Исследование мелкомасштабных неоднородностей ионосферной плазмы по данным радиозондирования с искусственных спутников Земли тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БРАЦУН Дмитрий Сергеевич

I

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ НЕОДНОРОДНОСГЕЙ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ ПО ДАННЫМ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ С ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степепп кандидата физико-математических паук

01.04.03 - радиофизика

Г.С«"!«!!-!!.! -Дону 1:142

Рабе:;) выполнена на ка(]кздре астрофизики (физического факультета. Ростовского государственного -университета и в отдельной лаборатории электродинамики космической плазмы НИИ физики при РГУ.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Н.А.ЗАБОТИН

Официальные онпонешы:доктор физико-математических наук,

профессор Л.М.ЕРУХИМОВ кандидат физико-математических наук Г. Г. ВЕРТОГРАДОВ

Веду щи организация: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН

Защита состоится __ декабря 1992 г. в _ часов на заседании

специализированного совета К 063.52.11 в Ростовском государственном университете по адресу:

344104, г.Ростов-на-Дону, пр.Стачки 194, НИИ физики, ауд.411.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ по адюссу:

г.Ростов-па-До!;у, ул.Пушкинская, 148.

Автореферат разослан " " ноября 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 063.52.11 кандидат физико-математических наук,

7 V-

доцент с/Д с,' ^ Г.Ф.ЗАРГАНО

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема исследовании мелкомасштабном структуры ионосферной плазмы имеет ряд фундаментальных ¡г прикладных аспектов. Параметры случангю-пеоднород:.ой структуры определяются самыми разнообразными процессами: развитием неустончиностей и турбулеитпостп, наличием большого числа электромап;,тных и гидродинамических волп и их взаимодействием с элементарными составляющими плазмы. Формирование мелкомасштабной части спектра неоднородпостей электропной концентрации происходит на фойе нестационарных и нераппопесных процессов в среде. Поэтому мелкомасштабные неоднородности могут служить индикатором крупномасштабных процессов переноса массы п энергии. Взаимодействие электромагнитных волн с турбулентностью приводит к изменению их энергетических и поляризационных характеристик, 'что необходимо учитывать при создании систем связи, радионавигации и в радиоастрономии. Таким образом, знание основных параметров флуктуацпй электроипой концентрации в области малых масштабов является одной из актуальных проблем физики околоземной среды.

Несмотря на большую важность мелкомасштабных неоднородпостей (с размерами порядка 10-100 м), имеется мало информации об их глобальном распределении. Спектр пеодпородностей ионосферной плазмы изучается, в основном, средствами наземного радиозондирования (с . помощью радаров когерентного и некогерентного рассеяния, по измерениям м:рцапий сигналов внеземпых источников), которые имеют локальный характер. Поскольку ионосфера является объектом, свойства которого существенно отличаются в различных географических региопах и в разпые моменты времени, главную роль здесь, очевидца, должны играть методы, позволяющие получать информацию в реальном масштабе времепи и использующие аппаратуру, расположенную непосредственно в самой изучаемой среде. С этой точки зрепия наиболее адекватным является дистанционное зондирование с борта искусствеп-I пых спутников Земли (ИСЗ). При этом возможно получение глобалытой информации о распределении параметров ионосферы за относительно

небольшие промежутки времени, когда средние свойства среды можно считать неизменными. В этих целях может быть использован отклик ионосферы на зондирование радиоволнами различной частоты. Одним из перспективных направлений является недавно предложенный способ диагностики мелкомасштабных неоднородностей, основанный на рассеянии сигналов внешнего зондирования ионосферы в частопюм диапазоне

< ' < W Vc<T- (1)

Представляет интерес также анализ влияния мелкомасштабной структуры на энергетические характеристики сигналов трансиносферного зондирования.

Цели работы.

1) Теоретическое обоснование возможности диагностики мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации, основывающейся на •регистрации рассеянных сигналов z-моды в частотном диапазоне

(1). .

