Исследования неоднородной структуры полярной ионосферы методом радиопросвечивания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ПАУК КОЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПОЛЯРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

р г од

Па правах рукописи

- ь MAP

Косолапенко Валентин Иванович

1ССЛЕДОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛЯРНОЙ ИОНОСФЕРЫ МЕТОДОМ РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ.

Специальность /01.04-03/ радиофизика.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

Мурманск-1995

Работа выполнена в Полярном геофизическом институте КНЦ РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор Ерухвмов Л.М. кандидат физико-математических наух, с.н.с. Мясников Е.Н.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Т^эахтенгерц ВЛО. кандидат фиоико-математических наук, Метелев С.А.

Ведущая организация;

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Госкомгидромет.

¡Защита диссертации состоится »/£ Т&-—1995 г.

в /Лас. &олпп. на заседании Специализированного Сонета Д 064.05.01 при Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ)

Адрес: 603022, г. Нижний Новгород, ул.Большая Печерская, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИИРФИ Автореферат разослан »/Л " ре^СЩ 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат физ.-мат наук, с.н.с. /У Виняйкин E.H.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы

Пространственно-временное распределение электронной концентрации в высокоширотной ионосфере характеризуется наличием областей с аномально повышенной или пониженной плотностью электронов (главный ионосферный провал, полярный и авроральный пики ионизации, полярная полость). Особый интерес представляет поведение высокоширотной ионосферы в оатенеиных условиях, когда проявляются ее основные особенности, связанные с процессами ноносферно-магнитосферпо-го взаимодействия, которые сопровождаются как высыпанием заряженных частиц, дающих существенный вклад в ионизацию Е и Р-областей ионосферы, так и появлением неоднородных электрических полей, вызывающих интенсивную магнитосферио-ионосферную конвекцию. Положение и конфигурация основных структурных особенностей ионосферы существенно зависят от того, какой из процессов является определяющим. Таким обраоом, изучение динамики таких образований в высокоширотной ионосфере представляется важным для решения проблем магнитосферпо-ионосферных связей.

Многочисленные экспериментальные данные, полученные различными методами, позволили установить основные закономерности поведения неоднородной структуры высокоширотной ионосферы в различных геофизических условиях. Однако в настоящее время нет модели, достаточно адекватно описывающей процессы в магнитосфере и ее взаимодействие с ионосферой. Это вызвано сложностью явлений, протекающих в системе Солнце-магнитосфера-поносфера и недо-:таточностью экспериментальных данных, особенно в высокоширотных областях. Поэтому экспериментальные исследования продолжают занимать определяющее место в вопросах изучения физики магнито-:ферно-ионосферных связей. Последнее и определяет, прежде всего, актуальность настоящей работы.

Известно также, что крупномасштабные неоднородности ионизации п высокоширотной ионосфере тесно связаны с многочисленными »ффектами в распространении радиоволн, такими, как Р~рассеянне, ам-тлитудные н фазовые флуктуации сигналов IIСЗ и т.д. Эти эффекты, $ частности, укапывают иа наличие областей с интенсивными мел-:омасштабными (I 5э1км) пеоднородностями. Исследование трехмер-1ых пространственных спектров мелкомасштабных неоднородностен, I также их связи с крупномасштабными (I й Юкм) изменениями элек-

тронной концентрации в ионосфере имеет важное значение при изучении процесов, формирующих неоднородную структуру высокоширотной ионосферы. Это необходимо как для экспериментальной проверки механизмов образования мелкомасштабных неоднородностеи, так и для решения практических вопросов повышения надежности ионосферных и трансионосферных каналов связи.

Цель работы.

Целью настоящей работы являлось исследование пространственного распределения крупномасштабных и мелкомасштабных неоднородностеи высокоширотной ионосферы и особенностей их спектральных характеристик в различных геофизических условиях.

Исследования проводились на базе окспериментальных данных, полученных методом радиопросвечивания ионосферы сигналами ИСЗ и частично поляризованным галактическим излучением. В качестве источников использовались частично поляризованное галактическое излучение но области Полярной звезды и когерентные сигналы на частотах 150 и 400 МГц навигационных ИСЗ, имеющих практически круговые орбиты высотой h ~ 1000 — 1100 км и наклонениями ti ~ 83° и »2 а 90°. Основные результаты получены на основе наблюдений, проведенных в течении 1979-1992 г. г. на Кольском полуострове в п. Верхне-туломский (68.6° с.ш., 31.8е в.д.), на арх. Шпицберген р. Баренцбург (78.1° с.ш., 14.2° в.д.) и р. Пирамида ( 78.7° с.ш., 16.5° в.д.).

