов в слое на основе измерения характеристик сигналов, рассеянных ИПН; разработке и применении в исследованиях нижней ионосферы нового метода измерения электронной концентрации, основанного на создании искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами (на двух частотах).

В перспективе объединение метода частичных отражений и метода резонансного рассеяния на ИПН позволит проводить мониторинг нижней ионосферы на высотах 60-120 км с определением большого числа параметров как плазменной, так и нейтральной ее составляющих.

Обоснованность научных положений и выводов, достоверность полученных результатов обусловлены: ~ -

теоретическим обоснованием нового метода исследования ионосферы на основе создания искусственных периодических неоднородностей и его экспериментальной проверкой;

повторяемостью результатов в цикле однотипных экспериментов; использованием "апробированных методов исследования ионосферы - вертикального и наклонного зондирования;

применением современных методик регистрации и- обработки экспериментальных данных; г -

статистически значимым объемом данных по измерению параметров ионосферы;

сопоставлением результатов экспериментальных исследований с существующими теоретическими представлениями и с известными результатами других авторов;

экспертными оценками при публикации основных результатов исследований в рецензируемых научных изданиях.

Основные положения, выносимые на защиту -Г. Результаты ~ экспериментальных исследований характеристик рассеянных сигналов и параметров нижней ионосферы методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях электронной концентрации.

2. Результаты экспериментальных исследований волновых и турбулентных движений, их роли в вариациях характеристик рассеянных сигналов и параметров нижней ионосферы.

3. Новый способ диагностики нижней ионосферы, заключающийся в создании искусственной периодической структуры с двумя разными

пространственными масштабами - двухчастотный способ определения электронной концентрации в E-области ионосферы.

4. Способ и результаты определения параметров спорадического слоя Е - массы и концентрации преобладающих положительных ионов в слое Es.

5. Результаты экспериментальных исследований искусственных возмущений и параметров искусственных среднемасштабных неоднородностей (с поперечным относительно геомагнитного поля масштабом сотни метров), их динамики методами вертикального и наклонного зондирования на коротких радиотрассах.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на Международных Суздальских симпозиумах URSI по модификации ионосферы мощным излучением (Суздаль, 1986, 1988, 1991; Уппсала, Швеция, 1994; Москва, 1998, 2004, 2007), на XXIII, XXV, XXVI, XXIX Генеральных ассамблеях URSI (Прага, 1990; Лилль, Франция, 1996; Торонто, Канада, 1999; Чикаго, США, 2008),-на 30-38 Генеральных ассамблеях COSPAR (Гамбург, Германия, 1994; 1996; Нагойя, Япония, 1998; Линдау, Германия, 2006; Монреаль, Канада, 2008; Бремен, Германия, 2010); на XXV, XXVII Генеральных ассамблеях EGU (Ницца, Франция, 2000, 2002), XXI Генеральной ассамблее IUGG (Боулдер, США, 1995); 1 S-RAMP конференции, Саппоро, Япония, 2000; RF Ionospheric Interaction Workshop (Санта Фе, США, 2003, 2004; Боулдер, США, 2009); на XVI Всесоюзной (Харьков, 1990) и XVII (Ульяновск, 1993), XVIII, XIX (Казань, 1999), XX (Нижний Новгород, _2002), XXI (Йошкар-Ола, 2005), XXII (Ростов-на-Дону - п. Лоо, 2008), XXIII (Йошкар-Ола, 2011) Всероссийских конференциях по распространению радиоволн, Всероссийской межвузовской научно-практической конференции- «Конверсия вузов -защите окружающей среды», Екатеринбург. 1994; 14 научной конференции по радиофизике (7 мая 2010 г., Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского), а также регулярно докладывались на семинарах ФГБНУ НИРФИ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 104 работы. Из них 41 статья -в рецензируемых журналах, в том числе 33 - в отечественных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ (УФН, Геомагнетизм и аэрономия, Известия ВУЗов. Радиофизика), 5 статей в международных журналах (Radio Science, Journal Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, Physics Review Letters, Radio Physics and Radio astronomy), 2 препринта НИРФИ, 56 работ -полные тексты и тезисы докладов в трудах всероссийских и международных конференций.

При финансовой поддержке РФФИ (фант № 99-05-78032) издана монография Беликович В. В., Бенедиктов Е. А., Толмачева А. В., Бахметьева Н. В. «Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей». - Н. Новгород: ИПФ РАН. 1999. 156 е., впоследствии дополненная новыми результатами и переведенная на английский язык и изданная издательством Copernicus.

Личный вклад автора \ Большая "часть экспериментальных исследований выполнена при личном участии автора. Расчеты, приведенные в диссертации, выполнены автором. В тех случаях, когда приводятся экспериментальные и теоретические результаты, полученные другими авторами, в диссертации приводятся соответствующие ссылки. Учитывая то обстоятельство, что экспериментальные исследования с использованием^ нагревных стендов, сложных диагностических установок со значительным объемом получаемых данных невозможно провести единолично, большинство работ автора по теме диссертации написано в авторских коллективах.

Экспериментальные исследования 1990-1992 гг. проводились под. руководством Е. А. Бенедиктова в рамках изучения динамических явлений в ионосферной плазме. Автором диссертации обработан, проанализирован и проинтерпретирован обширный экспериментальный материал по измерению вертикальных скоростей регулярных и турбулентных движений. _

Автору . принадлежит методика (способ) определения ионного _ состава и концентраций металлических ионов в спорадическом слое Е. Участие соавторов в разработке нового двухчастотного метода измерения -электронной концентрации равноправное. Автором получены основные результаты экспериментов по исследованию характеристик сигналов обратного рассеяния и наклонного зондирования радиоволн на коротких_ трассах. Организация и проведение экспериментов последних лет осуществлялась лично автором. Все выводы диссертационной работы принадлежат автору. -

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своим коллегам и соавторам В. В. Беликовичу, Е. А. Бенедиктову, В. Ф! Брянцеву, В. Н. Бубукиной, С. А. Дмитриеву, В. А. Иванову, Ю. А. Игнатьеву, Н.П.Гончарову, Г.И.Григорьеву, В.Д.Вяхиреву, Jl. М. Каган, Е. Е. Калининой, Г. С. Коротиной, С. Н. Матюгину, А. А. Понятову, А. В. Толмачевой, В. JI. Фролову, П. Б. Шавину, В. В. Шумаеву, принимавшим участие в выполнении работ, результаты которых составили основу данной диссертации. _ Автор благодарит В. О. Рапопорта за доброжелательное обсуждение диссертации и полезные замечания. Автор

выражает благодарность коллективу лаборатории «Васильсурск» и лично Г. П. Комракову за инженерное обеспечение «нагревных» экспериментов и помощь в организации наблюдений:

Все исследования, результаты которых представлены в диссертации, выполнены в соответствии с планом работ ФГБНУ НИРФИ. Автор отмечает, что успешному проведению экспериментальных исследований способствовала также финансовая поддержка РФФИ: гранты № 93-05-9661, № 95-05-15086 (руководитель), № 96-05-65130, № 97-0564397, № 00-05-64695 (руководитель), № 02-05-65281, № 04-05-64140 (руководитель), 08-02-97036 (руководитель), 09-05-00450 (руководитель), 11-02-00028 (руководитель), а также ряда экспедиционных грантов РФФИ. Работа была поддержана также Международным научным фондом Дж. Сороса (1994-1995 гг., гранты ШУООО и ШУЗОО).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, 6 глав, Заключения, Списка использованной литературы из 193 наименований. Объем диссертации составляет 320 страниц, включая 67 рисунков и 4 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении "обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, кратко изложены основные результаты, отмечена их новизна, научная и практическая значимость. Дано краткое содержание диссертации.

В главе 1 рассмотрены методы исследований нижней ионосферы, -применением которых получены экспериментальные результаты, представленные в диссертации. При возмущении ионосферы вертикальным пучком мощных радиоволн в поле стоячей волны, возникающей в результате интерференции падающей и отраженной от ионосферы радиоволн, формируются искусственные периодические неоднородности электронной концентрации. Периодическая структура рассеивает пробные (зондирующие) радиоволны. Рассеяние на ИПН обладает резонансными свойствами, то есть волны, рассеянные отдельными неоднородностями, складываются синфазно. На зондировании периодической структуры пробными радиоволнами и измерении характеристик рассеянных сигналов основаны способы диагностики ионосферы.

В разделе 1.1 дано краткое описание метода резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы. В 1.1.1 изложена суть явления, история обнаружения ИПН и развития метода исследования ионосферы, основанного на целенаправленном создании периодических неоднородностей. В 1.1.2 приведена схема экспериментов по применению метода" ИПН для

диагностики нижней ионосферы. Дано краткое описание аппаратуры и методики создания и регистрации искусственных периодических неоднородностей.

В разделе 1.2 описано применение методов вертикального и наклонного зондирования для исследования возмущенной области ионосферы, создаваемой при ее нагреве мощным радиоизлучением наземного стенда, и ее неоднородной структуры. Дано описание постановки основных экспериментов. - - -

В главе 2 рассмотрены способы определения параметров нижней ионосферы методом резонансного рассеяния на ИПН. Все они основаны на результатах измерений характеристик сигналов^ рассеянных искусственными периодическим неоднородностями. В разделе 2.1 приведен способ _ определения одной _ из важных составляющих атмосферной динамики - скорости вертикального движения плазмы, совпадающей на высотах нижней ионосферы со скоростью движения нейтральной компоненты. Скорость вертикального движения определяется по измерению фазы сигнала, рассеянного ИПН. Обсуждаются факторы, . влияющие на точность определения скорости. В разделе 2.2 описан способ определения скоростей турбулентных движений, основанный на ускорении - разрушения (релаксации) искусственной периодической структуры движениями, вызванными турбулентностью (область высот 85-100 км). При-этом влияние-турбулентности на ИПН проявляется в уменьшении амплитуды и времени релаксации рассеянного сигнала. Изменение скорости турбулентного, движения с высотой позволяет оценить высоту -турбопаузы. В разделе 2.3 подробно описан новый способ определения электронной концентрации на высотах 90-120 км._ Он основан на ~ предложенном и реализованном в эксперименте методе создания искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами, то есть при работе мощного стенда на двух разнесенных частотах. Электронная концентрация определяется по отношению времен релаксации сигнала, - рассеянного ИПН, на двух частотах. Способ позволяет, исследовать тонкую структуру профиля электронной концентрации.

_ Раздел 2.4 посвящен разработке способов определения характеристик спорадического слоя Е. В 2.4.1 предложена методика ~ (способ) определения массы основных металлических ионов на высоте максимума спорадического слоя Е. Способ основан на предположении о диффузионном механизме релаксации ИПН в области Е и на экспериментально установленном возрастании времени релаксации рассеянного сигнала на высотах слоя Е5.

В 2.4.2. рассмотрена возможность определения эффективного коэффициента рекомбинации азфф и концентраций металлических А^.и «атмосферных» ионов ИА в слое Е5, которыми на высотах Б-области

являются ионы 1ЧО+ и 02+. Метод основан на предположении о преобладающей роли атмосферных ионов в фотохимических процессах. В разделе 2.5 дано краткое описание способа определения температуры и плотности нейтральной атмосферы на высотах области Е по высотной зависимости времени релаксации рассеянного сигнала. Результаты определения этих характеристик использованы в главе 5 при анализе влияния атмосферных волн на характеристики ионосферы.

Глава 3 содержит результаты измерений ряда характеристик нижней ионосферы методом ИПН. В разделе 3.1 приведены результаты определения скоростей вертикальных регулярных и турбулентных движений по двухгодичному циклу экспериментов 1990-1991 гг., проведенному с использованием стенда «Сура» для создания ИПН. В 3.1.1 обсуждаются полученные на основе большого массива данных сезонно-суточные вариации вертикальной скорости, ее высотные зависимости. Выявлен сложный характер сезонно-суточных вариаций вертикальной скорости, при этом на высотах, больших 90 км, в целом преобладали движения вверх. В 3.1.2 по результатам измерений вертикальной скорости в летние месяцы 2000-2001 гг. обсуждаются заходно-восходные особенности перестройки нижней ионосферы. Обнаружено проявление атмосферных волн и движущихся спорадических слоев в высотно-временных вариациях вертикальной скорости. В 3.1.3 приведены результаты наблюдений ИПН в период солнечных затмений 1999 и 2008 гг. Отмечается усиление неоднородной структуры нижней ионосферы по регистрации высотного профиля амплитуды рассеянного сигнала. В разделе 3.1.4 обсуждаются особенности перестройки вертикальных движений в области О (на высотах 60-70 км) по наблюдению ИПН-на низкоширотном нагревном стенде «Гиссар» при проведении наземного промышленного взрыва. Показано, что резкое уменьшение амплитуды рассеянного сигнала через 26 минут после взрыва и изменение характера временных вариаций вертикальной скорости могло быть связано с прохождением внутренних гравитационных волн с вертикальными скоростями 30-50 м/с. В 3.1.5 приведены результаты определения вертикальной компоненты скорости турбулентного движения, высоты турбопаузы. Отмечается, что усредненные за 15 минут значения турбулентной скорости составили единицы метров в секунду. Выявлена перемежаемость турбулентности, которая обеспечивается ее «забросом» на верхние высоты вертикальными движениями, вероятно, атмосферными волнами. В разделе 3.2 содержатся результаты определения высотного профиля электронной концентрации новым двухчастотным методом создания ИПН, обсуждаются некоторые характеристики неоднородной структуры нижней ионосферы. Приведены полученные по результатам «двухчастотных» экспериментов 2006, 2007 гг. профили электронной концентрации в интервале высот 90-120 км. Профили электронной " концентрации N(2) по характеру высотной зависимости были разделены на

три группы: «классические» гладкие профили, близкие к модельным профилям регулярного Е-слоя; профили со спорадическими слоями Е; профили с нерегулярными изменениями по высоте, в том числе, профили с расслоениями в максимуме слоя. В разделе 3.3 обсуждаются - результаты измерений.

