Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков

По экспериментальным записям твик-атмосфериков (твиков) определены дальности до их источников и эффективные высоты отражения от ионосферы, соответствующие модам первого и высшего порядков волновода Земля–ионосфера. Исследовалось количество наблюдаемых гармоник в твиках в зависимости от дальности до...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Радіофізика та електроніка
Date:	2014
Main Author:	Горишняя, Ю.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2014
Subjects:	Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106048
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков / Ю.В. Горишняя // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 1. — С. 20-28. — Бібліогр.: 31 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860033236175945728
author	Горишняя, Ю.В.
author_facet	Горишняя, Ю.В.
citation_txt	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков / Ю.В. Горишняя // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 1. — С. 20-28. — Бібліогр.: 31 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Радіофізика та електроніка
description	По экспериментальным записям твик-атмосфериков (твиков) определены дальности до их источников и эффективные высоты отражения от ионосферы, соответствующие модам первого и высшего порядков волновода Земля–ионосфера. Исследовалось количество наблюдаемых гармоник в твиках в зависимости от дальности до источника, локального времени, и эффективной высоты отражения от ионосферы. Показано, что эффективная высота отражения твиков растет в течение ночи. В диапазоне высот отражения 87…89 км наблюдается рост относительного количества твиков с высшими гармониками. Наибольшее число гармоник в твиках наблюдается в период 20…24 часа локального времени. Показано, что эффективная высота отражения для первой моды больше на 1,4 км высоты для второй моды, что в рамках анизотропной модели ионосферы позволило оценить плотность электронов в области высоты отражения. Результаты исследования позволяют выбрать адекватную модель распространения твиков и оценки параметров нижней ионосферы. За експериментальними записами твік-атмосфериків (твіків) визначено дальності до їх джерел та ефективні висоти відбиття від іоносфери, відповідні модам першого й вищого порядків хвилеводу Земля–іоносфера. Досліджено кількість спостережуваних гармонік в твіках залежно від дальності до джерела, локального часу та ефективної висоті відбиття від іоносфери. Показано, що ефективна висота віддзеркалення твіків ростє протягом ночі. У діапазоні висот відображення 87...89 км спостерігається зростання відносної кількості твіків з вищими гармоніками. Найбільше число гармонік в твіках спостерігається в період 20…24 години локального часу. Показано, що ефективна висота віддзеркалення для першої моди більше на 1,4 км висоти для другої моди, що в рамках анізотропної моделі іоносфери дозволило оцінити щільність електронів в області висоти відображення. Результати дослідження дозволяють вибрати адекватну модель поширення твіків і оцінки параметрів нижньої іоносфери. For ensemble of experimental records of tweek-atmospherics (tweeks) the source ranges and effective reflection heights were determined, corresponding to Earth-ionosphere waveguide first-order modes and higher-order modes. The observable harmonic number in tweeks according to source range, local nighttime and effective ionosphere reflection height was investigated. The obtained results show the increase of effective reflection height in low ionosphere during the night. These data also demonstrate the increasing of percentage of tweeks with higher-order harmonics in case of effective ionosphere height 87…89 km. The maximum of average tweek harmonic quantity is observed in period of 20…24 hours of local time. The difference between effective reflecting height for the first and second tweek harmonics was observed, which is 1.4 km on the average. Within the framework of anisotropic ionosphere the electron density values were obtained by such measurements at altitudes of tweek reflection. The investigation results allow to select the adequate tweek propagation model and to estimate lower ionosphere parameters.
first_indexed	2025-12-07T16:52:49Z
format	Article
fulltext	РРААССППРРООССТТРРААННЕЕННИИЕЕ РРААДДИИООВВООЛЛНН,, РРААДДИИООЛЛООККААЦЦИИЯЯ ИИ ДДИИССТТААННЦЦИИООННННООЕЕ ЗЗООННДДИИРРООВВААННИИЕЕ _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2014. Т. 5(19). № 1 © ИРЭ НАН Украины, 2014 УДК 550.388.2 Ю. В. Горишняя Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков 61085, Украина E-mail: gorishnya@ire.kharkov.ua ОЦЕНКА КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ И ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ИОНОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ АНАЛИЗА МНОГОМОДОВЫХ ТВИК-АТМОСФЕРИКОВ Твик-атмосферики (твики), наряду с радиопросвечиванием волнами ОНЧ-радиостанций, используются для изучения нижней ионосферы. В рамках существующих моделей их распространения вблизи частот отсечки волновода Земля–ионосфера прогнозируется как убывание, так и рост эффективной высоты отражения с ростом порядка волноводной моды. Поэтому представ- ляет интерес анализ экспериментальных данных на основе усовершенствованной методики, позволяющей получить более точные оценки высоты отражения от ионосферы. По экспериментальным записям твик-атмосфериков (твиков) определены дальности до их источников и эффективные высоты отражения от ионосферы, соответствующие модам первого и высшего порядков волновода Земля–ионосфера. Исследовалось количество наблюдаемых гармоник в твиках в зависимости от дальности до источника, локаль- ного времени, и эффективной высоты отражения от ионосферы. Показано, что эффективная высота отражения твиков растет в течение ночи. В диапазоне высот отражения 87…89 км наблюдается рост относительного количества твиков с высшими гармони- ками. Наибольшее число гармоник в твиках наблюдается в период 20…24 часа локального времени. Показано, что эффективная высота отражения для первой моды больше на 1,4 км высоты для второй моды, что в рамках анизотропной модели ионосферы позволило оценить плотность электронов в области высоты отражения. Результаты исследования позволяют выбрать адекватную модель распространения твиков и оценки параметров нижней ионосферы. Ил. 4. Табл. 3. Библиогр.: 31 назв. Ключевые слова: диагностика нижней ионосферы, СНЧ-ОНЧ-радиоволны, твик-атмосферики, локация молний. Электромагнитное