ОСНОВНЫе научные достижения

в области распространения радиоволн,

полученные научными организациями в 2003 году

 

1. В развитие систем сбора, хранения и обмена данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) сдана в эксплуатацию протестированная на реальных данных космического аппарата TERRA первая очередь Информационной системы (ИС ДЗЗ) в Научном центре оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) Росавиакосмоса - система каталогизации и долговременного хранения космических данных (ФИРЭ РАН).

 

2. Создана лабораторная установка для измерения ослабления электромагнитных волн фрагментами растительности. Впервые экспериментально получены непрерывные спектры ослабления при контролируемых значениях биометрических показателей растительности в диапазоне частот 0,8-8,5 ГГц (ФИРЭ РАН).

 

3. Создан приемный радиометрический сканирующий комплекс для исследования собственных радиотепловых излучений объектов и покровов на частоте 94 ГГц. В натурном эксперименте получены радиоизображения различных объектов и покровов на вертикальной и горизонтальной поляризациях и построены разностные поляризационные портреты. Показано, что поляризационный образ собственного радиотеплового излучения может служить существенным признаком при идентификации объектов (ФИРЭ РАН, СКБ ИРЭ РАН).

 

4. Проведены расчеты эффективных температур почвогрунтов с учетом шероховатой границы раздела и подсветки атмосферой для различных типов почв с учетом свободной и связанной воды при наличии и в отсутствие нефтяных загрязнений на длинах волн l = 3,3 и 8,6 мм. Показана принципиальная возможность обнаружения загрязненных нефтью участков на фоне открытых почвогрунтов по их эффективным температурам. Проанализированы радиоконтрасты между загрязненными и незагрязненными нефтью участками для различных типов почв на вертикальной и горизонтальной поляризациях. Установлено, что для обнаружения нефтяных загрязнений следует использовать измерения на ортогональных поляризациях при углах падения q = 40-60њ на двух длинах волн ММ диапазона. Показано, что для решения этой задачи целесообразно использовать параметр Р, являющийся отношением второго и первого параметров Стокса радиотеплового излучения системы "поверхность + атмосфера" (ФИРЭ РАН).

 

5. Анализ зависимости вероятности F-рассеяния (неоднородности ионосферы) от солнечной и геомагнитной активностей по данным ионосферной станции Москва за цикл солнечной активности показал, что во все сезоны увеличение солнечной активности приводит к смещению максимума вероятности F-расстояния к утренним часам; при переходе от низкой к высокой солнечной активности величина этого смещения составляет 2-3 часа. Данная закономерность F-рассеяния обусловлена, в основном, зависимостью градиентно-дрейфовой неустойчивости ионосферной плазмы на высотах F2-слоя от гелиогеофизических условий (ИЗМИРАН).

 

6. На основе комплексного анализа большого массива наземных и спутниковых данных построена планетарная картина ионосферных эффектов ВГВ для магнитной бури 22 марта 1979 года, состоящей из двух мощных суббурь. Показано, что волновой фронт охватывал практически все долготы и все часы местного времени, включая дневные, где источником ВГВ являлся дневной касп. Выделена зависимость амплитуды эффекта ВГВ в hmF2 и FoF2 от местного времени. Обнаружена высокая степень асимметрии эффектов ВГВ в северном и южном полушариях в ночной ионосфере и заметная асимметрия в дневной атмосфере, связанная с разницей в освещенности авроральных овалов в разных полушариях. Картина нагрева резко изменялась от суббури к суббуре, поскольку она зависит от протекания суббури в магнитосфере. Соответственно этому изменяется и реакция ионосферы. Таким образом, планетарная картина эффектов ВГВ определяется откликом магнитосферно-ионосферной системы на воздействие солнечного ветра (ИЗМИРАН).

 

7. Разработана методика зондирования слабоконтрастных геологических границ и археологических объектов импульсным георадаром со дна моря. Предложена и использована новая конструкция магнитной антенны для подводной георадиолокации (ИЗМИрАН).