2) Использование параметров следов на кодограммах внешнего зондирования в диапазоне (1) для изучения распределения мелкомасштабных неоднородностей ионосферы вдоль орбиты спутника.,

3) Изучение механизмов формирования рассеянных сигналов z-моды и получение их количественных характеристик.

4) Анализ возможности использования эффекта аномального поглощения обыкновенных волн для изучения параметров спектра случайных неоднородностей малого масштаба при трансионосферном зондировании.

Научная новиона.

1) Теоретически обоснован метод диагностики мелкомасштабных неоднородностей, основанный па регистрации рассеянных сигналов г-моды в частотпом диапазоне между максимальной из плазменной и rapo - частот и верхнегибридпым резонансом при внешнем зондировании ионосферы.

2) Разработан чпсленпын алгоритм статистической обработки данных, хоторын применен к анализу нонограмм рнсшксго зондирования, полученных на спутнике "Космос-1809" в течение 13 полных антг.ов з летппн и дна. зимних периода 1937 года. На зтон оспопс построены распределения уронпя мелкомасштабных неодпородшктей в зависимости от географической л магнитной широт. Отмечены повм-п'/лши уровня пеоднородиостен и окрестности гжпаторнальнон аномалии п прн псресечсшш спутником терминатора.

3) Исследованы возможные каналы формирования диффузных сигналов г-моды при тшепигсм зондировании ионосферы а частотном диапазоне глпхе верхнего гибридного резонанса " проведена оценка их зс]>фек-тпяпсстп;

4) Рассчитана мощность принимаемых иопозоэдом спутника сигналов .т-моды, зозшжшж вследствие. обратного ;г дросс-модового рассеяния па сильно вытянутых- вдоль силовых линии магнитного поля нсоднсродксстях электронной концептраппн;

. 3) Проведен анализ аномального поглощения сбикнопешшх волп прн верт;п:алыгои тралено ноа^рнсм зондировании при наличии в ионосфере мелкомасштабных песдиородясстел со стеленным и глуссовс-глн< пространственными спектрами.

Пстогсеппя, пыкос:гмыс на еащпту.

1. Рсглстрпрусмкс па лсиограммах внешнего зондирования диффузные следы в частотном диапазоне нпхее верхпегпбриднен частотв! связаны с расссдплем радневолп па нсоднородиоспх электронной хоп-кентрпини с масштабами порядка 10-1 СО м. Измерение максимальней длины следа рассешшъис --боли несут пяфериадига о параметрах :'ел:-:с;:ас1птабных леодпородностсй ионосферы. На основе таких измерений может быть введен простой индекс возмущепнсстп з области малых масштабов.

2. Распределение уровня мелкет.гасштпбных кеоднородпостен ионосферы, полученное на осноге анализа данных о рассеянии --моды при внешнем зондировании с борта спутника "Ксх:мос-1Я09" в целом подобно распределению н«:1Д1га[к>диосгеп, определенному ранее по

измерениям мерцаний радпоснгналоп, излучешшх со спутников, по имеет ряд характерных отличны и новых деталей. В частности, имеет место повышение уровня мелкомасштабных неоднородностей в районе экваториалы гай аномалии. Отмечается наличие мелкомасштабных неоднородностей в верхней ионосфере средних широт и корреляция их уровня с прохождением терминатора па высоте спутника.

3. Основной вклад в энергетику регистрируемых па спутнике диффузных анналов г-моды при неоднородпостях, сильно вытянутых вдоль магнитного поля, вносит рассеяние (трансформация) излученных со спутника волн в окрестности поверхности ортогональности, определяемой как геометрическое место точек, в которых волновой вектор семейства излученных из местоположения спутника г-волп ортогонален силовым линиям-геомагнитного поля.

4. Полученная численная оценка интенсивности диффузных сигналов г-моды подтверждает возможность их регистрации бортовым ионо-

' зондом. При этом основным каналом формирования таких следов при измерениях, проводимых в средних широтах, является обратное рассеяние излученных со спутника медленных необыкновенных волн. Зависимость интенсивности диффузных сигналов от частоты л времени задержки определяется уровнем и показателем спектра неоднородностей.