Новизна работы.

Усовершенствован метод определения полного электронного содержания (ПЭС) по разностному аффекту Доплера сигналов ИСЗ. Предложенный метод позволяет автоматизировать рассчеты ПЭС на ЭВМ, существенно повысив их достоверность при наличии неоднородностеи разных масштабов в условиях возмущенной ионосферы. С помощью усовершенствованного метода определения ПЭС получены новые экспериментальные данные о структуре и динамике главного ионосферного провала в различных геофизических условиях. Проведено исследование связи крупномасштабных и мелкомасштабных неоднородностей путем сопоставления данных пространственно-временного распределения ПЭС и индекса амплитудных мерцаний с координированными измерениями параметров ионосферы на Европейском радаре некогерентного рассеяния (EISCAT). По данным измерений на арх. Шпицберген по-

:троена эмпирическая модель флуктуации электронной концентрации в збласти полярного каспа. Предложена модель трехмерьой формы спектра иеоднородностей плазмы пысокоширотной ионосферы и измерены зпачеппя продольного по отношению к силовым линиям геомагнитного юля масштаба "обрезания" в области полярной шапки и авроралыюго звала.

Научная и практическая ценность.

Результаты, полученные в работе, могут использоваться: - для совершенствования существующих моделей полярной ионосферы; ■ для изучения физических процессов формирования неоднородной стру-:туры высокоширотной ионосферы;

• для решения практических вопросов оценки надежности трансионо-ферных каналов связи.

На защиту выносится:

.) усовершенствованная методика определения ПЭС d вертикальном толбе ионосферы по разностному аффекту Доплера сигналов ИСЗ; ) результаты экспериментальных исследований: структуры и динамики главного ионосферного провала по измерениям [ЭС усовершенствованным методом разностного эффекта Доплера на вроральных широтах

пространственного распределения иеоднородностей F-слоя высокошп-отной ионосферы в различных геофизических условиях по данным на-пюдений сигналов ИСЗ;

трехмерной формы пространственного спектра иеоднородностей F-тоя ионосферы по измерениям мерцаний сигналов ИСЗ на когерентных астотах 150 и 400 МГц.

Апробация работы.

Представленные в диссертационной работе материалы были полу-шы в течение 1979 - 1993г. Основные результаты работы доклады-1лись: на семинарах ПГИ КПД РАН; иа " 2-м Всесоюзном совещании 5 полярной ионосфере н мапштосфергго-ноносферным связям", IIo-!льск, 1980; на "Всесоюзной конференции по полярной ионосфере'', Мурманск, 1980; на "15-й Всесоюзной конференции по распространено радиоволн", Алма-Ата, 1991; на "3-м Всесоюзном совещании" Ио

иосферные аффекты землетрясении", Ашхабад, 1991; на "International Summer School on Spase Plasma Physics", Nizhniy Novgorod, 1993; не XIX General Assemblies of the EGS, Grenoble 25-29 Apzil 1994; на Second Joint Workshop fot CEDAR HLPS/STEP GAPS, Lyons,, Colorado, June 27-29,1994.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Стуктура и объем диссертации.

Диссертация состоит на введения, трех глав, заключения и приложения, содержит 116 страниц основного текста, 55 рисунков и 1 таблицу Список цитируемой литературы содержит 89 наименований.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы исследований, изложены цель, научная и практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕР НЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПРИ ПРИЕМЕ СИГНАЛОЕ ИСЗ И ЧАСТИЧНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ГАЛАКТИЧЕ СКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

В последние годы заметно возросло количество работ посвящении* измерениям полного электронного содержания ионосферы (ПЭС). Экс-периментальныё данные о ПЭС особенно важны для изучения динамик» полярной ионосферы. Измерения пространственно-временных вариаций ПЭС позволяют изучать крупномасштабные ионосферные неоднородности {I EÍ 101 -103 км).

