Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Науки о земле. Геологические науки \ Вспомогательные геологические науки \ Геофизика

Амплитудные вариации отраженного сигнала при вертикальном зондировании ионосферы на средних широтах

Амплитудные вариации отраженного сигнала при вертикальном зондировании ионосферы на средних широтах

Автор: Юсупов К.М., Мэтьюз Д.Д., Маруяма Т., Акчурин А.Д., Толстиков М.В., Шерстюков О.Н., Филиппова Е.А., Сафиуллин А.С.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 3 т.6, 2020 года.

Бесплатный доступ

В данной работе обсуждаются основные типы квазипериодических вариаций амплитуд отраженного сигнала при вертикальном зондировании ионосферы на средних широтах. Исходными экспериментальными данными являются ионограммы вертикального зондирования, полученные ионозондом «Циклон». Ионозонд расположен в Казани (55° N, 49° E) и в стандартном режиме позволяет получать одну ионограмму в минуту. При анализе используются методы визуализации большого потока ионограмм в виде итоговых сводных карт состояния ионосферы (A-, H-, As-карты). В работе приводятся характерные примеры квазипериодических вариаций амплитуд отраженного сигнала на ионограммах и на А-картах при различных типах многолучевых биений (поляризационных и вследствие рассеяния сигнала на ионосферных неоднородностях). Частотные свойства таких биений используются для оценки разницы действующих высот отражения между модами различной поляризации с высокой точностью, что позволяет уточнять форму профиля электронной концентрации нижней части ионосферы. Обнаружено редкое для среднеширотного Es-слоя явление - биения двух О-мод с разными действующими высотами отражений. Приведены также особенности квазипериодических вариаций амплитуд отраженного сигнала на следах транзиентного Es-слоя. Рассмотрены возможные причины появления таких биений.

Еще

Ионозонд "циклон", ионограмма, ионосфера, интерференция отраженных сигналов

Короткий адрес: https://sciup.org/142225918

IDR: 142225918   |   УДК: 550.388.2   |   DOI: 10.12737/szf-63202010

Amplitude variations of the reflected signal during vertical sounding of the ionosphere at middle latitudes

In this paper, we discuss the main types of quasiperiodic variations in amplitudes of a reflected signal during vertical sounding of the ionosphere at middle latitudes. The initial experimental data is vertical sounding ionograms obtained by the Cyclone ionosonde. The ionosonde is located in Kazan (59°, 49°) and in standard mode allows us to receive one ionogram per minute. In the analysis, methods are used to visualize a large flow of ionograms in the form of final maps of the state of the ionosphere (A-, H-, As-maps). We give typical examples of quasiperiodic variations in amplitudes of a reflected signal in ionograms and on A-maps for various types of multipath beatings (polarization and due to signal scattering by ionospheric irregularities). Frequency properties of such beatings are used to estimate the difference in virtual reflection heights between modes of different polarizations with high accuracy, which makes it possible to refine the form of the electron density profile of the lower ionosphere. We have detected a phenomenon rare for the mid-latitude Es layer - beatings of two O modes with different virtual reflection heights. We also present features of quasiperiodic variations in amplitudes of a reflected signal on traces of the transient Es layer. We study possible causes of the appearance of such beatings.

Еще

Список литературы Амплитудные вариации отраженного сигнала при вертикальном зондировании ионосферы на средних широтах