5. Частотная зависимость и величина аномального поглощения сргпа-лов трансионосферного зондирования, проходящих через резонансную область вблизи максимума электронной концентрации,определяется уровнем и формой спектра неоднородностей. При одинаковом уровне возмущений величина аномального поглощения оказывается меньше для сильно вытянутых неоднородностей, чем для изотропных.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что па основе развитой теории возможно создание принципиально нового метода диагностики неоднородной структуры ионосферы в области малых масштабов. Полученные результаты могут найти применение при

разработке радиотехнических средств связи, систем радиозондирования и контроля состояния околоземгкж плазмы в декаметровом диапазоне.

Достоверность полученных реоультатоп осповапа па строгой постановке решаемых задач, выборе адекватных моделей для регулярной и неоднородной структуры ионосферы. Все результаты получены с учетом анизотропии ионосферной плазмы, что является принципиальным при рассмотрении физических процессов, связаппых с распространением сигналов внешнего зондирования. При построении моделей распределения мелкомасштабных неоднородностей производилась статистическая обработка экспериментальных данных, что позволило устранить субъективные ошибки измерепин.

Апробация работы. Основные полученные в диссертации результаты докладывались на Всесоюзном совещапии по программе W.A GS (Чолпон^Ата, сентябрь 1988 г.), па Международном семинаре "Результата комплексных исследовании по даппым измерений 1IC3 "Иптеркссмос-19" (Калуга, октябрь 1988 г.), па заседании VI-й рабочей группы по Международной программе SUNDIAL (USA, McLean, ■ May 1989), па Всесоюзной конференции молодых ученых "Электромагнитные процессы в Земле и космосе" (Звенигород, ноябрь 1989 г.), на ХХШ-й Генеральной Ассамблее URSI (Прага, август-сентябрь 1990 г.), па Международном совещании по программе SUNDIAL (Лепипград, сентябрь 1990 г.), iia XVI-й Всесоюзной хопференгчи по распространению радгюполп (Харьков, октябрь 2590 г.), на Ш-м симпозиуме URS1 По модификации ионосферы мощными радиоволнами (Суздаль, сентябрь 1991' г.), на VI1I-M • совещании-семинаре по проблеме "Неоднороднап структура ионосферы" (Абрау-Дюрсо, сентябрь-октябрь 1991 г.), на нау'гпо-технтгческом семгатаре "Распространение и днф-.. ракцпя электро>«аппгглых гюлп в неоднородных средах" (С^юленсл, топь 1992 г.;, на Международном симпозиуме по программе STEP (USA, Глиге!, Auswt :Г;?)2).

Публк;;ацш:. По тема диссертации опубликовано п виде статей к тезисов докладов 1G работ.

Реализации реоультаток. Результаты, полученные б диссертации, сспользовалнс;. при выполнении госбюджетной темы Отдела Космпчccehj; Исследований НИ11 физики при РГУ (К' государственной ропгстраги;:: 018G.000S56G).

Объем диссертации:. Диссертация состоит in введет;:;, четыре:: глав н заключат;:, содержании: 1G1 страницу машинописного тегстс., 43 рисунка, i таблиц н cnuco;; ryrrnpyei.Mii литературы, пасчптызша-1ций 10G наименовании.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введетп: дана характеристик?. современных методов дпапгостшл: случайно-неоднородной структуры потгосферы, определены цель работы н основные задачи, приводятся сведения о структуре диссертации, ее краткое изложение и основные положения, выпоенные на защиту.

Первая глава диссертации посвящена развитшо пового метода диагностики мелкомасштабных неодпородностей ионосферной плазмы, основанного на эффектах рассеяния к трансформации зондирующих сигналов бортового ионозонда ИСЗ на частотах никс верхнего гпбрвдвопо резонанса.