Для измерения ПЭС применяются методы основанные на эффекта» трансионосферного распространения радиоволн, в частности, разностный эффект Доплера и аффект Фарадея. Т&кие измерения, проведенные с помощью сигналов орбитечьных ИСЗ, дают возможность получат! информацию о широтных вариациях ПЭС в диапазоне широт ~ ±10с от широты пункта наблюдения. При обработке данных, полученных

периоды сильных геомагнитных возмущении, может возникнуть ряд роблем, которые требуют дополнительного исследования. Решению гих задач и посвящена данная глава диссертации. В первом параграфе швы изложен оригинальный метод решения вопроса о неоднозначно-ги в определении начальной фазы в разностном эффекте Доплера. Он пгован на применении метода наименьших квадратов (МНК) для на->ждення полинома наилучшего приближения к полученной из экспери-еита зависимости разностной фазы от времени. Использование ме-эда дает хорошие результаты в случае малых и линейных градиентов ЭС. Так как пространственное распределение ПЭС в высоких шнро-IX имеет сложную неоднородную структуру, применение МНК может ривести к значительной погрешности, связанной с выбором участка а. регистрации для вычисления начальной фазы и выбором степени з л ином а.

Проанализируем основные источники погрешностей.

а) Выбор местоположения участка на регистрации для вычисления 1чальпой фазы.

спользовавшнйся ранее подход, при котором участок выбирается с мггром в точке параметра (точка минимального расстояния между СЗ и приемником), очевидно дает некорректные результаты в случае Ш1ЧИЯ на данном участке резких изменении ПЭС. Это указывает на юбходимость включать в анализ конкретных регистрации разностной азы поиск участка с минимальной дисперсией невязок фазы.

б) Выбор длины участка.

пина участка, на котором находится полипом наилучшего приближе-1я, обычно варьируется в пределах от десятков секунд до нескольких инут. Однако, как для минимального, так и для максимального из них гществуют такие масштабы ионосферных иеоднородностей, которые ; могут эффективно осреднятся. Следовательно, для каждой регистра-ш необходимо искать оптимальную длину участка. При этом сравне-1е дисперсии невязок фазы для различных интервалов времени может лть выбрано в качестве критерия необходимости их изменения.

в) Выбор степени полинома.

*есь необходим статистически более обоснованный критерий, кото-лй позволил бы задавать уровень значимости уменьшения дисперсии :вяэок фазы при увеличении степени полипома. В качестве такого штерпя нами было предложено выбрать критерий Фишера. Отметим исже, что при применении МНК, необходим контроль за соотноше-1ям коэффициентов уравнений. В противном случае результаты пытавший могут стать непредсказуемыми.

В данной работе предлагается метод, учитывающий вышеуказанны недостатки, позволяющий проводить более аффективную обработку р< гистраций разностного эффекта Дош.ера на ЭВМ и получать надежны результаты в тех типах регистрации, которые ранее отбрасывалис ввиду большой погрешности рассчетов ПЭС.

Подробное изложение апробации данной программы приведено приложении к диссертации.

Во втором параграфе 1-й главы предложен метод измерения прос: ранственно-временного распределения ПЭС, основанный на сов месс ных наблюдениях разностного эффекта Доплера для орбитальных ИС и вращения плоскости поляризации (эффект Фарадея) линейно-поляр] ооаанного галактического излучения — радиоастрономический поляр! оационно-фарадеевский метод (РАПФ).

Экспериментальная апробация метода была проведена в п. Верхнет ломский в 1985 г. и показала хорошее соответствие данных, получе] ных двумя различными методами (разница значений ПЭС не превосх дила в среднем 10%). Она также показала, что указанные два мето; вэаимодополняют друг друга и позволяют получать более качестве; ные пространственно-временные распределения ПЭС. РАПФ - мет< может также использоваться для определения начальной фазы.

В последнем параграфе главы изложены методические подходы, и пользующие спектральный анализ данных и их цифровую фильтраци для определения параметров волновых возмущений по разнесенноь приему частично поляризованного галактического излучения. Пршз дены результаты одновременных измерений пространственно-време ных вариаций ПЭС радиоастрономическим поляризационно-фарадееЕ К1ш методом в пунктах наблюдений Старая Пустынь (55.6° с.ш.; 45.