импульсное излучение, возбуждаемое грозовыми разрядами, имеет макси- мум спектральной плотности в диапазонах сверх- низких (СНЧ, 3…3 000 Гц) и очень низких частот (ОНЧ, 3…30 кГц). Полость Земля–ионосфера служит волноводом для электромагнитных волн в данных частотных диапазонах. В ночное время часто наблюдаются так называемые твик-атмо- сферики, или твики. Наряду с радиопросвечива- нием волнами ОНЧ-радиостанций использование этих природных сигналов позволяет изучать об- ласть ионосферы на высотах 60…90 км c низкой концентрацией электронов (106…109 м–3) [1–12]. Твики отличаются от обычных атмосфериков, регистрируемых в дневное время, большей длительностью (10…150 мс). В то время как амплитудный спектр твика имеет сложную струк-туру, обусловленную широким спектром излучения разряда молнии и модальной интерференцией, особенно при дальности до источника менее 3 000 км, на спектрограмме твика можно наблюдать ряд отдельных гармоник, мгновенные частоты которых спадают от начала сигнала, асимптотически приближаясь к предельным частотам. Эти предельные частоты соответствуют частотам отсечки волновода для фундаментальной моды (первого порядка) и мод высшего порядка. Частотная дисперсия гармоник твика связана с уменьшением групповой скорости распространения при прибли-жении частоты волны к частоте отсечки волновода. Распространение волн вблизи критиче- ских частот волновода, образующих «хвостовую» часть твика, было объяснено с учетом магнито- активных свойств ионосферной плазмы [13]. В работах [9, 14–16] было показано, что поляри- зация поля в «хвостовой» части твиков близка к левой круговой, что связано с анизотропией ионо- сферы. В работе [15] по результатам анализа тви- ков получены оценки электронной концентрации в окрестности высоты, где выполняется условие полного отражения для необыкновенной лево- поляризованной волны. В работах [17–19] эффек- тивная высота волновода Земля–ионосфера вдоль трассы распространения и дальность до источника определялись с помощью анализа нескольких гар- моник твика, исследовалась зависимость числа наблюдаемых гармоник от дальности до источников. Анализ гармоник твика, наблюдаемых в спектрограмме, применяется для определения даль- ности до источника и высоты волновода [1, 7, 8]. Требования получения одновременно высокого разрешения по частоте и по времени ограничивают точность определения параметров трассы распространения. В работах [20, 21] предложен метод определения дальности до источника и высоты волновода («харьковский» метод [22]) по фазовому спектру продольной магнитной компо-ненты поля для 1-й моды, полученному по результатам трехкомпонентных измерений твиков. Это позволило получить ошибку определения дальности до источника приблизительно 5 % [22]. Использовался также метод, основанный на свойст-вах интерференции 0-й и 1-й мод в амплитудном спектре твика [23], с помощью которого по результатам анализа экспериментальных записей исследовались вариации высоты нижней ионосферы в течение ночи. В рамках существующих моделей рас- пространения вблизи частот отсечки волновода Земля–ионосфера прогнозируется как убывание Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 21 [24–26], так и рост [16] эффективной высоты от- ражения с ростом порядка волноводной моды, что подтверждается в некоторых эксперимен- тальных работах (например [27]). В связи с этим, для выбора адекватной модели представляет ин- терес анализ экспериментальных данных для вы- явления соотношения эффективных высот волно- вода, соответствующих разным модам. Таким об- разом, целью настоящей работы является изуче- ние вариаций эффективной высоты отражения для разных мод и количества наблюдаемых гар- моник, характеризующих затухание в ионосфере, а также их зависимость от локального времени ночи на основе усовершенствованного однопози- ционного метода определения дальности до ис- точника по экспериментальным записям твиков. 1. Данные и методы обработки. Банк экспериментальных записей твиков был накоплен на борту научно-исследовательского судна «Ака- демик Вернадский» в январе–апреле 1991 г. в акваториях Атлантического и Индийского океа- нов [15]. Сигналы трех компонент поля (две гори- зонтальные магнитные и вертикальная электричес- кая) с выхода антенных усилителей подавались на фильтры с полосой пропускания 0,3…13 кГц по уровню –3 дБ и с ослаблением –36 дБ на октаву за пределами рабочей полосы частот. После фильтрации сигналы синхронно оцифровывались 12-разрядными аналого-цифровыми преобразова- телями с частотой дискретизации 100 кГц. Вол- новые формы длительностью 40,96 мс накаплива- лись на жестком диске компьютера. Каждая серия измерений включала 10–16 записей, принятых в течение 10…15-минутного промежутка времени. В плоском бесконечном волноводе с идеально проводящими границами зависимость мгновенной частоты fp(τ) p-й гармоники от вре- мени описывается следующим соотношением [7]: , )/1(1 )( 2-Dc f f cp p τ τ +− = (1) где время τ отсчитывается от момента прихода атмосферика в точку наблюдения; D – дальность до источника; критическая частота p-й моды (p = 1, 2, 3…) определяется эффективной высотой волновода h: fcp = cp/2h; c – скорость света в ва- кууме. Для анализа гармоник твиков применя- лась методика [17], основанная на использовании выражения (1) и состоящая в следующем: – с учетом азимута прихода относительно на- правления на север, определяемого с помощью вычисления вектора Умова-Пойнтинга [20], вы- полняется декомпозиция магнитного поля твика на продольную и поперечную компоненты; опре- деление параметров выполняется по продольной магнитной компоненте, чтобы исключить влия- ние 0-й моды; – определяются начальные оценки частоты от- сечки fcp и дальности D, как описано в [17]; – для каждой гармоники твика строится «ко- ридор» шириной ±0,4 кГц вокруг зависимости (1), полученной по начальным оценкам D и fcp, и строится зависимость мгновенной частоты от времени fp(τk), где k – номер отсчета в динамиче- ском спектре, отсчеты которой попадают внутрь «коридора»; – по начальной оценке частоты отсечки вол- новода вычисляются оценки дальности для каж- дой гармоники из формулы (1) ; 1 )(1 1 22 − − = kpcp k k ff cD τ τ (2) – вычисляются параметры линейной средней квадратической регрессии, построенной на оценках Dk; – подбором fcp минимизируется абсолютное значение коэффициента наклона линии регрессии для каждой гармоники. Данный метод сводит нахождение параметров D и fcp к проблеме одномерной оптимизации. На pис. 1 приведен пример обработки твика, запись