Ионосферные резонансные структуры и их влияние на формирование спектров ультранизкочастотных полей естественного и искусственного происхождения

Ермакова, Елена Николаевна

Ионосферные резонансные структуры и их влияние на формирование спектров ультранизкочастотных полей естественного и искусственного происхождения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Ермакова, Елена Николаевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Ионосферные резонансные структуры и их влияние на формирование спектров ультранизкочастотных полей естественного и искусственного происхождения»

Автореферат диссертации на тему "Ионосферные резонансные структуры и их влияние на формирование спектров ультранизкочастотных полей естественного и искусственного происхождения"

7,,

На правах рукописи

ЕРМАКОВА Елена Николаевна

ИОНОСФЕРНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ СПЕКТРОВ УЛЬТРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ ПОЛЕЙ ЕСТЕСТВЕННОГО И ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород 2009

003476454

Работа выполнена в федеральном государственном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» Федерального агентства по науке и инновациям (ФГНУ НИРФИ Роснауки), г. Нижний Новгород).

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук старший научный сотрудник ПОЛЯКОВ Сергей Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор

ЧУГУПОВ Юрий Владимирович

доктор физико-математических наук профессор

КОПЫТЕНКО Юрий Анатольевич

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского», кафедра распространения радиоволн и радиоастрономии радиофизического факультета, г. Н.Новгород.

Защита состоится 29.09.2009 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.161.01 при ФГНУ НИРФИ по адресу: 603950, Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25/12а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГНУ НИРФИ Автореферат разослан 25 августа 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат физ.-мат. наук

А. Н. Караштин

Актуальность проблемы.

Экспериментальные и теоретические исследования распространения электромагнитных полей ультранизкочастотного диапазона (УНЧ) в околоземном пространстве выявили большие диагностические возможности этого диапазона для изучения параметров и процессов в верхней атмосфере, ионосфере и магнитосфере. В диапазоне частот (0.1 - 20) Гц в формировании сигнала от источника участвуют несколько типов резонансных и волноводных систем: глобальный резонатор Земля-ионосфера [1]; ионосферный альвеновский резонатор [3, 6-8]; магнитозвуковой волновод в F2-cnoe ионосферы [3]. Каждая из выше названных структур приводит к определенному изменению спектральных и поляризационных характеристик излучений, возбуждаемых источниками электромагнитного излучения, расположенными на поверхности Земли. Характеристики принимаемого УНЧ сигнала могут содержать важную информацию о параметрах околоземных структур. Например, в спектре атмосферного магнитного шума (УНЧ сигнал естественного происхождения) на высоких, средних и низких широтах наблюдается резонансная структура спектра (РСС) [4, 5], которая формируется благодаря существованию в F-слое ионосферы ионосферного альвеновского резонатора (ИАР) [3]. Параметры этой структуры зависят от профилей электронной и ионной концентрации в ионосфере на высотах 100- 1000 км над точкой приема [6-8, 10]. Таким образом, резонансная структура несет информацию о локальных параметрах верхней атмосферы и их вариациях, связанных, например, с волновыми возмущениями в ионосфере, имеющими горизонтальный пространственный масштаб более 100 км. Измерение поляризации атмосферного шума также важно для разработки методов диагностики, так как на

V-

поляризацию влияет наклон геомагнитного поля и профиль электронной концентрации [А7, А21].

С середины 80-х годов в НИРФИ стали интенсивно проводиться исследования атмосферного шумового фона в диапазоне частот 15 Гц. Впервые была обнаружена резонансная структура спектра фонового магнитного шума, связанная с влиянием ионосферного альвеновского резонатора на УНЧ поля от гроз на среднеширотном приемном пункте «Новая Жизнь» [4]. В последующем совместно с учеными из Оулу (Финляндия) и Крит (Греция) РСС была обнаружена на высоких [9] и низких широтах, причем на низких широтах фоновый шум имел более сложную и изменчивую структуру [15, 16]. Свойства РСС в полярных и высоких широтах детально изучались учеными из Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН [11, 17]. Исследовались также различные источники возбуждения ИАР [13, 14]. Кроме резонансной структуры спектра в магнитном шуме была зарегистрирована еще одна спектральная особенность. По данным мониторинга естественных электромагнитных полей в приемном пункте «Новая Жизнь» было обнаружено, что на частотах ниже 8 Гц в темное время суток регистрируется своеобразный спектральный максимум, аналогичный Шумановскому и сравнимый с ним по амплитуде [А5]. Максимум имеет характерную динамику центральной частоты, а механизм его формирования связан с наличием еще одной резонансной полости на высотах нижней ионосферы [А13, А15, А18].

Использование генерации искусственных УНЧ полей для развития методов диагностики околоземного пространства создает новые возможности для тестирования теории распространения УНЧ волн в полости земля-ионосфера и алгоритмов для решения обратной задачи по восстановлению ионосферных параметров.

Использование УНЧ сигнала с контролируемыми параметрами позволяет исследовать состояние нижней и верхней атмосферы, влияющее на принимаемый сигнал. В июле 1998 г., учеными из НИРФИ и Российского института мощного радиостроения были проведены первые успешные испытания российского геофизического УНЧ излучателя (линия электропередач 108 км длиной, токи 70-90 А), на трассе длиной 1500 км (Кольский полуостров - Н.Новгород). Получены надежные данные о возможности генерации и приема крупномасштабных УНЧ полей (отношение сигнал/шум ~ 15-20 дб в диапазоне частот 1-12 Гц) [А5]. В 2001 г. был проведен новый эксперимент с использованием Кольского излучателя [Аб, А8-А11, А16]. В этом цикле измерений было задействовано существенно большее количество приемных пунктов.

Исследуемый в диссертации круг вопросов относится к интенсивно развивающейся в настоящее время области физики околоземного космического пространства, связанной с новыми подходами к вопросам генерации и распространения УНЧ полей естественного и искусственного происхождения. В диссертации всесторонне проанализированы результаты экспериментальных исследований спектральных особенностей естественных полей на приемных пунктах разных широт, что позволило выявить особенности резонансной структуры спектра при различных наклонах магнитного поля, обнаружить новые свойства широкополосного максимума и разработать новый механизм формирования этой спектральной структуры, связанный с существованием сильных вариаций показателя преломления низкочастотных волн на высотах ионосферы 120-300 км (структура суб-ИАР). В диссертации, кроме того, исследованы особенности распространения искусственных УНЧ сигналов в диапазоне 0.6-12 Гц в волноводе Земля-

ионосфера, что позволило обнаружить влияние ионосферной структуры суб-ИАР на амплитудные спектры электромагнитных полей от контролируемого источника.

Целью диссертационной работы является исследование влияния ионосферных резонансных структур на спектры низкочастотных полей (диапазон частот 0.1-15 Гц) естественного и искусственного происхождения, а именно:

1. Экспериментальные исследования резонансной структуры спектра и анализ большого массива данных, полученных по измерениям магнитных компонент естественного шума на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» за период с 1985 по 1995 г.г., с целью анализа вероятности появления РСС в зависимости от уровня солнечной активности.

2. Проведение одновременной регистрации естественных шумовых полей в приемных пунктах, разнесенных на большие и малые (до 50 км) расстояния для выявления особенностей РСС на различных широтах и более детального исследования свойств широкополосного максимума.

3. Развитие численных методов в расчетах спектральных структур в фоновом шуме, позволяющих мобильно отслеживать суточные и сезонные зависимости спектров амплитуды и поляризации электромагнитных низкочастотных полей. Анализ зависимости свойств расчетной РСС от углов наклона магнитного поля Земли и направления на источник.

4. Разработка механизма широкополосного спектрального максимума (ШСМ), адекватно описывающего все наблюдаемые в экспериментах свойства этой спектральной структуры.

5. Исследование распространения искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.6-12 Гц от

контролируемого источника, исследование влияния различных ионосферных условий на спектры искусственных сигналов.

Научная новизна работы

Использование данных мониторинга магнитного фонового шума, выполненного на высокочувствительной аппаратуре, позволило получить качественно новые данные о свойствах резонансной структуры в цикле солнечной активности.

Получены новые данные о сложном характере РСС на средних и низких широтах и об эквидистантном характере РСС в полярных широтах.

Впервые широкополосный максимум зарегистрирован на станциях финской цепочки магнитометров и обнаружено влияние локальных свойств ионосферы на параметры ШСМ.

Впервые выполнено теоретическое исследование зависимости параметров РСС от угла наклона магнитного поля Земли и от направления на источник.

Впервые предложен механизм ШСМ, основанный на наличии в ионосфере на высотах 120-250 км области с сильными вариациями показателей преломления низкочастотных электромагнитных волн. Впервые по исследованиям распространения искусственных сигналов в УНЧ диапазоне частот исследован характер спадания амплитуды полей от расстояния до приемного пункта и обнаружено влияние ионосферной структуры суб-ИАР на амплитудные спектры сигнала.

Практическая ценность

Полученные результаты представляют интерес для разработки механизмов и моделей формирования спектров и поляризации естественного шумового фона в диапазоне частот 0.1-15 Гц, учитывающих совместное влияние отклика различных естественных резонансных систем. Обнаруженное влияние ионосферных структур ИАР и суб-ИАР на спектры фонового шума дают возможность развивать новые методы диагностики как нижней, так и верхней ионосферы, сопоставляя результаты регистрации РСС и ШСМ и численные расчеты для различных модельных профилей ионосферных параметров. Данные исследований распространения искусственных УНЧ полей могут быть использованы в диагностических целях (т.к. задействован источник с заданными параметрами), а также при планировании последующих экспериментов с искусственным излучателем при выборе приемных пунктов.

На защиту выносятся

1. Результаты исследований зависимости частоты появления резонансной структуры спектра (РСС) на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» от уровня солнечной активности.