в.д.) и Верхнетуломский (68.6° с.ш.; 31.8° в.д.) в феврале-марте 19

г. Для регистрации, полученной 12-13 марта 1987 г., был определен р параметров зарегистрированного в обоих пунктах волнового воомуц ния. Масштаб оатуз.дния (расстояние, на котором волна ослабляет в е раз) волны составил L ~ 1400 км., ее период — У ~ 100 ми скорость распространения — Vd а 230 м/сек. Параметры волново возмущения, измеренные в эксперименте, сопоставляются с результ тами теории распространения внутренних гравитационных воли в i носфере.

Глава 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ КРУПНЫХ И МЕЛКИХ МАСШТАБОВ В ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЕ.

В первом параграфе главы проведен анализ широтных разрезов ПЭС, полученных в пос.Верхнетуломском при использовании разностного эффекта Доплера для когерентных сигналов орбитальных ИСЗ в различное время су ток для зимних и равноденственных месяцев 19901992 г.г. Анализ данных показал большое разнообразие в характере поведения широтных зависимостей ПЭС. Была сделана попытка определить наиболее характерные зависимости для различных геофизических условий. С от ой целью были отобраны данные для сравнительно магшг-тоспокойных условий и для условий повышенной геомагнитной активности. Для спокойных геомагнитных условий было отмечено типичное • поведение широтного распределения ПЭС. В интервале широт 60°-68° ПЭС было практически постоянно к резко возрастало к северу, образуя стенку аномальной ионизации с характерным масштабом £с-ю 10 км. В этой же области наблюдались интенсивные неоднородности мелких масштабов I £ 1 км. Был обнаружен эффект "разрушения" крупномасштабной структуры в ночные часы. Он сопровождался увеличением характерного масштаба широтного градиента ПЭС и расширением зоны мелкомасштабных неоднородностей, возбуждавшихся, как правило, в области максимального градиента,

В условиях умеренной воэмущенности важной особенностью зависимости ПЭС от широты являлось наличие нескольких пиков повышенной ионизации на полярной стенке главного ионосферного провала (ГИП), имеющих характерные масштабы Ь ~ 20 — 50 хм. Практически во всех регнетрациях на максимальных градиентах наблюдлся рост индекса мерцаний 54, однако анализ величин градиента ПЗС и ¿ч не показал какой-либо функциональной зависимости.

Было проведено сравнение формы н положения ГИП с данными об эмисии бЗООА, полученными с помощью сканирующего фотометра, показавшее хорошее соотвествие положения полярной границы ГИП и локального максимума эмиссии 6300А. Последнее подтверждает важную роль вторжений электронов с энергиями ^ 1 кэв в формировании полярной кромки ГИП.

Во втором параграфе приведены результаты исследований влияния крупномасштабных особенностей в распределении концентрации и температуры плазмы Р-слоя высокоширотной ионосферы на параметры

областей, содержащих мелкомасштабные I 1 км неоднородности. Для отой цели было проведено сопоставление данных, полученных в пос. Верхнетуломский в период 18-19 марта 1991 г. намерений ПЭС и интенсивности мерцаний на частотах 150 и 400 МГц при помощи метода радиопросвечивания ионосферы сигналами орбитальных ИСЗ и данных EISCAT (наблюдения по программе CP-3-F). Для магнитоспокой-ных условий (18.03.91) имела место высокая степень подобия спутниковых и EISCAT данных по ПЭС. При этом широкая область мерцаний располагалась в районе минимальных оначений ПЭС и Ne и максимальных оначений Те. Было отмечено наличие локальных максимумов в S4, совпадающих с областью максимальных градиентов ПЭС, Nе и Те. Во всех случаях (значения скорости дрейфа в области интенсивных мерцаний превышали (значения Vj ~ 0.1 — 0.15 км/сек, а температура электронов Те ~ 1800 - 2000° К.