которого сделана 11 апреля 1991 г. в точке с координатами 7°24′ з. д., 5°42′ ю. ш. Число гармоник в твиках, наблюдаемых в полосе пропускания приемника, варьируется от 2 до 9. В данном примере наблюдаются только 1-я и 2-я гармоники. При построении динамического спектра для каждой отдельной записи вычислялся набор амплитудных спектров в диапазоне 1,5…20 кГц на интервалах времени длительностью 2,56…5,12 мс вдоль всего сигнала со сдвижкой 0,3 мс. Для уменьшения краевых эффектов в преобразовании Фурье интервал вмещал фиксированное число осцилляций на 1-й моде (в нашем случае 8 осцил- ляций). Кроме этого, использовалось временное окно Хэмминга. Для повышения точности оценки частоты спектрального пика при построении зависимости fp(τk), вычислялось положение его центра тяжести по точке локального максимума и двум соседним отсчетам в амплитудном спектре. Линейная регрессия строилась, когда в гармонике твика содержалось 20 и более отсчетов, что соот- ветствует минимальной длительности анализи- руемой реализации 6 мс. На pис. 1 ромбами показаны значения дальности, вычисленные для первых двух гармо- ник по формуле (2). Для каждой гармоники выби- рался интервал времени, в котором проводится прямая средней квадратической регрессии по оцен- кам дальности из (2). Начальные части (0…2 мс), а также хвостовые части были исключены вследст- вие роста дисперсии оценок дальности. Одним из Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 22 основных критериев для проведения границ такого интервала выбрано стандартное отклонение невя- зок, которое не должно превышать заданный порог (15 % от начальной оценки дальности). На графи- ках наблюдаются осцилляции, возникающие из-за краевых эффектов в алгоритме, с периодом, при- мерно равным отрезку времени, по которому оп- ределялся спектр. Их амплитуда растет при уменьшении дальности и номера моды твика, также она возрастает в хвостовой части, что связано с увеличением чувствительности форму- лы (2) к малым отклонениям мгновенной частоты при приближении к критической частоте волно- вода. В результате получены оценки высоты и дальности 86,4 км и 2,49 Мм по 1-й гармонике и 85,63 км и 2,38 Мм по 2-й гармонике. Стандарт- ные отклонения оценок дальности составили 0,066 Мм и 0,128 Мм для 1-й и 2-й гармоник со- ответственно. 0 10 20 30 40 Время, мс 0 1 2 3 4 5 Д ал ьн ос ть , М м =86,4 км =2,49 Ммh D а) 0 10 20 30 40 Время, мс 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Д ал ьн ос ть , М м =85,63 км =2,38 Ммh D б) Рис. 1. Пример определения дальности до источника и эффек- тивной высоты отражения по двум первым гармоникам твика: а) – 1-я гармоника; б) – 2-я гармоника Данный алгоритм определения D и h был протестирован в [28] при помощи модельных твиков, временные формы которых синтезирова- лись по спектрам поля, рассчитанным в соответст- вии с моделью СНЧ–ОНЧ распространения [29]. В результате численных исследований показано, что в присутствии случайного шума с отноше- нием сигнал/шум 3 дБ и более при использовании данного алгоритма стандартное отклонение эф- фективной высоты составляет 0,4 км. Смещение оценок восстановленных высот отражения от мо- дельных значений равнялось от 0,01 км до деся- тых долей километра, и не превышало стандарт- ного отклонения, что соответствует точности оп- ределения высот (по уровню доверительной веро- ятности 95 %) ± 800 м. Для 1-й гармоники при дальности менее 1,5 Мм стандартное отклонение может доходить до 0,6 км. Точность оценки даль- ности до источника твика при этом лежит в пре- делах нескольких процентов [28]. В области высот, где в ночное время про- исходит отражение твиков (85…90 км), сущест- венные изменения концентрации заряженных час- тиц наблюдаются на вертикальном масштабе в несколько километров. Для оценки параметров [h, D] в модели плоского идеального волновода все значения дальности до источников твика и эффективные средние высоты отражения по трассе, получен- ные из обработки гармоник одного твика, усред- нялись. При этом были применены следующие методические правила: – для твика, пришедшего с расстояния более 1,5 Мм, эффективная высота отражения опреде- ляется усреднением по всем гармоникам; – при дальности менее 1,5 Мм для получения эффективной высоты отражения используются только данные по 2-й и более высоко-частотным гармоникам. В результате анализа ансамбля данных получены значения усредненных высот h от 83 до 94 км и D от 330 до 4 000 км. Полное число обра- ботанных твиков составило 279 в 21-й серии из- мерений. 2. Эффективная высота отражения и число наблюдаемых гармоник в твиках. Все данные разделены на два периода. Первый набор включает твики, записанные в летние месяцы с 21 января по 24 февраля 1991 г. Ему соответству- ет географический регион, покрывающий часть пути судна от юго-западного побережья Африки до Яванского моря. Данные, записанные в период 6–14 апреля (около равноденствия), получены в Гвинейском заливе. Зависимости эффективных высот отра- жения от ионосферы, полученных по результатам обработки твиков, от локального времени, отсчи- тываемого от полуночи, показаны на рис. 2. Так как высота ионосферы, вычисляемая по твикам, является интегральной характеристикой ночной ионосферы вдоль всего пути распространения, для каждого твика локальное время определялось как среднее локальных астрономических времен, 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 Время, мс ý h = 86,4 км D = 2,49 Мм Д ал ьн ос ть , М м ý h = 85,63 км D = 2,38 Мм 0 10 20 30 40 Время, мс 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Д ал ьн ос ть , М м Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 23 соответствующих началу, концу, середине, первой и третьей четвертям трассы распространения. -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Локальное время, часы 84 86 88 90 92 94 Э ф ф ек ти вн ая в ы со та , к м а) -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 Локальное время, часы 84 86 88 90 92 94 Э ф ф ек ти вн ая в ы со та , к м б) Рис. 2. Вариации эффективной высоты отражающего слоя ионосферы в течение ночи для разных сезонов: а) – лето; б) – равноденствие Кресты на графиках обозначают высоту, определенную по отдельному твику. Треугольни- ки с вертикальными «усами» показывают средние значения высоты <h> и стандартные отклонения за получасовые интервалы. Нанесены линии регрес- сии для времени до полуночи. С возрастанием локального времени ночи наблюдается постепенный рост эффективной вы- соты отражения. В период равноденствия был выявлен существенный рост