Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 11–15 ноября 2024 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XXII.I.131

Рассеяние радиоволн естественными и искусственными неоднородностями D–области ионосферы

Бахметьева Н.В. (1), Григорьев Г. И. (1), Калинина Е. Е. (1), Жемяков И.Н. (1), Лисов А.А. (1)
(1) НИРФИ ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
В НИРФИ ННГУ им. Н.И. Лобачевского в течение многих лет развивается метод исследования D-области ионосферы (50-90 км), основанный на обратном рассеянии КВ радиоволн на естественных неоднородностях концентрации электронов, известный как метод частичных отражений. Используются частоты пробных (зондирующих) радиоволн, как правило, значительно превышающие плазменные частоты на этих высотах. Метод позволяет определить электронную концентрацию Ne(h) в D-области, наиболее трудной для экспериментального и теоретического исследования. Для определения Ne(h)-профиля используется метод дифференциального поглощения, основанный на измерении высотной зависимости амплитуд магнитоионных компонент рассеянного сигнала, а также измерение его фазы [1]. Методом разнесенного приема определяются скорости горизонтального и вертикального движения среды. Измерение Ne(h)-профиля во время хромосферных вспышек на Солнце позволило предположить линейный закон рекомбинации в области D в результате преобладания процессов рекомбинации электронов и ионов на пылевидных частицах над процессами диссоциативной и ион-ионной рекомбинации [2].
Открытый в НИРФИ метод, основанный на рассеянии пробных радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы (ИПН), создаваемых в поле стоячей волны, образующейся при отражении мощной радиоволны наземного передатчика от ионосферы, существенно дополнил результаты исследований D-области методом частичных отражений [3-9]. Многолетние эксперименты по исследованию ионосферы методом ИПН проведены на среднеширотном нагревном стенде СУРА. Измерение амплитуды и фазы сигнала, рассеянного искусственными неоднородностями, позволило определить скорость вертикального движения плазмы и нейтральной компоненты, обнаружить расслоение высотного Ne(h)-профиля, оценить концентрацию атомарного кислорода и нижнюю границу его появления на высотах D-области. Показано, что измерение высотных профилей амплитуды и времени релаксации сигналов, рассеянных ИПН, можно использовать для нахождения высотных профилей температуры и плотности атмосферы в нижней части D-области.
В работе представлены результаты реализации комбинирования методов частичных отражений и рассеяния радиоволн на ИПН, имеющих высокое временное и высотное разрешения. Приведены результаты исследования D-области в спокойных и возмущенных гелиогеофизических условиях, в заходно-восходные часы и во время солнечных затмений. Исследовано влияние атмосферных волн и турбулентности на состояние нижней ионосферы. Отмечается важность исследования параметров и мониторинга D-области для построения ее эмпирических моделей [10].
Работа выполнена в рамках проекта № FSWR-2023-0038 по базовой части государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации.

Ключевые слова: ионосфера, D-область, частичные отражения, электронная концентрация, нагрев, искусственные периодические неоднородности
Литература:
  1. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. Исследование ионосферы методом частичных отражений // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44. № 2. С. 189–194.
  2. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е., Терещенко В.Д., Оглоблина О.Ф., Терещенко В.А. Исследование D-области ионосферы методом частичных отражений на средних широтах и в авроральной зоне // Известия вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46. № 3. С. 181–191.
  3. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева А.В., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. – Нижний Новгород. ИПФ РАН, 1999. 155 с.
  4. Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I. Study of the Mesosphere and Lower Thermosphere by the Method of Creating Artificial Periodic Irregularities of the Ionospheric Plasma. Atmosphere 2022. V. 13(9). P. 1346. https://doi.org/10.3390/atmos13091346
  5. Bakhmetieva N.V., Vyakhirev V.D., Kalinina E.E., Komrakov G.P. Earth’s lower ionosphere during partial solar eclipses according to observations near Nizhny Novgorod // Geomag. Aeron. 2017. V. 57. No 1. P. 58–71. https://doi.org/10.1134/S0016793217010029
  6. Bakhmet’eva N.V., Bubukina V.N., Vyakhirev V.D., Kalinina E.E., Komrakov G.P. Response of the Lower Ionosphere to the Partial Solar Eclipses of August 1, 2008 and March 20, 2015 Based on Observations of Radio-Wave Scattering by the Ionospheric Plasma Irregularities // Radiophys. Quantum El. 2017. V. 59. No 10. P. 782-793. https://doi.org/10.1007/s11141-017-9747-5
  7. Belikovich V.V. and Benediktov E.A. Height profiles of the amplitude and relaxation time of artificial periodic irregularities in the D region // Geomag. Aeron. 1986. V. 26. P. 705–706.
  8. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Жемяков И.Н., Калинина Е.Е., Лисов А.А. Особенности нижней ионосферы Земли во время затмений Солнца и в заходно-восходные часы по измерениям методом ИПН вблизи Нижнего Новгорода // Солнечно-земная физика. 2024. Т. 10. № 3. С. 129–145.
  9. Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Каган Л.М., Понятов А.А. Заходно-восходные характеристики спорадических слоев ионизации в нижней ионосфере, наблюдаемые методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы // Известия вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48. № 1. С. 16–32.
  10. Егошин А.А., Ермак В.М., Зецер Ю.И., Козлов С.И., Кудрявцев В.П., Ляхов А.Н., Поклад Ю.В., Якименко Е.Н. Влияние метеорологических и волновых процессов на нижнюю ионосферу в условиях минимума солнечной активности по экспериментальным данным о распространении СДВ–ДВ в средних широтах // Физика Земли. 2012. Т. 48.№ 3. С. 101–112.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е., Жемяков И.Н., Лисов А.А. Рассеяние радиоволн естественными и искусственными неоднородностями D–области ионосферы // Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2024. C. 435. DOI 10.21046/22DZZconf-2024a

Дистанционное зондирование ионосферы

435