Данные, оа магнитовозмущешшй день (19.03.91) показали, что характер дневных регистрации сходен с наблюдавшимися в магнитоспо-койный день. В вечернее время не обнаружено заметной пространственной корреляции между параметрами S4, Vj и Те. В эти часы наблюдались области, расположенные севернее полярной стенки узкого провала ионизации, с четко выраженной мелкомасштабной структурой. В ночное время обнаружен случай локального максимума ПЭС с резким градиентом на южной границе, совпадающий с увеличением индексов мерцаний, который противоположен картине, наблюдавщейся в дневные и вечерние часы. Как показали данные измерений скоростей дрейфа, полученные радаром EISCAT, именно в данном диапазоне широт имело место изменение направления скорости дрейфа с южного Vj cz 0.5 — 0.6 км/сек на северо-восточное Vj ~ 1.5 — 2 км/сек.

В третьем параграфе содержатся результаты исследований локальных зон увеличения индекса мерцаний, полученных по наблюдениям, проведенным на арх. Шпицберген в 1979 г. Было проведено сопоставление окспериментальных данных с модельными рассчетами S4 для степенной формы спектра флуктуации электронной концентрации. Отмечаются случаи наблюдений нескольких локальных зон увеличения мерцаний, что может свидетельствовать о том, что увеличение индекса мерцаний вызывается не только вытянутостыо неоднородностей вдоль магнитного поля Я, но и местоположением областей, имеющих повышенную их интенсивность. По данным близких по времени пролетов ИСЗ оценено минимальное значение восточно-западного размера локальной области неоднородностей, составившее ~ 200 км.

В четвертом параграфе главы обосновывается предположение о том.

ito узкие области интенсивных мерцаний с одновременным ростом 1ЭС, наблюдавшиеся в эксперименте на арх. Шпицберген, можно удо-летворителыю объяснить высыпаниями электронов с энергией ~ 100 В при потоке ~ 3 • 109эл/см2 • с. ТЬхой поток электронных высыпаний [редставляется вполне реальным в области дневного полярного каспа.

В последнем параграфе главы описана эмпирическая модель распре-елепия флуктуации электронной концентрации в зависимости от ши-юты, местного времени, геомагнитной активности, построенная по эмерениям индекса мерцаний сигналов ИСО на частоте 400 МГц, проеденным на арх. Шпицберген в период декабрь-январь 1981-1982 г.г.

пава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ ТРЕХМЕРНОГО СПЕКТРА НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЫ.

Третья глава посвящена исследованию пространственной формы но-осферных иеоднородностей. Представлены расчеты- спектров флукту-ций амплитуды и фазы сигналов ИСЗ для различной геометрии радио-росвечивания и исследованы возможности оценки параметров аннэо-ропии иеоднородностей. Результаты расчетов сопоставлены с экспе-иментальными данными, на основании чего оценены параметры могли трехмерного спектра флуктуаций электронной концентрации.

В первом параграфе проанализированы данные экспериментальной роверки вида спектра иеоднородностей F-слоя ионосферы по результа-ам наблюдения мерцаний сигналов ИСО на частоте 400МГц в районе рх. Шпицберген. Эксперимент показал, что при прохождении сигала спутника вблизи направления магнитного поля наблюдается рез-)е увеличение как интенсивности, так и частоты флуктуаций сигнала, арактерные длительности таких зон "сильных мерцаний" для рао-1чных пролетов ИСЗ составляли 8-16 с, что соответствует угловым эюмерам 1,7 — 3,4°. Спектры относительных флуктаций амплитуды, ютветствующие минимальным углам с полем ( ф* < 5°), имели сте-знной вид с показателем степени на единицу меньше, чем для больших ^лов, что может свидетельствовать о наличии масштаба "обрезания" эехмерного спектра флуктуаций электронной концентрации в напра-гении геомагнитного поля. Согласно данным, полученным в течение :риод ноябрь-декабрь 1979 г., значение масштаба "обрезания" соста-шло /ц ~ 5 — 15 км.

Во втором параграфе главы приведены результаты измерений про->льного масштаба "обрезания" спектра на авроральных широтах, no-

лученные и пос. Верхиетуломскнй. Согласно данным, полученным i период март-апрель 1988 г. его величина составляла 1ц ~ 1 — 3 км.