2. Обнаружение разного характера резонансной структуры спектра на приемных пунктах разных широт: появление добавочных максимумов, наличие нескольких частотных масштабов в резонансных осцилляциях, зеркально симметричные амплитудные осцилляции в разных магнитных компонентах - на средних и низких широтах, и "правильный характер" РСС - в полярных широтах.

3. Результаты экспериментальных исследований широкополосного спектрального максимума в амплитудах

магнитных компонент и в поляризационном параметре фонового шума по измерениям на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» и на станциях финской цепочки магнитометров.

4. Результаты численных расчетов резонансной структуры спектра для модели плоского волновода Земля - анизотропная неоднородная ионосфера с использованием разных модельных профилей ионосферных параметров и обнаружение зависимости характера РСС от угла наклона магнитного поля Земли и направления на источник.

5. Разработка нового механизма формирования широкополосного максимума (ШСМ) в магнитных компонентах естественных шумовых полей, связанного с существованием "долины" в показателе преломления нормальных волн в ионосферной плазме (структура суб-ИАР).

6. Результаты исследований спектров параметров искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.6-12 Гц от контролируемого источника, расположенного на Кольском полуострове. Обнаружение разного характера амплитудно-частотных зависимостей искусственных полей в дневное и ночное время, а также разного характера спектров в периоды различной геомагнитной возмущенности. Определение характера спадания амплитуды поля в зависимости от расстояния до источника. Обнаружение влияния структуры суб-ИАР на амплитудные спектры искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.6-5 Гц.

Личный вклад автора

В работах А1-А5 Е. Н. Ермакова участвовала в обработке, анализе данных и последующей интерпретации экспериментальных результатов. Основной вклад в этих работах по оснащению приемного пункта высокочувствительной аппаратурой, по организации и проведению экспериментов принадлежит П. П. Беляеву. В работе А7 автором выполнялись численные расчеты спектров параметров низкочастотных полей. Интерпретация полученных результатов проводилась совместно с С. В. Поляковым.

В работах по регистрации искусственных сигналов от Кольского излучателя на финскую цепочку магнетометров автору принадлежит основной вклад по организации получения данных с финской цепочки магнетометров, в обработке данных, проведении численных расчетов полей искусственного происхождения и в интерпретации данных по влиянию состояния ионосферы на параметры сигналов [А6, А8-А11]. В работах А12-А23, А26 по исследованию резонансной структуры в фоновом шуме на средних и высоких широтах и по исследованию широкополосного максимума вклад автора является определяющим, и основные результаты по экспериментальным и теоретическим исследованиям РСС и ШСМ принадлежат ей. В работах по исследованию особенностей РСС на низких широтах автору принадлежит выполнение численных расчетов параметров РСС для разных модельных профилей и сопоставление с экспериментом [А24, А25].

Благодарности

приемном пункте «Новая Жизнь», где были получены основные экспериментальные результаты диссертации. Выражаю благодарность сотрудникам ФГНУ НИРФИ Д. С. Котику, Б. И. Резникову, Ю. В. Шлюгаеву, А. В. Щенникову. за участие в выполнении работ, составивших основу данной диссертации: Работы, составившие основу данной диссертации, выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 94-05-16861-а, 97-02-17298-а, 01-02-16742-а, 04-02-17333-а, 07-02-01189-а), фонда Сороса, 1NTAS (грант 99—0335).

Апробация результатов

Основные результаты диссертационной работы докладывались на XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн (Н.Новгород, 2002 г.), ежегодных Апатитских семинарах по физике авроральных явлений (Апатиты, 2003, 2006, 2007,2009), на генеральных ассамблеях Европейского геофизического общества (Ницца, Франция, 2004, Вена, Австрия, 2005), на Международном Суздальском URSI симпозиуме (Москва, 2004), на Международном семинаре "Low frequency wave processes in space plasma" (Звенигород, 2007), на Международной конференции "Problems of Geocosmos", на Международном симпозиуме по экваториальной аэрономии (Крит, Греция, 2008), а также на научных семинарах ФГНУ НИРФИ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ в реферируемых журналах, 3 работы в трудах конференций, 12 тезисов докладов, 1 препринт.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, содержит 144 страницы текста, 94 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 79 наименований. Содержание работы.

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы,

сформулированы основные задачи работы, приведено краткое

содержание каждой главы, даны сведения об апробации работы и

по публикациям включенных в диссертацию материалов.

В первой главе диссертации изложены результаты

экспериментальных исследований спектральных особенностей

магнитного фонового шума в частотном диапазоне 0.1-15 Гц.

В разделе 1.1 приводятся данные, многолетних наблюдений

резонансной структуры спектра (РСС) в магнитных компонентах

шума в диапазоне частот 0,1-10 Гц в течение 11-летнего

солнечного цикла на среднеширотном пункте «Новая Жизнь»

(55,97° К, 45,74° Е). Как известно, к появлению РСС в шуме

приводит наличие ионосферного альвеновского резонатора (ИАР),

который был впервые экспериментально обнаружен в 1985 г. при

исследовании спектра фонового приземного электромагнитного

шума в диапазоне частот 0,1-10 Гц [4, 5]. Центральная часть ИАР

приходится на максимум Р-слоя, а верхняя граница

обусловлена нарушением геометрической оптики для

альвеновских волн на спаде концентрации заряженных частиц

ионосферной плазмы выше максимума Б-слоя (нижняя граница

ИАР служит в то же время верхней стенкой волновода Земля—

ионосфера). Наличие резонансных условий для альвеновских волн

в ионосфере приводит к формированию резонансной структуры

спектра (РСС) возбуждаемых разрядами молний

электромагнитных волн в полости Земля—ионосфера (высоты 012

100 км) на частотах 0,1-10 Гц. РСС проявляется в глубокой квазигармонической модуляции спектра приземного электромагнитного шума с характерным частотным масштабом АFk i+1 = fk+x —fk и глубиной модуляции, пропорциональной

добротности резонатора Qk. В работах [4,5, AI] получены убедительные экспериментальные доказательства

существования РСС. В работах [6-8, 10] показано, что учёт влияния ИАР позволяет естественным образом объяснить её основные свойства. Исследования показали, что резонансные условия для альвеновских волн внутри ионосферы однозначно контролируются уровнем солнечной активности. РСС регулярно наблюдается в годы минимума солнечной активности и практически не наблюдается в годы максимума солнечной активности. Этот экспериментальный факт основан на анализе наблюдений, выполненных в 1985-1995 гг. Показано, что учёт влияния ИАР позволяет естественным образом объяснить зависимость параметров РСС от активности Солнца [AI, A3]. В разделе 1.2 приведены результаты экспериментальных исследований особенностей РСС по измерениям в приемных пунктах на разных широтах. Для анализа задействованы данные со среднеширотного пункта «Новая Жизнь» (55.97° N, 45.74° Е, угол наклона магнитного поля Земли 0=19°), наблюдательный пункт в полярных широтах «Ловозеро» (68° N, 35° Е, 0 =12"), приемный пункт на о. Крит, Греция, 35.15° N, 25.2° Е, 0 = 39°). Как показывают результаты наблюдений в «Новой Жизни», резонансная структура спектра магнитного шума на средних широтах - это многообразное явление. Наряду с «правильной» резонансной структурой, которая характеризуется высокой эквидистантиостыо спектра и идентичной формой осцилляции в

обеих компонентах, довольно часто обнаруживаются структуры, в которых трудно выделить один частотный масштаб [А12, А14]. Кроме того, параметры резонансной структуры в компонентах север-юг и восток-запад могут существенно отличаться друг от друга. Обнаружено, что наиболее часто сложная РСС наблюдается в весенние и осенние периоды, когда глубина осцилляций и частотная полоса, в которой регистрируется РСС, являются наибольшими по сравнению с другими сезонами [А21, А22]. Было также обнаружено, что зеркально-симметричные резонансные осцилляции в разных компонентах, как правило, наблюдаются в зимнее время при максимальной активности африканского источника гроз [А20, А25]. В летний период, когда в темное время суток африканский источник проявляет наименьшую активность, наоборот, резонансные осцилляции в компонентах север-юг и восток-запад чаще всего синфазны. Очень информативным явился анализ данных одновременной регистрации на пунктах разных широт «Новая Жизнь» и «Ловозеро». Анализировался характер РСС и вероятность появления РСС за 2006, 2007 г.г. Обнаружено существенное различие в характере РСС на этих пунктах: высокая степень эквидистантности осцилляций на станции «Ловозеро» во все периоды наблюдений и наличие резонансных осцилляций с разными частотными масштабами на станции «Новая Жизнь» [А22, А23]. Анализ регистрации магнитных компонент на о. Крит выявил еще более сложный характер спектров на низких широтах: были обнаружены сильные изменения частотного масштаба AF в зависимости от частоты, расщепление резонансных максимумов [А24, А25]..

В разделе 1.3 приведены данные по обнаружению временных вариаций частотного масштаба РСС на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» и усилению их амплитуды в период после захода

солнца. Для анализа выбирались периоды с выраженной РСС с квазигармоническим характером осцилляций. Были зарегистрированы вариации частотного масштаба РСС с периодами от 40 до 60 мин с относительной амплитудой вариаций 2-5%. Показано, что вариации АР могут быть связаны с генерацией внутренних гравитационных волн после захода солнца на высотах выше 200 км. В этом случае амплитуда вариаций, 8(АР) - АЫС / Ыс, где АМС - величина возмущения электронной

концентрации внутренними гравитационными волнами (ВГВ) на высотах Р-слоя. В литературе показано, что ВГВ с / Ые « (4 — 10) %, достаточно часто наблюдаются в ионосфере.

Таким образом, указывается на принципиальную возможность диагностики ВГВ по наземным измерениям параметров резонансной структуры спектра магнитного фонового шума [А2, А4].