  • Акчурин А.Д., Юсупов К.М. Система управления ионозонда "ЦИКЛОН". Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2010. № 108. С. 49-56.
  • Акчурин А.Д., Юсупов К.М. Частотные свойства квазипериодических биений на АЧХ среднеширотного слоя Es // Ученые записки Казанского университета. Сер. Физико-математические науки. 2011. Т. 153, № 1. С. 7-16.
  • Антонов A.M., Непомнящая Е.В., Фаткуллин М.Н. Явление F-рассеяния в дневной среднеширотной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27, № 5. С. 831-833.
  • Выборнов Ф.И., Митякова Э.Е., Рахлин A.B. Особенности поведения индекса среднеширотного F-рассеяния // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40, № 3. С. 322-326.
  • Гершман Б.Н., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д., Чернобровкина H.A. Явление F-рассеяния в ионосфере. М.: Наука, 1984. 140 c.
  • Дробжев В.И., Куделин Г.М., Нургожин В.И. и др. Волновые возмущения в ионосфере. Алма-Ата: Наука, 1975. 178 с.
  • Мурадов А., Мухаметназарова А. Количественные характеристики F-рассеяния по данным вертикального зондирования // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1982. Вып. 59. С. 24-28.
  • Толстиков М.В. Динамика волновых неоднородностей плазмы внешней ионосферы. Дисс. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03. Иркутск, 2004. 106 c. РГБ ОД, 61:04-1/1182.
  • Чхетиани О.Г., Шалимов С.Л. О механизме образования фронтальных структур ионосферных спорадических слоев Е // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53, № 2. С. 177-187.
  • DOI: 10.7868/S0016794013020053
  • Шалимов С.Л. Динамика и электродинамика неоднородностей среднеширотной нижней ионосферы (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 2. С. 147-162.
  • DOI: 10.7868/S0016794014020175
  • Шерстюков О.Н. Отражающая способность среднеширотного спорадического слоя E. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Казань. 1989. 200 с.
  • Юсупов К.М. Тонкая структура отражений от спорадического слоя Е. Дисс. канд. физ.-мат. наук.. 2011. 141 с.
  • Akchurin A.D., Yusupov K.M. The frequency properties of the quasiperiodic variations of midlatitude Es layer traces amplitude. 2011 XXXth URSI General Assembly and Scientific Symposium. Istabbul, 2011. P. 1-4. 10.1109/URSIGASS. 2011.6050993. https://ieeexplore.ieee.org/document/6050993? reload=true&arnumber=6050993.
  • DOI: 10.1109/URSIGASS.2011.6050993.https
  • Bakhmet'eva N.V., Belikovich V.V., Ignat'ev Y.A., Ponyatov A.A. Vertical motions in the lower ionosphere and a sporadic E layer // Radiophysics and Quantum Electronics. 1999. V. 42. P. 22-30.
  • DOI: 10.1007/BF02677637
  • Bakhmet'eva N.V., Belikovich V.V., Kagan L.M., Ponyatov A.A. Sunset-sunrise characteristics of sporadic layers of ionization in the lower ionosphere observed by the method of resonance scattering of radio waves from artificial periodic inhomogeneities of the ionospheric plasma // Radiophysics and Quantum Electronics. 2005. V. 48. P. 14-28.
  • DOI: 10.1007/s11141-005-0044-3
  • Booker, H.G., Wells, H.W. Scattering of radio waves by the F region of the ionosphere // Terr. Magn. Atmos. Electr. 1938. V. 43, N 3. P. 249- 256.
  • DOI: 10.1029/TE043i003p00249
  • Booker H.G., Pasmicha P.K., Powers W.J. Use of scintillation theory to explain frequency-spread on F-region ionograms // J. Atmos. Terr. Phys. 1986. V. 48, N 4. P. 327-354.
  • Bowman G.G. Spread-F occurrence in mid and low-latitude regions related to various levels of geomagnetic activity // J. Atmos. Terr. Phys. 1982. V. 44, N 7.1. P. 585-589.
  • Budden K.G. Radio Waves in the Ionosphere. Cambridge University Press, 1961. 542 p.
  • Chessel C.I. The numerical calculation of reflection and transmission coefficients for thin highly ionised layers including the effect of the Earth's magnetic field // J. Atmos. Terr. Phys. 1971a. V. 33. P. 1515.
  • DOI: 10.1016/0021-9169(71)90070-5