В раоделе 1.1 проводится сравнительный анализ современны;: методов изучений пеоднороднзетец ионосферы с использованием искусственных спутников Земли. С точки зрения их применимости для глобальной диагностики ионосферной турбулентности малых масштабов рассматриваются измерения мерцангй радиосигналов, зондовые измерения "in situ", импульсное ■ радиозондирование. Указаны, основные проявления неоднородной структуры ионосферы на ионограммах rmcnme-го зондирования, получаемых методом импульспого радиозондирования. Показала неоднозначная трактовка, эффектов, вызываемых действием мелкомасштабных пеоднородностей с размерами моньпг 5 км.

В раздела 1.2 рассматривается особенность ¡юногрцмм внешнего зондирования, заключающаяся в наличии диффузных сигнален с различными временными задержками п. частотном дпапазопс (1). Такие следы интерпрепфуются как результат регистрации рассеянных медленных пеобыкповепных полн (г-моды), возникающих вследствие расссяпия зондирующих г-волн и статистической трансформации зондирующих обыкновенных волн на мелкомасштабных неадпородностях электроггпой концентрации. Проведен анализ, нричлп, вызывающих это явление. Установлены основтда условия, при которых возможна регистрация рассеянных сигналов в частотном диапазоне (1). Показано, тгго диффузные спгналы г-моды являются индикатором мелкомасштабных неодпо-родпостей п расссмотрен вопрос о размерах таких пеодпородпостей. При частоте зопдиропашм около 1 МГц, что характерно для спутника "Космос-1809", объектом исследования являются неоднородности с размерами от 15 до 150 м. Введен простой индекс возмущенности ионосферной плазмы, основанный на измерении максимальной длины следа А • сигналов в частотном диапазне (1) и рассмотрен вопрос о

т

связи Л с уровпем мелкомасштабных пеодпородпостей электронпон

т

концентрации.

Раздел 1.3 посвящеп описанию методики обработки нопограмм внешнего зондирования па оспове простого индекса возмущенности. В качестве экспериментального материала проанализировано в общей сложности 3250 ионограмм внешнего зондирования спутника "Космос-1809", полученных сотрудниками лаборатории спутниковых методов исследования ионосферы ИЗМИРАН в ходе 13' сеансов измерений. Приведены экспериментальные широтные зависимости параметра Л

т

для летнего и двух зпмпих сезонов 1987 г. Рассмотрены осповные особенности Полученных зависимостей с точки зрения условий эксперимента.

В разделе 1.4 построены модели широтного распределения мелкомасштабных пеодпородпостей на высоте гку 1000 км для января, мая-;июня и ноября-декабря 1987 года. Сравнение полученпых зависимостей с модельными распределениями, построенными ранее по измерениям 'радиомерцанпй и Г-рассеяния, показывает их качественное соответст-

вие. Обнаружено повышение уровня нсоднородностсй в районе высоких широт )[ ночного экиатора и понижение уровня в районе дневного экватора. В то же время представленные расщюдслегшя позволяют обпаружи-п. ранее неизпестсше детали : локальные максимумы уровня нсоднородностсй л районе экваториальной аномалии, особенности мелкомасштабных пеодно[юдностей в средних широтах, связь их уровпя с прохождением терминатора па высоте спутника.

В раоделе 1.5 а{юрмулированы основные выводы первой главы..

Основным носителем информации о свойствах мелкомасштабных не-однородностси н частотном диапазоне ниже верхнего гибридного резонанса являются медленные необыкновенные волны (МИН), образующиеся в результате расссяшш или трансформации зопдирую1Ц1гх волн бортового понозонда ИСЗ. Поэтому во второй главе проводится рассмотрение траскторных и энергетических характеристик г-волп при распространении в ионосферной плазме, а также анализируются возможные каналы формирования рассеянных сигналов.

В раоделе 2.1 рассматриваются резонансные свойства показателя преломления медленных необыкповепных воли. Показано, что особенности их распространения в значительной степени определяются формой резонансных поверхностей показателя преломлешт. Построены асимптотические траектории г-волн при больших зпачепиях показателя преломления и определеп уровень фокусировки семейства МНВ в плоскостратифицированной ионосферной плазме.