Рассмотрена обобщенная модель спектра флуктуации электронно1 концентрации, содержащая как анизотропию степенной части спектра так и наличие внутренних масштабов в направлениях вдоль и попе рек магнитного поля, которая позволяет исследовать особенности ам плитудных и фазовых мерцаний сигналов ИСЗ. Показано, что в это* случае форма спектров флуктуации амплитуды и фазы сигналов ИСС зависит or гшслгний углов ф между векторами Ники Д, между про екциями скорости ИСЗ V и Н на. плоскость "фазового экрана", орто тональную к. Приведены результаты расчетов формы спектра флук туаций амплитуды и фазы сигналов ИСЗ при различных ориентация: трассы радиопросвечивания относительно направления геомагнитное поля. Показано, что в области малых волновых чисел наступает насы щение спектров мерцаний, причем для спектров амплитудных мерцант область насыщения определяется масштабом Френеля, в то время Kai для спектров фазы насыщение происходит вблизи внешнего масштаба Для малых углов ф реализуется степенной спектр с показателем —р+1 При уменьшении А возможен "перелом" в степенной части спектров который является следствием резкой зависимости спектра от волно вого числа в направлении Н. Предельный случай A a 0 соответствует гауссовой форме спектра мерцаний сигнала. Проведенные модсльньк расчеты были сопоставлены с экспериментальными данными, в частно сти, с зависимостями формы спектров флуктуации амплитуды от угло! V> и Д . Было показано, что максимальное значение частоты насыщения реализуется для спектров, соответствующих углам A a 90". Пр* значениях А, близких к нулю либо 180°, она смещается в сторону низких частот. Ряд спектров содержит характерный перелом на частот« большей частоты насыщения, свидетельствующий о наличии масштабе "обрезания" в спектре иеоднородностей в направлении Я.

Согласно экспериментальным данным в ряде случаев при низком уровне флуктуации в спектрах флуктуации амплигуды наблюдались мак симумы, положение которых совпадало для 150 м 400 МГц и соответ-ствало частотам флуктуаций v ~ 1 — 2 Гц. Последнее свидетельству« о наличии оптимальных масштабов генерации иеоднородностей, возможно, на начальной стадии развития неустойчивости, величина которых составляет 1-2 км.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

сновные результаты, полученные в диссертационной работе.

. Разработана усовершенствованная методика определения ПЭС по разностному эффекту Доплера когерентных сигналов орбитальных ИСЗ, позволяющая с помощью метода наименьших квадратов определять неизвестную начальную фазу в условиях возмущенной высокоширотной ионосферы.

I. По данным измерений ПЭС на авроралышх широтах (<р а 60 — 80°), исследована динамика крупномасштабных структур в области главного ионосферного провала (ГИП). Показано, что в вечернее время в магнитоспоконных условиях возможно образование на полярной стенке ГИП резкого широтного градиента ПЭС (с характерными масштабами / ~ 10 км). Показано, что в этом районе наблюдаются интенсивные неоднородности мелких масштабов (1^1 км). В ночные часы имеет место "разрушение" крупномасштабной структуры, сопровождающееся увеличением характерного масштаба широтного градиента ПЭС и расширением зоны с мелкомасштабными неодиородностями.

, Анализ данных измерений ПЭС и индекса мерцаний 54 по реги-страциям сигналов орбитальных ИСЗ и координированных измерений параметров ионосферы Европейским радаром некогерентного рассеяния ЕКСАТ (программа СР-3 ) позволил установить следующее:

В магнитоспоконных условиях в дневном и вечернем секторах наблюдается высокий уровень подобия крупномасштабных структур в широтном распределении ПЭС полученном по разностному эффекту Доплера и радарным методом, свидетельствующий о протяженности таких структур на расстоянии 200-500 км в,е?>ль геомагнитной долготы.

Кроме того наблюдается значительная положительная коррим-ция интенсивности мелкомасштабных ({ & 1 км) неоднородно-стей с величиной скорости дрейфа К^ и температурой электронов Т„ и отрицательная корреляция с величиной концентрации электронов. При этом пороговые значения Кг, необходимые для возбуждения мелкомасштабных неоднородностей, составляли ~ 0.10 - 0.15 км/сек и Те ~ 1800 - 2000° К.

В магнитновозмущенный период в вечернем и ночном секторе корреляция между значениями указанных параметров отсутствовала.