  • Chessel C.I. Results of numerical calculation of reflection and transmission coefficients for thin highly ionized layers and their application to sporadic-E reflections // J. Atmos. Terr. Phys. 1971b. V. 33. P. 1803-1822.
  • DOI: 10.1016/0021-9169(71)90161-9
  • Haldoupis C. A tutorial review on sporadic E layers // Aeronomy of the Earth's Atmosphere and Ionosphere. IAGA Special Sopron Book Ser. Springer, Dordrecht, 2011. V. 2.
  • DOI: 10.1007/978-94-007-0326-1_29
  • Haldoupis C., Kelley M.C., Hussey G.C., Shalimov S. Role of unstable sporadic-E layers in the generation of midlatitude spread F // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, iss. A12. P. 1446.
  • DOI: 10.1029/2003JA009956
  • Haldoupis C., Meek C., Christakis N., et al. Ionogram height-time-intensity observations of descending sporadic E layers at mid-latitude // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2006. V. 68. P. 539-557.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2005.03.020
  • Harris T.J., Quinn A.D., Pederick L.H. The DST group ionospheric sounder replacement for JORN // Radio Sci. 2016. V. 51. Р. 563-572.
  • DOI: 10.1002/2015RS005881
  • Jalonen L. Quasi-periodic frequency dependence of Es- and E-layer echo amplitudes caused by mode coupling // J. Atmos. Terr. Phys. 1981. V. 43. P. 1285-1288.
  • DOI: 10.1016/0021-9169(81)90153-7
  • Kozlovsky A., Shalimov S., Kero J., et al. Multi-instrumental observations of nonunderdense meteor trails // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. V. 123, iss. 7. P. 5974-5989.
  • DOI: 10.1029/2018JA025405
  • Lynn K.J.W., Otsuka Y., Shiokawa K. Simultaneous observations at Darwin of equatorial bubbles by ionosonde-based range/time displays and airglow imaging // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. P. L23101.
  • DOI: 10.1029/2011GL049856
  • Maruyama T., Saito S., Yamamoto M., Fukao S. Simultaneous observation of sporadic E with a rapid-run ionosonde and VHF coherent backscatter radar // Ann. Geophys. 2006. V. 24. Р. 153-162.
  • DOI: 10.5194/angeo-24-153-2006
  • Maruyama T., Kato H., Nakamura M. Meteor-induced transient sporadic E as inferred from rapid-run ionosonde observations at midlatitudes // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, A09308.
  • DOI: 10.1029/2008JA013362
  • Mathews J.D. Sporadic E: Current views and recent progress // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1998. V. 60. P. 413-435.
  • DOI: 10.1016/S1364-6826(97)00043-6
  • Mathews J.D., Bekeny F.S. Upper atmosphere tides and the vertical motion of ionospheric sporadic layers at Arecibo // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. Р. 2743-2750. DOI: JA084i A06p02743.
  • Mathews J.D., Machugaa D.W., Zhou Q. Evidence for electrodynamic linkages between spread-F, ion rain, the intermediate layer, and sporadic E: results from observations and simulations // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63, iss. 14. P. 1529-1543.
  • DOI: 10.1016/S1364-6826(01)00034-7
  • Mathews J.D., Briczinski S.J., Malhotra A., Cross J. Extensive meteoroid fragmentation in V/UHF radar meteor observations at Arecibo Observatory // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L04103.
  • DOI: 10.1029/2009GL041967
  • Renau Y.A. A study of observed spread-F // J. Geophys. Res. 1960. V. 65, N 10. P. 3219.
  • Turunen T., Nygren T., Jalonen L. Observations of the reflection coefficient of the sporadic E-layer at high latitudes // J. Atmos. Terr. Phys. 1980. V. 42. P. 147-154.
  • DOI: 10.1016/0021-9169(80)90074-4
  • Whitehead J.D. Recent work on mid-latitude and equatorial sporadic-E // J. Atmos. Terr. Phys. 1989. V. 51. P. 401-424.
  • DOI: 10.1016/0021-9169(89)90122-0
  • Yusupov K., Maruyama T., Akchurin A., Sherstyukov O. Transient Es-layers 2013-2014 // 2017 32nd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science, URSI GASS 2017. V. 2017-January. P. 1-3.
  • DOI: 10.23919/URSIGASS.2017.8105077
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp