Введение 4
Глава 1. Структура и физика ионосферы 6
1.1 История ионосферных исследований 6
1.2 Состав и изменения ионосферы 11
1.3 Нерегулярные явления в ионосфере 16
1.4 Классификация ионосферных неоднородностей и радиофизические
методы детектирования ионосферных возмущений 19
1.5 Определение полного электронного содержания (ПЭС) по
измерениям ГНСС приемников 28
Глава 2. Закономерности неоднородной структуры полного электронного содержания по данным мезомасштабной сети ГНСС приемников 32
2.1 Методы исследования 32
2.2 Принципы расчета ПЭС по данным приемников ГНСС 32
2.3 Карты ПЭС за 2013 год и их подготовка для дальнейшей обработки 34
2.4 Анализ временной неоднородной структуры ионосферы 42
2.5 Долготно-временная структура мезомасштабных неоднородностей
ПЭС 44
2.6 Сравнение характеристик ионосферных неоднородностей с изменчивостью приземных метеопараметров 49
Заключение 51
Список использованных источников 52
Список публикаций и докладов 56
Приложение 57
Первые предположения о существовании высоко над Землёй электропроводящего слоя высказывались в связи с исследованием магнитного поля Земли и атмосферного электричества (К. Гаусс, 1839; У. Томсон, 1860; Б. Стюарт, 1878). Вскоре после открытия А. С.Поповым радио (1895) А. Кеннелли в США и О. Хевисайд в Великобритании почти одновременно (в 1902) высказали предположение, что распространение радиоволн за пределы прямой видимости обусловлено их отражением от электропроводящего слоя, расположенного на высотах 100—300 км. Научные исследования ионосферы были начаты в 20-х гг., когда применили зондирующие ионосферные станции и, посылая с Земли короткие радиосигналы с различной длиной волны, наблюдали их отражения от соответствующих областей ионосферы. Английским учёным У. Эклсом был предложен механизм влияния заряженных частиц на радиоволны (1912), советский учёный М. В. Шулейкин (1923) пришёл к выводу о существовании в ионосфере не менее 2 слоев, английский учёный С. Чепмен (1931) построил теорию простого слоя, в первом приближении описывающую ионосферу. Большой вклад внесли работы советских учёных Д. А. Рожанского, М. А. Бонч-Бруевича, А. Н. Щукина, С. И. Крючкова, английских учёных Дж. Лармора, Э. Эплтона и др.
Изучение вопросов влияния неоднородностей на распространение радио¬волн, а также генерации неоднородностей, трансформации и их взаимодействия является так же важной и актуальной проблемой, имеющей научное и практическое значение в области радиофизики и физики ионосферы. В связи с этим несомненный интерес представляет мониторинг мезомасштабной структуры ионосферы. Мониторинг состояния ионосферы в современных условиях необходим в задачах оперативного прогноза метеосостояния, повышение точности радиотехнических измерений, опасных метеоявлений. Известно, что учет мезомасштабной структуры ионосферы повышает точность решения различных задач [1].
Актуальность работы
Исследование динамики ионосферных параметров является актуальной задачей современной радиофизики. Состояние ионосферы и наличие в ней ионосферных возмущений в значительной степени определяет режимы прохождения электромагнитных волн в широком диапазоне частот и, как следствие, влияет на функционирование различных радиотехнических устройств. Например, для глобальных спутниковых систем радионавигации, ионосфера является источником существенных погрешностей, препятствующих достижению потенциально возможных показателей точности позиционирования [2].
Изучение ионосферы продолжает развиваться в двух направлениях — с точки зрения её влияния на распространение радиоволн и исследования физико-химических процессов.
Цель работы
Выявление закономерностей вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций в ионосфере по данным полного электронного содержания (ПЭС), с помощью мезомасштабной сети приемников спутниковых навигационных систем (ГНСС).
Задачи работы
1. Представление данных ПЭС, полученных с помощью
радиосигналов спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, по данным сети приемников в Республике Татарстан за 2013 год.
2. Разработка программного обеспечения для обработки карт ПЭС и выявления интенсивности флуктуаций с временными масштабами менее 2 часов.
3. Анализ пространственно-временных закономерностей вариаций мезомасштабных неоднородностей ПЭС.
► Впервые разработано программное обеспечение для выделения средне-масштабных ионосферных неоднородностей по картам ПЭС высокого разрешения. Эти программы можно использовать для обнаружения и исследования динамики мезомасштабных неоднородностей по картам полного электронного содержания (ПЭС).
► Получены долготно-временные сечения интенсивности флуктуаций полного электронного содержания ионосферы с временными масштабами менее двух часов. Изучены сезонные закономерности развития долготно-временных вариаций.
► Проведено сравнение изменчивости интенсивности средне-масштабных ионосферных возмущений с полями метеопараметров в приземном слое. Показано, что в зимний период есть совпадения увеличения интенсивности флуктуаций ПЭС с проходящими атмосферными фронтами в нижней атмосфере.
Полученные в работе результаты позволяют развить методы мониторинга ионосферных флуктуаций.