 

8. Разработан и экспериментально опробован дистанционный метод исследования ионного состава в спорадическом слое Е. Метод основан на измерении коэффициента амбиполярной диффузии и скорости вертикального движения плазмы с помощью искусственных периодических неоднородностей и данных вертикального зондирования ионосферы. Получено, что спорадические слои с превышением электронной концентрации над фоновой на 20-50 % состоят на 10-40 % из положительных ионов кальция и железа (НИРФИ).

 

9. Проведены исследования условий возбуждения и свойств стрикционной параметрической неустойчивости при воздействии на ионосферную плазму мощного КВ радиоизлучения. По результатам измерений характеристик волны накачки и искусственного радиоизлучения ионосферы при различных частотах, длительностях и мощностях воздействия в разное время суток. Определены пороговые поля возбуждения неустойчивости и зависимости амплитудно-временных параметров эффекта стрикционного самовоздействия волны накачки от ее частоты и мощности. Выявлено значительное превышение порогов возбуждения неустойчивости над расчетными значениями для дневных измерений, связанное с дополнительным бесстолкновительным затуханием плазменных волн на фотоэлектронах (НИРФИ).

 

10. Проведены исследования процессов конкуренции в возбуждении ленгмюровской и верхнегибридной плазменной турбулентности по измерениям динамических характеристик узкополосной компоненты в спектре искусственного радиоизлучения ионосферы (ИРИ) на первых сотнях миллисекунд мощного KB воздействия на ионосферную плазму. Обнаружена структуризация спектра ИРИ типа "континуум" с появлением ряда максимумов, отражающая пространственную эволюцию спектра плазменных волн в области ленгмюровской турбулентности вблизи уровня отражения мощной радиоволны. Наблюдаемая динамика спектров ИРИ, отвечающая генерации пространственно распределенной структуры ленгмюровской турбулентности, качественно изменяется при развитии верхнегибридной турбулентности плазмы на более низких высотах. С другой стороны, спектры ИРИ, отвечающие _;ленгмюровскому типу турбулентности, сохраняются даже при длительном нагреве плазмы на частотах гармоник электронного гирорезонанса, где генерация верхнегибридных плазменных мод оказывается подавленной. (НИРФИ, IRF (Швеция)).

 

11. Исследованы ионосферные эффекты магнитной бури 18-22 августа 2003г. по данным KB зондирования искусственной ионосферной турбулентности (ИИТ). На основе измерений доплеровского смещения частоты сигналов, рассеянных ИИТ. показано, что в период магнитной бури электрическое поле и скорость дрейфа мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностей на высотах F-области над стендом СУРА достигали значений ~8,6 мв/м и 186 м/с, т.е. значений, характерных для высокоширотной ионосферы. Установлено, что квазипериодические всплески доплеровского смещения частоты сигналов, рассеянных ИИТ, наблюдались только во время магнитных возм\щенин. что свидоельствует в пользу магнитосферного источника МГД-волн., интенсифицируемого во время магнитной бури и ответственного за квазипериодические поперечные колебания "вмороженного" в плазму геомагнитного поля. (НИРФИ)

 

12. Исследована эволюция временных фазовых характеристик "кавитонного" сигнала, рассеянного модифицированной ионосферой при возмущении ее радиоволнами обыкновенной поляризации и зондировании радиоимпульсами такой же поляризации. Полученные результаты показали быстрое перемещение рассеивающих кавитонных образований на меньшие высоты со скоростями, сопоставимыми с ионно-звуковой скоростью в течение сотен миллисекунд после включения нагревного передатчика и затем более медленное передвижение их на большие высоты. Получено качественное соответствие экспериментальных результатов с результатами численного моделирования в рамках модифицированного нелинейного уравнения Шредингера. (НИРФИ, ИПФ РАН).