примерно на 5 км от h = 85 км в 6 часов до полуночи до 89,5 км в 2 часа после полуночи (рис. 2, б). В работе [30] рассмотрена аналогичная тенденция, которая распространяется также и на зимний период. На протяжении интервала времени –0,5…2 часа эффективная высота отражения изменяется незна- чительно. Для летнего времени рост эффективной высоты отражения составляет примерно 3 км для интервала –4…1 час (рис. 2, a). После полуночи наблюдается сильный разброс данных, и незначи- тельное понижение средней высоты после 2 часов локального времени. Можно отметить, что в среднем линия регрессии, относящаяся к летнему времени, выше на 1,5…2 км линии регрессии, относящейся к периоду равноденствия. В летнее время разброс эффективных высот отражения выше, чем в сезон равноденствия. Затухание при распространении мод высшего порядка увеличивается с ростом номера моды и, соответственно, количество наблюдае- мых гармоник в твике зависит от потерь в ионо- сфере и от дальности до источника. Ниже иссле- дуется зависимость числа наблюдаемых гармоник в твиках от эффективной высоты отражения от ионосферы и от локального времени. Данные, полученные за весь период на- блюдений, были разделены на три диапазона дальностей: D < 1 Мм, D = 1…1,5 Мм и D > 1,5 Мм. На рис. 3 представлены гистограммы распределе- ния твиков в этих диапазонах дальностей по ко- личеству наблюдаемых гармоник, с интервалом по высоте 2 км (рис. 3, а) и 1 км (рис. 3, б, в). Числами на графиках обозначено общее число твиков, эффективная высота отражения которых заключена в таких интервалах. Можно видеть, что при дальностях более 1,5 Мм наблюдаются 1–6 гармоник. Диапазон высот 87…89 км при дальностях D > 1 Мм харак- теризуется ростом количества твиков с большим (вплоть до 6–8) числом гармоник, хотя на самых больших дальностях относительная доля твиков с 4 и более гармониками убывает (рис. 3, в). В то же время при эффективной высоте h ≥ 90 км наблюдаются 2–4 гармоники (рис. 3, б, в). При дальностях до источника меньше 1 Мм твики с числом гармоник 4 и более представлены для всех значений эффективной высоты отражения (рис. 3, а). Определенный рост доли твиков с высокочастотными гармониками для высот 87…89 км можно наблюдать и в этом случае. По-видимому, в данном узком диапазоне высот реализуются физические условия для фор- мирования вертикального профиля электронной концентрации с максимальной крутизной нараста- ния, что обеспечивает минимальное затухание при распространении мод высших порядков. Чтобы рассмотреть зависимость наблю- даемого в твиках числа гармоник от локального времени ночи, разобьем данные на два диапазона дальностей до источников: D < 1,5 Мм и D > 1,5 Мм. В табл. 1 показаны результаты усредне- ния количества гармоник по 2-часовым интерва- лам времени и приведены усредненные по соот- ветствующим наборам твиков дальности. Число твиков в пределах таких интервалов составляло не менее 12. Значения локального времени относят- ся к середине трассы твика. Из таблицы видно, что средняя дальность в течение ночи почти не меняется, тогда как среднее число гармоник <Q> различается существенно. Можно показать, что их различие является значимым по критерию Стьюдента (с доверительной вероятностью более 99 %). Во всем диапазоне дальностей среднее число гармоник твика максимально в период –4…0 часов. –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 Локальное время, часы 94 92 90 88 86 84 Э фф ек ти вн ая в ы со та , к м –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 Локальное время, часы 94 92 90 88 86 84 Э фф ек ти вн ая в ы со та , к м Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 24 84 85 86 87 88 89 90 91 Эффективная высота, км 0 4 8 К ол ич ес тв о тв ик ов Число гармоник твика 2 3 4 5 6 7 8 9 14 8 13 4 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 Эффективная высота, км 0 5 10 К ол ич ес тв о тв ик ов 2 8 28 8 3 13 13 4 3 а) б) 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 Эффективная высота, км 0 10 20 К ол ич ес тв о тв ик ов 2 3 24 21 11 15 30 11 1 6 24 1 в) Рис. 3. Распределения количества гармоник в твиках при разных эффективных высотах волновода в трех диапазонах дальности до источника: а) – D < 1 Мм; б) – D = 1…1,5 Мм; в) – D > 1,5 Мм Таблица 1 Среднее число гармоник в твиках в течение ночи Время, ч Дальность < 1,5 Мм Дальность > 1,5 Мм Число твиков <Q> <D>, Мм Число твиков <Q> <D>, Мм –6…–4 12 3,58 1,11 14 2,42 2,55 –4…–2 24 5,87 1,18 17 3,35 2,33 –2…0 36 5,08 0,99 27 3,18 2,55 0…2 36 3,47 1,15 82 2,43 2,38 2…4 12 4,25 1,28 19 3,10 2,21 ___________________________________________ Гистограммы на рис. 4 показывают отно- сительное количество твиков с разным числом гармоник в 2-часовых интервалах локального времени ночи для всего диапазона расстояний. Числами на графике указано полное количество твиков в ансамбле для каждого интервала времени. ___________________________________________ -6 -4 -2 0 2 4 Локальное время, часы 0 20 40 60 80 100 Д ол я тв ик ов с р аз ны м чи сл ом г ар мо ни к, % Число гармоник в твике 2 3 4 5 6 7 8 9 26 41 63 118 31 Рис. 4. Доля твиков с разным количеством гармоник для 2-часовых интервалов в течение ночи 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 Эффективная высота, км 20 10 0 К ол ич ес тв о тв ик ов 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 Эффективная высота, км 20 10 0 К ол ич ес тв о тв ик ов –6 –4 –2 0 2 4 Локальное время, часы 100 80 60 40 20 0 Д ол я тв ик ов с р аз ны м чи сл ом г ар мо ни к, % Число гармоник твика 26 41 63 118 31 84 85 86 87 88 89 90 91 Эффективная высота, км 8 4 0 К ол ич ес тв о тв ик ов Число гармоник твика Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 25 Видно, что в период 0…2 часа доля тви- ков с 2–3 гармониками составляет более 80 %, в период после заката (–6…–4 часа) примерно рав- на 70 %, и для всех других интервалов составляет не более 50 %. Максимальная доля твиков с высокочастотными (4–9) гармониками наблюда- ется в период –4…0 часов. 