4. Предложена модель трехмерной формы спектра неоднородност< высокоширотной ионосферы, содержащая гауссовый масштаб о резания /оц в направлении геомагнитного поля Я. На основе и мереиий оценены значения 10ц в области полярной шапки (<р 78°) и аврорального овала (<р а 68°), составившие соотве ственно 10ц с; 5 — 15 км и í0|| — 1 - 3 км.

5. Построена эмпирическая модель широтного распределения флу туаций электронной концентрации в зависимости от геомагни' ной активности, басирующаяся на данных измерений индек< мерцаний 5< на частоте 400 МГц на арх. Шпицберген в перш декабрь 1991 г.-январь 1SD2 г.

Основные результаты, представленные в диссертации, опубликоваг в следующих работах:

i

1. Кряжев В.А., Черемный В.А., Щеголькова Г.Н., Косолапеш В.И., Боголюбов A.A., Полное электронное содержание в выс> коширотной ионосфере по данным измерений эффекта Доппле[ сигналов радиомаяков. В кн.: Явление в полярной ионосфере, J] Наука, 1978, с. 115.

2. Косолапенко В.И., Черемный В.А., Кгяжев В.А., Щеголько! Г.Н., Боголюбов A.A., Результаты ч ределения полного эле] тронного содержания методом измерения эффекта Фарадея си: налов радио- маяков. В кн."Явления в полярной ионосфере" Л "Наука", 1978, с. 122-127.

3. Косолапенко В.И., Локальное увеличение полного ояектронног содержания и мерцаний сигналов ИСЗ в облает полярного касг по наблюдениям на архипелаге Шпицберген.,В сб."Распределена .электронов н физические процессы в полярной ионосфере.", И; во Кольского филиала АН СССР, Апатиты, 1981, с.42.

4. Erukhimow L.M., Lerner A.M., Kosolapenko V.l., Myasnikov E.N The spectral form of small-scale plasma tyrbulence in the aurori ionosphere., Planet space Sei., 1981, v.29, n.9, p.931.

5. Косолапенко В.И., Мясников E.H., Результаты исследовани неоднородной структуры полярной ионосферы по данным не мерений сигналов ИСЗ в районе архипелага Шпицберген, сб."Исследования высокоширотной ионосферы", Апатиты, 198< с.88.

5. Раоип В.А., Неплых А.И., Косолапенко В.И., Боголюбов A.A., Добрушскнн JI.A., Кряжев В.А., Строков А.Ю., Формо-оов B.C., Черемный В.А., Комбинированный метод намерения пространственно-временного распределения полного электронного содержания в полярной ионосфере. Геомагнетизм и аэрономия, 1988, т. 28, с. 1027.

, Косолапенко В.И., Мясников E.H., Черемный В.А., Об эмпирической модели распределения высокоширотных ионосферных не-однородностей электронной концентрации., В сб." Исследования ионосферы высоких широт", Апатиты, иод. Кольского филиала АНСССР, 1990, с.79.

Ерухимов Л.М., Косолапенко В.И., Муравьева Н.В., Мясников E.H., Черемный В.А., О форме спектра неоднородностей высокоширотной ионосферы, Геомагнетивм и аэрономия, 1990, т.ЗО, N

Добрушский Л.А., Косолапенко В.II., Теплых А.И., Черемный В.А., Намерения вариаций полного электронного содержания в разнесенных пунктах, В сб." Исследования ионосферы высоких широт", Апатиты, иод. Кольского филиала АН СССР, 1990, с. 88. ). Kosolapenko V.I., Myasnikov E.N., Persson M., Simultaneous observation of scintillation patches, electron and ion temperatures in auroral ionospheric F-layer. " International Summer School on Spase Plasma Physics", Nishniy Novgorod, Russia, 1993, p.66. . Erukhimov L.M., Myasnikov E.N., Kosolapenko V.I., Cheremn'iy V.A., Evstaf'ev O.V., Observation of total electron content, amplitude and phase scintillations in auroral ionosphere., Radio Science, 1994, v29, N1, p.311.

. Kagan L.M., Myasnikov E.N., Kosolapenko V.I., Kryashe* V.A., Cheremnyj V.A., Persson M., F-layer irregularities ^formation at auroral latitudes: radio wave scintillation and EISCAT observation»., Annales Geophys., Part III, Space fe Planetary Sciences Suppfemeut [II to Volume 12, p. C689, 1994.

6, c.948,