 

13. Во время частного солнечного затмения 31 мая 2003 года (максимальная фаза около 70 %) в Нижнем Новгороде (56њ с.ш.., 44њ в.д.) были проведены спектрорадиометрические.наблюдения излучения стратосферного озона в линии вращательного перехода J = 6_1.5-6_0.6 (резонансная частота 110836,04 МГц). Из результатов восстановления вертикального профиля распределения озона видно, что на высотах более 40 км произошло сначала возрастание, а затеm спад его содержания. На высоте около 60 км приращение хорошо различимо на фоне суточного хода и составило вблизи максимальной фазы примерно 50 %. (ИПФРАН)

 

14. Создан симулятор флуктуационного ионосферного KB радиоканала, основанный на физических принципах теории распространения высокочастотных электромагнитных полей в неоднородной флуктуирующей ионосфере и позволяющий моделировать прохождение широкополосных сигналов KB диапазона (с шириной полосы до 0,5 МГц). Выходными данными симулятора являются как статистические моменты немонохроматического поля, прошедшего ионосферный флуктуационный канал (СПбГУ).

 

15. По большой выборке исходных данных о внезапных фазовых аномалиях (ВФА) при распространении СДВ, включающей литературные данные, полученные по сигналам РНС 'Омега', а также результаты измерений в СПбГУ по сигналам РНС 'Альфа', найдены оценки для зависимостей эффективного коэффициента потерь электронов в нижней дневной ионосфере от высоты, широты и сезона. Выполнено сопоставление, и для высот ниже 65-68 км установлена вполне удовлетворительная близость значений эффективного коэффициента потерь для высот ниже 65-68 км, найденных: 1) по данным о ВФА для условий ВИВ; 2) по СДВ-данным для спокойных условий и 3) рассчитанных по детальной фотохимической модели. Результаты сравнения свидетельствуют о хорошей адекватности сопоставленных моделей реальным условиям, а также указывают на дальнейшие пути их совершенствования (НИИ Радиофизики СПбГУ, ПГИ КНЦ РАН).

 

16. Впервые получены результаты восстановления двумерного распределения электронной концентрации ионосферы методом спутниковой томографии в эксперименте, проведенном на меридиональной цепочке из шести приемных пунктов, охватывающей регион от субавроральной ионоферы (Карелия) до зоны полярной шапки (арх. Шпицберген) общей протяженностью около 1700 км (~65-79њ N). Уникальность эксперимента состоит в размещении приемной спутниковой аппаратуры на научно-исследовательском судне в Баренцевом море, разделяющем Кольский полуостров и арх. Шпицберген на значительное расстояние, что ранее препятствовало проведению томографических исследований ионосферы над регионом севернее Кольского п-ва. Полученные результаты свидетельствуют о сложной структуре ионосферы в этой области даже в спокойных геофизических условиях (ПГИ КНЦ РАН, МГУ).

 

17. По данным измерений средневолнового радиолокатора вертикального зондирования ионосферы ПГИ зафиксирован приход внутренних гравитационных волн и инфразвука от удаленного взрыва Витимского метеорита 24 сентября 2002 г. Регистрация акустико-гравитационных сигналов на высотах мезосферы и нижней термосферы подтверждает гипотезу о волноводном распространении инфразвука на большие расстояния. Наблюдаемые при этом эффекты в нижней ионосфере оказались похожими на зарегистрированные при падении станции "Скайлэб" в июле 1979 г. (ПГИ КНЦ РАН).

 

18. Проведено исследование основных параметров крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) аврорального происхождения с использованием радиофизического комплекса, включающего в себя Иркутский радар некогерентного рассеяния (ИР), установку доплеровского KB зондирования, региональную сеть приемных станций GPS. Совместные наблюдения на этих радиофизических средствах позволили впервые одновременно оценить основные параметры ПИВ: величину скорости перемещения фазового фронта (около 1000 м/с), направление волнового вектора возмущения в вертикальной (-30-40њ) и горизонтальной (197њ) плоскостях, а также амплитуду возмущения локальной концентрации (около 10 %) (ИСЗФ СО РАН).