3. Оценки критических частот волно- вода Земля–ионосфера для 1-й и 2-й мод. Около 75 % записей твиков (214 из 279) составляют группы с близкими трассами распространения. Каждый сеанс наблюдений охватывал 10…20 мин, поэтому можно предположить, что параметры трассы неизменны в течение этих относительно коротких промежутков времени, следовательно, полученные оценки эффективной высоты отра- жения можно считать статистически независи- мыми. Так как алгоритм обработки дает более сильную погрешность оценок высоты по 1-й гар- монике при дальности до источника меньше 1,5 Мм, были выделены 16 групп из 4-х и более твиков с дальностями, превосходящими эту вели- чину. Некоторые из этих групп твиков записаны в разные периоды одной и той же ночи. В табл. 2 представлены усредненные критические частоты <f1> и <f2> и средние эффективные высоты <h1> и <h2> (и их стандарт- ные отклонения σ1, σ2) определенные по 1-й и 2-й гармоникам твика, которые наблюдаются во всем рассматриваемом диапазоне дальностей. Стандартные отклонения оценок дальности до источников в каждой группе находятся в преде- лах 0,07…0,36 Мм, что составляет 5–12 % от средней дальности. ___________________________________________ Таблица 2 Эффективные высоты отражения по 1-й и 2-й гармоникам твиков для разных трасс распространения Дата Число твиков <h1> ± σ1, км <h2> ± σ2, км <f1>, Гц <f2/2>, Гц Азимут, ° Дальность, Мм 21.01 4 93,20±1,27 91,81±0,15 1609,73 1633,78 120,9±3,4 2,18±0,09 22.01 9 89,32±1,16 87,81±0,29 1679,64 1708,21 313,9±3,2 1,55±0,09 02.02 5 90,75±0,95 89,39±0,48 1653,07 1678,04 147,7±2,8 1,49±0,12 09.02 12 89,29±0,95 88,12±1,10 1680,02 1702,57 263,3±2,3 2,70±0,18 11.02 6 91,82±0,53 90,42±0,80 1633,70 1659,04 291,7±2,8 3,39±0,18 14.02 4 90,12±0,18 89,57±0,46 1664,51 1674,70 279,0±1,3 2,91±0,08 15.02 7 90,49±0,07 88,77±0,44 1657,68 1689,86 78,9±1,7 2,43±0,11 15.02 5 91,77±0,30 90,39±0,93 1634,57 1659,51 294,7±3,4 1,76±0,13 06.04 4 88,93±0,77 86,56±0,36 1686,73 1732,83 36,9±4,4 2,33±0,19 06.04 4 89,68±0,60 87,68±0,44 1672,73 1710,73 81,7±5,0 2,72±0,27 09.04 8 89,46±0,50 87,83±0,42 1676,79 1707,96 74,8±2,0 1,46±0,07 09.04 4 87,59±0,81 86,11±0,62 1712,56 1742,04 359,1±0,7 1,93±0,09 10.04 4 92,31±0,60 88,81±0,56 1625,09 1688,99 99,5±1,9 2,93±0,07 11.04 4 85,19±1,21 84,32±1,36 1761,06 1779,18 83,9±3,2 2,42±0,17 11.04 5 86,18±0,71 85,04±1,48 1740,62 1764,29 259,7±1,2 2,79±0,36 14.04 8 89,40±0,79 88,22±1,30 1677,95 1700,69 99,7±6,4 2,81±0,18 ___________________________________________ В большинстве групп твиков (12 из 16) высота <h1> превышает <h2> на величину от 1,2 км до 3,5 км. Используя выборочные значения σ 2 как оценки дисперсии, можно показать, что раз- личие высот может считаться значимым по кри- терию Стьюдента почти для всех групп. В двух группах разности средних эффективных высот отражения являются незначимыми. Анализ оценок по модам более высокого порядка показал, что в большинстве случаев ме- жду 2-й и последующими (вплоть до 9-й) мода- ми высота отражения слабо убывает, и для ≈50 % записей их разность вплоть до последней моды лежит в пределах точности оценки высоты (±0,5…0,8 км). В ряде случаев наблюдается рост высоты отражения для 5–9 мод в пределах 0,5…1,5 км. В 68 % случаев h1 превосходит высо- ту h2 более чем на 0,7 км. В 4 % случаев h1 ниже h2 более чем на 0,7 км. В среднем разность h1 – h2 составляет 1,39±1,44 км. Анализ твиков с даль- ностью распространения более 1,5 Мм для 1–4-й мод показывает аналогичные результаты. Так, при этом разность h1 – h2 меньше –0,7 км в 4 % слу- чаев, больше 0,7 км в 66 % случаев, и в среднем равна 1,62±1,61 км. Для оценки параметров нижней ионосферы воспользуемся моделью [24]. Волновод Земля– ионосфера представлен в ней как идеально проводящая Земля, и расположенное выше уров- ня высоты h полупространство с однородной концентрацией электронов. Геомагнитное поле ортогонально границам волновода. В области частот отсечки волновода распространяющиеся моды могут быть описаны как лево- и право- поляризованные квази-L и квази-R моды [9]. Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 26 Согласно [24, 25] роль критических частот для таких мод в ионосферном волноводе с высотой h играют величины: – для L-(левополяризованной) моды );/11)(/( pkp nphcp ππω −= (3) – для R-(правополяризованной) моды, ),2/1)(/( pkp npshcp ππω −= (4) где Hpn ωωω /0= – коэффициент преломления, который в ночных условиях на высоте 85…90 км примерно равен 3…7; ωH – гирочастота электро- нов; ω0 – плазменная частота электронов; Hvs ω/= – отношение частоты столкновений ν электронов с нейтральными молекулами к гиро- частоте электронов; индекс p (p = 1, 2, 3…) соот- ветствует номеру моды. Критическая частота для 1-й L-моды от- личается от критической частоты идеального волновода на величину 11 / nk πω , обусловленную конечной толщиной области отражения, равной глубине проникновения левополяризованных кру- говых волн в ионосферу ./ 1nhl π≈ В ночных условиях для 1-й моды глубина проникновения равна 5…10 км. Данный вывод получен при ус- ловии, что магнитное поле ортогонально поверх- ности земли. Для более точного учета поправки на умеренных географических широтах, для це- лей дальнейших вычислений достаточно опреде- лять коэффициент преломления в плазме с уче- том зависимости от направления магнитного поля как ,)cos(/0 ςωωω Hn = где угол ς – отклонение магнитного поля от вертикали. Поскольку 1kkp pωω ≈ (отсюда показате- ли преломления вблизи критических частот для 1-й и p-й L-мод соотносятся как ),/ pnnp ≈ выражение (3) означает, что разность ωkp и кри- тической частоты идеального волновода с ростом номера мод растет только как p≈∞ для ноч- ной ионосферы на высотах 80…95 км. Ввиду это- го эффективная высота отражающего слоя, вы- числяемая в предположении закона дисперсии идеального волновода, превышает h на величину ).1/( −pnh π При указанных параметрах ночной ионосферы эффективная высота отражения для 1-й моды оказывается выше эффективной высоты отражения для 2-й моды на 1,5…2,8 км за счет данного эффекта. На высотах 85…96 км величина s равня- ется 1/10…1/55 в обычных ночных условиях. Это означает, что критические частоты (4) отличают- ся от значений для идеального волновода очень мало, а глубина проникновения для 1-й квази-R моды составляет лишь 0,25…0,5 км. Определяющим признаком твиков явля- ется левая круговая и близкая к ней поляризация поля в хвостовой части. Эта часть соответствует углам падения θ = 10°…35°. В начальной части твика вплоть до угла 63,5° [24] поляризация поля линейна, и излучение распространяется в виде квази-ТМ и квази-ТЕ мод волновода. Поляризация сигнала твика меняется на всей его протяженности [31]. Поляризация моды 2-го порядка и более высокочастотных мод оста- ется эллиптической с преобладанием левой кру- говой. В начале твика при углах падения 40°…60° право- и левополяризованные круговые волны присутствуют в 1-й моде твика в различных соот- ношениях. У части твиков с дальностями до ис- точников более 1,5 Мм на начальном участке достигается почти линейная поляризация 1-й моды сигнала (т. е. доля право- и левополяризованных волн примерно равна). В ряде случаев наблюда- ется полное преобладание правой круговой поля- ризации (96 % по энергии). Участок, соот- ветствующий таким углам падения, достаточно короткий (порядка 5 мс), однако он приходится на область сильных изменений мгновенной час- тоты, используемую в алгоритме оценки эффек- тивной высоты и дальности, которая составляет обычно 7…15 мс (в ряде случаев до 20…30 мс). Так как критические частоты L- и R-волн различ- ны (см. (3), (4)) и влияние участка со смешанной поляризацией учесть сложно, в дальнейшем из вычислений была исключена часть записей, для которых среднее отношение амплитуд L/R не превышало ≈1,4. Для анализа использовались пары/группы твиков от общего очага с близкими трассами рас- пространения, для которых выполнялось условие квазипродольного приближения при распростра- нении относительно магнитного поля, принятое в модели [24], а именно, в середине трассы: .)