Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.cosmos.ru/comp/2012/Kuzichev.htm
Дата изменения: Wed Oct 24 16:52:58 2012 Дата индексирования: Sun Feb 3 09:39:22 2013 Кодировка: Windows-1251 |
Работа
на конкурс научных работ ИКИ РАН 2011-2012 года (в категорию 'научная работа молодого ученого')
Название
работы: On whistler mode wave scattering from density irregularities in the
upper ionosphere.
Автор работы: Кузичев
Илья Валерьевич, младший научный сотрудник отд. 54, лаб. 541, ИКИ РАН.
e-mail: kuzichevIV@gmail.com
Публикация: Kuzichev, I. V. (2012), On
whistler mode wave scattering from density irregularities in the upper
ionosphere, J. Geophys. Res., 117, A06325, doi:10.1029/2011JA017130
Аннотация:
Работа посвящена проблеме выхода волн ОНЧ диапазона (~1-30 кГц) на поверхность Земли.
В ионосфере и магнитосфере Земли волны этого частотного диапазона
распространяются в свистовой моде и играют важную роль в динамике плазмы, в
частности, они связаны с высыпаниями частиц в
авроральной зоне, полярными сияниями и суббурями, поэтому описание их
распространения в магнитосфере и ионосфере является важной задачей.
Одним из вопросов,
касающихся распространения ОНЧ волн, который до сих пор остается актуальным,
является выход волны на Землю. Волны в ОНЧ диапазоне наблюдаются как на
спутниках, так и на поверхности Земли. Однако распространение волны в ионосфере
обычно рассчитывается в рамках модели плоскослоистой среды, в которой все
параметры плазмы зависят только от высоты.. В модели
плоскослоистой среды горизонтальная компонента волнового вектора при
распространении в ионосфере сохраняется в силу закона Снелла, а в атмосфере
показатель преломления должен быть равен единице. Это
накладывает ограничения на угол падения, определяя так называемый конус
прохождения: если волновой вектор падающей на ионосферу волны лежит в конусе
прохождения, то волна может выйти на Землю, трансформируясь в нижних слоях
ионосферы из свистовой моды в вакуумную электромагнитную волну, если же вне
конуса прохождения, то волна испытывает полное внутреннее отражение от нижних
слоев ионосферы.
В то же время расчеты
распространения волны в магнитосфере в рамках геометрической оптики показывают,
что обычно волна, распространявшаяся не в дакте, в верхних слоях ионосферы имеет
показатель преломления много больше единицы, а волновой вектор направлен почти
перпендикулярно магнитному полю Земли, точнее, лежит вблизи резонансного
конуса. Для средних и авроральных широт, где, в основном, и наблюдаются ОНЧ
волны на поверхности Земли, это означает, что угол падения, т.е. угол между
вертикалью к поверхности Земли у волновым
вектором, достаточно большой - лежит вне конуса прохождения.
Таким образом случаи наблюдения ОНЧ волн должны были бы быть
гораздо более редкими, если бы не было какого-либо механизма, приводившего к
появлению в поле волны новых гармоник, лежащих внутри конуса прохождения.
Наиболее очевидным таким механизмом может служить рассеяние на неоднородностях
плотности, которые присутствуют в ионосфере, например, на неоднородностях F-слоя.
В работе предлагается
новый подход к задаче рассеяния свистовых волн на неоднородностях, основанный
на сведении дифференциальных уравнений Максвелла к интегральным
с помощью функции Грина. Такой подход позволяет отказаться от представления
поля в виде медленно меняющихся амплитуд и быстро меняющейся фазы, таким образом включая в рассмотрение различные масштабы
неоднородностей и учитывая наличие неволновой моды, характерной для свистового
диапазона частот. Интегральные уравнения решаются методом последовательных
приближений по амплитуде неоднородностей.
В первом порядке метода
получены выражения для коэффициентов прохождения и отражения волны, с помощью
которых рассчитана плотность потока энергии, переносимой волнами, рассеянными в
конус прохождения, для различных статистических спектральных плотностей неоднородностей:
для Гауссова распределения и для степенного распределения, которое более точно
описывает неоднородности F-слоя.
Показано, что в случае квази-электростатической волны, волновой вектор которой
лежит вблизи резонанского конуса, мелкомасштабные неоднородности плотности
могут рассеивать такую волну в конус прохождения, и доля энергии, выходящей на
Землю, лежит в установленных предыдущими теоретическими работами и наблюдениями
рамках. В то же время, нерезонансная свистовая волна, волновой вектор которой
лежит далеко от резонансого конуса, но при этом не в конусе прохождения, может
быть рассеяна в конус прохождения крупномасштабными неоднородностями. Таким
образом, выход свистовых волн на Землю, как недактированных, так и
дактированных, может быть объяснен рассеянием на, соответственно,
мелкомасштабных, или крупномасштабных неоднородностях плотности в ионосфере.