Глава 4 посвящена вопросам применения метода резонансного рассеяния радиоволн для исследования спорадического слоя Е. В разделе 4.1 даны основные сведения о спорадических слоях ионизации на высотах Е-области: типах и характеристиках спорадических- слоев, ^обсуждается роль металлических ионов в их образовании. В разделе 4.2 обсуждается влияние спорадического слоя Е на амплитуду и время релаксации сигнала, рассеянного периодическими неоднородностями. Отмечается, что спорадический слой Е вызывает рост амплитуды и времени релаксации сигнала, рассеянного ИПН, как вследствие роста электронной концентрации в слое, так и в результате отличия ионного состава слоя Е5 от состава «фоновой» Е-области из-за повышенной концентрации в нем положительных долгоживущих металлических ионов. Приведены результаты определения массы преобладающих ионов в слое Е5 согласно - методике, изложенной в разделе 2.4. Показано, что в проведенных экспериментах найденные массы ионов в основном соответствовали ионам железа и кальция. В разделе 4.3 приведены результаты определения эффективного коэффициента рекомбинации ащ, и" концентраций металлических и «атмосферных» ионов ЫА в слое Е5. В разделе 4.4 рассматриваются результаты наблюдений спорадического слоя Е при искусственном воздействии на ионосферу мощного радиоизлучения стенда «Сура». В 4.4.1 кратко обсуждаются результаты известных экспериментов по нагреву слоя Е5. В 4.4.2 приводится описание экспериментов по воздействию на спорадический слой Е мощными проходящими радиоволнами и диагностике методом обратного рассеяния на ИПН. При нагреве наблюдалось увеличение интенсивностей всех сигналов, рассеянных областями О, Е, Р и спорадическим слоем Е, в среднем на . 5-20 дБ. Это новый эффект, который впервые наблюдался в экспериментах по исследованию ИПН. Усиление рассеянных сигналов при воздействии на .ионосферу объяснено модуляцией _ естественного - профиля электронной концентрации искусственно создаваемой периодической структурой, так как синфазное сложение волн при рассеянии на ИПН увеличивает коэффициент отражения радиоволн от всех ионосферных слоев и областей. В разделе 4.4.3 приводятся результаты экспериментов по регистрации ИПН при дополнительном (по отношению к их созданию) нагреве ионосферы. Впервые получено, что при дополнительном нагреве амплитуда сигналов, рассеянных ИПН в Е и Э-областях, уменьшалась на 10 дБ и более, иногда до полного пропадания сигнала. Этот эффект мог быть связан с уменьшением амплитуды отраженной волны из-за рассеяния падающей

пробной волны на непериодических неоднородностях плазмы, возникающих вблизи точки отражения мощной волны обыкновенной поляризации. В разделе 4.5 сформулированы краткие выводы.

Глава 5 посвящена исследованию волновых движений в атмосфере на основе регистрации сигналов, рассеянных искусственными периодическими неоднородностями. В разделе 5.1 обсуждается влияние волновых движений на характеристики нижней ионосферы, их проявление в высотно-временных вариациях _ вертикальной скорости плазмы, ^температуры и плотности нейтральной атмосферы на основе их экспериментального определения методом ИПН. Делается вывод о том, что эти вариации могут быть обусловлены распространением внутренних гравитационных волн. Приведены определенные по результатам измерений характеристик рассеянных сигналов и параметров ионосферы -характеристики ВГВ.

В разделе 5.2 применительно к экспериментам 1990-1991 г. на основе одновременных измерений вертикальной скорости плазмы, температуры и плотности нейтральной атмосферы проведено моделирование характеристик ВГВ с ^ помощью линейной теории их свободного распространения в безграничной изотермической невозмущенной атмосфере. Получено удовлетворительно соответствие лишь для волн с периодами 15-30 минут.

В разделе 5.3 применительно к условиям экспериментов выполнен анализ гидродинамических неустойчивостей, которые могут влиять на динамику нижней ионосферы. Раздел 5.4 содержит выводы по главе.

Глава 6 посвящена экспериментальным исследованиям неоднородной структуры искусственно возмущенной области ионосферы методами обратного рассеяния радиоволн и наклонного зондирования на коротких среднеширотных радиотрассах. В разделе 6.1 описана методика экспериментов по обратному рассеянию радиоволн на широтной трассе Зименки-Васильсурск протяженностью 110 км. Нагрев ионосферы проводился излучением стенда «Сура», а многочастотное наклонное зондирование ионосферы пробными радиоволнами - из наблюдательного пункта «Зименки». Во время воздействия на ионосферу принимались сигналы обратного ракурсного рассеяния от неоднородностей возмущенной - области ионосферы. В разделе 6.2_ приведены результаты первых экспериментов 1985-1987 гг., выполненных в диапазоне частот пробных волн 2,7-6 МГц. Проведено моделирование распространения радиоволн на используемой радиотрассе. Приведены высотно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния, определены времена их развития и релаксации. На разных высотах неоднородности регистрировались через 515 с после начала нагрева и через 10-30 с, как правило, достигали установившегося значения. Область, занятая неоднородностями, по горизонтали составляла порядка 80 км, что в два раза больше размера

области, освещаемой диаграммой направленности антенны нагревного стенда (по уровню половинной мощности). В разделе 6.3 даны результаты определения характеристик искусственных неоднородностей, вытянутых вдоль геомагнитного поля: поперечного (100-500 м) и продольного (2-8 км) масштабов, относительного изменения электронной концентрации в них (0,5-4)-10° и т.д. Такие неоднородности возникают в результате самофокусировочной неустойчивости мощной волны. Приведены результаты измерения скорости дрейфа неоднородностей (скорость движения дифракционной картины по поверхности Земли)- методом разнесенного приема на систему из -5 антенн. В разделе 6.4 приведены результаты регистрации сигналов обратного рассеяния на частоте 1,68 МГц в ночные часы. Получено, что в разных ионосферных условиях неоднородности обнаруживались ниже высоты отражения мощной волны на 60-120 км. При этом эффективная скорость распространения возмущения из области резонансного взаимодействия мощного радиоизлучения с плазмой составила 2-3 км/с. В разделе 6.5 обсуждаются особенности развития и релаксации сигналов обратного рассеяния при нагреве на частоте выше критической частоты области Р. В разделе 6.6 приведены результаты определения статистических характеристик сигналов обратного ракурсного рассеяния, их зависимости от мощности нагревного стенда. В частности, измеренные методом разнесенного приема с применением корреляционного анализа продольный и поперечный радиусы пространственной корреляции сигналов на частоте 3,65 МГц составили 150-500 м и 80-350 м соответственно и уменьшались с ростом частоты. Раздел 6.7 содержит результаты экспериментальных исследований искусственных неоднородностей с масштабами сотни метров (среднемасштабных) методом наклонного зондирования возмущенной области на трассах протяженностью 210-320 км. В 6.7.1 приведены времена развития, релаксации, степень анизотропии неоднородностей, вертикальные и горизонтальные размеры возмущенной области, определенные по результатам многочастотного наклонного зондирования области, занятой неоднородностями,. В 6.7.2. обсуждается влияние среднемасштабных искусственных неоднородностей на распространение радиоволн КВ диапазона. В 6.7.3 исследовано влияние мощности волны накачки на статистические характеристики сигналов НЗ. В разделе 6.8 обсуждаются результаты новых экспериментов по вертикальному зондированию возмущенной области с помощью установки частичных отражений, расположенной вблизи нагревного стенда, и исследованию искусственных возмущений на трассе Васильсурск-Казань (170 км к востоку от стенда). В 6.8.1 приведены результаты экспериментов по вертикальному зондированию возмущенной области при разных временных режимах и длительностях воздействия на ионосферу. Приемная установка частичных" отражений расположена на расстоянии 1 км от нагревного

стенда. Экспериментально установлено, что возмущение плазмы, возникающее при отражении мощной радиоволны обыкновенной поляризации^ Р-области ионосферы, регистрируется как вблизи области резонансного взаимодействия мощной радиоволны с плазмой, так и ниже ее на 40-120 км. В 6.8.2 приведены результаты одновременных экспериментов по вертикальному и наклонному зондированию возмущенной области ионосферы. При нагреве ионосферы излучением стендом «Сура» волны обыкновенной поляризации с эффективной мощностью 50—80 МВт в вечерние часы наблюдались значительные вариации амплитуд сигналов вертикального зондирования на частоте 2,95 МГц и появление сигналов обратного ракурсного рассеяния в диапазоне частот 2,5-6,5 МГц, коррелировавшие с моментами включения нагревного стенда. Получено, что область, занятая искусственными неоднородностями с поперечными размерами сотни метров, занимает по высоте не менее 100120 км вниз от высоты отражения мощной волны. Эффективная скорость распространения возмущения составила до 3-5 км/с. В 6.8.3 обсуждаются основные механизмы появления возмущения на высотах нижней ионосферы. Раздел 6.9 содержит выводы по результатам вертикального и наклонного зондирования возмущенной ионосферы.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты диссертационной работы 1. На основе выполненного цикла экспериментальных исследований по воздействию на ионосферу Земли мощного радиоизлучения, проведенного с использованием среднеширотных нагревных стендов «Зименки» (56,16°1Ч; 44,26°Е), «Сура» (56,12°1Ч; 46,03°Е) и низкоширотного стенда «Гиссар» (38,5°1Ч; 68,8°Е), методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы, создаваемых в поле мощной стоячей радиоволны, определены характеристики нижней ионосферы: электронная концентрация, параметры спорадического слоя Е, характеристики нейтральной атмосферы - скорости вертикальных и турбулентных движений.

—Изучено влияние вертикального движения плазмы на амплитуду и фазу рассеянного сигнала. Теоретически доказанное положение о том, что искусственные периодические неоднородности во время их релаксации после окончания нагрева увлекаются движениями нейтрального газа, использовано для определения скорости вертикального движения плазмы по измерению фазы рассеянного сигнала.

—Изучены вариации скорости вертикального движения плазмы на высотах 60-120 км в дневное время на основе цикла измерений с сентября 1990 г. по май 1991 г. (за исключением летних месяцев). Выявлен сложный характер

сезонно-суточных вариаций вертикальной скорости, при этом на высотах, больших 90 км, в целом преобладали движения вверх. Нисходящие потоки преобладали в ноябре 1990 г. Среднемесячные значения вертикальной скорости составили до 1 м/с на высотах ниже 90 км и 1,4—4,6 м/с на больших высотах. В летние месяцы 1999-2010 гг., когда проводились не столь долговременные измерения, средние значения скорости в основном изменялись от -5 до +5 м/с.

—Во временной зависимости вертикальной скорости выделены волновые движения с периодом от 5-10 минут до 4-5 часов. Показано,, что относительно большие значения вертикальной скорости (до нескольких метров в секунду) могут быть вызваны прохождением внутренних -гравитационных волн различных масштабов. Масштаб волновых движений по высоте составил 7-15 км. 13-летнее время в ночные часы наблюдались спорадические слои, снижавшиеся с эффективной скоростью 1—10 м/с. _ . __

—Экспериментально изучено влияние турбулентных движений нейтральной "компоненты на амплитуду "сигнала, рассеянного ИПН, что уменьшает амплитуду рассеянного сигнала и ускоряет его релаксацию. На основе измерений высотного профиля времени релаксации рассеянного сигнала средние за 15 минут значения турбулентной скорости составили единицы (до 5-7) метров в секунду. По "оценкам, высота турбопаузы в феврале 1991 г. находилась в интервале 101-105 км, в сентябре 2007 г. - в интервале 95-100 км. . - - _ .- _

2. Разработаны новые способы диагностики параметров нижней ионосферы, в которых используются теоретические представления о временной эволюции искусственных периодических неоднородностей на стадии их релаксации.

—Предложен, обоснован и экспериментально проверен новый способ определения электронной концентрации на высотах^ Е-области ионосферы, основанный на создании искусственных периодических неоднородностей излучением мощных радиоволн на двух частотах, то есть с двумя пространственными масштабами. В предположении диффузионного механизма релаксации ИПН отношение времен релаксации, измеренных на двух частотах, однозначно определяется этими частотами, гирочастотой электронов - и " электронной концентрацией, что позволяет рассчитать ~ последнюю. Выполнены и проанализированы измерения профиля электронной концентрации двухчастотным методом.

—Предложена и реализована методика оценки массы преобладающих ионов в спорадическом слое Е, основанная на зарегистрированном увеличении времени релаксации сигнала на высоте слоя. Методика базируется на теоретическом выводе о том, что релаксация ИПН после окончания нагрева обусловлена амбиполярной диффузией, а время

релаксации пропорционально произведению массы ионов и частоты соударений ионов с нейтральными молекулами.

—Предложена и реализована методика оценки важных характеристик спорадического слоя Е: концентраций металлических ионов в слое Es и эффективного коэффициента рекомбинации. Для оценок используются результаты экспериментального определения профилей электронной концентрации и скорости вертикального движения плазмы, полученные методом резонансного рассеяния радиоволн. _ .

. 3. Экспериментально обнаружено и изучено влияние ВГВ на характеристики рассеянных сигналов и параметры ионосферы. Показано, что распространение ВГВ различных масштабов вызывает квазипериодические вариации амплитуды и времени релаксации рассеянного сигнала и, соответственно, скоростей вертикальных и турбулентных движений, электронной концентрации, температуры и плотности нейтральной атмосферы.

—Впервыеметодом ИПН исследовано влияние возмущений, вызванных в ионосфере наземным промышленным взрывом, на динамику -... искусственных периодических неоднородностей области D. Наблюдалось согласованное с временем распространения возмущения до высот 50-80 км значительное (в 10-20 раз) уменьшение амплитуды рассеянного сигнала, которое интерпретировано как результат прохождения ВГВ с вертикальными скоростями 30-50 м/с. На фоне интенсивных флуктуаций вертикальной скорости на высотах D-области (61-76 км) наблюдалось увеличение частоты колебаний скорости в течение 1,5-2 часов после взрыва -с последующим восстановлением средней скорости в течение двух часов. —На основе одновременных измерений вертикальной,скорости плазмы, температуры и плотности нейтральной атмосферы проведено моделирование характеристик ВГВ. Оно-показапо, что рассчитанные на основе поляризационных соотношений для низкочастотных волн по измеренным амплитудам вертикальной скорости относительные амплитуды вариаций температуры и плотности атмосферы удовлетворительно соответствуют измерениям лишь для волн с периодами 15-30 минут. 4. Впервые изучено влияние дополнительного (по отношению к созданию ИПН) нагрева ионосферы на характеристики рассеянных - сигналов^

При периодическом воздействии на ионосферу радиоволнами обыкновенной (необыкновенной) поляризации с образованием искусственных периодических неоднородностей наблюдалось увеличение интенсивностей всех сигналов, рассеянных областями D, Е, F и спорадическим слоем Е, в среднем на 5-20 дБ. Это новый эффект, который впервые наблюдался в экспериментах по исследованию ИПН. Наблюдавшийся эффект являлся резонансным и при отстройке частоты пробной волны на 85 кГц пропадал. Усиление сигналов при воздействии на

ионосферу объяснено модуляцией естественного профиля электронной концентрации искусственно создаваемой периодической структурой.

5.~ Методом обратного рассеяния радиоволн при многочастотном зондированни возмущенной области обнаружены вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности электронной концентрации с поперечными размерами 100—700 м и относительным изменением электронной концентрации в них (0,5-4)-10"3. Неоднородности регистрировались через 10-30 с после .начала нагрева и занимали область высот по горизонтали порядка 80 км, что в два раза_ больше размера области, освещаемой диаграммой направленности антенной системы нагревного стенда (по уровню половинной мощности). По вертикали неоднородности обнаруживались на высотах ниже высоты отражения мощной волны на 60-120 км в разных ионосферных условиях

- экспериментов. Эффективная скорость распространения (возникновения) неоднородностей из области возмущения составила 2-3 км/с. Методом наклонного зондирования на коротких радиотрассах были детально изучены характеристики и динамика среднемасштабных искусственных неоднородностей, исследовано их влияние на распространение КВ радиоволн.

