Меню Главная Случайная статья Настройки F-рассеяние Материал из https://ru.wikipedia.org F-рассеяние — ионосферное явление, заключающееся в том, что радиосигнал, отражённый от области F ионосферы, становится диффузным по причине её неоднородности, то есть теряет свою строго определённую структуру. F-рассеяние (F-spread, диффузность[1]) можно также встретить в литературе под следующими названиями[2][1]: диффузные отражения; множественные отражения; мультиплеты; рассеянные отражения. Содержание 1 Идентификация F-рассеяния 1.1 Определение F-рассеяния 1.2 Классификация F-рассеяния 2 Механизмы образования неоднородностей, приводящих к F-рассеянию 2.1 Экваториальная ионосфера 2.2 Среднеширотная ионосфера 2.3 Полярная ионосфера 3 Примечания 4 Источники Идентификация F-рассеяния Определение F-рассеяния F-рассеяние (F-spread) — явление, которое интерпретируется как рассеяние радиосигналов. Это явление обычно наблюдается при импульсном вертикальном зондировании ионосферы Земли. Fрассеяние состоит в том, что у отражённого сигнала пропадает его первоначальная структура[3][4]: частота сигнала размыта (диффузна) по сравнению с зондирующим импульсом и простирается на частоты выше критической; продолжительность сигнала значительно больше, чем у зондирующего импульса. F-рассеяние (F-spread) так названо потому, что обычно наблюдается при отражении радиосигнала от области F ионосферы, но рассеянные отражения можно наблюдать от всех слоёв ионосферы[5]. Понятие F-рассеяния — это не физический механизм, который вызывает явление F-рассеяния, это появление на ионограммах специфической размытости. Поэтому определение F-рассеяния нестрого, не корректно математически[5][4]. Обычно при F-рассеянии на ионограммах появляется много мультиплетов, или сопутствующих отражений, близких к основному отражению от слоя F и недостаточно отделённых от него[5][6]. Проявление F-рассеяния на ионограммах весьма разнообразно[5][4]: по частотам: F-рассеяние покрывает почти весь диапазон частот зондирования; F-рассеяние появляется только рядом с критической частотой; F-рассеяние находится на низкочастотном конце следа отражений; по интенсивности, когда степень рассеяния меняется очень широко: едва заметная степень F-рассеяния; наивысшая степень рассеяния — слияние обыкновенной и необыкновенной компонент F-рассеяния. Наличие F-рассеяния легко определяют[7][6]: из стандартных ионограмм вертикального зондирования; из таблиц часовых значений параметров с международными обозначениями: ${\displaystyle f_{0}{\rm {F2}}}$ — критическая частота ионизированного слоя F2 (максимальное значение плазменной частоты для обыкновенной компоненты волны); ${\displaystyle {\rm {M(3000)F2}}}$ — коэффициент распространения (где ${\displaystyle {\rm {M(3000)F2}}={\frac {{\mbox{МПЧ}}_{3000}}{f_{0}{\rm {F2}}}}}$, ${\displaystyle {\mbox{МПЧ}}_{3000}}$ — максимальная применимая частота сигнала, отражённого от ионосферы и падающего на землю на расстоянии 3000 км от источника излучения); ${\displaystyle h'{\rm {F}}}$ — действующая высота ионизированного слоя F (наименьшая кажущаяся высота отражения), в которых присутствие рассеянных отражений любой интенсивности обозначается символом F. Классификация F-рассеяния 1. Общая классификация делит F-рассеяние на три большие группы по широтномупризнаку по геомагнитной широте станции наблюдения[5][4]: низкоширотное (экваториальное) F-рассеяние ниже 20° геомагнитной широты; среднеширотное F-рассеяние от 20° до 60° геомагнитной широты; высокоширотное (полярное) F-рассеяние выше 60° геомагнитной широты. 2. Общая классификация F-рассеяния неудовлетворительна, поскольку ионограммы, полученные в экваториальных областях, бывают очень похожи на ионограммы, зарегистрированные на полярных станциях. Поэтому часто используют высотно-частотную классификацию[5][6]: при высотном F-рассеянии ионограмма диффузна на низких частотах из-за дополнительных отражений, в итоге: затруднён отсчёт кажущейся высоты; критические частоты легко определяются; при частотном F-рассеянии ионограмма диффузна на критических частотах, в итоге: затруднён отсчёт кажущейся высоты; затруднено или невозможно определение критических частот. Оба типа F-рассеяния могут наблюдаться одновременно. Обычно отождествляют[5][6]: высотное F-рассеяние с экваториальным; частотное F-рассеяние со среднеширотным и полярным. 