В раздслс1.4 приведены результаты экспериментальных исследований широкополосного спектрального максимума (ШСМ) в естественном шуме. Исследования выполнялись в приемных пунктах «Новая Жизнь» (55,97° N.. 45,74° Е), Фоминка (55,67° N. 45,24° Е), Нижегородская область, Россия и на трех станциях финской цепочки магнетометров:

1уа1о - 68.6° 14, 27.4° Е Коуашспп - 66.6° N. 25.8° Е №1гтцат - 60.5° N. 24.7° Е. Широкополосный спектральный максимум был впервые зарегистрирован на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» в амплитудных спектрах компонент фонового шума на частотах 17 Гц; была исследована его динамика и показано, что явление наблюдается в темное время суток одновременно с РСС [А5]. В

диссертации приводятся результаты последних исследований этой спектральной особенности, которые позволили выявить новые свойства ШСМ, а затем разработать адекватный механизм его формирования. Новые особенности максимума удалось выявить на основе одновременной регистрации магнитных полей естественного происхождения как в приемных пунктах с малыми разносами (порядка 50км), так и с разносами от 300 до 700 км. Впервые ШСМ был зарегистрирован на финской станции Иигтуйт, причем было обнаружено, что динамика ШСМ и его параметры (центральная частота и ширина) сильно зависят от локальных свойств ионопфепы над точкой приема. Кроме того, в периоды существования ШСМ в амплитудах компонент был обнаружен немонотонный характер спектров параметра

Коротко основные результаты экспериментальных исследований ШСМ можно сформулировать следующим образом:

• ШСМ наблюдается в спокойных геомагнитных условиях;

• ШСМ может наблюдаться, как в компоненте С-Ю, так и в компоненте В-3, при этом, как правило, максимум более ярко выражен только в одной из компонент;

• поляризация на частотах максимума (отношение право- и лево-поляризованных компонент магнитного поля) сильно зависит от частоты;

• ШСМ может существовать в периоды, когда отсутствует РСС (например, в годы максимальной солнечной активности);

эллиптичности

Н,.={НСЮ-ШЙ з)/л/2.

• обнаружено влияние локальных свойств ионосферы на параметры максимума (частоту и относительную амплитуду) и на характер дрейфа центральной частоты;

• пространственное распределение естественных полей на частотах ШСМ не имеет мелкомасштабной структуры (масштабы порядка 50 км) [А13, А15, А18].

Во второй главе диссертации изложены результаты теоретических исследований и численных расчетов РСС и ШСМ в магнитном шуме.

В разделе 2.1 для модели плоскослоистой полости Земля -анизотропная ионосфера с вертикальным магнитным полем в импедансном приближении выполнено исследование формирования поляризации УНЧ электромагнитных полей [А7]. Использованы результаты решения задачи расчёта основных компонент электромагнитного поля (горизонтальное магнитное и вертикальное электрическое) на земле, возбуждаемых вертикальным электрическим диполем (грозовой разряд) [18]. Для достаточно простых моделей ионосферы, учитывающих влияние ИАР, проанализированы зависимости параметров поляризации от параметров модели.

Из приведенных расчетов следуют основные закономерности спектров и поляризации фонового шума, а также характеристик распространения главной волны в ночных условиях:

1) на частотах f> 1 Гц преобладает ///¿-поляризация (направление вращения электрона);

2) на частотах / < 1 Гц возможно преобладание #/.-поляризации;

3) степень поляризации и контрастность проявления РСС увеличивается с ростом отношения (Ън и 2,,-

интегральные холловекая и педерсеновекая проводимости, соответственно) и с уменьшением поглощения в верхней атмосфере

4) резонансные структуры спектров Нк и ///. находятся практически в противофазе;

5) фазовая скорость Уф главной волны может на десятки процентов отличаться от скорости света, причем степень отличия нарастает с уменьшением частоты, а частотный спектр Уф имеет резонансный характер;

6) коэффициент затухания главной волны пренебрежимо мал

ГдБ^

- и не может оказывать существенного влияния на

Мм

а <0,1

распространение полей;

7) проявление РСС возможно в вертикальной компоненте электрического поля;

8) для дневной ионосферы степень поляризации может достигать почти 10%, что в принципе может быть обнаружено, причем преобладает ///-поляризация.

В разделе 2.2 приведены результаты решения задачи о вычислении УНЧ полей на земле от источника произвольного типа с учетом наклона магнитного поля Земли [12]. Рассмотрена плоскослоистая модель полости Земля-анизотропная ионосфера в декартовой системе координат с осью г, направленной вертикально вверх. Землю (2=0) считали идеально проводящей. Земное магнитное поле составляло угол в с осью г. На ионосфере (г=И) задавались граничные условия импедансного типа, при которых электромагнитные поля в ионосфере представлены электромагнитными волнами, распространяющимися вертикально вверх (по оси г). Решение задачи найдено в цилиндрической системе координат в терминах вертикальных электрических и

магнитных векторов Герца П и П*. Матрица поверхностного импеданса анизотропной ионосферы считалась заданной. Полученные выражения для векторов Герца описывают распространение нулевой моды в плоском волноводе и справедливы при выполнении условий r>h, к0 n\j г »1, г -расстояние от источника до приемного пункта, h - высота воздушного зазора в волноводе Земля - ионосфера, кп = со/с, /7,2 -показатели преломления для нормальных волн в ионосферной плазме. На основе полученных выражений для П и П* была детально разработана схема расчета магнитных компонент сигнала Нг и Н , для вертикально неоднородной ионосферы для разного

наклона магнитного поля Земли [А 18, А21]. Для учета неоднородности ионосферы в вертикальном направлении

вычислялась матрица плоской многослойной среды Z, при этом ионосфера разбивалась на ряд однородных анизотропных слоев. Использовался известный метод расчета поверхностного импеданса, при котором компоненты матрицы на нижней границе слоя толщиной d выражаются через известные компоненты матрицы на верхней границе. Это позволило получить матрицу поверхностного импеданса для многослойной модели ионосферы. Полученные решения могут быть использованы для интерпретации экспериментов по измерению спектров УНЧ электромагнитных шумов в разных географических зонах [А21-А25] и для расчета параметров УНЧ сигнала от искусственных источников [All, А16]. В разделе 2.3 представлены результаты численных расчетов РСС для разных модельных профилей ионосферных параметров и проведено исследование особенностей расчетной РСС в зависимости от угла наклона магнитного поля Земли и направления на источник.

Для моделирования выбирались профили ионосферных параметров на базе международного стандарта ионосферы (International Reference Ionosphere - IRI-2001) и атмосферы (MSIS-E-90 Atmosphere Model). Кроме того, для профилей электронной концентрации выше максимума F-слоя использовалось аналитическое представление в виде a -Chapman и Vary-Chapman функций [19]. Для моделирования на высоких широтах, использовались профили, построенные по измерениям радара некогерентного рассеяния, расположенного в Свалбарде [17, А26]. Численное моделирование горизонтальных компонент магнитного поля показало, что наклон магнитного поля Земли может существенно менять характер РСС [А 14, А21], и даже при угле

наклона Q = 19° при более резких профилях электронной концентрации, чем дает модель IRI-2001, в РСС могут появляться дополнительные максимумы и неэквидистантность осцилляции [А22, А25]. Эти особенности РСС усиливаются при увеличении

угла наклона до значений 0 = 39° [А25]. В то же время, при малых углах наклона (0 <12°) квазигармонический характер РСС сохраняется при различном характере спадания электронной концентрации на высотах выше максимума F-слоя [А23]. Показано, что при заданном угле наклона магнитного поля Земли параметры РСС могут сильно зависеть от направления на источник. Численные расчеты спектров, выполненные для приемного пункта «Новая Жизнь» на базе модели IRI-2001 для источников, лежащих в плоскости магнитного меридиана, выявили наличие зеркально симметричных резонансных осцилляции в горизонтальных магнитных компонентах //,. и Я . Показано также, что неэквидистантность РСС может проявляться более сильно при

углах между направлением на источник и плоскостью магнитного меридиана, близких к 45° [А14, А20, А21].

Таким образом, выявлен комплексный характер влияния наклона магнитного поля Земли, направления на источник и характера профилей электронной концентрации выше максимума F-слоя на параметры РСС.

В разделе исследовано также влияние характера профилей ионосферных параметров нижней ионосферы (частоты соударений и концентрации зараженных частиц) на спектральные особенности резонансных структур. Так, моделирование РСС для станции Баренцбург по модели IRI-2001 и модели, построенной на базе измерений радара в Свалбарде, продемонстрировало, что частотный диапазон, в котором наблюдается РСС, определяется в значительной степени профилями ионосферных параметров на высотах до максимума F-слоя [А26]. Моделирование РСС для периодов разной солнечной активности выявило, что наблюдаемая зависимость частоты появления этой структуры от активности Солнца связана не только с особенностями профилей электронной концентрации в верхней ионосфере, но и с разным характером "долины" в периоды разной солнечной активности [А 14, А21]. В разделе 2.4 проведено моделирование спектров LLICM для трехслойной и IRI-2001 моделей ионосферы. На примере расчетов для трехслойной модели была выявлена крупномасштабная резонансная структура в спектре продольной магнитной компоненты, первый основной максимум которой может быть ответственен за появление ШСМ. Ниже приведены параметры ионосферных слоев этой модели, слои мы определяем как области с равным значением показателей преломления нормальных волн в плазме:

1" слой - слой Е, с четко выраженной гиротропией и с показателем преломления для нормальных волн в плазме, характерным для свистового диапазона:

Здесь й)0е и й)Не - плазменная и гирочастоты электронов в

ионосферной плазме. Для вычислений использовались следующие значения параметров:

Ые = 4*103 \/см\ ут = 1 ООО рад / с, с/(1) =30 км, V,, - частота соударений ионов с нейтралами, Nе~ концентрация электронов, -протяженность слоя.

2" слон - слой с пониженным значением показателя преломления - «долина», показатель преломления определяется альвеновским показателем преломления:

л(2\,2 =пА(\ + / —); Ул= — =

со пА

мл

здесь Ме/ -эффективная масса ионов, Н0 -магнитной поле Земли,

и^, =100, |/<л=6 рад/с, с1(2)=П0км.

3" слой - слой, соответствующий значению параметров ионосферы в максимуме Б— слоя, также с альвеновским показателем преломления и только с более низким, чем в слое 2, значением частоты соударений ионов с нейтралами пА =600, у.т =0.6 рад!с.

Сравнительный анализ результатов расчетов, выполненный для различных ионосферных моделей, показал, что наличие "долины" в профилях показателей преломления может приводить к появлению

еще одного ионосферного резонатора (суб-ИАР) в нижних слоях ионосферы (120-250 км), который проявляется в амплитудных спектрах фонового шума в форме широкополосного максимума. Предложенный механизм формирования максимума позволяет объяснить многие наблюдаемые особенности этого явления, включая разный характер динамики ШСМ на разных пунктах, немонотонный характер спектров параметра поляризации Э, отсутствие мелкомасштабной пространственной структуры на частотах ШСМ и регистрацию его, в том числе, в периоды, когда отсутствует РСС [А13, А15, Al 8].

В третьей главе диссертации изложены результаты исследований распространения искусственных сигналов от УНЧ излучателя, расположенного на Кольском полуострове в диапазоне частот 0.312 Гц.

В разделе 3.1 приведены результаты уникальных экспериментов 1993 и 1998 г.г. по генерации и приему искусственного УНЧ сигнала на дистанции в 1500 км в диапазоне частот 0.3-12 Гц. Высокочувствительная приемная аппаратура и стабильный ток в излучающей антенне, возбуждающий УНЧ поле в полости Земля-ионосфера, позволили зарегистрировать сигнал с высокой точностью. Было обнаружено, что амплитудно-частотные зависимости и поляризация искусственного УНЧ сигнала сильно различаются в дневное и ночное время, что связано с влиянием околоземных резонансных структур на регистрируемый сигнал. Было показано, что измеренное направление магнитного поля в вечернее и ночное время сильно отличается от вычисленного на основе модели однородной ионосферы. Это позволило сделать вывод о значительном влиянии анизотропной и неоднородной ионосферы на параметры принимаемого сигнала в темное время суток. Было обнаружено, что зависимость амплитуды

искусственного УНЧ сигнала от времени на частотах 2,6 и 5,2 Гц, в основном, повторяет временные изменения широкополосного максимума в спектре магнитного низкочастотного шума. Таким образом, уже первые эксперименты с контролируемым УНЧ излучателем выявили сходное влияние ночной ионосферы на сигналы искусственного и естественного происхождения [А5]. В разделе 3.2 приведены результаты экспериментальной кампании 2001 г. с использованием Кольской установки. Целью кампании было исследование пространственных, амплитудно-частотных зависимостей искусственного сигнала и его поляризационных свойств в различных геофизических условиях. Для более детального исследования распределения электромагнитного поля на различных удалениях от источника были привлечены данные финской магнитометрической сети. Географическое расположение станций относительно источника и их координаты приведены в таблице:

Станция Координаты Расст. до антенны (кт) Угол <Р\ (град.)

Пункт Код Шир. Долг.

КНр'^ат КИ 69.0 20.7 547 85.05

|уа1о 1УА 68.6 27.4 286 80.71

Эос1апку1а БСЮ 67.4 26.5 367 60.06

Коуашепш ЯОУ 66.6 25.8 477 53.87

0и1и СИЛ. 65.0 25.5 578 38.26

Ыигтуага ГШ 60.5 24.7 1032 22.23

В таблице (рх - угол между направлением на источник и

направлением, лежащим в плоскости магнитного меридиана. Эксперимент проводился с 26.09.01 по 03.10.01 по нескольким программам. В частности, проводились сеансы излучения на

четырех фиксированных частотах (0.6, 1.2, 2.4, 4.8) Гц и со свипированием по частоте: в диапазоне 0.6-4.2 Гц с шагом 0.2 Гц и в диапазоне 1.2-3.0 Гц с шагом 0.1 Гц по 10 мин на каждой частоте. Были построены спектры амплитуды и поляризации искусственных низкочастотных полей, а также зависимости амплитуды и поляризационных параметров сигнала от расстояния и от направления на источник.

Из полученных результатов следует два важных вывода:

а) сравнительный анализ измеренных и расчётных характеристик УНЧ сигнала позволил обнаружить сильно неоднородную структуру земной коры под источником (наличие проводящих и возможно анизотропных слоев на глубинах более 8-10 км;

б) выявлено сильное различие в поведении частотных зависимостей амплитуды и поляризации искусственного сигнала в возмущенные (хорошо выраженный слой Es) и невозмущенные ночные периоды наблюдений.

По данным эксперимента оценена эффективная проводимость проводящего блока под антенной установкой, равная примерно 10~3Chm/m, и определены пространственные и угловые распределения параметров сигнала, позволяющие установить эффективность использования УНЧ установки в пунктах с различными географическими координатами и при различных геофизических условиях [А6, А8-А11, А16]. В разделе 3.3 предложена интерпретация различия характера амплитудных спектров в периоды разной геомагнитной активности. Для этого выполнены теоретические расчеты спектров магнитных компонент север-юг и восток-запад сигнала для самой удаленной станции финской цепочки магнитометров Nurmijárvi (г>1000км), что позволяет проводить вычисления в импедансном приближении для условий слабой геомагнитной возмущенности. Как известно,

Кольский излучатель можно представить как горизонтальный магнитный диполь, лежащий на поверхности Земли. Для вычисления компонент использована методика расчета поверхностного импеданса неоднородной ионосферы, изложенная в разделе 2.2. Расчеты выполнены для модельных профилей IRI-2001 за период 27.09.2001, 18:00-24:00 UT для пункта с географическими координатами Nurmijärvi. В расчетных спектрах обнаружено наличие широкополосного максимума с центральной частотой порядка 5 Гц. Анализ профилей показателей преломления обнаружил ярко выраженную "долину" на высотах 120-300 км в зтст временной период, следовательно, нарастающий участок спектра искусственного сигнала может быть связан с влиянием ионосферного резонатора в нижних слоях ионосферы [А 16, А19]. В заключении приведены основные результаты диссертации.

Основные результаты диссертации

1. Экспериментально исследована зависимость вероятности появления резонансной структуры спектра (РСС) на среднеширотной станции «Новая Жизнь» в 11-летнем цикле солнечной активности. Показано, что частота обнаружения РСС максимальна в годы минимума и уменьшается с ростом уровня активности Солнца. Численные расчеты, выполненные для ионосферных условий при различной солнечной активности, объясняют наблюдаемую зависимость характером ионосферных профилей выше максимума F-слоя, на высотах Е-слоя, а также области пониженного значения показателей преломления низкочастотных волн в ионосфере на высотах 150-250 км.

2. Обнаружены новые спектральные особенности РСС на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» сильная

зависимость периода осцилляции от частоты, разные частотные масштабы РСС в компонентах север-юг и восток-запад, наличие зеркально симметричных осцилляции в магнитных компонентах. Обнаружено существенное различие в характере РСС на разных широтах: высокая степень эквидистантности осцилляций на станции «Ловозеро» (68°N) и многочастотный характер РСС на станциях «Новая Жизнь» (55.97°N) и о. Крит (35.15°N). Результаты экспериментов адекватно интерпретируются численным моделированием, показавшим, что увеличение наклона магнитного поля Земли приводит к появлению дополнительных максимумов, разной величине частотных масштабов РСС в компонентах север-юг и восток-запад. Кроме того, при определенных направлениях на источник возможно появление зеркально симметричных осцилляций в разных магнитных компонентах.

3. Обнаружено, что широкополосный спектральный максимум (ШСМ), регистрируемый преимущественно при высокой солнечной активности, может наблюдаться одновременно на ряде среднеширотных станций, при этом его динамика зависит от локальных свойств ионосферы. По градиентным измерениям фонового шума в двух пунктах, разнесенных на расстояния порядка 50 км, обнаружена высокая степень пространственной когерентности низкочастотных полей на частотах ШСМ. Показано, что немонотонный характер спектра поляризационного параметра и ШСМ наблюдаются одновременно.

4. Разработан новый механизм формирования ШСМ, связанный с существованием "долины" в показателе

преломления нормальных волн в ионосферной плазме, приводящей к появлению еще одной отражающей области на высотах основания Б-слоя и, как следствие, к появлению еще одного резонатора в нижних слоях ионосферы. Этот механизм позволяет адекватно объяснить многие наблюдаемые особенности ШСМ: зависимость от локальных свойств ионосферы, динамику ШСМ, немонотонный характер спектров поляризационного параметра на частотах ШСМ.

5. По результатам исследований распространения искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.612 Гц от контролируемого источника, расположенного на Кольском полуострове, выявлено наличие растущего с частотой участка амплитудного спектра сигнала в ночное время, отсутствующего в дневных спектрах, а также зависимость спектров от геомагнитной возмущенности. Экспериментально получено, что интенсивность сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до приемного пункта. Модельные расчеты показали, что возрастающий участок спектра искусственных полей в ночное время суток обусловлен влиянием ионосферного резонатора суб-ИАР в нижних слоях ионосферы. Список работ по теме диссертации

А1. Беляев П. П., Поляков С. В., Ермакова Е. Н., Исаев С. В. Экспериментальные исследования ионосферного альвеновского резонатора по наблюдениям электромагнитного шумового фона в солнечном цикле 1985-1995г.г. // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т.40, №10. С.1305-13"19.