 

19. Впервые проведено комплексное исследование характеристик среднеширотных амплитудных мерцаний сигналов GPS, погрешности GPS позиционирования и их связи с когерентными эхо, наблюдаемыми на Иркутском радаре HP во время геомагнитных возмущений. Анализ данных в рамках модели степенного спектра неоднородностей ионосферной плазмы позволил установить, что на главной фазе магнитных бурь при расширении аврорального овала на средние широты на его южной границе возникает область с интенсивными мелкомасштабными неоднородностями электронной концентрации, ответственными за сильные мерцания сигналов и ухудшение точности позиционирования навигационной системы GPS в дециметровом диапазоне (ИСЗФ СО РАН)

 

20. Получены интегральные представления для статистических моментов поля волны, распространяющейся в многомасштабной случайно-неоднородной среде. Эти уравнения позволяют описывать как- сильные флуктуации, связанные со случайными каустиками, формирующимися в крупномасштабно-неоднородной среде, так и дифракционные эффекты френелевского типа, характерные при . распространении в среде с мелкомасштабными неоднородностями. (ИрГУ)

 

21. По данным дистанционного спутникового зондирования-проведен анализ ко- и кросс-поляризационных сигнатур для различных участков леса, сельхозугодий, болот, волной поверхности. Различия сигнатур объектов разного типа обусловлены действием характерных механизмов поляризации радарного сигнала, что позволяет проводить более детальную классификацию поверхности. Показано, что сигнатуры лесов разного породного состава, возраста или полей с разными почвенными характеристиками слабо различимы (ОФП БНЦ СО РАН).

 

22. В северо-восточном регионе России организована диагностическая сеть для исследования ионосферы и распространения радиоволн, включающая в себя 5 цифровых автоматических ионозондов (Иркутск, Норильск, Якутск, Жиганск, Тикси) и трассу наклонного ЛЧМ-зондирования Норильск-Иркутск. (ИСЗФ СО РАН, ИКФИА СО РАН)

 

23. Проведено исследование влияния макротурбулентной структуры примесей в приземном слое атмосферы на рассеяние радиоволн на двухслойных аэрозольных частицах в реальной турбулентной среде. Оно основано на теории рассеяния электромагнитной волны на одиночной двухслойной частице и ансамбля частиц в однократном приближении с использованием ежеминутных синхронных измерений концентрации частиц, параметров атмосферы (температуры, давления, относительной влажности) и концентрации малых газовых примесей (СО, CO₂, NO, NO₂, Н₂S, SO₂) в течение 3-х лет непрерывно, на сети автоматизированных станций, разнесенных в интервале 0,9-6,3 км. Приведены вариации характеристик электромагнитных волн с длиной волны 1 мм. (КазГУ)

 

24. Создана технология построения глобальных карт температуры и высоты верхней границы облачности, температуры поверхности океана по данным 5 геостационарных метеоспутников (в широтном поясе +50њ). Усовершенствованы методы дистанционного определения параметров облачного покрова (балльность, высота ВГО, тип, фазовый состав) и детектирования зон осадков по информации спутников NOAA (региональное покрытие). Разработаны и испытаны новые методы детектирования осадков над сушей, снежного и ледяного покрова по данным микроволнового зондирования ИСЗ NOAA. Усовершенствована система обработки измерений атмосферного зондировщика ATOVS/NOAA, обеспечивающая получение данных температурно-влажностного зондирования атмосферы (региональное покрытие) с улучшенными точностными характеристиками - для профилей температуры СКО составляет 1.4 К в среднем по слою 1000-10 гПа. (НИЦ ДЗА).

 

25. На базе стенда "Сура" создан радиофизический комплекс для измерения температуры и вертикальных движений в атмосфере и нижней ионосфере, плотности заряженной и нейтральной компонент на высотах 60-80 км, а также для исследований атмосферного электричества методом радиоакустического и электроакустического зондирования. Основным элементом комплекса является специально разработанный акустический излучатель в диапазоне частот 17-25 Гц мощностью 1000 Вт. В системе используются передатчик и антенны системы "Сура" (частота 8.916 МГц, средняя мощность 100 кВт, площадь приемной и передающей антенн 100´300 м²). В составе комплекса имеется датчик электрического поля Земли (диапазон частот 5-2000 Гц). (НИРФИ).

 

Председатель Научного совета

по комплексной проблеме

"Распространение радиоволн"

д.т.н., профессор Н.А.Арманд