В раоделе 2.2, на основе численного решения характеристических ' уравнений для луча в мапштоактивной плазме, П{юведен анализ траекторий МНВ при распространении в плоскости магнитного меридиана и в общем 'пюхмерном случае. Проведена оценка их времени распространения и затухания, обусловленного соуда|хшиями элсктроиов.

Раодел 2.2.1 посвящен численному расчету траекторий МНИ в плоскости магнитного меридиана и их классификации на основе диаграммы поверхностей постоянного показателя п(мломления.

В раоделе 2.2.2 рассматривается способ устранения сх-обенпости

лучевых т{ш>ктории г-волны вблизи у|юшш гд<- /и , и' -

г с

плазмепная частота, ы - частота полны. Получено ясимитотспесксс решение лучевых уравнений вблизи точки отражения при г?—»0, где г? -угол между волповьгм вектором к и мапштным полем IIа также показана возможность определения формы траектории в окрестности этой особешюсти при числепных расчетах.

В разделе 2.2.3 получена трехмерная форма траектории г-моды, показаны их общие свойства, а также сделан вывод о прос чнетвеп-ной форме и размерах области фокусировки.

В разделе 2.2.4 приводятся результаты расчетов времени рас-простраиения и столкповительного поглощения г-волп. Показало, что выход па асимптотику сопровождается быстрым затухаггпем таких волп. Характерные расстояния, проходимые МНВ до существенного затух;шпя, оказываются порядка десятков километров, а характерные времепа -десятки миллисекунд. Проведеппый анализ позволяет объясшпъ наличие в частотпом диапазоне (1) при впешнем зондировании ионосферы диффузных сигналов с соответствующими временами запаздывания.

Раодел 2.3 посвящен рассмотрению асимптотических свойств семейства МНВ. Обосновывается наличие максимума интенсивности рассеянных волн, регистрируемых спутниковым ионозопдом на больших задержках в ок1>сстности частоты

где 7 - угол между вертикалью и магнитным полем. Проведен расчет распределения амплитуды г-волп в сечении асимптотической трубки, который указывает на возм' "ность локализации излучения и развития нелинейных ^¡«¡к'ктон при сравнительно низких мощностях передатчика.

В разделе 2.4 рассмотрены возможные каналы формирования диффузных сигналов г-моды, наблюдаемых на кодограммах внешнего зондирования. Показано, что за это ответственны два процесс;): обратное рассеяние зончирующнх г-нолн и К[юсс-модовое рассеяние зондирующих обыкновенных волн в окрестаости поверхности ортогональности. Последняя ощюделнетси условием к 11! на траекториях с-ноли равном

2 2 ш = ш /2 + * II ни' т

Л/2-

иня

(2)

частоты, излученных со спутника, при условия наличия в ионосфере

пеоднородпостей, снльпо вытянутых вдоль магштюго поля. Построены

поверхности ортогональности для частот зондирования ии> < ы ,

r¿ V fíR

где и - частота отсечки z-волны н проанализировано распределение на ней основных параметров волпового поля. Размеры области наибольшего рассеяния оказываются порядка нескольких деаггков километров. Это определяет преимущества использования частотного диапазона (1) для диагностики мелкомасштабных неоднородностей.

В pao деле 2.5 с<{юрмулироиаш,г основные результаты и выводы второй глш:ы.

Третья глава носвящепа анализу энергетической эффективности рассеяния и трансформации при формировании рассеянных сигпалов 2-моды. Учитываются особенности излучения и приема антенны в маг-питоактивной плазме, рефракция волн и столкновнтельпое поглощение в ионосфере.

В разделе 3.1 проведено сравнение сечений процессов рассеяния и трансформации па поверхности ортогональности, которое показывает, что первый из них является доминирующим практически во всей пространственной области, ответственной за <|юрм[цювание рассеянных сигналов. Рассмотрены особенности излучения волн в магпнтоактпвнон плазме дппольпой антенной. Проанализированы особенности дш1граммы направленности и импеданса антенны в приближении малосга ее размеров по сравнению с длиной волны излучения. v

В разделе 3.2 получено выражение для мощности принимаемых на спутнике сигналов обратного и кросс-модового рассеяния. Показано, что при наличии в рассеивающем объеме бесконечно-вытянутых вдоль магиитпого поля неоднородностей,. полная мощность выражается в виде интеграла по поверхности ортогональности, который может быть определен численно.