А2. Ермакова Е. Н., Трахтенгерц В. Ю., Беляев П. П., Белова Н. И. Заходный эффект в вариациях собственных частот ионосферного

альвеновского резонатора: Препринт № 439 НИРФИ. Нижний Новгород, 1997. 12с.

A3. Belyaev P. P., Polyakov S. V., Ermakova Е. N., Isaev S. V. Solar cycle variations in the ionospheric Alfven resonator 1985-1995. // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. V.62, No 4. P.239-248.

A4. Ermakova E. N., Belyaev P. P., BelovaN. 1., Trakhtengerts V. Yu. A sunset effect in variations of the eigenfrequencies of the ionspheric Alfven resonator. // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. V.62, No 4. P.277-298. A5. Беляев П. П., Поляков С. В., Ермакова Е. Н., Исаев С. В., Якунин М. Н., Собчаков JT. А., Васильев А. В., Астахова Н. Л., Владимиров Д. Н., Волосевич В. С., Протопопов Л. Н„ Савицкий А. П., Редько Г. В., Елисеев А. А., Федоров А. Б., Ратников К. Д. Первые эксперименты по генерации и приему искусственных УНЧ излучений (0.3-12) Гц на дистанции 1500 км. // Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т.45, №2. С.156-162.

А6. Полякове. В., Шлюгаев Ю. В., Котик Д. С., Исаев С. В., Резников Б. И., Ермакова Е. Н., Белова Н. И., Собчаков Л. А., Астахова Н. Л., Васильев А. В., Владимиров Д. Н., Волосевич В. С., Рушаков Ю.В., Терещенко Е.Д, Васильев А.И., Экспериментальные исследования пространственного крупномасштабного распределения УНЧ полей от контролируемого источника // Труды XX Всерос. конф. по распространению радиоволн 2-4 июня 2002г., Нижний Новгород. С.267-268.

А7. Поляков С. В., Ермакова Е. Н., Поляков А. С., Якунин М. Н. Формирование спектров и поляризации фонового ультранизкочастотного электромагнитного шума на поверхности земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. Т.42, №2. С.240-248. А8. Polyakov S. V., Sobchakov L. A., ErmakovaЕ. N., BelovaN. I., Bosinger T. Meridian dependency of the polarization of magnetic field from controlled ULF source measured at finnish chain of magnetometers // Abstracts of XXVI Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena" 2528 February 2003. P.37.

A9. Ermakova E., Sobchakov L., Bosinger Т., Polyakov S., BelovaN. Signal polarization from a distant controlled ULF source detected at the

finnish chain of pulsation magnetometers. EGU 1st General Assembly // Abstract N EGU04-A-04762, Nice, 25-30 April 2004, France. A10. Ermakova E. N„ Polyakov S. V., Belova N. I., Kotik D. S., Sobchakov L. A., BosingerT. The controlled ULF source as a tool for searching the near Earth environment // Abstracts of VI international Suzdal URSI symposium 1SS -4, 2004. Moscow. P.65.

All. Ермакова E. H., Котик Д. С., Собчаков JI. А.,. Поляков С. В., Васильев А. В., Бёзингер Т., Белова Н. И. Экспериментальные исследования распространения искусственных электромагнитных сигналов в диапазоне 0.6 -4.2 Гц // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т.47, №8. С.621-628.

А12. Ermakova Е., Kotik D., ShlyugaevY., BosingerT. New peculiarities of spectral structures of background electromagnetic noise at (0.5-8) Hz frequency band. EGU, General Assembly 2005 // Abstract EGU05-A-02315, Vienna, Austria, 24-29 April 2005.

A13. Ермакова E. H., Котик Д. С., Поляков С. В. Механизм формирования широкополосного максимума в спектре фонового шума на частотах 2-6 Гц // Abstracts of XXIX Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena", 27 February-3 March 2006. P.71. A14. Ермакова E. H., Котик Д. С., Поляков С. В. Исследование зависимости параметров резонансной структуры спектра (РСС) фонового шума от направления на источник для плоскослоистой модели ионосферы с наклонным магнитным полем // Abstracts of XXIX Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena", 27 February-3 March 2006. P.71.

A15. Ermakova E. N., Kotik D. S., Polyakov S. V. The broad spectral maximum in low frequency background magnetic noise, "Physics of Auroral Phenomena" // Proc XXIX Annual Seminar, Apatity, 2006. P.221-224.

A16. Ermakova E. N., Kotik D. S., Polyakov S. V., et al. A power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km И J. Geophys. Res. 2006. V.lll. Art. no. A04305. doi:10.1029/2005JA011420.

А17. Ermakova E. N., Kotik D. S., Polyakov S. V. The influence of the sub - IAR structure on the artificial ULF signal spectra. XXX Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena, 27 February-03 March 2007. P.58. A18. Ермакова E. H., Котик Д. С., Поляков С. В., Щенников А. В. О механизме формирования широкополосного максимума в спектре фонового шума на частотах 2-6 Гц // Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т.50, №7. С.607-623.

А19. Ermakova Е. N., Kotik D. S., Polyakov S. V. On the influence of the ionospheric resonance structures on the spectral characteristics of the ULF natural noise and artificial signals, 10lh International Seminar, "Low frequency wave processes in space plasma", Zvenigorod, November, 12-16,

2007. P.3.4

A20. Ermakova E. N., Kotik D. S., Ryabov A. V. Investigation of the dependence of the SRS structural peculiarities on world thunderstorm centers activity, 10th International Seminar, "Low frequency wave processes in space plasma", Zvenigorod, November, 12-16, 2007. P.3.5 A21. Ермакова E. H., Котик Д. С., Полякове. В. Исследование особенностей резонансной структуры спектра фонового шума в диапазоне частот 1-10 Гц с учетом наклона магнитного поля Земли // Изв. вузов, Радиофизика. 2008. Т.51, №7. С.575-584. А22. Ermakova Е. N., Kotik D. S., SemenovaN. V., PopovaT. А. А study of the local and global properties of the spectral resonance structure of the ULF magnetic noise on the basis of measurements in two points separated more than 1000 km, "Physics of Auroral Phenomena" // Proc XXXI Annual Seminar, Apatity, 2008. P. 141-145. A23. Ermakova E. N., Kotik D. S., SemenovaN. V., PopovaT. A. A study of the local and global properties of the spectral resonance structure of the ULF magnetic noise on the basis of measurements in two points separated more than 1000 km // Abstracts at 7"' Int. Conf., 26-30 May

2008, St.-Peterburg.

A24. Bosinger Т., Ermakova E. N., Haldoupis C. Search for magnetic inclination effects at low latitude in the spectral resonance structures of the ionospheric Alfven resonator//Abstracts 12th Int. Symposium on Equatorial Aeronomy - May 18-24, 2008, Crete, Greece. P. 127.

А25. Bôsinger T., Ermakova E. N., Haldoupis C., Kotik D. S. Magnetic-inclination effects in the spectral resonance structure of the ionospheric Alfvén resonator//Annalles. Geophysicae, 2009, V.27, P.1313-1320. A26. Ermakova E. N., Kotik D. S. Theoretical investigations of the spectral resonance structure parameters in background magnetic noise at high latitudes // Abstracts of XXXII Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena", 3 -6 March 2009. P. 54. Цитированная литература

1. БлиохП. В., Николаенко А. П., Филиппов Ю. Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля - ионосфера. Киев: Наукова думка, 1977.

2. FujitaS. Duct propagation of hydromagnetic waves in the upper ionosphere 2. Dispersion characteristics and loss mechanism // J. Geophys. Res. A. 1988. V.93, No. 12. P. 14674.

3. Поляков С. В., Рапопорт В. О., Ионосферный альвеновский резонатор // Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т.21. С.816-822.

4. Беляев П. П., Поляков С. В., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Обнаружение резонансной структуры спектра атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций // Докл. АН СССР. 1987. Т.297. С.840-843.

5. Беляев П. П., Поляков С. В., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. Экспериментальные исследования резонансной структуры атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций // Изв. вузов. Радиофизика. 1989. Т.32, №6. С.663-671.

6. Беляев П. П., Поляков С. В., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. 10. Теория формирования резонансной структуры атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций // Изв. вузов Радиофизика. 1989. Т.32, №7. С.802.

7. Остапенко А. А., Поляков С. В., Динамика коэффициента отражения альвеновских волн диапазона Pc 1 от ионосферы при вариациях электронной концентрации нижней ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т.30, №1. С.50-56.

8. Beljaev P. P., Poljakov S. V., Rapoport V. О., Trakhtengerts V. Yu. The ionospheric Alfen resonator II J. Atmos. Terr. Phys. 1990. V. 52. P.781.

9. Belyaev P. P., Bosinger Т., Isaev S. V., et al. First evidence at high latitude fort he ionospheric Alfven resonator // J. Geophys. Res. A.

1999. V.104, No.3. P.4305-4318.

10. Demekhov A. G., Belyaev P. P., isaev S. V., et al. Modeling the diurnal evolution of the resonance spectral structure of the atmospheric noise background in the Pc 1 frequency range // J. Atmos. Sol.-Terr. Pliys.

2000. V.62. P.257-265.

11. Yahnin A. G., SemenovaN. V., Ostapenko A. A., et al. Morphology of the spectral resonance structure of the electromagnetic background noise in the range of 0.1-4 Hz at L= 5.2 // Ann. Geophys. 2003. V.21. P.779-786.

12. Собчаков Jl. А., Полякове. В., АстаховаH. Jl. Возбуждение электромагнитных волн в плоском волноводе с анизотропной верхней стенкой // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т.46, №12. С.1503-1510.

13. Surkov V. V., Pochotelov О. A., Parrot М., et al. Excitation of the ionospheric resonance cavity by neutral winds at middle latitudes // Ann. Geophys. 2004. V.22. P.2877.