/()()cos(2/)(sin 2 0 22 Hiv ωωωωωςς −−<< В табл. 3 приведены оценки, выполнен- ные по наборам твиков, у которых в диапазоне углов падения 35°…65° среднее отношение амплитуд лево- и правополяризованной круговых волн L/R составляло более 1,4 (преобладание ле- вой поляризации), и дальность до источника пре- восходила 1,5 Мм. Вычисления выполнялись с использованием формулы (3) для волн круговой левой поляризации. По усредненным по группе твиков критическим частотам, определенным для 1-й и 2-й мод, вычислялись следующие парамет- ры модели: высота нижней границы плазменного полупространства h и показатель преломления (и тем самым концентрация электронов N). Гиро- частота электронов принималась равной 1,2 МГц. В таблице приведены также величины эффектив- ной высоты отражения h1, вычисленные для на- боров твиков по усредненной критической час- тоте 1-й моды. Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 27 Таблица 3 Электронная концентрация и высота нижней границы волновода Земля–ионосфера, определенные для разных трасс распространения Высота h1, км Высота h, км Концентрация электронов N, см–3 Среднее отношение L/R при θ = 35°…65° 89,7 83,2 375 1,47 88,9 81,3 263 1,47 89,5 85,8 1168 1,48 92,9 84,9 283 1,55 92,3 81,4 121 1,75 93,2 88,7 818 2,4 87,5 84,5 1855 2,93 89,5 81,6 291 3,35 ___________________________________________ Полученные на основе анализа твиков в рамках модели [24] значения концентрации N достаточно хорошо согласуются с данными о ночной ионосфере на высотах 85…90 км. Выводы. На основе анализа твик-атмо- сфериков продемонстрирована возможность мо- ниторинга регулярных (суточных и сезонных) изменений состояния нижней ионосферы. Обна- ружено, что в течение ночи эффективная высота отражающего слоя в нижней ионосфере посте- пенно увеличивается на 4…5 км на интервале 20…02 часа локального времени. Показано, что при дальности менее 1 Мм число высокочастот- ных гармоник в твике не зависит от эффективной высоты отражения от ионосферы. При дальности более 1 Мм, при эффективной высоте волновода Земля–ионосфера более 90 км число наблюдае- мых гармоник не превышает 4. При эффективной высоте отражения 87…89 км наблюдается рост числа твиков с большим количеством гармоник (до 6–8) для всего диапазона дальностей до ис- точника. По-видимому, это связано с тем, что в данном узком диапазоне высот реализуются фи- зические условия для формирования вертикаль- ного профиля электронной концентрации с мак- симальной крутизной нарастания, что обеспечи- вает минимальное затухание при распростране- нии мод высших порядков. Доля твиков с гармониками высшего по- рядка максимальна в период 20…24 часа локаль- ного времени. Показано, что в 66 % случаев эффектив- ная высота волновода для 1-й моды оказывается выше эффективной высоты для 2-й моды более чем на 0,7 км, что согласуется с моделями [24, 25] и обусловлено конечной глубиной проникнове- ния волн в ионосферу. По критическим частотам для 1-й и 2-й мод получены оценки концентрации электронов в плазме D-слоя нижней ионосферы, которые составили от 120 до 1 800 частиц в 1 см–3. Библиографический список 1. Ohtsu J. Numerical study of tweeks based on wave-guide mode theory / J. Ohtsu // Proc. Res. Inst. Atmos. Nagoya Un- iv. – 1960. – 7. – P. 58–71. 2. Cummer S. A. Lightning and ionospheric remote sensing using VLF/ELF radio atmospherics / S. A. Cummer // Ph. D. disser- tation, Department Electrical Engineering of Stanford Univer- sity. – Stanford. – 1997. – 127 p. 3. Cummer S. A. Ionospheric D-region remote sensing using VLF radio atmospherics / S. A. Cummer, U. S. Inan, T. F. Bell // Radio Science. – 1998. – 33, N 6. – P. 1781–1792. 4. Cummer S. A. Modeling electromagnetic propagation in the Earth-ionosphere waveguide / S. A. Cummer // IEEE Trans. Ant. Prop. – 2000. – 48, N 9. – P. 1420–1429. 5. Recent findings on VLF/ELF spherics / M. Hayakawa, K. Ohta, S. Shimakura, K. Baba // J. of Atmospheric and Terrestrial Physics. – 1995. – 57, N 5. – P. 467–477. 6. Yamashita M. Some considaration of the polarization error in direction finding of atmospherics. I. Effect of the Earth's mag- netic field / M. Yamashita, K. Sao // J. of Atmospheric and Terrestrial Physics. – 1974. – 36, iss. 10. – P. 1623–1632. 7. Yano S. Wave-form analysis of tweek atmospherics / S. Yano, T. Ogawa, H. Hagino // Res. Lett. Atmos. Electr. – 1989. – 9. – P. 31–42. 8. Yano S. Dispersion Characteristics and Waveform Analysis of Tweek Atmospherics / S. Yano, T. Ogawa, H. Hagino // Environmental and Space Electromagnetics, ed. by H. Kikuchi. – Tokyo: Springer-Verlag, 1991. – P. 227–236. 9. Experimental investigation of the tweek field structure / D. Ye. Yedemsky, B. S. Ryabov, A. Yu. Shchokotov, V. S. Yarotsky // Adv. Space Res. – 1992. – 12, N 6. – P. 251–254. 10. Рафальский В. А. Резонансные явления в поперечном сечении промежутка Земля–ионосфера и их влияние на возбуждение и распространение радиоволн: дис. … канд. физ.-мат. наук / В. А. Рафальский. – Х., 1991. – 112 с. 11. Швец А. В. Экспериментальное исследование распростра- нения СНЧ-СДВ атмосфериков и динамика мировой гро- зовой активности: дис. … канд. физ.-мат. наук / А. В. Швец. – Х., 1994. – 153 с. 12. Михайлова Г. А. Тонкая частотно-временная структура атмосфериков типа «твики» и ОНЧ диагностика парамет- ров ночной нижней ионосферы / Г. А. Михайлова, О. В. Капустина // Геомагнетизм и аэрономия. – 1988. – 28, № 6. – C. 1015–1018. 13. Yamashita M. Propagation of tweek atmospherics / M. Yama- shita // J. Atmos. Terr. Phys. – 1978. – 40, iss. 2. – P. 151–156. 