Раздел 3.3 посвящен описанию алгоритма числепного расчета мощности обратпорассеянного сигнала. Указаны свойства лучевых траекторий 2-волп па поверхности ортогональности, которые можно использовать для упрощения задачи.

- 1г. -

Ьа осповс цредталсснпого алгоритм.-!, п раздз:^ пролетая расчет квггсгосп: сбратнарпссокнш.нг скпрто г. с;. гии'тпрсгпточ ко:юсф?;>? в закггг.мпспг от лремспп задержки 1: частот?:. Иркгодстм аи/;,;;::*

ккппмьлыкх мог.цнхтк отошлют, рсгнстрируемых п01ксс!:!дг»м щушнк»

"Косттос-иОЙ", поторак ноказъшзег иохюгкссп. пао.ио,ч::с:и рпс<сш-пьп: аткио:1 н частотой дмшпзоггс (1). I (оклзапо, что ф >р;:л сЬо-ксигой за^дсп'-ост:; ;-:слщк>ст:' г;р;:пт;-1ас!.:ого сигнала ::а::т;г'.г ог гаа:а-затала г.тсго!;"ого спектра геодпород.'.тстей.

Б ^-зодела З.Б прпвчдсшл оск(;1н:г'о результаты гг кышды третьей

В четлсрто-.; гтогс ра осмотре:; гффеит г.аоа отлого коглошечг.я с2глепсссп«ых колв при вгрт;.гкал/>::оя грштоиосфсрцан зопдкршгш;;» г.блпзп критической частот.1.: Г-сло,; д.;:а рлзл::члы\ моделей спектра пеодгородпостей.

Е рзвделг 4.1 па одного тепгюра са'родглкюп дгалектрлчосксй пронгцаемосгл для гауссовсксга авсетра леодисроднэстеГ; (глк зко-■хразвьк, таг п вытктутых вдоль мапттпзго поля), прэвсдспы расчет аномального поглощения и прнблинепш: 4ц-соя'о"Сяп с, где: /и",

и - гпрочастога, с - уюл меззду волновым сектором зондирующей

Н

болпы и геомагнитным полем. Абсолютное значение аномального поглощения оказывается больше для изотропных неодпородпостен. Качественное различие частотных заппснмостей аномального поглощения для изотропных и аппзотрошплх флуктуации в диапазоне порядка 100 КГц выше критической частота! Г-слоя указывает на принципиальную возможность диагностики формы мелкомасштабных пеоднородпостей.

.Раоцо.т 4.2 посрящеп расчету аномального поглощения при палтгпш - в ионосфере кеоднородностеЛ, гытапутых вдоль магнитного поля, со степенным спектром вида

-Ь</2 0 2 г » 1 1

-с а-" + схр i: 1«

г ± X л -

где ] - шю,дольный .«.мсштС», к -2~/\ , 1 - максима илплй нон

|| * 1.-1. 1Ц. п±

речиый масштаб спектра.. Особенностью расчета является использование сечения процесса трансформации зондирующих обыкновенных волн. Как и в случае гауссовских неоднородностей, максимальная величина дополнительного поглощения достигается при зондировании на частотах, близких к критической. Получена зависимость аномального поглощения от показателя спектра неоднородностей. Зависимость дополнительного поглощения от магнитной широты демонстрирует рост эффекта при зондировании вблизи магнитного экватора.

В раоделе 4.3 приведены ос полные результаты и выводы четвертой главы.