14. Surkov V. V., Hayakawa M., Schekotov A. J., et al. Ionospheric Alfven resonator excitation due to nearby thunderstorms // J. Geophys. Res. 2006. V.l 11. Art. no.A01303. doi:10.1029/2005JA011320.

15. Bosinger Т., HaldoupisC., Belyaev P. P., et al. Spectral properties of the ionospheric Alfven resonator observed at a low latitude station (L = 1.3) // J. Geophys. Res. A. 2002. V.l 07, No. 10. P. 1281. doi:10.1029/2001JA005076, 2002.

16. Bosinger Т., Demekhov A. G., Trakhtengerts V. Yu. Fine structure in ionospheric Alfven resonator spectra observed at low latitude (L = 1.3) // Geophys. Res. Lett. 2004. V.31. Art. no. LI 8802. doi: 10.1029/2004GL020777, 2004.

17. Semenova N. V., Yahnin A. G. Diurnal behavior of the ionospheric Alfven resonator signatures as observed at high latitude observatory Barentsburg (L=15) // Ann. Geophys. 2008. V.26. P.2245-2251.

18. Wait J. R. Electromagnetic Waves in Stratified Media. New York: Pergamon Press, 1972. P.372.

19. Reinisch B. W., Nsumei P., Huang X., Bilitza D. K. Modeling the F2 topside and plasmasphere for IRI using IMAGE/RPI and ISIS data // Adv. Space Res. 2007. V.39. P.731-738.

Содержание диссертации

Сокращения.............................................................................4

Введение................................................................................5

1. Результаты экспериментальных исследований спектральных особенностей магнитного фонового шума в частотном диапазоне 0.1-15 Гц................................................................................22

1.1 Исследования вероятности появления резонансной структуры спектра РСС в цикле солнечной активности...................................22

1.2 Исследования особенностей РСС по измерениям в приемных пунктах на разных широтах........................................................33

1.3 Результаты по обнаружению вариаций в частотных масштабах

РСС после захода Солнца...........................................................43

1.4 Экспериментальные исследования широкополосного спектрального максимума в естественном шуме...............................49

2. Теоретические исследования и численные расчеты резонансной структуры спектра и широкополосного спектрального

максимума в магнитном шуме.....................................................60

2.1 Расчеты параметров РСС для модели плоского волновода Земля

- ионосфера с вертикальным магнитным полем Земли...........................60

2.2 Результаты решения задачи о возбуждении плоского волновода Земля - анизотропная ионосфера с учетом наклона магнитного поля Земли. Методика расчета компонент матрицы поверхностного импеданса анизотропной неоднородной ионосферы..................................................................................................71

2.3 Результаты моделирования РСС для разных модельных профиле? ионосферных параметров и исследование особенностей расчетной РСС в зависимости от угла наклона магнитного поля Земли и направления на источник. Сопоставление с экспериментом.......................................................................79

2.4 Моделирование широкополосного спектрального максимума в амплитудах магнитных компонент и в поляризационном параметре. Сопоставление с экспериментом..................................91

3. Исследование распространения искусственных сигналов от Кольского излучателя в диапазоне частот 0.3-12 Гц.........................101

3.1 Первые эксперименты 1993 и 1998 г.г. по генерации искусственных сигналов в УНЧ диапазоне.....................................101

3.2 Результаты регистрации низкочастотных сигналов от Кольского излучателя на меридиональную цепочку финских станций..............113

3.3 Результаты численных расчетов распространения низкочастотны: полей в волноводе Земля-ионосфера от наземного источника тип;

горизонтальный магнитный диполь............................................127

Заключение...........................................................................135

Литература...........................................................................137

ЕРМАКОВА Елена Николаевна

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 24.06.2009 г. Формат 60x90/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 2. Тираж 100. Заказ 5588

Отпечатано в ФГНУ НИРФИ 603950, г. Нижний Новгород, ул. Б.Печерская, 25/12а

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Ермакова, Елена Николаевна

Сокращения.

Введение.

1. Результаты экспериментальных исследований спектральных особенностей магнитного фонового шума в частотном диапазоне 0.1-15 Гц.

1.1 Исследования вероятности появления резонансной структуры спектра РСС в цикле солнечной активности.

1.2 Исследования особенностей РСС по измерениям в приемных пунктах на разных широтах.

1.3 Результаты по обнаружению вариаций в частотных масштабах РСС после захода солнца.

1.4 Экспериментальные исследования широкополосного спектрального максимума в естественном шуме.

2. Теоретические исследования и численные расчеты резонансной структуры спектра и широкополосного спектрального максимума в магнитном шуме.

2.1 Расчеты параметров РСС для модели плоского волновода земля - ионосфера с вертикальным магнитным полем земли.

2.2 Результаты решения задачи о возбуждении плоского волновода земля -анизотропная ионосфера с учетом наклона магнитного поля земли. Методика расчета компонент матрицы поверхностного импеданса анизотропной неоднородной ионосферы.

2.3 Результаты моделирования РСС для разных модельных профилей ионосферных параметров и исследование особенностей расчетной РСС в зависимости от угла наклона магнитного поля земли и направления на источник. Сопоставление с экспериментом.

2.4 Моделирование широкополосного спектрального максимума в амплитудах магнитных компонент и в поляризационном параметре. Сопоставление с экспериментом.

3. Исследование распространения искусственных сигналов от Кольского излучателя в диапазоне частот 0.3-12 Гц.

3.1 Первые эксперименты 1993 и 1998 г.г. по генерации искусственных сигналов в УНЧ диапазоне.

3.2 Результаты регистрации низкочастотных сигналов от Кольского излучателя на меридиональную цепочку финских станций.

3.3 Результаты численных расчетов распространения низкочастотных полей в волноводе земля-ионосфера от наземного источника типа горизонтальный магнитный диполь.

Введение диссертация по физике, на тему "Ионосферные резонансные структуры и их влияние на формирование спектров ультранизкочастотных полей естественного и искусственного происхождения"

Актуальность проблемы.

Экспериментальные и теоретические исследования распространения электромагнитных полей ультранизкочастотного диапазона (УНЧ) в околоземном пространстве выявили большие диагностические возможности этого диапазона для изучения параметров и процессов в верхней атмосфере, ионосфере и магнитосфере. В диапазоне частот (0.1-20) Гц в формировании сигнала от источника участвуют несколько типов резонансных и волноводных систем: глобальный резонатор Земля-ионосфера [1]; ионосферный альвеновский резонатор [3, 6-8]; магнитозвуковой волновод в F2—слое ионосферы [3]. Каждая из выше названных структур приводит к определенному изменению спектральных и поляризационных характеристик излучений, возбуждаемых источниками электромагнитного излучения, расположенными на поверхности Земли. Характеристики принимаемого УНЧ сигнала могут содержать важную информацию о параметрах околоземных структур. Например, в спектре атмосферного магнитного шума (УНЧ сигнал естественного происхождения) на высоких, средних и низких широтах наблюдается резонансная структура спектра (РСС) [4, 5], которая формируется благодаря, существованию в F-слое ионосферы ионосферного альвеновского резонатора (ИАР) [3]. Параметры этой-структуры зависят от профилей электронной и ионной концентрации в ионосфере на высотах 100 - 1000 км над точкой приема [6-8, 10]. Таким образом, резонансная структура несет информацию о локальных параметрах верхней атмосферы и их вариациях, связанных, например, с волновыми возмущениями в ионосфере, имеющими горизонтальный пространственный масштаб более 100 км. Измерение поляризации атмосферного шума также важно для разработки методов диагностики, так как на поляризацию влияет наклон геомагнитного поляи профиль электронной концентрации [А7, А21].

С середины 80-х годов в НИРФИ стали интенсивно проводиться исследования атмосферного шумового фона в диапазоне частот 1—5 Гц. Впервые была обнаружена резонансная структура спектра фонового магнитного шума, связанная с влиянием ионосферного альвеновского резонатора на УНЧ поля от гроз на среднеширотном приемномг пункте «Новая Жизнь» [4]. В последующем совместно с учеными из Оулу (Финляндия) и Крит (Греция) РСС была обнаружена на высоких [9] и низких широтах, причем на низких широтах фоновый шум имел более сложную и изменчивую структуру [15, 16]. Свойства РСС в полярных и высоких широтах детально изучались учеными из Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН [И, 17]. Исследовались также различные источники возбуждения ИАР [13, 14]. Кроме резонансной структуры спектра в магнитном шуме была зарегистрирована еще одна спектральная особенность. По данным мониторинга естественных электромагнитных полей в приемном пункте «Новая Жизнь» было обнаружено, что на частотах ниже 8 Гц в темное время суток регистрируется своеобразный спектральный максимум, аналогичный Шумановскому и сравнимый с ним по амплитуде [А5]. Максимум имеет характерную динамику центральной частоты, а механизм его формирования связан с наличием еще одной резонансной полости на'высотах нижней ионосферы [А13, А15, А18].

Использование генерации-- искусственных УНЧ полей для развития методов диагностики околоземного пространства создает новые возможности для тестирования теории* распространения УНЧ волн в полости земля-ионосфера и алгоритмов для решения обратной задачи по восстановлению ионосферных параметров. Использование УНЧ сигнала с контролируемыми- параметрами позволяет исследовать состояние нижней и верхней атмосферы, влияющее на принимаемый сигнал. В июле 1998 г., учеными из НИРФИ и Российского института мощного радиостроения были проведены первые успешные испытания российского геофизического УНЧ излучателя, (линия4 электропередач 108 км. длиной, токи. 70-90 А), на трассе длиной 1500 км (Кольский^ полуостров - Н.Новгород). Получены надежные данные о возможности генерации и приема крупномасштабных УНЧ полей (отношение сигнал/шум ~ 15-20 дб в диапазоне частот 1-12 Гц) [А5]. В 2001 г. был проведен новый эксперимент с использованием Кольского излучателя [А6, А8-А11, А16]. В этом цикле измерений было задействовано существенно большее количество приемных пунктов.