6. Экспериментально исследован механизм распространения или возникновения возмущения электронной концентрации на высотах нижней ионосферы при отражении мощной волны в F-области. При

возмущении ионосферы излучением обыкновенной компоненты мощной волны на частоте 4,3 (4,7) МГц с эффективной мощностью 80 МВт и вертикальном зондировании ее пробными - радиоволнами на частоте 2,95 МГц зарегистрировано влияние " на зондирующий - сигнал искусственного возмущения на высотах на 40-120 км ниже высоты отражения мощной волны.

Совокупность полученных в диссертации результатов можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в изучении неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы и введение в практику ионосферных исследований новых методов диагностики.

Цитируемая литература 1*. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе A.A. Физика ионосферы. - М., Наука, 1988, 528 с. ■ _

2*. Филипп Н.Д., Блаунштейн Н.Ш., Ерухимов JI.M., Иванов В.А., Урядов В.П. Современные методы исследования динамических процессов в ионосфере. Кишинев: Штиинца, 1991, 288 с.

3*. Гуревич A.B. Нелинейные явления в ионосфере // УФН. 2007. Т. 177. № 11. С. 1145-1177.

4*. Благовещенская Н.Ф. Геофизические эффекты активных воздействий в околоземном космическом пространстве - Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2001,287 с.

5*. Беликович В. В., Грач С.М., Караштин А.Н., Котик Д.С., Токарев Ю.В. Стенд «Сура»: исследования атмосферы и космического пространства // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 7. С. 545-576. 6*. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева A.B., Бахметьева Н. В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Нижний Новгород. ИПФ РАН. 1999. 155 с. -

Список основных работ автора по теме диссертации

[1] Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева A.B., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. - Нижний Новгород. ИПФ РАН. 1999. 155 с. — монография.

[2] Belikovich V.V., Benediktov Е.А., A.V. Tolmacheva, Bakhmet'eva N.V.

Ionospheric Research by Means of Artificial Periodic Irregularities -Copernicus GmbH, -2002. Katlenburg-Lindau, Germany, 160 pp. -монография.

[3] Бахметьева H.B., Ю.А: Игнатьев, С.Н. Матюгин, П.Б. Шавин.

Исследование параметров среднемасштабных неоднородностей методом наклонного зондирования при воздействии на ионосферу полем мощных радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25. № 5. С.777-783. _ / .

[4] Бахметьева Н.В., В.А. Иванов, Ю.А. Игнатьев, С.Н. Матюгин, В.А. Фролов, П.Б. Шавин, В.В. Шумаев. Диагностика искусственной ионосферной турбулентности методом наклонного зондирования // Известия вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. № 3. С. 359-364.

[5] Бахметьева Н.В., П.Б. Шавин. Статистические характеристики сигналов

KB диапазона при наклонном зондировании // Радиотехника. 1987. № 8. С. 49-52.

[6] Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев, Г.С. Коротина, A.B. Толмачева, П.Б.

Шавин. Пространственно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния от искусственной области возмущения //Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. № 5. С.799-805. ' - -

[7] Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев, П.Б. Шавин. Возбуждение

неоднородностей при нагреве ионосферы мощными проходящими радиоволнами // Известия вузов. Радиофизика. 1990. Т. 33. № 12. С. 1424-1425.

[8] Бахметьева Н.В., В.Ф. Брянцев, В.Н. Бубукина, A.A. Понятов, П.Б.

Шавин. Качество канала связи при отражении радиоволн ДКМВ диапазона от спорадического слоя Е // Радиотехника. 1993. № 5-6. С. 61-65.

[9] Бахметьева Н.В., В.Н. Бубукина, Ю.А.Игнатьев, П.Б. Шавин.

Исследование характеристик искусственных ионосферных неоднородностий и дрейфовых движений // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 1. С, 77-84.

[10] Бахметьева Н.В., В.Н. Бубукина, Ю.А. Игнатьев, П.Б. Шавин. Влияние мощности волны накачки на спектр сигнала наклонного зондирования //Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. № 3. С. 160-165.

[1 l]Bakhmet'eva N.V., V.N. Bubukina, Yu.A. Ignat'ev, G.S: Bochkarev, V.A. Eremenko, V.V. Kol'tsov, I.V. Krasheninikov, Yu.N, Cherkashin. Investigation by back scatter radar of artificial irregularities produced in ionospheric plasma heating experiments // J. Aim. and Sol. Ter. Phys. 1997. Vol. 59. No 18. Pp. 2257 -2263.

[12] Бахметьева H.B., B.B. Беликович, E.A. Бенедиктов, В.Н. Бубукина, Н.П. - Гончаров, H.A. Рубцов. Вертикальные движения в нижней ионосфере

во время наземного промышленного взрыва // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 6. С.43-50:

[13] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Е.А. Бенедиктов, В.Н. Бубукина, Н.П. Гончаров, Ю.А.Игнатьев. Сезонно-суточные вариации скорости вертикальных движений на высотах мезосферы и нижней термосферы вблизи Нижнего Новгорода // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. №5. С. 120-129.

[14] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Г.С. КороТина. Определение турбулентных скоростей с помощью искусственных периодических неоднородностей // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 5. С. 180-183.

[15] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Ю.А". Игнатьев, A.A. Понятов. Определение эффективного коэффициента рекомбинации и концентрации метеорных ионов в среднеширотном спорадическом слое Е // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 6. С. 36-42.

[16] Бахметьева Н.В., С.А. Дмитриев, Ю.А. Игнатьев, П.Б. Шавин. Обратное рассеяние радиоволн от искусственной области возмущения на частоте 1,68 МГц // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т.З 2. № 3. С. 180-182.

_ [17] Бахметьева Н.В., В.Н. Бубукина, С.А. Дмитриев, Ю.А. Игнатьев, Г.С. Коротана, A.A. Понятов, П.Б. Шавин. Влияние мощности волны накачки на характеристики сигналов НЗ на короткой среднеширотной трассе // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32. № 3. С. 34-39.

[18] Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев. Дистанционная диагностика параметров искусственной области возмущения и регулярной ионосферы при ее модификации мощным радиоизлучением // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 1. С. 85-92.

[19] Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева A.B. Исследование неоднородной структуры нижней ионосферы с помощью

рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях // Известия вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44. № 12. С. 1003-1014.

[20] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Е.А: Бенедиктов, В.Н. Бубукина, Ю.А. Игнатьев. Исследование волновых движений в нижней ионосфере методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях // Известия вузов.

- Радиофизика. 1997. Т. 40. №3. С. 308-321.

[21] Бенедиктов Е.А., Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Толмачева А.В.-Исследование динамических явлений в E-области ионосферы по измерениям электронной концентрации в осенне-зимние периоды 1990 -1991 гг.//Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 7. № 5. С. 88-98.

[22] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, Е.А. Benediktov, V.D. Vyakhirev, N.P. Goncharov, A.V.Tolmacheva, G.S. Korotina. Studies of the Ionosphere and Neutral Atmosphere Using the Artifical Periodic ¡nhomogeneities in the

~ Ionospheric Plasma// Radio Science, 1998. Vol. 33. No 3. Pp. 583-594.

[23] Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Караштин А.Н, Толмачева A.B. Исследование нижней ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей // Известия вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41. № 9. С. 1077-1085,-

[24] Kagan L.M., N.V. Bakhmet'eva, V.V. Belikovich, A.V. Tolmacheva. Structure and dynamics of sporadic layers of ionization in the ionospheric E region//Radio Science. 2002. Vol. 37. No 6. Pp. 1106-1123.

[25] Бенедиктов E-A., Беликович ,B.В., Бахметьева H.В., Толмачева А.В._ Искусственные периодические неоднородности ионосферной плазмы -перспективное направление в исследовании ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45. № 3. С. 375-391.

[26] Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Толмачева - A.B. Диагностика ионосферной плазмы с помощью искусственных периодических неоднородностей как метод исследования влияния космической погоды на состояние верхней и средней атмосферы // Солнечно-земная физика. 2002. Вып. 2. С. 260-262.

[27] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Г.И. Григорьев, A.B. Толмачева. Влияние акустико-гравитационных волн на вариации параметров нижней ионосферы по наблюдениям с ^помощью искусственных периодических неоднородностей // Известия вузов. Радиофизика. 2002, Т. 45. № 3. С. 233-242.

[28] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, JI.M. Каган, A.A. Понятов. Заходно-восходные характеристики спорадических слоев ионизации в нижней ионосфере, наблюдаемые методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Известия вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48. № 1. С.. 16-32.

[29] Бахметьева H.В., B.B. Беликович, JI.M. Каган, A.A. Понятов, A.B. Толмачева, M.K. Келли, M. Дж. Николлс Новые результаты исследования нижней ионосферы методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях // Известия вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48. № 9. С.757—771.

[30] Беликович В.В., Н.В. Бахметьева, Е.Е. Калинина, A.B. Толмачева. Новый способ определения электронной концентрации в Е-области ионосферы по временам релаксации искусственных периодических неоднородностей // Известия вузов. Радиофизика. 2006. Т. 49. №. 9. С. 744-750.

[3J] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Л.М. Каган, A.A. Понятов, A.B. Толмачева. Исследование атмосферы - Земли методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Вестник РФФИ. 2007. Вып. 3. -С. 8-35.

[32] Фролов B.JL, Н.В. Бахметьева, В.В. Беликович, Г.Г. Вертоградов, Д!С. Котик, H.A. Митяков, C.B. Поляков, В.О. Рапопорт, E.H. Сергеев, Е.Д. Терещенко, A.B. Толмачева, В.П. Урядов, Б.З. Худукон. Модификация ионосферы Земли мощным KB радиоизлучением // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. №3. С. 330-340. - '

[33] Бахметьева Н.В., В.В.Беликович, В.Н. Бубукина, В.Д. Вяхирев, Е.Е. Калинина, Т.П. Комраков, A.B. Толмачева. Результаты определения электронной концентрации в Е-области ионосферы по временам релаксации искусственных периодических неоднородностей с разными масштабами // Известия вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51 № 6. С. 477- -485. 1 ~ - :

[34] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович. Результаты исследований спорадического слоя Е методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Известия вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51. № 11. С. 956-969.

[35] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович. Воздействие на ионосферу Земли мощным коротковолновым радиоизлучением: искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е // Известия

. вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50 № 8. С. 695-708.

[36] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович,, М.Н. Егерев, А.В; Толмачева. Искусственные периодические неоднородности в нижней ионосфере, волновые явления и спорадический слой Е // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 2. С. 77-90.

[37] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, В.В. Вяхирев, B.JI. Фролов, Е.Е. Калинина. Обратное рассеяние радиоволн искусственными неоднородностями ионосферной плазмы на высотах 120-180 км // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 5-6. С. 3-27.

[38] Бахметьева Н.В., Г.И. Григорьев, А.В.Толмачева. Искусственные периодические неоднородности, гидродинамические неустойчивости и динамические процессы в мезосфере-нижней термосфере. Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 11. С. 695-711.

[39] Толмачева A.B., Н.В. Бахметьева, В.Д.Вяхирев, В.Н. Бубукина, Е.Е. Калинина. Высотно-временные вариации электронной концентрации в Е-слое ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54. № 6. С. 403-414.

[40] Kagan L.M., M.J. Nicolls." М.С. Kelley, Н.С. Carlson, V.V. Belikovich, N.V. Bakhmet'eva, G.P. Komrakov, T.S. Trondsen and E. Donovan. Observation of Radio-Wave-Induced Red Hydroxyl Emission at Low Altitude in the Ionosphere// Phys. Rev. Lett. 94, 095004 (2005).

[41] Kagan L.M., M.J. Nicolls, M.C. Kelley, H.C. Carlson, V.L. Frolov, V.V. Belikovich, N.V. Bakhmet'eva, G.P. Komrakov, D.I. Nedzvetski, V.P. Uryadov, Yu.M. Yampolski, A.V. Koloskov, A.V.Galushko^ S.B. Kasheev, N.F. Blagoveshenskaya, V.A. Kornienko, T.D. Borisova, A.V. Gurevich, G.G. Vertogradov, V.G. Vertogradov, T. S. Trondsen and E. Donovan. Optical and RF diagnostics of the ionosphere over the Sura facility. Review of Results. // Radio Physics and Radio astronomy. 2006. Vol. 11. No 3. Pp. 221-241.

[42] Бахметьева H.B., Беликович В.В., J1.M. Каган, A.A. Понятов. Формирование и динамика спорадических слоев ионизации в Е-области ионосферы в заходно-восходные часы по наблюдениям методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных : периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Препринт НИРФИ № 475. Н.Новгород. 2003. 26 с.

[43] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович. Исследование спорадического слоя Е по "наблюдениям методом резонансного рассеяния радиоволн* на искусственных периодических неоднородностях плазмы // Препринт НИРФИ № 509. Н.Новгород. 2006. 24 с.

[44] Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, A.B. Толмачева. Исследования * ионосферы и нейтральной атмосферы методом создания искусственных периодических неоднородностей на двух частотах II Доклады XXII Всероссийской конференции по распространению радиоволн, 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на-Дону - п.Лоо.-Труды конференции. Т. 2. С. 129-133.

[45] Фролов В.Л., В.В. Беликович, Н.В. Бахметьева, A.A. Ушаков. Генерация искусственных ионосферных неоднородностей на высотах 130-170 км // Доклады XXII Всероссийской конференции по распространению радиоволн, 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на-Дону -п.Лоо. Труды конференции. Т. 2. С. 134-137.

[46] Толмачева A.B., Н.В. Бахметьева, В.Д.Вяхирев, В.Н. Бубукина, Е.Е. Калинина. Высотно-временные вариации электронной концентрации в

¿-области ионосферы по данным измерений методом резонансного рассеяния от искусственных периодических неоднородностей с разными пространственными масштабами // Доклады XXIII Всероссийской научной конференции по распространению радиоволн, 23-26 мая 2011 г., Йошкар-Ола. Труды конференции. Т. 2. С. 277-280.

[47] Бахметьева Н.В., В.Д. Вяхирев, B.JI. Фролов, Е.Е. Калинина. Искусственное возмущение нижней ионосферы - создание, исследование и. характеристики // Доклады XXIII Всероссийской научной конференции по распространению радиоволн, 23-26 мая 2011 г., Йошкар-Ола. Труды конференции. Т. 2. С. 193-198.

[48] Бахметьева Н.В., Е.А. Бенедиктов, В.А. Иванов, Ю.А. Игнатьев, С.Н. Матюгин, В.А. Фролов, П.Б. Шавин, В.В. Шумаев. Влияние искусственной турбулентности на статистические характеристики амплитуд отраженных от ионосферы радиоволн // Всесоюзный симпозиум «Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на атмосферу Земли». Суздаль. 1983 г. Тезисы докладов. М. Наука. 1983. С. 77-78. ■■-- _

[49] Bakhmet'eva N.V., Yu.A. Ignat'ev, G.S. Korotina, P.B. Shavin. Remote diagnostics of the ionospheric irregularities by the method of the reciprocal oblique sounding in the decametric waves range // XXIII General Assembly of the International Union of Radio Science (URSI).Prague, 28 August-5 September. 1990. Vol. 1. P: 170.

[50] Бахметьева H.B., В.H. Бубукина, Ю.А. Игнатьев, П.Б. Шавин. Возбуждение неоднородностей при нагреве ионосферы на частотах выше критической частоты F-слоя // XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Ч. Г. Харьков. 1990. С. 154.