В (заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ . РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе -шализа параметров диффузных следов на ионограммах внешнего зондирования в частотпом диапазопе между максимальной из плазменной и пгро - частот и верхним гибридным резонансом по 13 сеансам измерении на спутнике "Космос-18.09Г построено шщютнсе распределение мелкомасштабных неоднородностей верхней ионосферы для одного летнего и двух зимних сезонов 1987 г. Общин характер

■ полученной широтной зависимости подобен распределению километровых неоднородностей па высоте максимума .F-слоя ионосферы, с повышением уровня в высокоширотных регионах и ночной экваториальной области. Отмечается наличие пиков з распределении неоднородностей в райопе экваториальной аномалии, а также существование неоднородностей в верхней ионосфере средних широт. Обнаружена корреляция уровня пео^породностей с прохождением термшгатора. па высоте спутника.

2. Исследованы траекторньге характеристики медленных необыкновенных волн в резонансной области ионосферной плазмы, включая время распространения и затухание вследствие соударений электронов. Покачано, что излучение точечного источника асимптотически стремится принять форму горизонтальной и тоской ленты с шириной в несколько десятков километров, вытянутую к направлении магнитного

меридиана. Проведен численный расчет пространственного распределения амплитуды z-волн в асимптотической области, и сделай вывод о возможности экспериментального псследовапня нелинейных эффектов при излучении со спутника электромагнитных воли в частотном дпапа-зопе (1.5).

3. Определены механизмы формирования диффузных следов на попо-граммах внешнего зондирования в частотном диапазоне ниже верхпе-гибридпой частоты: рассеяпие зондирующих z-волп и статистическая трансформация о-волп. Из-за наличия в ионосфере сильно вытянутых вдоль магнитного поля пеоднородносгей основной вклад в эффект вносит окрестность поверхности ортогональности, размеры которой оказываются порядка нескольких десятков километров.

4. Рассчитана мощность обратпорассеяпных сигналов как функция частоты и задержки для среднеширогных условий и различных параметров спектра пеоднородносгей. Показано, что их уровень достаточен для регистрации приемником ионозопда спутника с порогом чувствительности по отношению к максимальной мощности передатчика IV ю-"- 1<Г/Я.

5. Получены оценки аномального поглощения сигналов о-моды вертикального трансионосферного зондирования при наличии пеоднородносгей с гауссовским и степенным спектрами. Установлено, что частотная зависимость аномального поглощения определяется видом

'спектра и различна для изотропных и анизотропных пеоднородносгей. Показано, что для вытянутых нсоднородностей со степенным спектром аномальное поглощение увеличивается при приближении к магнитному экватору.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Брацуп Д.С., Денисенко- П.Ф., Заботин H.A., Пулинец С.А., Селегей В.В. Особешгас-ri иопограмм внешнего зондирования при наличии мелкомасштабных пеоднородностей в иопосфере. // Препринт ИЗМИРЛН №44/7981, 1988 г.

2. Денисенко П.Ф., Заботин II.Л., Б])ацун Д.С., Пулппед СЛ. О ио-!мо;:;посш идентификации формы неоднороднсстей по данным трапп юиосферного зондирования. // Тез. докл. Международного семинара "Результаты комплексных исследований по данным изме-peinni ИСТ "Интеркссмсс-19" (Калуга,октябрь 1988г.), M..-I988, c.2G-27.

3. Денисенко П.Ф., Заботин Н.Л., Брацуп Д.С., Пулинед С.Л., Селегей В.В. Особенности внешнего зондирования ионосферы при наличии мелкомасштабных неоднородпостей электронной концентрации. // Тез. докл. Международного семинара "Результаты комплексных исследований по данным измерений ИСЗ "Интеркосмос-19" (Калуга, октябрь 19SS г.), M.:19SS, C.60-G1.

4. Брацун Д.С. Использование ¡эффекта трансформации обыкновенных радиоволн для диагностики мелкомасштабных неоднородпостей электрошгай концентрации верхней ионосферы. // Электромаишт-пые процессы в Земле н космосе. Тез. докл. Всесоюзной конференции молодых ученых (Звенигород, ноябрь 1989 г.), Ы.:1959, с.38.

