Диссертация (1149951), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Литерам (a) и (b) соответствуют начальным (до максимумов) ивосстановительным (после максимумов) частям возмущений. Относительные единицы времени – этономера временных точек с шагом 100 с. 1 - 15 сентября 1982; 2 - 3 декабря 1982; 3 - 16 апреля 1984;4 - 23 апреля 1986; 5 - 5 мая 1986 (7:20-9:40); 6 - 5 мая 1986 (10:55-11:30); 7 - 13 мая 1987 года; 8- 18 сентября 1987.693.4. ЗаключениеВыше путем анализа данных сигналанеоднородной радиотрассы Великобритания – АпатитыкГц, распространяющегося вдоль, была решена обратная СДВ – задачавторого рода и определены границы области вторжения ультра-энергичных релятивистскихэлектронов для аномальных возмущений за 1982 – 1987 годы.
Поставленная задача быларешена с использованием двух моделей земной поверхности: идеально проводящей и конечнопроводящей (соответствующей скалистому грунту). Анализ показал, что учет конечнойпроводимости земли при решении второй обратной задачи приводит к изменению значениягеомагнитных широт границ возмущений на величину, составляющую менее одного градуса,при этом сами границы возмущений сосредоточены в окрестности геомагнитной параллели61.3±0,7 градуса.Центральным вопросом при решении поставленной задачи являлось нахождениесобственных значений поперечного оператора для возмущенного участка радиотрассы поизвестным зависимостям эффективной высоты и модуля коэффициента отражения, которыйсвязан с импедансом известной формулой Френеля.
Для вычисления собственных значенийбыли использованы два точных метода и один приближенный. Сравнение двух отличных другот друга точных методов (обобщенного метода Шумана и метода интегрирования уравненияРикатти) показало почти полное соответствие даваемых этими методами результатов, чтопозволяет сделать вывод о корректности найденных собственных значений.Вычисления собственных значений по приближенному вариационному методу даютрезультат, отличающийся от точных методов на величину менее единицы. Если собственныезначения, полученные по приближенному методу, подставить в функцию – невязку иминимизировать ее, то положение границы(результат минимизации) будет отличаться неболее чем на 10 км от полученного значения по точным методам.Вопрос влияния учета конечной проводимости был рассмотрен только в рамках методаинтегрирования уравнения Рикатти.
Было показано, что вычисления собственных значений сиспользованием неидеально проводящей земной поверхности дают результат, на несколькоединиц отличающийся от результата вычислений с использованием идеально проводящейземной поверхности.70В рамках принятой модели неоднородная радиотрасса Великобритания – Апатитымоделировалась тремя регулярными участками: среднеширотной, авроральной невозмущённойи авроральной возмущённой частей. Однако границы раздела регулярных участков приземноговолновода, которые полагались резкими, приводят к дополнительному ослаблению сигнала,связанногосотражениемиперевозбуждениемнормальныхдополнительного ослабления является предметом следующей главы.волн.Оценкаэтого714. Оценка влияния перевозбуждения нормальных волн награнице возмущенной части радиотрассы Великобритания– АпатитыВ предыдущей главе границы мощных СДВ возмущений, вызванных вторжениемультра-энергичных релятивистских электронов в нижнюю ионосферу, определялись врезультате решения обратной задачи второго рода по известным данным вариации амплитуды ифазы сигналакГц радиотрассынеоднородная радиотрассаВеликобритания – Апатиты длиной 2457 км.
Этамоделировалась тремя регулярными участками: среднеширотной,авроральной невозмущённой и авроральной возмущённой частей. Однако границы разделарегулярных участков волновода являются причиной дополнительного ослабления сигнала,порождаемого эффектами отражения и перевозбуждения нормальных волн, которые израссмотрения были исключены.
В настоящей главе приводится оценка вклада этих эффектов вослабление принимаемого сигналакГц.4.1. Задача определения комплексных амплитуд отраженных иперевозбужденных нормальных волн на границе возмущенной областирадиотрассы S2В рамках принятой в четвертой главе модели радиотрассабыла представлена видепоследовательности трех однородных участков с двумя резкими переходными областямимежду этими участками трассы (рис.