[51] Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев. Дистанционная диагностика характеристик регулярной ионосферы на основе ее модификации мощным радиоизлучением // XVII Конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Ч. I. Ульяновск. 1993. С. 14.

[52] Бахметьева Н.В., Ю.А.Игнатьев, _ В Н. Бубукина, П.Б. Шавин. Исследование искусственной ионосферной турбулентности и дрейфовых движений в ионосфере методом ВНЗ // XVII Конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Ч.І. Ульяновск. 1993. С.16.

[53] Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев. Разработка методов мониторинга параметров ионосферы на основе ее модификации мощным ВЧ радиоизлучением // Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Конверсия вузов-защите окружающей среды». Екатеринбург. 1994. С. 54-55.

[54] Bakhmet'eva N.V,, Yu.A. Ignat'ev.. Investigation of the artificial irregularities by the ionosphere plasma heating experiments // 30th COSPAR

Scientific Assembly. Hamburg. Germany. July 11-21, 1994. Abstracts. P. 210.

[55] Bakhmet'eva N.V., Yu.A. Ignat'ev. Features of the middle-scale artificial irregularities // XXI General Assembly of 1UGG. Boulder. Colorado. July 214, 1995. Abstracts. Week B. N GAB41G-05.

[56] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, E.A. Benediktov, V.D. Vyakhirev, N.P. Goncharov, A.V. Tolmacheva, G.S. Korotina. Studies of the ionosphere and neutral atmosphere using the artificial periodic inhomogeneities in the ionospheric plasma // XXV General Assemb ly of the International Union of Radio Science (URS1). Lillie. France. August 28 -September 5. 1996. Abstracts. G8.1. P. 426.

[57] Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, G.S. Korotina. Studies of turbulence using artificial periodic inhomogeneities // 3Ilh COSPAR Scientific Assembly. 14-21 July 1996. Abstracts. P.234.

[58] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, A.A. Ponyatov. Vertical motions in the lower ionosphere and sporadic E-layer //8 th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. 1AGA 97. Uppsala. Sweden. Abstracts. P. 200.

[59] Benediktov E.A., V.V. Belikovich, N.V. Bakhmet'eva, A.V. Tolmacheva. Studies of the Ionosphere and Neutral Atmosphere Using the Artificial Periodic inhomogeneities in the Ionospheric Plasma // Vth International Suzdal URSI Symposium on the Modification of Ionosphere (ISSMI'98). 26-29 August 1998. Troitsk. Russia. P. 30-31.

[60] Бахметьева H.B., В.В. Беликович, E.A. Бенедиктов, В.Н. Бубукина Исследование атмосферной турбулентности методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных- периодических неоднородностях ионосферной плазмы // XIX Всероссийская конференция по распространению радиоволн. Казань. 22-25 июня 1999 г. Тезисы докладов. С. 135-136.

[61] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, E.A. Benediktov, A.V. Tolmacheva. API technique and studies of the irregular structure of the lower ionosphere // IUGG General Assembly. Birmingham. England. Abstracts. P. A. 106.

[62] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, E.A. Benediktov, A.B. Tolmacheva Studies of the irregular structure of the lower ionosphere by. the API technique // The First S-RAMP Conference Sapporo, Japan; October 2-6, 2000. Abstracts. P. 396.

[63] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, L.M._ Kagan. Formation and Dynamics of Sporadic E-Layers throughout Sunset-to-Sunrise Hours as Observed by API Technique (New Results) // RF Ionospheric Interaction Workshop, Santa Fe, 2003. Summary of Presentations. Vol. 2. Pp. 699-714.

[64] N.V. Bakhmet'eva, L.M. Kagan, V.V. Belikovich, A.A. Ponyatov. Ion Composition of Sporadic E-layers observed by the API technique.// Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves. VI

Intentional Suzdal URSI Symposium ISS-04, Moscow, October 19-21, 2004. Book of abstracts, Nizhny Novgorod, 2004, pp. 32-33.

[65] V.V. Belikovich, N.V. Bakhmet'eva, A.V. Tolmacheva. New result of the study of the ionosphere using API technique // Effects of Artificial Action on the Earth Ionosphere by Powerful Radio Waves. VI International Suzdal URSI Symposium (ISS-04), Moscow, October 19-21, 2004. Book of abstracts. Nizhniy Novgorod, 2004. Pp. 30-31.

[66] Bakhmet'eva, N.V., L.M. Kagan, V.V. Belikovich, and A.A. Ponyatov. Composition of Sporadic Ionization Observed with the API Technique // Proc. of the 10th Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, Santa Fe, -NM, USA, 2004. Vol. 2. Pp. 1038-1059.

[67] Бахметьева H.B., B.B. Беликович, Jl.M. Каган, A.A. Понятое. Формирование, динамика и ионный состав спорадических слоев ионизации в нижней ионосфере // Доклады XXI Всероссийской конференции по распространению радиоволн, 25-27 мая 2005 г., Йошкар-Ола. Т. 2. С. 29-34.

[68] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, L.M.- Kagan. New results on sporadic . ionization observed with the API technique // 36th COSPAR Scientific

Assembly Beijing, China, 16-20 July 2006 - Abstracts on CD: CGSPAR2006-A-01599. Copernicus GmbH, Kaltenburg-Lindau, Germany.

[69] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, M.T. Rietveld, A.V. Tolmacheva. New results of ionospheric and atmospheric researches by the API technique It 36lh COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-20 July 2006. Abstracts on CD: COSPAR2006-A-02269.

[70] Bakhmet'eva-N.V., V.V. Belikovich .Artificial periodic inhomogeneities of the ionospheric plasma and sporadic E-layer // 7th International Suzdal URSI Symposium. Modification of Ionosphere by Powerful Radio Waves, Book of Abstracts, p. 13. Moscow, October 16-18. Troitsk, 2007.

[71] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, A.V. Tolmacheva, M,T. Rietveld. New Method of the Ionospheric Diagnostics using Artificial Periodic Irregularities with Different Spatial Scales // XXIX General Assembly of the International Union of Radio Science, Chicago, Illinois, USA, August 7-16,

2008. Abstracts. P. 266, GP1-GHE-19.

[72] Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, A_V. Tolmacheva. Two-frequency method of the ionospheric diagnostics by API technique // 37th COSPAR Scientific Assembly, 16-20 July 2008, Montreal, Canada - Abstracts on CD: C52-000-08.

[73] Frolov V.L., N.V. Bakhmetieva, V.V. Belikovich, G.P. Komrakov, V.O. Rapoport, E.D. Tereshenko, V,Z, Khudukon, A.N. Milichenko, R.Yu. Yurik, A.S. Belov, G.A. Markov, M. Parrot, J.L.Rauch, E.V. Mishin. Spatial structure of the ionosphere disturbed volume over the Sura heating facility // Proc. of the 15th Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, 19-22 April

2009, Boulder, CO, USA, http://ionos-workshop.gi.alaska.edu

[74] Bakhmetieva N.V., M.N. Egerev, A.V. Tolmacheva, V.D. Vyakhirev. Back scatter of radio waves by artificial irregularities of the ionosphere plasma at the heights of 120-180 km //38th COSPAR Scientific Assembly, 18-25 July 2010, Bremen, Germany. https://www.cospar-assembly.org/abstractcd/COSPAR-10/abstracts/data/pdf/abstracts/C52-0010-10.pdf

[75] Bakhmetieva N.V., V.V. Belikovich, V.D. Vyakhirev, V.L. Frolov, E.E. Kalinina. Studies of the Lower Ionosphere using Artificial Periodic Irregularities // 38th COSPAR Scientific Assembly, 18-25 July 2010, Bremen, Germany. https://www.cospar-assembly.org/abstractcd/COSPAR- -10/abstracts/data/pdf/abstracts/C52-0013-10.pdf

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

Глава 1. Методы исследования неоднородной структуры ионосферы, основанные на рассеянии радиоволн KB диапазона искусственными неоднородностями электронной концентрации

1.1. Резонансное рассеяние радиоволн на искусственных периодических неоднородностях

1.1.1. Суть явления

1.1.2. Создание ИПН и регистрация рассеянных сигналов. Методика эксперимента __ - _ . _

1.1.3. Новый метод создания ИПН с двумя разными _ пространственными масштабами - двухчастотный метод -

1.2. Вертикальное и наклонное зондирование возмущенной области пробными радиоволнами

Глава 2. Способы определения параметров нижней ионосферы по результатам измерений характеристик сигналов, рассеянных искусственными периодическим неоднородностями

2.1. Скорость вертикального движения плазмы в нижней ионосфере _

,2.2. Скорости турбулентных движений

2.3. Электронная концентрация в области Е. Двухчастотный метод

2.4. Характеристики спорадического слоя Е

2.4.1. Масса преобладающих ионов

2.4.2. Концентрация ионов и эффективный коэффициент рекомбинации

2.5. Температура и плотность нейтральной атмосферы на высотах Е-области

Глава 3. Результаты измерений характеристик нижней ионосферы методом резонансного рассеяния

3.1. Скорости вертикальных и турбулентных движений плазмы в нижней ионосфере

3.1.1. Сезонно-суточные вариации скорости вертикальных движений плазмы на высотах 60-120 км

3.1.2. Заходно-восходные особенности перестройки нижней ионосферы

3.1.3. Наблюдения ИПН во время частного солнечного затмения

3.1.4. Вертикальные движения в области О во время наземного промышленного взрыва

3.1.5. Результаты определения вертикальной компоненты скорости турбулентного движения и некоторых параметров турбулентности ниже высоты турбопаузы

3.2. Результаты измерений электронной концентрации в Е области двухчастотным методом. Профили электронной концентрации в интервале высот 90-120

3.3. Обсуждение результатов

Глава 4. Искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е

4.1. Основные сведения о слое Еб

4.2. Влияние слоя Еэ на амплитуду и время релаксации сигнала, рассеянного искусственными периодическими неоднородностями. Преобладающие ионы

4.3. Эффективный коэффициент рекомбинации и концентрации основных ионов в слое

4.4. Спорадический слой Е при искусственном возмущении ионосферы

4.4.1. Краткий обзор экспериментов по нагреву ионосферы

4.4.2. Эксперименты по воздействию на слой Еб и диагностике методом обратного рассеяния на ИПН

4.4.3. Влияние дополнительного нагрева ионосферы на ИПН

4.5. Краткие выводы

Глава 5. Искусственные периодические неоднородности и волновые движения в нижней ионосфере

5.1. Влияние волновых движений на характеристики нижней ионосферы

5.2. Результаты моделирования характеристик ионосферы с учетом распространения внутренних гравитационных волн

5.3. Влияние гидродинамических неустойчивостей на динамику нижней ионосферы

5.4. Выводы

Глава 6. Исследование неоднородной структуры возмущенной области ионосферы методами вертикального и наклонного зондирования на коротких среднеширотных радиотрассах

6.1. Методика экспериментов по обратному рассеянию радиоволн на трассе Зименки-Васильсурск (110 км)

6.2. Результаты первых экспериментов 1985-1987 гг. в диапазоне частот пробных волн 2,7-6 МГц. Высотно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния

6.3. Характеристики искусственных неоднородностей

6.4. Сигналы обратного рассеяния на частоте 1,68 МГц. Эффективная скорость распространения возмущения

6.5. Особенности развития и релаксации сигналов обратного рассеяния при нагреве «на просвет»

6.6. Статистические характеристики сигналов обратного рассеяния

6.7. Исследование искусственных среднемасштабных неоднородностей методом наклонного зондирования

6.7.1. Времена развития, релаксации, степень анизотропии неоднородностей, вертикальные и горизонтальные размеры возмущенной области

6.7.2. Влияние среднемасштабных искусственных неоднородностей на распространение радиоволн КВ диапазона

6.7.3. Влияние мощности нагревной волны на статистические характеристики сигналов наклонного зондирования

6.8. Результаты исследования искусственных неоднородностей на трассе Васильсурск-Казань (170 км)

6.8.1. Отклик нижней ионосферы на возмущение мощной радиоволной, отражавшейся в Р-области: результаты вертикального зондирования

6.8.2. Результаты одновременных экспериментов по вертикальному и наклонному зондированию возмущенной ионосферы

6.8.3. Обсуждение механизмов появления возмущения в нижней ионосфере

6.9. Выводы

Заключение

БАХМЕТЬЕВА Наталия Владимировна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕЕ МОЩНЫМ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕМ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 22.12.2011 г. Формат 60x84/16 Объем 2 п.л. Заказ № 5613 Тираж 100 экз.

Отпечатано в ФГБНУ НИРФИ 603950, г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, д.25/12а

Принятые сокращения.

Введение.

Глава 1. Методы исследования неоднородной структуры ионосферы, основанные на рассеянии радиоволн КВ диапазона искусственными неоднородностями электронной концентрации.

1.1. Резонансное рассеяние радиоволн на искусственных периодических неоднородностях.

1.1.1. Суть явления.

1.1.2. Создание ИПН и регистрация рассеянных сигналов. Методика эксперимента.

1.1.3. Новый метод создания ИПН с двумя разными пространственными масштабами - двухчастотный метод.

1.2. Вертикальное и наклонное зондирование возмущенной области пробными радиоволнами.

Глава 2. Способы определения параметров нижней ионосферы по результатам измерений характеристик сигналов, рассеянных искусственными периодическим неоднородностями.

2.1. Скорость вертикального движения плазмы в нижней ионосфере.

2.2. Скорости турбулентных движений.

2.3. Электронная концентрация в области Е. Двухчастотный метод.

2.4. Характеристики спорадического слоя Е.

2.4.1. Масса преобладающих ионов.

2.4.2. Концентрация ионов и эффективный коэффициент рекомбинации.

2.5. Температура и плотность нейтральной атмосферы на высотах Еоб ласти.

Глава 3. Результаты измерений характеристик нижней ионосферы методом резонансного рассеяния.

3.1. Скорости вертикальных и турбулентных движений плазмы в нижней ионосфере.

3.1.1. Сезонно-суточные вариации скорости вертикальных движений плазмы на высотах 60-120 км.

3.1.2. Заходно-восходные особенности перестройки нижней ионосферы.

3.1.3. Наблюдения ИПН во время частного солнечного затмения.

3.1.4. Вертикальные движения в области Э во время наземного промышленного взрыва.

3.1.5. Результаты определения вертикальной компоненты скорости турбулентного движения и некоторых параметров турбулентности ниже высоты турбопаузы.

3.2. Результаты измерений электронной концентрации в Е области двухчастотным методом. Профили электронной концентрации в интервале высот 90-120.

3.3. Обсуждение результатов.

Глава 4. Искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е.

4.1. Основные сведения о слое Еб.

4.2. Влияние слоя Еб на амплитуду и время релаксации сигнала, рассеянного искусственными периодическими неоднородностями. Преобладающие ионы.

4.3. Эффективный коэффициент рекомбинации и концентрации основных ионов в слое.

4.4. Спорадический слой Е при искусственном возмущении ионосферы.

4.4.1. Краткий обзор экспериментов по нагреву ионосферы.

4.4.2. Эксперименты по воздействию на слой Еб и диагностике методом обратного рассеяния на ИПН.