5. Денисенко П.Ф., Заботин И.Л., Бр;щун Д.С. Аномальное поглощение обыкновенных волн вблизи Maxcm.iyj.ta области F ионосферы при ее радиопросвечивании. // Геомагнетизм и азрокомпя, 1390, т.ЗО, №1, с.165-168.

6. Брацун Д.С., Денисенко П.Ф., Забопш II.Л., Пулинец С.Л., Селегеи В.В. Мелкомасштабные неоднородности в ионосфере п особенности' ионограмм впекшего зоцдпрооапия. // Космические исследовать-:, 1920, т.28, N'2, с.243-247.

7. Bratsun D.S., Denisenko P.P., Zabotin N.A., Pulinct; S.A.

" Scattered z-mcde waves or. topside Sonograms as indicator of

small-scale irregularities in upper ionosphere. //' XIII General Assembly of URSI (Praquc, Czechoslovakia, 28 August - 5 September 1990). Abstracts, v.l, 1990, p.93.

8. Брацун Д.С., Денисенко П.Ф., Заботин H.A., Пулшгсц С.А. Исследование глобального распределения мелкомаспггабш.тх лопо-ctверных пеоднородностсй средствами внешнего радиозондирования.

// Тез. докл. XVI Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, октябрь 1990 г.), ч.1, Харьков, 1990, с.165.

). Денисенко П.Ф., Забо:зн Н.А., Пулинец С.А., Брацуи Д.С. О возможности глобальпого мониторинга естественных мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации верхней ионосферы по данным внешнего зондирования. // Динамика атмосферы. ч.З, Алма-Ата, Гылым, 1991, с.139-144.

]. Bratsun D.S., Zabotin N.A., Pulinets S.A. On possibility of non-linear effects investigation using asymptotic properties of slow extraordinary waves in upper ionosphere. /1 Труды Ш-го Суздальского симпозиума URSI по модификации ионосферы мощными радиоволнами.(Суздаль, Сеитябрь 1991 г.) М.:Т13МИРАН, 1991, с.179-180.

1. Брацуп Д.С., Забогин Н.А. Обратное и кросс-модовое рассеяние сигналов внешнего зондирования как тест для мелкомасштабных неоднородностей ионосферы. // Тез.докл. VIII Совещания-семинара по проблеме "Неоднородная структура ионосферы" (Абрау-Дюрсо, сентябрь-октябрь 1991 г.), Н.Новгород: 1991, с.91.

2. Брацун Д.С., Заботин Н.А. Анализ траекторных и энергетических характеристик медленных необыкновенных волн В верхней ионосфере. . // Космические исследования, 1992, т.ЗО, N*4,

с. 92- 101.

3. Брацун Д.С., Заботин Н.А. Энергетические характеристики обратного и кросс-модового рассеяния сигналов внешнего зондирования ионосферы. // Тез. док л. научно- технического семинара "Распространение и дифракция электромагтгпгых воли в-неоднородных средах" (Смоленск, нюнь 1992 г.), М.:1992, с.160-161.

14. Брацуп Д.С., Заботин Н.А., Пулинец С.А. Новый метод исследования глобальпого распределения мелкомасштабных неоднородное-тсй иопосферы по дагаш.л радиозондирования с искусстпетгых спутнихов Земли. // Тез.докл. научно-технического семинара "Распространение и дифракция элек^юмагштшх волн в неодгго-

- 18 -

родных средах" (Смоленск, июнь 1992 г.), М.:1992, с.160-161.

15. Zabotin N.A., Bratsun D.S., Pulinets S.A. New method for investigation of global distribution of small-scale ionospheric irregularities from topside sounding data: first results

and further development. // 1992 STEP Symposium / 5 th OOSPAR Colloquium "The Initial Results from STEP Facilities and Theory Campaigns" (USA, Laurel, August 1992). Program Guide and Abstracts, SCOSTEP, 1992, p.72.

16. Denisenko P.F., Zabotin N.A., Bratsun D.S., Pulinets S.A. The global distribution of ionospheric small-scale irregularities from topside sounding data. // J.Atmos.Terr.Phys., 1992, v.54, N"10, p.1303-1309.