Исследуемый в диссертации круг вопросов относится к интенсивно развивающейся в настоящее время области физики околоземного космического пространства, связанной с новыми- подходами к вопросам генерации- и распространения УНЧ полей естественного и искусственного происхождения: В диссертации* всесторонне проанализированы результаты экспериментальных исследований спектральных особенностей естественных полей на приемных пунктах разных широт, что позволило выявить особенности резонансной структуры спектра при различных наклонах магнитного поля, обнаружить новые свойства широкополосного максимума и разработать новый механизм формирования этой спектральной структуры, связанный с существованием сильных вариаций показателя преломления низкочастотных волн на высотах ионосферы 120-300 км (структура суб-ИАР). В диссертации, кроме того, исследованы особенности распространения искусственных УНЧ сигналов в диапазоне 0.6-12 Гц в волноводе Земля-ионосфера, что позволило обнаружить влияние ионосферной структуры суб-ИАР на амплитудные спектры электромагнитных полей от контролируемого источника.

3. Развитие численных методов в расчетах спектральных структур в фоновом шуме, позволяющих мобильно отслеживать суточные и сезонные зависимости спектров амплитуды и поляризации электромагнитных низкочастотных полей. Анализ 'зависимости свойств расчетной РСС от углов наклона магнитного поля Земли и направления на источник.

5 Исследование распространения искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.6-12 Гц от контролируемого источника, исследование влияния различных ионосферных условий на спектры искусственных сигналов. Научная новизна работы Использование данных мониторинга магнитного фонового шума, выполненного на высокочувствительной аппаратуре, позволило получить качественно новые данные о свойствах резонансной структуры в цикле солнечной активности.

Оригинальная методика приема низкочастотных естественных полей в разнесенных точках с базой в 50 км и специальная дифференциальная обработка сигналов позволили получить новые данные о пространственном распределении полей на частотах ШСМ. Впервые выполнено теоретическое исследование зависимости1 параметров РСС от угла наклона магнитного поля Земли и от направления на источник.

Впервые по исследованиям распространения искусственных сигналов в УНЧ диапазоне частот исследован характер спадания амплитуды полей от расстояния до приемного пункта и обнаружено влияние ионосферной структуры суб-ИАР на амплитудные спектры сигнала. Практическая ценность

Полученные результаты-представляют интерес для разработки механизмов и моделей формирования спектров > и поляризации* естественного шумового фона в диапазоне частот 0.1-15 Гц, учитывающих совместное влияние отклика различных естественных резонансных систем. Обнаруженное влияние ионосферных структур ИАР и суб-ИАР на спектры фонового шума дают возможность развивать новые методы диагностики как нижней, так и верхней ионосферы, сопоставляя результаты регистрации РСС и ШСМ и численные расчеты для различных модельных профилей ионосферных параметров. Данные исследований распространения искусственных УНЧ полей могут быть использованы в диагностических целях (т.к. задействован источник с заданными параметрами), а также при планировании последующих экспериментов с искусственным излучателем при выборе приемных пунктов. На защиту выносятся

2. Обнаружение разного характера резонансной структуры спектра на приемных и пунктах разных широт: появление добавочных максимумов, наличие нескольких >, 1 частотных масштабов в резонансных осцилляциях, зеркально симметричные амплитудные осцилляции в разных магнитных компонентах — на средних и f низких широтах, и "правильный характер" РСС - в полярных широтах.

3. Результаты экспериментальных исследований широкополосного спектрального максимума в амплитудах магнитных компонент и в поляризационном параметре фонового шума по измерениям на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» и на станциях финской цепочки магнитометров.

4. Результаты численных расчетов резонансной структуры спектра для модели плоского волновода Земля — анизотропная неоднородная ионосфера с использованием разных модельных профилей ионосферных параметров и обнаружение зависимости характера РСС от угла наклона магнитного поля Земли и направления на источник.

Личный вклад автора В работах А1-А5 Е. Н. Ермакова участвовала в обработке, анализе данных и последующей интерпретации экспериментальных результатов. Основной вклад в этих работах по оснащению приемного пункта высокочувствительной аппаратурой, по организации и проведению экспериментов принадлежит П. П. Беляеву. В работе А7 постановка задачи принадлежит научному руководителю С. В. Полякову. Автором выполнялись численные расчеты спектров параметров низкочастотных полей. Интерпретация полученных результатов проводилась совместно с С. В. Поляковым. В работах по регистрации искусственных сигналов от Кольского излучателя на финскую цепочку магнетометров автору принадлежит основной вклад по организации получения данных с финской цепочки магнетометров, в обработке данных, проведении численных расчетов полей искусственного происхождения и в интерпретации данных по влиянию состояния ионосферы на параметры сигналов [А6, А8-А11]. В работах А12—А23, А26 по исследованию резонансной структуры в фоновом шуме на средних и высоких широтах и по исследованию широкополосного максимума вклад автора является определяющим, и основные результаты по экспериментальным и теоретическим исследованиям РСС и ШСМ принадлежат ей. В работах по исследованию особенностей РСС на низких широтах автору принадлежит выполнение численных расчетов параметров РСС для разных модельных профилей и сопоставление с экспериментом [А24, А25]. Благодарности *

Выражаю глубокую благодарность В. Ю. Трахтенгерцу за интерес к моей работе, постоянную поддержку и плодотворные обсуждения. Выражаю благодарность П. П. Беляеву за организацию экспериментальных исследований распространения УНЧ полей в приемном пункте «Новая Жизнь», где были получены основные экспериментальные результаты диссертации. Выражаю благодарность сотрудникам ФГНУ НИРФИ Д. С. Котику, Б. И. Резникову, Ю. В. Шлюгаеву, А. В. Щенникову. за участие в выполнении- работ, составивших основу данной диссертации: Работы, составившие основу данной диссертации, выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 94—05-16861-а, 97-02-17298-а, 01—02— 16742-а, 04-02-17333-а, 07-02-01189-а), фонда Сороса, INTAS (грант 99—0335). Апробация результатов

Problems of Geocosmos", на Международном симпозиуме по экваториальной аэрономии (Крит, Греция, 2008), а также на научных семинарах ФГНУ НИРФИ. Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ в реферируемых журналах, 3 работы в трудах конференций, 12 тезисов докладов, 1 препринт. Структура и объем диссертации

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Основные результаты диссертации

2. Обнаружены новые спектральные особенности РСС на среднеширотном пункте «Новая Жизнь» сильная зависимость периода осцилляций от частоты, разные частотные масштабы РСС в компонентах север-юг и восток-запад, наличие зеркально симметричных осцилляций в магнитных компонентах. Обнаружено существенное различие в характере РСС на разных широтах: высокая степень эквидистантности осцилляций на станции «Ловозеро» (68 °N) и многочастотный характер РСС на станциях «Новая Жизнь» (55.97°N) и о.Крит (35.15°N). Результаты экспериментов адекватно интерпретируются численным моделированием, показавшим, что увеличение наклона магнитного поля Земли приводит к появлению дополнительных максимумов, разной величине частотных масштабов РСС в компонентах север-юг и восток-запад. Кроме того, при определенных направлениях на источник возможно появление зеркально симметричных осцилляций в разных магнитных компонентах.

4. Разработан новый механизм формирования ШСМ, связанный с существованием "долины" в показателе преломления нормальных волн в ионосферной плазме, приводящей к появлению еще одной отражающей области на высотах основания F-слоя и, как следствие, к появлению еще одного резонатора в нижних слоях ионосферы. Этот механизм позволяет адекватно объяснить многие наблюдаемые особенности ШСМ: зависимость от локальных свойств ионосферы, динамику ШСМ, немонотонный характер спектров поляризационного параметра на частотах ШСМ.

5. По результатам исследований распространения искусственных низкочастотных полей в диапазоне 0.6-12 Гц от контролируемого источника, расположенного на Кольском полуострове, выявлено наличие растущего с частотой участка амплитудного спектра сигнала в ночное время, отсутствующего в дневных спектрах, а также зависимость спектров от геомагнитной возмущенности. Экспериментально получено, что интенсивность сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до приемного пункта. Модельные расчеты показали, что возрастающий участок спектра искусственных полей в ночное время суток обусловлен влиянием ионосферного резонатора суб-ИАР в нижних слоях ионосферы.

Заключение

Приведем основные результаты диссертации.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Ермакова, Елена Николаевна, Нижний Новгород

1. А2. Ермакова Е.Н, Трахтенгерц В.Ю., Беляев П.П., Белова Н.И. Заходный эффект в вариациях собственных частот ионосферного альвеновского резонатора: Препринт № 439 НИРФИ. Нижний Новгород, 1997. 12с.

2. A3. Belyaev P.P., Polyakov S.V., Ermakova E.N., Isaev S.V. Solar cycle variations in the ionospheric AlfVen resonator 1985-1995. II J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. V.62, No 4. P.239-248.

3. A4. Ermakova E.N., Belyaev P.P., Belova N.I., Trakhtengerts V.Yu. A sunset effect in variations of the eigenfrequencies of the ionspheric AlfVen resonator. // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. V.62, No 4. P.277-298.

4. A10. Ermakova E.N., Polyakov S.V., Belova N.I., Kotik D.S., Sobchakov L.A, Bosinger TThe controlled ULF source as a tool for searching the near Earth environment.// Abstracts of VI international Suzdal URSI symposium ISS -4, 2004. Moscow. P.65.

5. A16. Ermakova E. N., Kotik D. S., Polyakov S. V., et alA power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km. // J. Geophys. Res. 2006; V.lll. Art. no. A04305. doi:10.1029/2005JA011420.

6. А17. Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V. The influence of the sub IAR structure on the artificial ULF signal spectra. XXX Annual Seminar "Physics of Auroral phenomena, 27 February-03 March 2007. P.58.