4.4.3. Влияние дополнительного нагрева ионосферы на ИПН.

4.5. Краткие выводы.

Глава 5. Искусственные периодические неоднородности и волновые движения в нижней ионосфере.

5.1. Влияние волновых движений на характеристики нижней ионосферы.

5.2. Результаты моделирования характеристик ионосферы с учетом распространения внутренних гравитационных волн.

5.3. Влияние гидродинамических неустойчивостей на динамику нижней ионосферы.

5.4. Выводы.

Глава 6. Исследование неоднородной структуры возмущенной области ионосферы методами вертикального и наклонного зондирования на коротких среднеширотных радиотрассах.

6.1. Методика экспериментов по обратному рассеянию радиоволн на трассе Зименки-Васильсурск (110 км).

6.2. Результаты первых экспериментов 1985-1987 гг. в диапазоне частот пробных волн 2,7-6 МГц. Высотно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния.

6.3. Характеристики искусственных неоднородностей.

6.4. Сигналы обратного рассеяния на частоте 1,68 МГц Эффективная скорость распространения возмущения.

6.5. Особенности развития и релаксации сигналов обратного рассеяния при нагреве «на просвет».

6.6. Статистические характеристики сигналов обратного рассеяния.

6.7. Исследование искусственных среднемасштабных. неоднородностей методом наклонного зондирования

6.7.1. Времена развития, релаксации, степень анизотропии неоднородностей, вертикальные и горизонтальные размеры возмущенной области.

6.7.2. Влияние среднемасштабных искусственных неоднородностей на распространение радиоволн

КВ диапазона.

6.7.3. Влияние мощности нагревной волны на статистические характеристики сигналов наклонного зондирования.

6.8. Результаты исследования искусственных неоднородностей на трассе Васильсурск-Казань (170 км).

6.8.1. Отклик нижней ионосферы на возмущение мощной радиоволной, отражавшейся в F-области: результаты вертикального зондирования.

6.8.2. Результаты одновременных экспериментов по вертикальному и наклонному зондированию возмущенной ионосферы.

6.8.3. Обсуждение механизмов появления возмущения в нижней ионосфере.

6.9. Выводы.

Диссертация посвящена исследованию пространственно-временных вариаций (структуры и динамики) естественных и искусственных плазменных образований в ионосфере Земли радиофизическими методами. Основу диссертации составили экспериментальные исследования нижней ионосферы методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы, создаваемых полем мощных радиоволн наземного стенда. На основе измерений характеристик сигналов, рассеянных этими неоднородностями, разработаны и реализованы в ионосферных исследованиях способы определения ряда ионосферных параметров. Изучено влияние спорадических плазменных образований, и атмосферных волн на характеристики рассеянных сигналов. Значительное внимание уделено экспериментальным исследованиям неоднородной структуры искусственно возмущенной области ионосферы методами вертикального и наклонного зондирования. Определены параметры искусственных анизотропных неоднородностей и возмущенной области ионосферы при воздействии на нее мощными радиоволнами.

Актуальность темы и предмет исследования

Ионосфера Земли, параметры которой могут сильно изменяться под действием различных возмущений естественного и искусственного происхождения, существенно влияет на эффективность работы информационно-коммуникационных систем. В результате природных климатических явлений (тайфуны, ураганы, выбросы пепла и газов при извержении вулканов), техногенной деятельности человека (производство углекислого газа и других, несвойственных ей компонент - фреонов и хлорсодержащих газов), постоянного воздействия на верхнюю атмосферу солнечного излучения, потоков энергичных частиц, сгорания метеоров, приносящих на Землю миллионы тонн космического вещества в год, состав атмосферы и ее плазменная составляющая испытывают значительные пространственно-временные вариации. По этой причине контроль за состоянием атмосферы Земли и околоземного космического пространства приобретает все большее значение.

Область в атмосфере Земли, труднодоступная для исследования, охватывает интервал высот 50-150 км - области Б и Е - нижнюю ионосферу. Она обеспечивает взаимодействие термосферы, регулируемой солнечной активностью, и тропосферы, формирующей погоду и климат. Исследование этой во многом переходной области является одной из актуальных задач физики космической плазмы. Движения нейтрального газа на этих высотах могут искажать траектории ракет, здесь происходит сильное торможение космических аппаратов, которые и сами возмущают естественное состояние ионосферы. Для многих практических целей нужно иметь сведения о параметрах атмосферы: ионизации, температуре, плотности, динамике (в частности, ветровом режиме). Кроме того, в нижней ионосфере спорадически образуются тонкие протяженные плазменные образования часто с очень высокими по сравнению с фоновым значениями электронной концентрации, играющие значительную роль в распространении коротких и ультракоротких радиоволн - спорадические слои Е. Эти обстоятельства определяют значимость и актуальность исследований, связанных с измерениями важнейших характеристик нижней ионосферы, ее динамики. Направления исследований ионосферы, связанные с исследованием естественных плазменных образований, спорадического слоя Е, его неоднородной структуры, волновых и турбулентных явлений, являются важнейшими составляющими национальных программ в рамках исследования «космической погоды».

Прямые измерения в нижней ионосфере возможны только с помощью геофизических ракет. Ракета дает высотный разрез измеряемой величины в строго определенном географическом пункте. Все наземные радиофизические методы исследования ионосферы, определения ее параметров основаны на измерении характеристик распространяющихся в ней радиоволн. В настоящее время для исследования нижней ионосферы используются радиолокационное зондирование в диапазоне средних и коротких волн, метод некогерентного рассеяния, метод частичных отражений, акустическое и лазерное зондирование атмосферы, MST радары. Широкое распространение получили оптические методы исследований. В последнее десятилетие развивается метод просвечивания атмосферы в инфракрасном диапазоне. Каждый из указанных методов имеет как свои достоинства, так и определенные ограничения [59,64,73,122]. В этой связи по-прежнему актуальна разработка новых информативных методов измерений и использование их в практике ионосферных исследований.

Активные эксперименты в космосе, связанные, в том числе, с воздействием на ионосферу мощного радиоизлучения, привели к разработке новых методов диагностики ионосферы, основанных на контролируемом воздействии на нее [59,62,82]. С открытия в 1933 г. Люксембург-Горьковского эффекта, основанного на явлении кросс-модуляции, началось изучение взаимодействия мощного радиоизлучения с ионосферной плазмой и его практическое использование. В дальнейшем было показано, что современные радиотехнические средства могут существенно влиять на свойства ионосферной плазмы, что, в свою очередь, влияет на процесс распространения радиоволн.

Семидесятые годы стали годами расцвета «нагревных» экспериментов, суть которых заключалась в исследовании отклика ионосферы Земли на контролируемое воздействие на нее полем мощных радиоволн КВ диапазона. Теоретическая сторона вопроса - роль нелинейных эффектов при распространении радиоволн в плазме (ионосфере) была к тому времени, в целом, уже разработана - у нас в стране В.Л. Гинзбургом и A.B. Гуревичем [76], за рубежом - W.F. Utlaut и R. Cohen [132], J.A. Fejer [169].

С развитием технических средств появилась возможность целенаправленно воздействовать на естественные ионосферные процессы, а стремление управлять этими процессами привело к развитию интенсивных экспериментальных исследований по воздействию на ионосферу мощным КВ радиоизлучением. В дальнейшем результаты исследований в этом направлении были суммированы в [83], сформировалось новое научное направление, связанное с исследованием взаимодействия мощного радиоизлучения с ионосферной плазмой.

Для экспериментальных исследований в этом направлении были построены специальные установки, позднее названные нагревными стендами, оснащенные мощными передатчиками КВ радиоволн, антенными системами с узкими управляемыми лучами и диагностической аппаратурой для регистрации сигналов от создаваемых возмущений. Единственным в мире среднеширотным нагревным стендом является стенд «Сура». На этих установках были открыты и исследованы разнообразные явления, вызываемые в ионосфере полем мощных радиоволн. В их числе: новое природное явление - низкочастотное излучение ионосферных токовых систем (эффект Гетманцева), плазменные неустойчивости разного рода, искусственная ионосферная турбулентность, оптическое свечение возмущенной области, искусственное радиоизлучение ионосферы, формирование искусственной ионосферной «линзы» и ее влияние на распространение радиоволн [59,82,105,154 и цитированную литературу]. Было обнаружено новое явление - образование в ионосферной плазме искусственной периодической структуры [53], что привело к созданию нового метода исследования ионосферы.

Существенно продвинуться в исследовании нижней ионосферы -области области Е с межслоевой Е-Б впадиной, недоступной исследованию методом вертикального зондирования, позволил новый радиофизический метод, разработанный в ФГБНУ НИРФИ. Метод основан на создании в ионосфере в поле мощной стоячей волны искусственных периодических неоднородностей ионосферной плазмы, зондировании их пробными, то есть не влияющими на среду распространения, радиоволнами, приеме сигналов, рассеянных периодической структурой, регистрации их амплитудно-фазовых характеристик, измерении высотно-временных зависимостей. На основе теории образования искусственных периодических неоднородностей (ИПН) разработаны способы определения большого числа характеристик ионосферы [54,161]. Принципиально важным моментом в применении этого метода для диагностики ионосферы является зондирование периодической структуры на стадии релаксации искусственных возмущений после окончания воздействия на ионосферу.

Цель работы

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы при воздействии на нее мощным высокочастотным радиоизлучением, в том числе: диагностика нижней ионосферы перспективным методом измерений, основанным на резонансном рассеянии радиоволн на периодических неоднородностях электронной концентрации, создаваемых в поле мощной стоячей радиоволны нагревного стенда; разработка и реализация новых способов определения характеристик нижней ионосферы: способа определения электронной концентрации на основе создания искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами; способа определения характеристик спорадического слоя Е по времени релаксации рассеянного сигнала; применение традиционных методов исследования ионосферы, основанных на ее вертикальном и наклонном зондировании, к диагностике искусственных плазменных возмущений, возникающих в ионосфере Земли под действием мощного радиоизлучения, экспериментальное определение параметров возмущений.

Для проведения большинства экспериментальных исследований, связанных с воздействием на ионосферу, использовался уникальный среднеширотный нагревный стенд «Сура». Разработаны способы создания искусственных периодических неоднородностей, организованы короткие трассы наклонного зондирования широтного направления, выработаны режимы воздействия на ионосферу и определения параметров искусственных неоднородностей и невозмущенной ионосферы.

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными оригинальными результатами и состоит в следующем.

1. Выполнен объемный цикл экспериментальных исследований нижней ионосферы новым радиофизическим методом, основанным на создании в поле мощной стоячей волны искусственных периодических неоднородностей ионосферной плазмы на среднеширотных нагревных стендах «Зименки», «Сура» и низкоширотном стенде «Гиссар»: исследованы высотно-временные характеристики сигналов, рассеянных искусственными периодическими неоднородностями, на их основе получены новые сведения об основных параметрах ионосферы и нейтральной атмосферы на высотах 60-120 км; впервые проведены регулярные измерения скоростей вертикальных движений в указанном интервале высот, изучены их сезонно-суточные вариации; найдены скорости турбулентных движений вблизи высоты турбопаузы.

2. Разработаны новые способы диагностики нижней ионосферы на основе создания искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами. Впервые новым методом проведены измерения электронной концентрации на высотах 90-120 км, получены высотные профили электронной концентрации, проведена их классификация по степени возмущенности регулярной ионосферы.

3. Изучены вопросы влияния спорадического слоя Е на амплитуду и фазу рассеянного сигнала. Выявлена высокая чувствительность метода, использующего ИПН, к обнаружению слабых спорадических слоев. Предложен способ определения массы и концентрации преобладающих положительных ионов в слое Е5, основанный на измерении времени релаксации рассеянного сигнала и скорости вертикального движения плазмы.

4. Проанализировано влияние волновых движений в ионосфере на характеристики рассеянных сигналов и параметры ионосферы и нейтральной атмосферы. Обнаружено влияние возмущения от наземного промышленного взрыва при его распространении на высоты 50-80 км по изменению амплитуд сигналов, рассеянных искусственными периодическими неоднородностями, и скорости вертикального движения. Показано, что подобное волновое возмущение приводит к разрушению ИПН.

5. Впервые экспериментально исследованы возмущения электронной концентрации, возникающие в ионосфере под действием мощного радиоизлучения, одновременно методом вертикального зондирования и обратного рассеяния радиоволн на коротких среднеширотных трассах. Показано, что возмущение плазмы распространяется ниже высоты резонансного взаимодействия мощной волны с плазмой на 40-120 км.

Методы и подходы, используемые в диссертации

В экспериментальных исследованиях характеристик нижней ионосферы используются: новый метод резонансного рассеяния радиоволн специально создаваемой квазипериодической структурой - метод резонансного рассеяния радиоволн на ИПН, традиционный метод вертикального зондирования, метод многочастотного наклонного импульсного зондирования возмущенной области ионосферы радиоволнами КВ диапазона. Зондирование ионосферы проводится с использованием современных методов цифровой регистрации и обработки сигналов на основе как оригинальных специально разработанных программ, так и с применением стандартных методик.

Для оценки влияния различных природных факторов на высотно-временные характеристики ионосферных параметров используется большой объем данных, полученных по результатам измерений амплитуды и фазы сигнала, рассеянного периодическими неоднородностями. Такой подход позволяет получать практически одновременно сведения о большом числе ионосферных параметров: скоростях вертикальных и турбулентных движений, электронной концентрации, температуре и плотности нейтральной атмосферы, характеристиках спорадического слоя Е и волновых движений.

Применение специальных режимов воздействия на ионосферу и диагностики возмущений позволяет исследовать параметры возмущений, масштабы неоднородностей, скорости распространения возмущений вниз от высоты отражения мощной волны.

Научное и практическое значение диссертационной работы состоит в следующем.

Реализация в эксперименте метода диагностики регулярной ионосферы на основе создания искусственной квазипериодической структуры показала перспективность его использования для исследований нижней ионосферы, в том числе для регистрации и изучения параметров слабых спорадических плазменных образований, мало доступных другим методам диагностики. Использование нового метода исследования ионосферы с помощью создания искусственных периодических неоднородностей позволяет получать сведения о важнейших параметрах регулярной («естественной») ионосферы методами активного воздействия на нее.

Полученные автором основные результаты являются новыми, они существенно дополняют известные сведения о динамике нижней ионосферы, ее неоднородной структуре как в естественных условиях, так и при возмущении ионосферы мощными радиоволнами.

Результаты, связанные с регистрацией искусственного возмущения на высотах значительно ниже высоты области резонансного взаимодействия мощной волны с ионосферной плазмой, представляют интерес с теоретической точки зрения для исследования механизма передачи возмущения из верхней в нижнюю ионосферу.

Практическая значимость работы состоит в совершенствовании метода резонансного рассеяния радиоволн, его использовании для диагностики нижней ионосферы, в том числе межслоевой Е-Б впадины, недоступной исследованию традиционным методом вертикального зондирования; в разработке и реализации оригинального способа определения параметров спорадического слоя Е - сорта и концентрации долгоживущих металлических ионов в слое на основе измерения характеристик сигналов, рассеянных ИПН; разработке и применении в исследованиях нижней ионосферы нового метода измерения электронной концентрации, основанного на создании искусственных периодических неоднородностей с двумя разными пространственными масштабами (на двух частотах).