3.1). Первая переходная область между среднеширотным иавроральным участком трассы является стационарной и не дает вклад в относительноеослабление сигнала в течение возмущения. Вторая область, соединяющая невозмущенный ивозмущенный участок авроральной трассы, является нестационарной и представляет большийинтерес для рассмотрения, так как может существенно влиять на характеристики принимаемогосигнала во время возмущения. Далее вопрос влияния второй границы на распространениесигнала 16 кГц будет рассмотрен не в терминах модуля коэффициента отражения иэффективной высоты, как это делалось ранее, а путем моделирования высотного профиляэффективной электронной концентрации для возмущенного и невозмущенного состоянияавроральной области нижней ионосферы – средней атмосферы.724.1.1.
Модель переходной области между невозмущенным и возмущенным участкомнеоднородной радиотрассы S2 Регби – Апатиты. Для оценки ослабления сигнала, вызванногонеоднородностью радиотрассы, рассмотрим СДВ задачу в сферическом волноводе, которыйсостоит из двух частей с резкой границей и разными относительными комплекснымидиэлектрическими проницаемостямии, характеризующие невозмущенный ивозмущенный участок трассы Великобритания – Апатиты.Рис.
4.1. Иллюстрация к решению задачи. Сферический волновод, состоящий из двух частей сразными относительными комплексными диэлектрическими проницаемостями, которыеописывают невозмущенныйивозмущенный участок трассыВеликобритания –Апатиты.Относительные комплексные диэлектрические проницаемостиявляютсяфункциямипоперечнойкоординаты(высоты)соответствующие профили эффективной электронной концентрациигде,и, которыеопределяютсячерез:– эффективная частота столкновения электронов с нейтральными молекулами;– угловая частота сигнала 16 кГц;и– заряд и масса электрона в системе СГС.Работы по определению высотного распределения плотности электронной концентрациидля различных состояний нижней ионосферы широко представлены в литературе [65 - 73],включаярядработпосвященныхопределениюпрофилей эффективнойэлектроннойконцентрации путем анализа СДВ данных для случаев вторжения ультра-энергичныхрелятивистских электронов [6, 7, 8].
Для приведенного ниже анализа профили эффективной73электронной концентрации, моделирующие спокойное и возмущенное (в моментмаксимума) состояние нижней авроральной ионосферы, были взяты из [2]:гдекм;– эффективная частота столкновения электронов с нейтральнымикм-1 – декремент нарастания эффективной частоты столкновениямолекулами;электронов. Значениесоответствует профилю электронной концентрацииневозмущенного аврорального участка радиотрассы (I). Параметрдля аврорального участкарадиотрассы (II) в зависимости от интенсивности возмущения может принимать значения отдосоответствуют умеренным. Согласно [2] значениямвозмущениям, в течение которых эффективная высота опускается не ниже 45 – 50 км. Ктакому типу возмущений можно отнести событие от 5 мая 1986 года (10:55-11:30 UT),которое анализировалось во второй главе (раздел 2.3.5). Сильным возмущениям, когдаэффективная высота уменьшается до 40 – 45 км, соответствуют.
Кэтому типу возмущений относится большая часть рассмотренных ранее событий.Значениямихарактеризуютсямощныевозмущения,которыесопровождались аномальным уменьшением эффективной высоты до 25 – 40 км. Средианализировавшихся событий к мощным возмущениям можно отнести 16 апреля 1984, 3декабря 1982 и 30 апреля 1992, для которого обратная СДВ задача второго рода нерешалась.
В данном рассмотрении были выбраны два значенияи.74Рис. 4.2. Профили эффективной электронной концентрации (слева) и проводимости (справа)для невозмущенного и возмущенного аврорального участка радиотрассы. Два значениясоответствуют профилям эффективной электронной концентрации возмущенного участкаразной интенсивности (–ии–и).4.1.2. Соотношение для полей на границе возмущенного и невозмущенного участкарадиотрассы S2.
Решение задачи определения полей отраженных и перевозбужденных волнстроится, опираясь на известный метод поперечных сечений [97 – 100]. Основная идея этогометода состоит в том, что в любом сечении нерегулярного волновода поля представляются ввиде суперпозиции полей волн прямого и обратного направления, существующих вовспомогательном регулярном волноводе того же сечения и с тем же распределениемотносительной диэлектрической проницаемости по сечению. При этом искомыми величинамиявляются коэффициенты этой суперпозиции полей. В рассматриваемом случае задачасущественно упрощается наличием единственного скачка, что позволяет не рассматриватьзависимости от продольной координаты (вдоль трассы распространения сигнала).Пусть слева от границы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