14. Hayakawa M. Wave characteristics of tweek atmospherics deduced from the direction-finding measurement and theoreti- cal interpretation / M. Hayakawa, K. Ohta, K. Baba // J. Geo- phys. Res. – 1995. – 99, N D5. – P. 10733–10743. Ю. В. Горишняя / Оценка концентрации электронов… _________________________________________________________________________________________________________________ 28 15. Shvets A. V. Polarization effects for tweek propagation / A. V. Shvets, M. Hayakawa // J. of Atmospheric and Solar- Terrestrial Physics. – 1998. – 60, N 4. – P. 461–469. 16. Швец А. В. О поляризационных свойствах твиков // Радиофизика и электрон.: сб. научн. тр. / Ин-т радио- физики и электрон. НАН Украины. – Х., 1997. – 2, № 2. – С. 101–106. 17. Швец А. В. Локация молний и оценка высоты нижней ионосферы с использованием дисперсионных характерис- тик твик-атмосфериков / А. В. Швец, Ю. В. Горишняя // Радиофизика и электрон. – 2011. – 16, № 4. – С. 53–59. 18. Gorishnya Y. V. Statistical study of multimodal tweek- atmospherics / Y. V. Gorishnya, A. V. Shvets // Proc. 2010 Intern. Conf. on Math. Methods in Electromagnetic Theory (MMET’2010). – Kyiv. – 2010. – P. 98–101. 19. Shvets A. V. Variations of the lower ionosphere height inferred from “tweek” records / A. V. Shvets, Y. V. Gorishnya // Proc. 2nd Intern. Radio Electronic Forum (IREF’2005). – Kharkiv. – 2005. – Vol. II. – P. 457–459. 20. A time domain direction finding technique for locating wide band atmospherics / A. P. Nickolaenko, V. A. Rafalsky, A. V. Shvets, M. Hayakawa // J. of Atmospheric Electricity. – 1994. – 14, N 1. – P. 97–107. 21. Rafalsky V. A. One-site distance-finding technique for locating lightning discharges / V. A. Rafalsky, A. V. Shvets, M. Haya- kawa // J. of Atmospheric and Terrestrial Physics. – 1995. – 57, N 11. – P. 1255–1261. 22. Brundell J. B. Validation of single station lightning location technique / J. B. Brundell, C. J. Rodger, R. L. Dowden // Radio Sci. – 2002. – 37, N 4. – P. 1059–1067. 23. Швец А. В. Метод локации молний и оценки параметров нижней ионосферы с помощью твик-атмосфериков / А. В. Швец, Ю. В. Горишняя // Радиофизика и электрон. – 2010. – 15, № 2. – С. 63–70. 24. Ryabov B. S. Tweek formation peculiarities / B. S. Ryabov // Geomagnetism and Aeronomy (English Translation). – 1994. – 34, N 1. – P. 60–66. 25. Sukhorukov A. I. Approximate solution for the VLF eigen- values near cut-off frequencies in the nocturnal inhomogene- ous earth–ionosphere waveguide / A. I. Sukhorukov, S. Shima- kura, M. Hayakawa // Planetary and Space Science. – 1992. – 40, N 10. – P.1363–1369. 26. Porrat D. Modal Phenomena in the Natural Electromagnetic Spectrum Below 5 kHz / D. Porrat, P.R. Bannister, A. C. Fraser- Smith // Radio Science. – 2001. – 36, N 3. – P. 409–506. 27. Nighttime D-region electron density measurements from ELF- VLF tweek radio atmospherics recorded at low latitudes / A. K. Maurya, B. Veenadhari, R. Singh et al. // J. Geophys. Res. – 2012. – 117. – A11308 (13 p.). 28. Gorishnya Y. V. The method for estimating of parameters of lower atmosphere through broadcast signals of tweek- atmospherics / Y. V. Gorishnya, A. V. Shvets // Proc. Electro- magnetic Methods of Environmental Studies (EMES’2012). – Kharkiv. – 2012. – P. 289–291. 29. Greifinger C. Approximate method for determining ELF eigenvalues in the earth-ionosphere waveguide / C. Greifinger, Ph. Greifinger // Radio Science. – 1978. – 13, N 5. – P. 831–837. 30. Kumar S. Higher harmonic tweek sferics observed at low latitude: estimation of VLF reflection heights and tweek propa- gation distance / S. Kumar, A. Kishore, V. Ramachandran // Ann. Geophys. – 2008. – 26. – P. 1451–1459. 31. Gorishnya Y. V. Polarization of atmospherics propagating under night-time ionosphere / Y. V. Gorishnya, A. V. Shvets // Proc. 6th Intern. Kharkov Symp. on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves and Workshop on Terahertz Technologies (MSMW’07). – Kharkov. – 2007. – Vol. 2. – P. 763–765. Рукопись поступила 27.09.2013. Y. V. Gorishnya ELECTRON DENSITY AND LOWER IONOSPHERE HEIGHT ESTIMATIONS BY RESULTS OF ANALYSIS OF MULTIMODAL TWEEK-ATMOSPHERICS Tweek-atmospherics (tweeks) are used for low ionosphere investigation together with VHF-radio station’s signals. Within the framework of existing tweek propagation models there is a projection of both decrease and increase of effective reflection height with mode index increasing. Therefore, the analysis of experimental data arouses interest and is based on improved method, which allow us to obtain the more detailed estimations of the ionosphere reflection height. For ensemble of experimental records of tweek-atmospherics (tweeks) the source ranges and effective reflection heights were determined, corresponding to Earth-ionosphere waveguide first-order modes and higher-order modes. The observable harmonic number in tweeks according to source range, local nighttime and effective ionosphere reflection height was investigated. The obtained results show the increase of effective reflection height in low ionosphere during the night. These data also demonstrate the increasing of percentage of tweeks with higher-order harmonics in case of effective ionosphere height 87…89 km. The maximum of average tweek harmonic quantity is observed in period of 20…24 hours of local time. The difference between effective reflecting height for the first and second tweek harmonics was observed, which is 1.4 km on the average. Within the framework of anisotropic ionosphere the electron density values were obtained by such measurements at altitudes of tweek reflection. The investigation results allow to select the adequate tweek propagation model and to estimate lower ionosphere parameters. Key words: low ionosphere diagnostics, ELF-VLF radio waves, tweek-atmospherics, lightning location. Ю. В. Горішня ОЦІНКА КОНЦЕНТРАЦІЇ ЕЛЕКТРОНІВ І ВИСОТИ НИЖНЬОЇ МЕЖІ ІОНОСФЕРИ ЗА ДАНИМИ АНАЛІЗУ БАГАТОМОДОВИХ ТВІК-АТМОСФЕРИКІВ Твік-атмосферики (твіки), разом з радіопросвічу- ванням хвилями ДНЧ-радіостанцій, використовуються для вивчення нижньої іоносфери. У рамках існуючих моделей їх поширення поблизу частот відсічення хвилеводу Земля– іоносфера прогнозується як спадання, так и зростання ефек- тивної висоті відображення з ростом порядку хвилеводної моди. Тому становить інтерес аналіз експериментальних да- них на основі удосконаленої методики, що дозволяє отримати більш точні оцінки висоти відбиття від іоносфери. За експе- риментальними