В перспективе объединение метода частичных отражений и метода резонансного рассеяния на ИПН позволит проводить мониторинг нижней ионосферы на высотах 60-120 км с определением большого числа параметров как плазменной, так и нейтральной ее составляющих.

Обоснованность научных положений и выводов, достоверность полученных результатов обусловлены: теоретическим обоснованием нового метода исследования ионосферы на основе создания искусственных периодических неоднородностей и его экспериментальной проверкой; повторяемостью результатов в цикле однотипных экспериментов; использованием апробированных методов исследования ионосферы -вертикального и наклонного зондирования; применением современных методик регистрации и обработки экспериментальных данных; статистически значимым объемом данных по измерению параметров ионосферы; сопоставлением результатов экспериментальных исследований с существующими теоретическими представлениями и с известными результатами других авторов; экспертными оценками при публикации основных результатов исследований в рецензируемых научных изданиях.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований характеристик рассеянных сигналов и параметров нижней ионосферы методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях электронной концентрации.

2. Результаты экспериментальных исследований волновых и турбулентных движений, их роли в вариациях характеристик рассеянных сигналов и параметров нижней ионосферы.

3. Новый способ диагностики нижней ионосферы, заключающийся в создании искусственной периодической структуры с двумя разными пространственными масштабами - двухчастотный способ определения электронной концентрации в Е-области ионосферы.

4. Способ и результаты определения параметров спорадического слоя Е - массы и концентрации преобладающих положительных ионов в слое Е5.

5. Результаты экспериментальных исследований искусственных возмущений и параметров искусственных среднемасштабных неоднородностей (с поперечным относительно геомагнитного поля масштабом сотни метров), их динамики методами вертикального и наклонного зондирования на коротких радиотрассах.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на Международных Суздальских симпозиумах URSI по модификации ионосферы мощным излучением (Суздаль, 1986, 1988, 1991; Уппсала, Швеция, 1994; Москва, 1998, 2004, 2007), на XXIII, XXV, XXVI, XXIX Генеральных ассамблеях URSI (Прага, 1990; Лилль, Франция, 1996; Торонто, Канада, 1999; Чикаго, США, 2008), на 30-38 Генеральных ассамблеях COSPAR (Гамбург, Германия, 1994; 1996; Нагойя, Япония, 1998; Линдау, Германия, 2006; Монреаль, Канада, 2008; Бремен, Германия, 2010); на XXV, XXVII Генеральных ассамблеях EGU (Ницца, Франция, 2000, 2002), XXI Генеральной ассамблее IUGG (Боулдер, США, 1995); 1 S-RAMP конференции, Саппоро, Япония, 2000; RF Ionospheric Interaction Workshop (Санта Фе, США, 2003, 2004; Боулдер, США, 2009); на XVI Всесоюзной (Харьков, 1990) и XVII (Ульяновск, 1993), XVIII, XIX (Казань, 1999), XX (Нижний Новгород, 2002), XXI (Йошкар-Ола, 2005), XXII (Ростов-на-Дону -п. Лоо, 2008), XXIII (Йошкар-Ола, 2011) Всероссийских конференциях по распространению радиоволн, Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Конверсия вузов - защите окружающей среды», Екатеринбург. 1994; 14 научной конференции по радиофизике (7 мая 2010 г., Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского), а также регулярно докладывались на семинарах ФГБНУ НИРФИ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 104 работы. Из них 41 статья - в рецензируемых журналах, в том числе 33 - в отечественных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ (УФН, Геомагнетизм и аэрономия, Известия ВУЗов.

Радиофизика), 5 статей в международных журналах (Radio Science, Journal Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, Physics Review Letters, Radio Physics and Radio astronomy), 2 препринта НИРФИ, 56 работ - полные тексты и тезисы докладов в трудах всероссийских и международных конференций.

При финансовой поддержке РФФИ (грант № 99-05-78032) издана монография Беликович В. В., Бенедиктов Е. А., Толмачева А. В., Бахметьева Н. В. «Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей». - Н. Новгород: ИПФ РАН. 1999. 156 е., впоследствии дополненная новыми результатами и переведенная на английский язык и изданная издательством Copernicus.

Личный вклад автора

Большая часть экспериментальных исследований выполнены при личном участии автора. Расчеты, приведенные в диссертации, выполнены автором. В тех случаях, когда приводятся экспериментальные и теоретические результаты, полученные другими авторами, в диссертации приводятся соответствующие ссылки. Учитывая то обстоятельство, что экспериментальные исследования с использованием нагревных стендов, сложных диагностических установок со значительным объемом получаемых данных невозможно провести единолично, большинство работ автора по теме диссертации написано в авторских коллективах.

Экспериментальные исследования 1990-1992 гг. проводились под руководством Е. А. Бенедиктова в рамках изучения динамических явлений в ионосферной плазме. Автором диссертации обработан, проанализирован и проинтерпретирован обширный экспериментальный материал по измерению скоростей вертикальных и турбулентных движений.

Автору принадлежит методика (способ) определения ионного состава и концентраций металлических ионов в спорадическом слое Е. Участие соавторов в разработке нового двухчастотного метода измерения электронной концентрации равноправное. Автором получены основные результаты экспериментов по исследованию характеристик сигналов обратного рассеяния и наклонного зондирования радиоволн на коротких трассах. Организация и проведение экспериментов последних лет осуществлялась лично автором. Все выводы диссертационной работы принадлежат автору.

Благодарности

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность своим учителям в науке Е. А. Бенедиктову, В. В. Беликовичу и Ю. А. Игнатьеву. Автор выражает искреннюю благодарность своим коллегам и соавторам Е. А. Бенедиктову, В. В. Беликовичу В. Ф. Брянцеву, В. Н. Бубукиной, С. А. Дмитриеву, В. А. Иванову, Ю. А. Игнатьеву, Н. П. Гончарову, Г. И. Григорьеву, В. Д. Вяхиреву, Л. М. Каган, Е. Е. Калининой, Г. С. Коротиной, С. Н. Матюгину, А. А. Понятову, А. В. Толмачевой, В. Л. Фролову, П. Б. Шавину, В. В. Шумаеву, принимавшим участие в выполнении работ, результаты которых составили основу данной диссертации. Автор благодарит В. О. Рапопорта за доброжелательное обсуждение диссертации и полезные замечания. Автор выражает благодарность коллективу лаборатории «Васильсурск» и лично Г. П. Комракову за инженерное обеспечение «нагревных» экспериментов и помощь в организации наблюдений.

Все исследования, результаты которых представлены в диссертации, выполнены в соответствии с планом работ ФГБНУ НИРФИ. Автор отмечает, что успешному проведению экспериментальных исследований способствовала также финансовая поддержка РФФИ: гранты № 93-05-9661, № 95-05-15086 (руководитель), № 96-05-65130, № 97-05-64397, № 00-0564695 (руководитель), № 02-05-65281, № 04-05-64140 (руководитель), 08-0297036 (руководитель), 09-05-00450 (руководитель), 11-02-00028 (руководитель), а также ряда экспедиционных грантов РФФИ. Работа была поддержана также Международным научным фондом Дж. Сороса (1994— 1995 гг., гранты ЫОУООО и ЫОУЗОО).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения, Списка использованной литературы из 193 наименований. Объем диссертации составляет 320 страниц, включая 67 рисунков и 4 таблицы.

6.9. Выводы

Кратко суммируем результаты экспериментальных исследований в КВ диапазоне неоднородной структуры и динамики области ионосферы, возмущенной излучением нагревного стенда. Впервые проведен цикл экспериментов с целью исследования структуры и динамики возмущенной области и характеристик искусственных среднемасштабных неоднородностей (поперечный относительно геомагнитного поля размер сотни м), возникающих вблизи точки отражения мощной волны в результате самофокусировочной неустойчивости.

Методом обратного рассеяния при многочастотном зондировании при возмущении ионосферы излучением нагревного стенда «Сура» обнаружены вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности электронной концентрации с поперечными размерами /х ~ 100-700 м с относительным

ДАТ ^ изменением электронной концентрации в них —~ (0,5^1)-10 .

Неоднородности регистрировались через 10-30 с после начала нагрева и занимали область высот по горизонтали порядка 80 км, что в два раза больше размера области, освещаемой диаграммой направленности антенной системы нагревного стенда (по уровню половинной мощности). По вертикали неоднородности обнаруживались на высотах ниже высоты мощной волны на 60-120 км в разных ионосферных условиях экспериментов. Эффективная скорость распространения (возникновения) неоднородностей из области возмущения составила 2-3 км/с.

Определены времена развития, релаксации и исследованы статистические характеристики обратно рассеянных сигналов, их зависимость от мощности нагревного стенда. В частности, продольный радиус пространственной корреляции сигналов составил 150-500 м (поперечный 80350 м) на частоте 3,65 МГц и уменьшался с ростом частоты.

Методом разнесенного приема на систему из шести антенн, расположенных практически вдоль и попрек направления приемно-передающий пункт - стенд «Сура» измерены скорости дрейфовых движений в ионосфере на высотах 130-210 км, которые составили 65-210 м/с с направлениями преимущественно на северо- и юго-восток.

Методом наклонного зондирования на коротких радиотрассах были детально изучены характеристики и динамика среднемасштабных искусственных неоднородностей, исследовано их влияние на распространение КВ радиоволн.

Выполнен цикл экспериментальных исследований механизма распространения или возникновения возмущения электронной концентрации на высотах нижней ионосферы при искусственном нагреве ионосферной плазмы в Р-области. При возмущении ионосферы излучением обыкновенной компоненты мощной волны на частоте 4,3 (4,7) МГц с эффективной мощностью 80 МВт и вертикальном зондировании ее пробными радиоволнами на частоте 2,95 МГц зарегистрировано влияние на зондирующий сигнал искусственного возмущения на высотах ниже высоты отражения мощной волны на 40-120 км. Не выяснен до конца механизм распространения возмущения вниз от области резонансного взаимодействия мощных радиоволн с ионосферной плазмой.

Во время сеансов нагрева на высотах как ниже, так и выше зеркального отражения пробной волны через 3-20 с возникали дополнительные диффузные отражения пробных радиоволн обыкновенной (необыкновенной) поляризации, связанные с искусственным воздействием на ионосферу. Возмущения возникали как при коротких (5-10 с) так и при более длительных (5-10 минут) интервалах воздействия. Показано, что наиболее вероятно на пробные волны частотой 2,95 МГц оказывало влияние возмущение Е-слоя ионосферы и нижней части слоя Б1. Появление во время нагрева дополнительных сигналов могло обеспечиваться ростом электронной концентрации в нижней ионосфере при нагреве и усилением ее неоднородной структуры.

При коротких нагревах наблюдался эффект последействия, когда максимального значения амплитуда сигнала достигала через 5-10 с после окончания нагрева, и эффект накопления, когда наблюдался рост амплитуды сигнала в каждом последующем сеансе нагрева. Вероятно, такие особенности развития во времени эффектов нагрева могли обеспечиваться развитием плазменных неустойчивостей при нагреве.

Заключение

В заключение сформулируем основные результаты диссертационной работы.

1. На основе выполненного цикла экспериментальных исследований по воздействию на ионосферу Земли мощного радиоизлучения, проведенного с использованием среднеширотных нагревных стендов «Зименки» (56,16°]\; 44,26°Е), «Сура» (56,12°1Ч; 46,03°Е) и низкоширотного стенда «Гиссар» (38,5°1Ч; 68,8°Е), методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы, создаваемых в поле мощной стоячей радиоволны, определены характеристики нижней ионосферы: электронная концентрация, параметры спорадического слоя Е, характеристики нейтральной атмосферы - скорости вертикальных и турбулентных движений.

Изучено влияние вертикального движения плазмы на амплитуду и фазу рассеянного сигнала. Теоретически доказанное положение о том, что искусственные периодические неоднородности во время их релаксации после окончания нагрева увлекаются движениями нейтрального газа, использовано для определения скорости вертикального движения плазмы по измерению фазы рассеянного сигнала.

Изучены вариации скорости вертикального движения плазмы на высотах 60-120 км в дневное время на основе цикла измерений с сентября 1990 г. по май 1991 г. (за исключением летних месяцев). Выявлен сложный характер сезонно-суточных вариаций вертикальной скорости, при этом на высотах, больших 90 км, в целом преобладали движения вверх. Нисходящие потоки преобладали в ноябре 1990 г. Среднемесячные значения вертикальной скорости составили до 1 м/с на высотах ниже 90 км и 1,4—4,6 м/с на больших высотах. В летние месяцы 1999-2010 гг., когда проводились не столь долговременные измерения, средние значения скорости в основном изменялись от -5 до +5 м/с.

Во временной зависимости вертикальной скорости выделены волновые движения с периодом от 5-10 минут до 4-5 часов. Показано, что относительно большие значения вертикальной скорости (до нескольких метров в секунду) могут быть вызваны прохождением внутренних гравитационных волн различных масштабов. Масштаб волновых движений по высоте составил 7-15 км. В летнее время в ночные часы наблюдались спорадические слои, снижавшиеся с эффективной скоростью 1-10 м/с.

Экспериментально изучено влияние турбулентных движений нейтральной компоненты на амплитуду сигнала, рассеянного ИПН, что уменьшает амплитуду рассеянного сигнала и ускоряет его релаксацию. На основе измерений высотного профиля времени релаксации рассеянного сигнала средние за 15 минут значения турбулентной скорости составили единицы (до 5-7) метров в секунду. По оценкам, высота турбопаузы в феврале 1991 г. находилась в интервале 101-105 км, в сентябре 2007 г. - в интервале 95-100 км.

2. Разработаны новые способы диагностики параметров нижней ионосферы, в которых используются теоретические представления о временной эволюции искусственных периодических неоднородностей на стадии их релаксации.

Предложен, обоснован и экспериментально проверен новый способ определения электронной концентрации на высотах Е-области ионосферы, основанный на создании искусственных периодических неоднородностей излучением мощных радиоволн на двух частотах, то есть с двумя пространственными масштабами. В предположении диффузионного механизма релаксации ИПН отношение времен релаксации, измеренных на двух частотах, однозначно определяется этими частотами, гирочастотой электронов и электронной концентрацией, что позволяет рассчитать последнюю. Выполнены и проанализированы измерения профиля электронной концентрации двухчастотным методом.

Предложена и реализована методика оценки массы преобладающих ионов в спорадическом слое Е, основанная на зарегистрированном увеличении времени релаксации сигнала на высоте слоя. Методика базируется на теоретическом выводе о том, что релаксация ИПН после окончания нагрева обусловлена амбиполярной диффузией, а время релаксации пропорционально произведению массы ионов и частоты соударений ионов с нейтральными молекулами.

Предложена и реализована методика оценки важных характеристик спорадического слоя Е: концентраций металлических ионов в слое Es и эффективного коэффициента рекомбинации. Для оценок используются результаты экспериментального определения профилей электронной концентрации и скорости вертикального движения плазмы, полученные методом резонансного рассеяния радиоволн.