7. A18. Ермакова E.H., Котик Д.С., Поляков C.B., Щенников А.В. О механизме формирования широкополосного максимума в спектре фонового шума на частотах 2-6 Гц. // Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т.50, №7. С.607-623.

8. A25. Bosinger Т., Ermakova E. N., Haldoupis C., Kotik D. S. Magnetic-inclination effects in the spectral resonance structure of the ionospheric Alfven resonator. // Annalles. Geophysicae, 2009, V.27, P.1313-1320.

9. Блиох П.В., Николаенко А.П., Филиппов Ю.Ф. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля ионосфера. Киев: Наукова думка, 1977.

10. Fujita S. Duct propagation of hydromagnetic waves in the upper ionosphere 2. Dispersion characteristics and loss mechanism. // J. Geophys. Res. A. 1988. V.93, No. 12. P.14674.

11. Поляков C.B., Рапопорт В.О., Ионосферный альвеновский резонатор. // Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т.21. С.816-822.

12. Беляев П.П., Поляков С.В., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. Обнаружение резонансной структуры спектра атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций. // Докл. АН СССР. 1987. Т.297. С.840-843.

13. Беляев П.П., Поляков С.В., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. Теория формирования резонансной структуры атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций. // Изв. вузов Радиофизика. 1989. Т.32, №7. С.802.

14. Остапенко А.А., Поляков С.В., Динамика коэффициента отражения альвеновских волн диапазона Рс 1 от ионосферы при вариациях электронной концентрации нижней ионосферы. // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т.30, №1. С.50-56.

15. Beljaev P.P., Poljakov S.V., Rapoport V.O., Trakhtengerts V.Yu. The ionospheric Alfen resonator. // J. Atmos. Terr. Phys. 1990. V. 52. P.781.

16. Belyaev P.P., Bosinger Т., Isaev S.V., et al. First evidence at high latitude fort he ionospheric Alfven resonator. //J. Geophys. Res. A. 1999. V.104, No.3. P.4305-4318.

17. Demekhov A.G., Belyaev P.P., Isaev S.V., et al. Modeling the diurnal evolution of the resonance spectral structure of the atmospheric noise background in the Рс 1 frequency range, // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2000. V.62. P.257-265.

18. Yahnin A.G., Semenova N.V., Ostapenko A.A., et al. Morphology of the spectral resonance structure of the electromagnetic background noise in the range of 0.1-4 Hz at L= 5.2. // Ann. Geophys. 2003. V.21. P.779-786.

19. Собчаков JI.A., Поляков C.B., Астахова Н.Л. Возбуждение электромагнитных волн в плоском волноводе с анизотропной верхней стенкой. // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т.46, №12. С.1503-1510.

20. Surkov V.V., Pochotelov О.A, Parrot М., et al. Excitation of the ionospheric resonance cavity by neutral winds at middle latitudes. // Ann. Geophys. 2004. V.22. P.2877.

21. Surkov V.V., Hayakawa M., Schekotov A.J., et al. Ionospheric Alfven resonator excitation due to nearby thunderstorms. // J. Geophys. Res. 2006. V.lll. Art. no.A01303. doi: 10.1029/2005JA011320.

22. Bosinger Т., Haldoupis C., Belyaev P.P.; et al. Spectral properties of the ionospheric Alfven resonator observed at a low latitude station (L = 1.3). // J. Geophys. Res. A. 2002. V.107, No.10. P.1281. doi: 10.1029/2001JA005076, 2002.

23. Bosinger Т., Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Yu. Fine structure in ionospheric Alfven resonator spectra observed at low latitude (L = 1.3). // Geophys. Res. Lett. 2004. V.31. Art. no. LI 8802. doi: 10.1029/2004GL020777,2004.

24. Semenova N.V., Yahnin A.G.: Diurnal behavior of the ionospheric AlfVen resonator signatures as observed at high latitude observatory Barentsburg (L=T5). // Ann. Geophys. 2008. v.26. P.2245-2251.

25. Solar-Geophysical'Data, March 1996. № 619. Part 1.

26. Дробжев В.И., Кудепин Г.М., Нургожин В.И. и др. Волновые возмущения в ионосфере. Алма-Ата: Наука, 1975. С.7-17.

27. Oliver W.L., Fukao S., Sato M. et al. Middle and upper atmosphere radar observations of the dispersion relation for ionspheric gravity waves. // J. Geophys. Res. A.1995. V.100, №12. P.23,763-23,768.

28. Bristow W.A., Greenwald R.A. Multiradar observations ofmedium scale acoustic gravity waves using the Super Dual Auroral Radar Network. // J. Geophys. Res. A.1996. V.101, No.11. P.24,499-24,511.

29. Saksman E., Nygren Т., Markkanen.M. Ionospheric structures invisible in satellite radiotomography. // Radio Sci. 1997. V.32, No.2. P.605-616.

30. Сомсиков B.M. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. Алма-Ата:1. Наука, 1983.

31. Сомсиков В.М., Троицкий Б.В. Генерация возмущений в атмосфере при прохождении через нее солнечного терминатора. // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т.15. С.856—860.

32. Водянников В.В., Сомсиков В.М. Волны, генерируемые в верхней ионосфере стационарным движущимся источником. // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т.25, №8. С.855-859.

33. Авакян С.В., Дробжев В.И., Краснов В.М. Волны и излучения верхней атмосферы. Алма-Ата, 1981. С. 168.

34. Авакян С.В., Дробжев В.И., Краснов В.М. О влиянии терминатора на волновые возмущения в ионосфере. // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. С.568-570.

35. Wait J.R. Electromagnetic Waves in Stratified Media. New York: Pergamon Press, 1972. P.372.

36. Жданов M.C. Электроразведка. M.: Недра, 1968.

37. Овчинников A.O., Островский B.H., Теория ионосферного МГД-волновода. Санкт-Петербург: Изд-во С.-Петербургского университета, 1992.

38. Шафранов В.Д. // Электромагнитные волны в плазме: Сб. «Вопросы теории плазмы». Вып.З. М.: Госатомиздат, 1963.

39. Гинзбург B.JI. Электромагнитные волны в плазме. М.: Наука, 1967.

40. Kotik D.S., Ermakova E.N. Modeling of the Spectral Resonance Structure of ULF noise, // Труды XXI Всерос. конф. по распространению радиоволн, 25-27 Мая 2005г., Йошкар-Олас, 2005. С.267-268.

41. Кириллов В.В., Копейкин В.Н., Решение двухмерного телеграфного уравнения с анизотропными параметрами. // Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т.45, №12. С.1011.

42. Кириллов В.В., Копейкин В.Н. Формирование резонансной структуры локальной индуктивности. //Изв. вузов. Радиофизика. 2003. Т.46, №1. СЛ.

43. Reinisch B.W., Nsumei P., Huang X., Bilitza D.K. Modeling the F2 topside and plasmasphere for IRI using IMAGE/RPI and ISIS data. // Adv. Space Res. 2007. V.39. P.731-738.

44. Surkov V.V., Molchanov O.A., Hayakava M., Fedorov E.N. Exitation of the ionospheric resonance cavity. // J. Geophys. Res. 2005. V.110. Art. no.A04308. doi: 10.1029/2004JA010850

45. Parrot M. Zaslavski Y. Physical mechanisms of man-made influences on the magnetosphere. // Surveys in Geophys. 1996. V.17, No. 1. P.67-100.

46. Bannister P.R., Williams F.J., Dahlvig A.L., Kraimer W.A. Wisconsin Test Facility transmitting antenna pattern and steering measurements. // IEEE Trans. Comm. 1974. V.COM-22, No.4. P.412-418.

47. Helliwell R.A., Katsufrakis J.P. VLF wave injection into magnetosphere from SIPLE station. // J. Geophys. Res. 1974. V.79. P.2511.

48. Lundholm R. The experimental sounding of d.c. through the earth in Sweden // Proc. Conf. Int. Des Grands Reseaux Electriques a Haute Tension, 1946. P.134.

49. Cantwell Т., Nelson P., Webb L., Orange A.S. Deep resistivity measurements in the Pacific north-west. // J. Geophys. Res. 1965. V.70, No.8. P. 1931-1937.

50. Samson J.C. Deep resistivity measurements in the Fraser Valley, British Columbia, Canadian. // J. Earth Sci. 1969. V.16, No.5. P. 1129-1136.

51. Van Zijl J.S.V. A deep Slumberger sounding to investigate the electrical structure of the of the crust and upper mantle in SouthAfrica. // Geophys. 1969. V.34, No.3. P.450-462.

52. Blohm E.K., Worzyk P., Scriba H. Geoelectrical deep soundings in Southern Africa using the Cabora Bassa power line. // J. Geophys. 1977. V.43. P.665-679.

53. Сапужак Я.С., Эненштейн Б.С. Использование электрических токов линий электропередач для электромагнитных зондировании Земли. // Докл. АН. 1980. Т. 252, №4. С. 838-841.

54. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А., Собчаков JT.A. и др. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ-диапазона. //Докл. АН. 1994. Т. 338, №1. С.106-109.

55. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А., Шевцов А.И. и др. Глубинное электромагнитное зондирование с использованием мощных сверчнизкочастотных радиоустановок. // Физика Земли. 1998. №8. С.3-22.

56. Belyaev P.P., Kotik D.S., Mityakov S.N., et al. Generation of electromagnetic signals at combination frequencies. // Radiophys. Quantum Electron. 1987. V.30, No.2. P.248-267.

57. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromso. // J. Atmos. Terr. Phys. 1996. V.58. P.349-368.

58. Greifinger C., Greifinger P. Generation of ULF by horizontal electric dipole. // Radio Sci. 1974. V.9, No.5. P.533-539.

59. Котик Д.С., Поляков C.B., Рапопорт B.O., Тамойкин В.В. // В кн.: Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу. Апатиты, 1979. С.114-133.