записами твік-атмосфериків (твіків) визначе- но дальності до їх джерел та ефективні висоти відбиття від іоносфери, відповідні модам першого й вищого порядків хвиле- воду Земля–іоносфера. Досліджено кількість спостережуваних гармонік в твіках залежно від дальності до джерела, локально- го часу та ефективної висоті відбиття від іоносфери. Показа- но, що ефективна висота віддзеркалення твіків ростє протягом ночі. У діапазоні висот відображення 87...89 км спостерігаєть- ся зростання відносної кількості твіків з вищими гармоніками. Найбільше число гармонік в твіках спостерігається в період 20…24 години локального часу. Показано, що ефективна висота віддзеркалення для першої моди більше на 1,4 км ви- соти для другої моди, що в рамках анізотропної моделі іоно- сфери дозволило оцінити щільність електронів в області висо- ти відображення. Результати дослідження дозволяють вибрати адекватну модель поширення твіків і оцінки параметрів нижньої іоносфери. Ключові слова: діагностика нижньої іоносфери, ННЧ-ДНЧ-радіохвилі, твік-атмосферики, локація блискавок.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-106048
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-821X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:52:49Z
publishDate	2014
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format	dspace
spelling	Горишняя, Ю.В. 2016-09-15T16:43:20Z 2016-09-15T16:43:20Z 2014 Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков / Ю.В. Горишняя // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 1. — С. 20-28. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106048 550.388.2 По экспериментальным записям твик-атмосфериков (твиков) определены дальности до их источников и эффективные высоты отражения от ионосферы, соответствующие модам первого и высшего порядков волновода Земля–ионосфера. Исследовалось количество наблюдаемых гармоник в твиках в зависимости от дальности до источника, локального времени, и эффективной высоты отражения от ионосферы. Показано, что эффективная высота отражения твиков растет в течение ночи. В диапазоне высот отражения 87…89 км наблюдается рост относительного количества твиков с высшими гармониками. Наибольшее число гармоник в твиках наблюдается в период 20…24 часа локального времени. Показано, что эффективная высота отражения для первой моды больше на 1,4 км высоты для второй моды, что в рамках анизотропной модели ионосферы позволило оценить плотность электронов в области высоты отражения. Результаты исследования позволяют выбрать адекватную модель распространения твиков и оценки параметров нижней ионосферы. За експериментальними записами твік-атмосфериків (твіків) визначено дальності до їх джерел та ефективні висоти відбиття від іоносфери, відповідні модам першого й вищого порядків хвилеводу Земля–іоносфера. Досліджено кількість спостережуваних гармонік в твіках залежно від дальності до джерела, локального часу та ефективної висоті відбиття від іоносфери. Показано, що ефективна висота віддзеркалення твіків ростє протягом ночі. У діапазоні висот відображення 87...89 км спостерігається зростання відносної кількості твіків з вищими гармоніками. Найбільше число гармонік в твіках спостерігається в період 20…24 години локального часу. Показано, що ефективна висота віддзеркалення для першої моди більше на 1,4 км висоти для другої моди, що в рамках анізотропної моделі іоносфери дозволило оцінити щільність електронів в області висоти відображення. Результати дослідження дозволяють вибрати адекватну модель поширення твіків і оцінки параметрів нижньої іоносфери. For ensemble of experimental records of tweek-atmospherics (tweeks) the source ranges and effective reflection heights were determined, corresponding to Earth-ionosphere waveguide first-order modes and higher-order modes. The observable harmonic number in tweeks according to source range, local nighttime and effective ionosphere reflection height was investigated. The obtained results show the increase of effective reflection height in low ionosphere during the night. These data also demonstrate the increasing of percentage of tweeks with higher-order harmonics in case of effective ionosphere height 87…89 km. The maximum of average tweek harmonic quantity is observed in period of 20…24 hours of local time. The difference between effective reflecting height for the first and second tweek harmonics was observed, which is 1.4 km on the average. Within the framework of anisotropic ionosphere the electron density values were obtained by such measurements at altitudes of tweek reflection. The investigation results allow to select the adequate tweek propagation model and to estimate lower ionosphere parameters. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков Оцінка концентрації електронів і висоти нижньої межі іоносфери за даними аналізу багатомодових твік-атмосфериків Electron density and lower ionosphere height estimations by results of analysis of multimodal tweek-atmospherics Article published earlier
spellingShingle	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков Горишняя, Ю.В. Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование
title	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
title_alt	Оцінка концентрації електронів і висоти нижньої межі іоносфери за даними аналізу багатомодових твік-атмосфериків Electron density and lower ionosphere height estimations by results of analysis of multimodal tweek-atmospherics
title_full	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
title_fullStr	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
title_full_unstemmed	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
title_short	Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
title_sort	оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков
topic	Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование
topic_facet	Распространение радиоволн, радиолокация и дистанционное зондирование
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106048
work_keys_str_mv	AT gorišnââûv ocenkakoncentraciiélektronovivysotynižneigranicyionosferypodannymanalizamnogomodovyhtvikatmosferikov AT gorišnââûv ocínkakoncentracííelektronívívisotinižnʹoímežííonosferizadanimianalízubagatomodovihtvíkatmosferikív AT gorišnââûv electrondensityandlowerionosphereheightestimationsbyresultsofanalysisofmultimodaltweekatmospherics

Оценка концентрации электронов и высоты нижней границы ионосферы по данным анализа многомодовых твик-атмосфериков

Institution

Similar Items