3. Экспериментально обнаружено и изучено влияние ВГВ на характеристики рассеянных сигналов и параметры ионосферы. Показано, что распространение ВГВ различных масштабов вызывает квазипериодические вариации амплитуды и времени релаксации рассеянного сигнала и, соответственно, скоростей вертикальных и турбулентных движений, электронной концентрации, температуры и плотности нейтральной атмосферы.

Впервые методом ИПН исследовано влияние возмущений, вызванных в ионосфере наземным промышленным взрывом, на динамику искусственных периодических неоднородностей области D. Наблюдалось согласованное с временем распространения возмущения до высот 50-80 км значительное (в 10-20 раз) уменьшение амплитуды рассеянного сигнала, которое интерпретировано как результат прохождения ВГВ с вертикальными скоростями 30-50 м/с. На фоне интенсивных флуктуаций вертикальной скорости на высотах D-области (61-76 км) наблюдалось увеличение частоты колебаний скорости в течение 1,5-2 часов после взрыва с последующим восстановлением средней скорости в течение двух часов.

На основе одновременных измерений вертикальной скорости плазмы, температуры и плотности нейтральной атмосферы проведено моделирование характеристик ВГВ. Оно показало, что рассчитанные на основе поляризационных соотношений для низкочастотных волн по измеренным амплитудам вертикальной скорости относительные амплитуды вариаций температуры и плотности атмосферы удовлетворительно соответствуют измерениям лишь для волн с периодами 15-30 минут.

4. Впервые изучено влияние дополнительного (по отношению к созданию ИПН) нагрева ионосферы на характеристики рассеянных сигналов.

При периодическом воздействии на ионосферу радиоволнами обыкновенной (необыкновенной) поляризации с образованием искусственных периодических неоднородностей наблюдалось увеличение интенсивностей всех сигналов, рассеянных областями Э, Е, Б и спорадическим слоем Е, в среднем на 5-20 дБ. Это новый эффект, который впервые наблюдался в экспериментах по исследованию ИПН. Наблюдавшийся эффект являлся резонансным и при отстройке частоты пробной волны на 85 кГц пропадал. Усиление сигналов при воздействии на ионосферу объяснено модуляцией естественного профиля электронной концентрации искусственно создаваемой периодической структурой.

5. Методом обратного рассеяния радиоволн при многочастотном зондировании возмущенной области обнаружены вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности электронной концентрации с поперечными размерами 100-700 м и относительным изменением электронной концентрации в них (0,5—4)'10"3. Неоднородности регистрировались через 10-30 с после начала нагрева и занимали область высот по горизонтали порядка 80 км, что в два раза больше размера области, освещаемой диаграммой направленности антенной системы нагревного стенда (по уровню половинной мощности). По вертикали неоднородности обнаруживались на высотах ниже высоты отражения мощной волны на 60120 км в разных ионосферных условиях экспериментов. Эффективная скорость распространения (возникновения) неоднородностей из области возмущения составила 2-3 км/с. Методом наклонного зондирования на коротких радиотрассах были детально изучены характеристики и динамика среднемасштабных искусственных неоднородностей, исследовано их влияние на распространение КВ радиоволн.

6. Экспериментально исследован механизм распространения или возникновения возмущения электронной концентрации на высотах нижней ионосферы при отражении мощной волны в Р-области. При возмущении ионосферы излучением обыкновенной компоненты мощной волны на частоте 4,3 (4,7) МГц с эффективной мощностью 80 МВт и вертикальном зондировании ее пробными радиоволнами на частоте 2,95 МГц зарегистрировано влияние на зондирующий сигнал искусственного возмущения на высотах на 40-120 км ниже высоты отражения мощной волны.

Совокупность полученных в диссертации результатов можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в изучении неоднородной структуры и динамики нижней ионосферы и введение в практику ионосферных исследований новых методов диагностики.

1. Акчурин А.Д., Юсупов K.M. Система управления ионозонда "Циклон" // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Информатика. Телекоммуникации. Управление". 210. Вып. 5(108). С. 49-56.

2. Алебастров В.А., Е.А. Бенедиктов, В.Н. Иванов, Ю.А. Игнатьев, С.М. Савельев. Особенности развития и релаксации искусственного возмущения ионосферы. Результаты эксперимента // Известия вузов. Радиофизика. 1984. Т. 27. № 2. С. 147-153.

3. Алимов В.А. О стационарности процесса распространения радиоволн в ионосфере // Известия вузов. Радиофизика. 1974. Т. 11. № 9. С. 1399.

4. Бахметьева Н.В., В.А.Иванов, Ю.А.Игнатьев, С.Н.Матюгин, В.А.Фролов, П.Б. Шавин,

5. B.В. Шумаев. Диагностика искусственной ионосферной турбулентности методом наклонного зондирования // Известия вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. № 3. С. 359-364.

6. Бахметьева Н.В., П.Б. Шавин. Статистические характеристики сигналов КВ диапазона при наклонном зондировании // Радиотехника. 1987. № 8. С. 49-52.

7. Бахметьева Н.В., Н.П. Гончаров, Ю.А.Игнатьев, Г.С. Коротина, А.В.Толмачева, П.Б. Шавин. Пространственно-временные характеристики сигналов обратного рассеяния от искусственной области возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. 29. № 5.1. C.799-805.

8. Бахметьева Н.В., Ю.А.Игнатьев, П.Б. Шавин. Возбуждение неоднородностей при нагреве ионосферы мощными проходящими радиоволнами // Известия вузов. Радиофизика. 1990. Т. 33. № 12. С. 1424-1425.

9. П.Бахметьева Н.В., В.Ф.Брянцев, В.Н. Бубукина, A.A. Понятов, П.Б. Шавин. Качество канала связи при отражении радиоволн ДКМВ диапазона от спорадического слоя Е // Радиотехника. 1993. № 5-6. С. 61-65.

10. Бахметьева H.В., В.H. Бубукина, Ю.А.Игнатьев, П.Б. Шавин. Исследование характеристик искусственных ионосферных неоднородностей и дрейфовых движений // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 1. С. 77-84.

11. Бахметьева Н.В., В.Н. Бубукина, Ю.А.Игнатьев, П.Б. Шавин. Влияние мощности волны накачки на спектр сигнала наклонного зондирования // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. №3. С.160-165.

12. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Е.А. Бенедиктов, В.Н. Бубукина, Н.П. Гончаров, H.A. Рубцов. Вертикальные движения в нижней ионосфере во время наземного промышленного взрыва // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 6. С. 43-50.

13. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Г.С. Коротина. Определение турбулентных скоростей с помощью искусственных периодических неоднородностей // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 5. С.180-183.

14. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, Ю.А. Игнатьев, A.A. Понятов. Определение эффективного коэффициента рекомбинации и концентрации метеорных ионов в среднеширотном спорадическом слое Е // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 6. С.36-42.

15. Бахметьева Н.В., С.А.Дмитриев, Ю.А.Игнатьев, П.Б. Шавин. Обратное рассеяние радиоволн от искусственной области возмущения на частоте 1,68 МГц // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32. № 3. С. 180-182.

16. Бахметьева Н.В., В.Н. Бубукина, С.А.Дмитриев, Ю.А.Игнатьев, Г.С. Коротина, A.A. Понятов, П.Б. Шавин. Влияние мощности волны накачки на характеристики сигналов НЗ на короткой среднеширотной трассе // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т. 32. № 3. С. 34-39.

17. Бахметьева Н.В., Ю.А. Игнатьев. Дистанционная диагностика параметров искусственной области возмущения и регулярной ионосферы при ее модификации мощным радиоизлучением // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 1. С. 85-92.

18. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, JI.M. Каган, A.A. Понятов, A.B. Толмачева. Исследование атмосферы Земли методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Вестник РФФИ. 2007. Вып. 3. С. 8-35.

19. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович. Результаты исследований спорадического слоя Е методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Известия вузов. Радиофизика. 2008. Т. 51. № 11. С. 956-969.

20. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович. Воздействие на ионосферу Земли мощным коротковолновым радиоизлучением: искусственные периодические неоднородности и спорадический слой Е // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 8. С. 695-708.

21. Бахметьева Н.В., В.В. Беликович, М.Н. Егерев, A.B. Толмачева. Искусственные периодические неоднородности в нижней ионосфере, волновые явления и спорадический слой Е // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 2. С. 77-90.

22. Бахметьева Н.В., B.B. Беликович, B.B. Вяхирев, В.JI. Фролов, Е.Е. Калинина. Обратное рассеяние радиоволн искусственными неоднородностями ионосферной плазмы на высотах 120-180 км // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т.53. № 5-6. С. 3-27.

23. Бахметьева Н.В., Г.И. Григорьев, А.В.Толмачева. Искусственные периодические неоднородности, гидродинамические неустойчивости и динамические процессы в мезосфере-нижней термосфере. Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 11. С. 695711.

24. Бахметьева Н. В., В.В. Беликович. Исследование спорадического слоя Е по наблюдениям методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях плазмы // Препринт ФГНУ НИРФИ № 509. 2006. 24 с.

25. Бахметьева Н.В., Ю.А.Игнатьев, А.В.Толмачева, П.Б. Шавин. Результаты экспериментального исследования обратного рассеяния радиоволн на короткой трассе // XV Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. М. Наука. 1987. С. 106.

26. Бахметьева Н.В., Ю.А.Игнатьев, В.Н. Бубукина, П.Б. Шавин. Исследование искусственной ионосферной турбулентности и дрейфовых движений в ионосфере методом ВНЗ // XVII Конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. 4.1. Ульяновск. 1993. С. 16.

27. Бенедиктов Е.А., Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Толмачева A.B. Исследование динамических явлений в Е-области ионосферы по измерениям электронной концентрации в осенне-зимние периоды 1990-1991 гг. // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 7. № 5. С.88-98.

28. Бенедиктов Е.А., Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Толмачева A.B.Искусственные периодические неоднородности ионосферной плазмы перспективное направление в исследовании ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45. № 3. С. 375-391

29. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. Исследование ионосферы методом частичных отражений // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44. № 2. С. 189-194.

30. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Гетманцев Г.Г., Игнатьев Ю.А., Комраков Г.П. О рассеянии радиоволн от искусственно возмущенной F-области ионосферы // Письма в ЖЭТФ. 1975. Т. 22. Вып. 10. С. 497-499.

31. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева A.B., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Нижний Новгород. ИПФ РАН. 1999. 155 с.

32. Беликович В.В., Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Караштин А.Н, Толмачева A.B. Исследование нижней ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей // Известия вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41. №. 9. С. 1077-1085.

33. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Вяхирев В.Д. Исследование искусственного возмущения .D-области ионосферы методом частичных отражений // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. № 1. С. 107-116.

34. Беликович В.В, Мареев Е.А. О рассеянии радиоволн на искусственных квазипериодических неоднородностях ионосферной плазмы // Известия вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. №. 7. С. 852-856.

35. Беликович В. В., Грач С.М., Караштин А.Н., Котик Д.С., Токарев Ю.В. Стенд «Сура»: исследования атмосферы и космического пространства // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 7. С. 545-576.

36. Беликович В. В., В.А. Зюзин, A.B. Толмачева. Обратное рассеяние радиоволн от искусственной ионосферной турбулентности // Известия вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. № 5. С. 579-582.

37. Белов И.Ф., Бычков В.В., Гетманцев Г.Г., Митяков H.A., Пашкова Г.Р. Экспериментальный комплекс "Сура" для исследования искусственных возмущений ионосферы. Препринт № 167. Горький. НИРФИ. 1983. 25 с.

38. Благовещенская Н. Ф. Геофизические эффекты активных воздействий в околоземном космическом пространстве. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001. 287 с.

39. Благовещенская Н.Ф. Комплексные исследования эффектов воздействия мощнвх КВ радиоволна высокоширотную ионосферу: итоги и перспективы // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 1 (84). С. 81-98.

40. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе A.A. Физика ионосферы. М.:Наука,1988. 528 с.

41. Васьков В. В., Гуревич А. В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивости в F-области ионосферы. В кн. Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький. ИПФ АН СССР. 1979. С. 81-138.

42. Виленский И.М. Об одном нелинейном эффекте при распространении радиоволн в ионосфере //Доклады АН СССР. 1970. Т. 191. № 5. С. 1041-1043.

43. Виленский И.М., Плоткин В.В. Об отражении мощных радиоволн от нижней ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16. № 6. С. 886-891.

44. Виленский И.М., Н.И. Израшева, A.A. Капелъзон, В.В. Плоткин, М.Е. Фрейман. Искусственные периодические неоднородности в нижней ионосфере. Новосибирск: Наука, 1987. 188 с.

45. Всехсвятская И.С. Статистические свойства сигналов, отраженных от ионосферы. М.: Наука, 1973. 135 с.

46. Гершман Б. Н. Динамика ионосферной плазмы. М.: Наука, 1974. 256 с.

47. Гершман Б.Н., Григорьев Г.И. Перемещающиеся ионосферные возмущения и их связь с ионосферными волнами // Ионосферные исследования. 1978. № 25. С. 5-15.

48. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в космической плазме. М.:Наука, 1984. 392 с.

49. Гершман Б.Н., Игнатьев Ю.А. Теория образования спорадического слоя Е и возникающих в нем неоднородностей // Ионосферные исследования. 1997. № 50. С. 728.

50. Гершман Б.Н., Игнатьев Ю.А., Каменецкая Г.Х. Механизмы образования спорадического слоя Es на различных широтах. М.: Наука, 1976. 108 с.

51. Гинзбург B.JL, Гуревич A.B. Нелинейные явления в плазме, находящейся в переменном электромагнитном поле // УФН. 1960. Т. 70. С. 201- 393.

52. Гинзбург B.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Физматгиз, 1960. 552 с.

53. Григорьев Г.И. Распространение акустико-гравитационных волн в нестационарно движущихся средах (обзор). Препринт НИРФИ № 482. г. Н. Новгород. 2005. 10 с.

54. Григорьев Г.И., Савина О.Н. Акустико-гравитационные волны в атмосфере с кусочно-линейным температурным профилем // Известия вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45. № 8. С. 664-670.

55. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. М.: Мир. 1978. 532 с.

56. Гуляева Т.Д. Вычисление К(Ь)-профилей методом первого и второго порядка с переменным параметром в ненаблюдаемых областях. В сб. «Методы расчета и исследования Ы(Ь)-профилей ионосферы». М., ИЗМИР АН. 1973. С. 76-99.

57. Гуревич A.B. Нелинейные явления в ионосфере // УФН. 2007. Т. 177. № 11. С. 1145— 1177.

58. Гуревич A.B., Шварцбург А.Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука, 1973. 272 с.

59. Гуревич A.B., Шлюгер И.С. Исследование нелинейных явлений при распространении мощного импульса в нижних слоях ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. №9. С. 1237-1260.

60. Гуревич A.B., Цедилина Е.Е. Движение и расплывание неоднородностей в ионосфере // УФН.1967.Т.91. Вып.4. С.609-643.

61. Данилов А.Д., Власов М.Н. Фотохимия ионизованных и возбужденных частиц в нижней ионосфере. JL: Гидрометеоиздат, 1973. 190 с.

