Тема: Исследование связи между электронной концентрацией в максимуме Е2-слоя ионосферы и полным электронным содержанием (ПЭС)

Околоземное космическое пространство играет огромную роль в жизни человека. Большую часть этого пространства занимает ионосфера. Ионосфера является важным объектом исследований в области радиофизики с точки зрения среды для распространения радиоволн. Особый интерес представляет коротковолновый диапазон (3 ^ 30 МГц), по причине роста трансполярных рейсов гражданской авиации [1]. Обеспечение качественной радиосвязи посредством спутниковой коммуникации в области полярной шапки затруднено по причине того, что корректная передача сигнала в СВЧ диапазоне может быть осуществлена в пределах видимости передатчиков, находящихся на геоцентрической орбите. КВ волны, благодаря свойству отражения от ионосферы, не имеют такого ограничения.
Критическая частота слоя F2 ионосферы fOF2 является основным параметром, определяющим состояние ионосферы и условия распространения радиоволн. Она связана с максимальной плотностью NmF2 ионосферы соотношением:
4т2тл „ „ „
NmF2h/м3] — 0( J0 F2)2IYFn)2] — 1 24 - 10-2( J0 F2)21(Гтт)2] О)
mr /м ] — 2 (J ^> L4 ч) ] — ±и (J ^> L4 ч) ] О/
е2
где ео — диэлектрическая проницаемость вакуума, m — масса электрона, е — заряд электрона. Эта частота измеряется наземными ионозондами, а значит, мы не можем получить ее в произвольном районе земного шара.
Полное электронное содержание(ПЭС, total electron content - ТЕС) измеряется с помощью навигационных спутников в единицах TECU — 1 • 1016 э/м2 и представляет собой количество электронов в вертикальном столбе с площадью основания 1 м2. Преимуществом измерения ТЕС по сравнению с fOF2 является наличие систе- мы(например, система станций IGS) из большого числа приемников, позволяющей осуществлять непрерывный глобальный мониторинг ионосферы. Закономерно, возникает желание использовать ТЕС для определения критической частоты ионосферы fOF2 и максимальной плотности ионосферы NmF2. Для этого нам необходимо знать связь между этими величинами и в случае, если она известна, то мы можем по измеренному значению ТЕС оценить значение fOF2.
Цель данной работы: построение методики оценки критической частоты fOF2 (однозначно связанной с электронной концентрацией в максимуме Е2-слоя) по значению ТЕС и оценка возможных ошибок ее использования.
Купить

Результатами нашей работы стало:
1) Разработка и тестирование метода для расчета NmF2 и fOF2, позволяющего получить значение критической частоты для заданных координат, даты и времени при условии известных ТЕС и F10. Учитывая существование портативных станций для определения полного электронного содержания по спутниковым данным и цикличность солнечной активности, позволяющую оценить значение F10 для заданной даты, мы получаем оперативный метод оценки критической частоты ионосферы, необходимый для расчета радиотрасс и, как следствие, дающий возможность прогнозирования радиосообщения в регионах значительно удаленных от ионозондирующих станций.
2) Создание программного обеспечения [14], адаптирующего модель эквивалентной толщины ионосферы [2] для расчета NmF2 и fOF2, а также оценка точности расчетов, которая показала, что для широт превышающих 50° модель явно не учитывает некие природные особенности, так ошибка в зимний период времени может достигать 30% от предсказанного моделью значения, что достаточно велико по сравнению с широтами в диапазоне 30° — 50°, где она не превышает 15%. Данный факт может быть объяснен наличием сезонных ионосферных аномалий, которые встречаются в высоких и субвысоких широтах и, так как используемая нами модель[2] была построена в основном с использованием данных не превышающих субвысокие широты, регулярная среднеширотная ионосфера дала наибольший вклад в оценку коэффициентов, приведенных в Таблице!. Подобны выводы также согласуются с результатами исследования [5].
3) Создание базы данных(Рис. 9), в которой сохранены:
- исходные данные для индекса солнечного потока за период 2004-2022 гг.
- значения спутникового ТЕС за 2018-2021 гг.
- данные fOF2 и ТЕС собранные с 26 станций за период 2018-2022 гг.
- оцененные дневные значения к по экспериментальным данным fOF2 с ионозондов и ТЕС со спутника
4) Установлен факт систематической недооценки ТЕС ионозондирующими станциями, и широтной зависимости между разностью значений ТЕС со спутника и ионозонда.
Купить