62. Денисов Н.Г., Ерухимов JI.M. Статистические свойства фазовых флуктуации при полном отражении волн от ионосферного слоя // Геомагнетизм и аэрономия. 1966. Т.6. № 4. С. 695-702.

63. Дикий Л.А. Гидродинамическая устойчивость и динамика атмосферы. Гидрометеоиздат, Л., 1976. 110.с.

64. Дробжев В.И., Краснов В.М., Салихов Н.М. Ионосферные возмущения, вызываемые мощными взрывами // Известия вузов. Физика. 1978. Т. 12. № 2. С.381.

65. Дэвис К. радиоволны в ионосфере. М.: Мир,1973. 502 с.

66. Ерухимов Л.М., С.А. Метелев, E.H. Мясников, H.A. Митяков, В.Л. Фролов. Искусственная ионосферная турбулентность (обзор) // Известия вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. №2. С. 208-225.

67. Ерухимов Л.М., Л.Г. Генкин. Ионосфера как космическая плазменная лаборатория (обзор) // Известия вузов. Радиофизика. 1992. Т. 35. № 11-12. С. 863-888.

68. Иванов-Холодный Г. С., Никольский Г. М. Солнце и ионосфера. -М.: Наука. 1969. 455 с.

69. Игнатьев Ю.А. Влияние на спорадический слой Е нагрева ионосферы мощным радиоизлучением // Известия вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. № 9. С. 1365-1369.

70. Измерение ветра на высотах 90-100 км наземными методами. Под ред. Ю.И.Портнягина, К. Шпренгера. Д.: Гидрометеоиздат, 1978. 343 с.

71. Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Движения в ионосфере. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. 344 с.

72. Калгин Ю.А., Данилов А.Д. Определение параметров вихревой диффузии в мезосфере и нижней термосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33. № 6. С. 119-125.

73. Каримов К.А. Внутренние гравитационные волны в верхней атмосфере. Фрунзе: Илим, 1983. 80 с.

74. Кащеев Б.Л., Лысенко И.А. Исследования динамики нижней термосферы радиометеорным методом по программам МАП и ГЛОБМЕТ // Ионосферные исследования. 1989. № 47. С.44.

75. Квавадзе Д.С., Шарадзе З.С. Возмущенности в области Е и F и спорадический слой Е // Ионосферные исследования. 1972. № 20. С. 166-168.

76. Козлов С.И., Крохмальников Е.Б., Новожилов В.И. и др. Поведение спорадического слоя Е в электромагнитном поле сильной радиоволны // Геомагнетизм и аэрономия. 1977. Т. 17. № 3. С. 433—436; № 4. С. 639-644.

77. Кошелев В.В., Климов H.H., Сутырин H.A. Аэрономия мезосферы и нижней термосферы. М.: Наука, 1983. 184 с.

78. Миркотан С.Ф. Оценка интервала усреднения при исследовании тонкой структуры ионосферы // Вестник МГУ. Сер. математика, механика, астрономия, физика, химия. 1956. № 1.С. 151.

79. Митяков H.A., Грач С.М., Митяков С.Н. Итоги науки и техники. Серия "Геомагнетизм и высокие слои атмосферы" Т. 9. Возмущение ионосферы мощными радиоволнами. М.: ВИНИТИ, 1989. 138 с.

80. Мясников E.H., Н.В.Муравьева. Характеристики пространственного спектра неоднородностей плазмы, возбуждаемых на средних широтах мощным стендом «Сура» // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50. № 8. С. 722-730.

81. Насыров А.М. Рассеяние радиоволн анизотропными искусственными неоднородностями Казань, Казанский государственный университет. 1991. 149 с.

82. Нагорский П.М. Анализ отклика КВ-радиосигнала на возмущения ионосферной плазмы, вызванные ударно-акустическими волнами // Известия вузов. Радиофизика. 1999. Т. 39. № 1.С. 36-44.

83. Нагорский П.М., Таращук Ю.Е. Ионосферные возмущения, вызываемые мощными взрывами // Известия вузов. Физика. 1992. Т. 35. № 9. С. 110.

84. Отнес Р., Л. Эноксон. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир,1982. 428 с.

85. Поляков В.M., Л.А. Щепкин, Э.С. Казимировский, В.Д. Кокоуров. Ионосферные процессы. Новосибирск, наука, 1969. 536 с.

86. Попов A.B., Черкашин Ю.Н., Шанкин Ю.П. Об одном механизме дальнего распространения радиоволн. В кн.: Исследования сверхдальнего распространения коротких радиоволн. М.: ИЗМИР АН, 1975. С. 71-80.

87. Рытое С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 464 с.

88. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Физматгиз, 1969. 197 с.

89. Справочная модель ионосферы СМИ-88. Комитет по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Министерства экологии и природных ресурсов Российской Федерации. ИЭМ. 1990.

90. Сомсиков В.М. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. Алма-Ата, Наука. 1983. 192 с.

91. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.

92. Толмачева A.B., Н.В. Бахметьева, В.Д.Вяхирев, В.Н. Бубукина, Е.Е. Калинина. Высотно-временные вариации электронной концентрации в Е-слое ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54. № 6. С.403^И4.

93. Урядов В.П., Г.Г. Вертоградов и др. Зондирование искусственно возмущенной ионосферы с помощью ионозонда/пеленгатора // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52. № 4. С. 267-278.

94. Филипп Н.Д., Блаунштейн Н.Ш., Ерухимов Л.М., Иванов В.А., Урядов В.П. Современные методы исследования динамических процессов в ионосфере. Кишинев: Штиинца, 1991. 288 с.

95. Фролов В.Л., Каган JI.M., Комраков Г.П. и др. Результаты воздействия мощным коротковолновым радиоизлучением на спорадический слой Е ионосферы // Известия вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45. № 12. С. 999-1010.

96. Фролов В.Л., В.О. Рапопорт, Г.П. Комраков, A.C. Белов, Г.А. Марков, М. Парро, Ж.Л. Рош, Е.В. Мишин. Создание дактов плотности при нагреве ионосферы Земли мощным KB радиоизлучением // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88. Вып.12. С. 908-913.

97. Хайнс К.О. Атмосферные гравитационные волны // В кн. Термосферная циркуляция (под ред. У.Уэбба). М.:Мир. 1975. С. 85-99.

98. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат. 1990. 309 с.

99. Шавин П.Б. Пространственно-временные характеристики искусственной области возмущения при воздействии на ионосферу мощным декаметровым радиоизлучением. Диссертация на соискание ученой степени канд. ф.-м. наук. Горький. 1988. 218 с.

100. Шефов H.H., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы индикатор ее структуры и динамики. М., Геос, 2006. 740 с.

101. Ютло У., Коэн Р. Изменение ионосферы под действием мощных радиоволн // УФН. 1973. Т. 109. Вып. 2. С. 371-373.

102. Allen Е.М., Thome G.D., and Rao R.B. HF phased array observations on heater-induced spread-F // Radio Science. 1974. Vol. 9. No 11. Pp. 905-916.

103. Bakhmet'eva N.V., Yu.A.Ignat'ev. Investigation of the artificial irregularities by the ionosphere plasma heating experiments // 30th COSPAR Scientific Assembly. Hamburg. Germany. 11-21 July 1994. Abstracts. P. 210.

104. Bakhmet'eva N.V., Yu.A.Ignat'ev. The artificial modification of the ionosphere remote diagnostics of the regular ionosphere parameters // 30th COSPAR Scientific Assembly. Hamburg. Germany.l 1-21 July 1994. Abstracts. P. 210.

105. Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, G.S. Korotina. Studies of turbulence using artificial periodic inhomogeneities // 31th COSPAR Scientific Assembly. 14-21 July 1996. Abstracts. P.234.

106. Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, G.S. Korotina. Studies of turbulence using artificial periodic inhomogeneities // 31th COSPAR Scientific Assembly. 14-21 July 1996. Abstracts. P. 234.

107. Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, Ponyatov A.A. Vertical motions in the lower ionosphere and sporadic E-layer //8"th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia. IAGA 97. Uppsala. Sweden. Abstracts. P. 200.

108. Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, E.A.Benediktov, A.V.Tolmacheva. API technique and studies of the irregular structure of the lower ionosphere // IUGG General Assembly. Birmigam. Engalnd. Abstracts. P. A. 106.

109. Bakhmet'eva N.V., Belikovich V.V., Benediktov E.A., Tolmacheva A.B. Studies of the irregular structure of the lower ionosphere by the API technique // The First S-RAMP Conference Sapporo, Japan; October 2-6, 2000. Abstracts. Pp. 396.

110. Bakhmet'eva, N.V., L.M. Kagan, V.V. Belikovich, and A.A. Ponyatov, Composition of Sporadic Ionization Observed with the API Technique // Proc. of the 10th Annual RF Ionospheric Interactions Workshop, Santa Fe, NM, USA, v.2, p. 1038-1059, 2004.

111. Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, M.T. Rietveld, A.V. Tolmacheva. New results of ionospheric and atmospheric researches by the API technique // 36th COSPAR Scientific Assembly Beijing, China, 16-20 July 2006. Abstracts on CD: COSPAR2006-A-01599.

112. Bakhmet'eva N.V., V.V. Belikovich, A.V. Tolmacheva. Two-frequency method of the ionospheric diagnostics by API technique // 37th COSPAR Scientific Assembly, 16-20 July 2008, Montreal, Canada Abstracts on CD: C52-000-08.

113. Banks P.M., Kockarts G. Aeronomy. Hart A.-Academic. 1972. Vol. 39. Pp. 73.

114. Belikovich V.V., Benediktov E.A., A.V. Tolmacheva, Bakhmet'eva N.V. Ionospheric Research by Means of Artificial Periodic Irregularities Copernicus GmbH, 2002. Katlenburg-Lindau, Germany, 160 pp.

115. Belrose J.S., Burke M.J. Study of the lower ionosphere using partial reflections, 1 .Experimental techniqueand methods of analysis // J. Geophys. Res. 1964. Vol.69. No 13. Pp.2799-2818.

116. Chimonas G. Ion separation in temperate zone sporadic E and layer shape // J. Geophys.Res. 1969. V. 74. P.4189-4190.

117. Blagoveshenskaya N.F., Kornienko V.A., Borisova T.D., Thide B. et al. Ionospheric HF pump wave triggerig of local auroral activation // J. Geophys. Res., 106, 29071-29090, 2001.

118. CIRA-86. COSPAR International Reference Atmosphere. Academik-Verlag, Berlin. GDR. 1986.

119. Djuth F.T., Groves K.M., Elder J.H., Shinn E.R., Quinn J.M., Villasenor J., Wong A.Y. Measurements of artificial periodic inhomogeneities at HIPAS observatory // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. No Al 1. 24023-24035.

120. Earle, G.D., T.J. Kane, R.F. Pfaff, S.R. Bounds. Ion layer separation and equilibrium zonal winds in mid latitude sporadic E // Geophys. Res.Lett., 2000. Vol. 27. No. 4. Pp. 461-464.

121. Feijer J.A. Ionospheric modification and parametric instabilities // Rev. Geophys. Space Phys. 1979. No l.Pp. 135-153.

122. Feijer J.A., Djuth F.T., Gonzales C.A. Bragg backscatter from plasma inhgomogeneities due to a powerful ionospherically reflected radio wave // J. Geophys. Res. 1984. Vol. 89. P. 9145— 9147.

123. Gerding M., M.Alpers, J.Hoffner, and U. Von Zahn. Sporadic Ca and Ca+ layers at mid-latitudes: Simultaneous observations and implications for their formation // Annales Geophisicae. 2001. Vol. 19. No.l. Pp.47-58.

124. Grebovsky J.M., R.A.Goldberg, W.D.Pesnall. Do meteor showers significantly perturb the ionosphere? // JASTP.1998. Vol.60. Pp. 607-615.

125. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995. Ann. Geophysicae. 1996. Vol.14. No 9. Pp. 917-940.

126. Hocking W.K. Dynamical coupling processes between the middle atmosphere and lower ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys. 1996. V.58. No 6. Pp. 735-752.

127. Huuskonen A., T. Nygren, L. Jalonen et.al., Ion composition in sporadic E layers measured by the EISCAT UHF radar, J. Geophys.Res. 1988. Vol. 93. P. 14603.

128. Kagan L.M., Bakhmet'eva N.V., V.V.Belikovich, A.V.Tolmacheva // Radio Science. Structure and dynamics of sporadic layers of ionization in the ionospheric E region // Radio Science. 2002. Vol. 37. No 6. Pp. 1106-1123.

129. Kagan L.M., Kelly M.C., Garcia F., et al. The structure of electromagnetic wave-induced 557.7-nm emission associated with a sporadic-E event over Arecibo // Phys. Rev. Lett., 2000, 85, Pp. 218-221.

130. Kopp E. On the abundance of metal ions in the lower ionosphere // JRL.1997. Vol. 102. Pp. 9967-9974.

131. Kumar S., and W.B. Hanson, Morphology of metallic ions in the upper atmosphere //J. Geophys. Res. 1980. Vol .85. Pp. 6783.

132. Mathews J.D. Sporadic E: current views and recent progress // JASTP.1998. Vol. 60. No 4. Pp. 413-435.

133. MSIS-E-90 Atmosphere Model, http://omniweb.gsfc.nasa.gov/vitmo/msisvitmo.html

134. Narcisi, R.S., Bailey, A.D., Wlodyka, L.E., Philbrick,C.R. Ion composition measurements in the lower ionosphere during the November 1966 and March 1970 solar eclipse // JASTP. 1972. Vol. 34. Pp. 647-658.

135. Riggin D., Swartz W.E., Providakes J., Farley D E.T. Radar studies wavelength waves assosiated with mid-latidude sporadic-E layers // J. Geophys. Res. 1986. Vol. 91. P. 8011.

136. Rietveld M-.T., Turunen E., Matveinen H., Goncharov N.P., Pollari P. Artificial periodic irregularities in the aurorally ionosphere // Ann. Geophys.1996. No 14. Pp. 1437-1453.

137. Rietveld M.T., Goncharov N.P. Artificial periodic irregularities from the Tromso heating facility // Adv. Space Res. 1998. Vol. 21. No 5. Pp. 693-696.

138. Roddy, P.A., G.D. Earle, C.M. Svenson, C.G. Carlson, N.W. Bullett. Relative concentration of molecular and metallic ions in midlatitude intermediate and sporadic E-layers // Geophys. Res.Lett., 2004. Vol. 31, LI9808, doi:10.1029/2004GL020604.

139. Rowe J.F. Download transport of nighttime Es-layer into the lower E-region at Arecibo // J. Geophys. Res. 1974. Vol. 36. P. 225.

140. Seliga T.N. Phenomena associated with very high power high frequency F-region modification below the critical frequency // J. Atmos. Terr. Phys. 1972. Vol. 34. No 10. Pp.

141. Wakabayashi M. and Ono T. Multi-layer structure of mid-latitude sporadic-/? observed during the SEEK-2 campaign // Annales Geophysicae. 2005. No 23. Pp. 2347-2355.

142. Whitehead J.D., Recent work on mid-latitude and equatorial sporadic-E // JATP. 1989. Vol. 51. No 5. Pp.401-424.1827-1841.\ i 320