3. Следующие три классификации получились из детального обсуждения F-рассеяния. Наиболее распространена классификация по степени рассеяния. которая определяется специальным индексом по четырёхбалльной шкале или по таблицам ${\displaystyle f_{0}{\rm {F2}}}$, или непосредственно по ионограмма[7][8]: 0 — полное отсутствие рассеяния; 1 — очень слабое рассеяние, критическая частота слоя F2 легко определяется; 2 — довольно значительное рассеяние, определение критических частот сомнительно, в таблицах перед величиной ${\displaystyle f_{0}{\rm {F2}}}$ ставится символ ${\displaystyle {\rm {U}}}$; 3 — очень сильное рассеяние, критическая частота слоя F2 не определяется, обыкновенная и необыкновенная компоненты сливаются. 4. При исследованиях экваториального F-рассеяния используют десятибалльную шкалу, индексы которой зависят от высотного диапазона рассеяния на низких частотах[9][10]: 0 — диапазон высот рассеяния до 6 км; 10 — диапазон высот рассеяния 10—250 км и более. 5. При исследованиях полярного F-рассеяния выделяют пять основных типов рассеяния, каждый из которых включает ряд случаев[11][10]: ${\displaystyle \alpha }$ — рассеянный тип; ${\displaystyle \beta }$ — вилообразный тип; ${\displaystyle \gamma }$ — шпорообразный тип (характеризует рассеяние по частоте); ${\displaystyle \delta }$ — тип рассеяния по высоте; ${\displaystyle \epsilon }$ — облачный слой F. Механизмы образования неоднородностей, приводящих к F-рассеянию Экваториальная ионосфера Существенный прогресс выяснения причин F-рассеяния определяется динамикой неустойчивости Рэлея — Тейлора, которая объясняет[12]: подтверждённую экспериментом спектральную зависимость вида ${\displaystyle {\frac {1}{k^{2}}}}$ для интенсивных неоднородностей, где ${\displaystyle k}$ — постоянная Больцмана; появление неоднородностей с особенно малыми размерами ${\displaystyle l_{\perp }}$, где ${\displaystyle l_{\perp }}$ — масштаб (характерный размер) неоднородности поперёк геомагнитного поля. Стандартная теория о формировании начальной неоднородности у основания области F с последующим распространением неоднородности на все высоты области F объясняется механизмом развития неустойчивости Рэлея — Тейлора. Роль начального агента могут играть внутренние гравитационные волны, что может объяснить связь между неоднородной структурой области F и движением нейтрального газа на меньших высотах, например, на уровне турбопаузы[12]. Неустойчивость Рэлея — Тейлора позволяет[12]: объяснить появление среднемасштабных по ${\displaystyle l_{\perp }}$ экваториальных плазменных пузырей[англ.] (областей с обеднением плазмы); построить очень простые модели их поведения; объяснить и смоделировать набор маломасштабных по ${\displaystyle l_{\perp }}$ неоднородностей. Среднеширотная ионосфера На средних широтах в принципе действуют те же физические механизмы, что и в экваториальной ионосфере. Но моделировать теоретически и численно неустойчивости сложнее[12]: появляемость и интенсивность среднеширотного F-рассеяния ниже, чем экваториального; более тяжело, чем на экваторе, объяснить возникновения неоднородностей. Полярная ионосфера В авроральной области F возникновение F-рассеяния связано с градиентно-дрейфовой неустойчивостью, поскольку горизонтальные градиенты плазменной концентрации играют существенную роль в развитии неустойчивостей. Высокая наблюдаемость в полярных широтах F-рассеяния теоретически объяснима[12]. Примечания 1 2 Брюнелли Б. Е., Намгаладзе В. В. Физика ионосферы, 1988, с. 97—98. Толковый словарь по радиофизике, 1993, с. 5. Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 5. 1 2 3 4 Ионосферные процессы, 1968, с. 322. 1 2 3 4 5 6 7 Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 6. 1 2 3 4 Ионосферные процессы, 1968, с. 323. 1 2 Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 7. Ионосферные процессы, 1968, с. 324. Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 7—8. 1 2 Ионосферные процессы, 1968, с. 325. Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 8. 1 2 3 4 5 Явление F-рассеяния в ионосфере, 1984, с. 125. Источники Брюнелли Б. Е., Намгаладзе В. В. Физика ионосферы / Отв. ред. Г. С. Иванов-Холодный, М. И. Пудовкин. М.: Наука, 1988. 527 с, ил. ISBN 5-02-000716-1. Гершман Б. Н., Казимировский Э. С., Кокоуров В. Д., Чернобровкина Н. А. Явление F-рассеяния в ионосфере / Отв. ред. член-корр. АН ТССР Н. М. Ерофеев. Рецензенты В. М. Поляков, Л. А. Щепкин. М.: Наука, 1984. 141 с. Ил. 65, табл. 2. Библиогр. 383 назв. Поляков В. М., Щепкин Л. А., Казимировский Э. С., Кокоуров В. Д. Ионосферные процессы / Отв. ред. В. Е. Степанов. Новосибирск: Наука, 1968. 536 с, ил. Толковый словарь по радиофизике. Основные термины (с эквивалентами на английском языке) / Руководитель авторского коллектива д-р филол. наук А. С. Герд. М.: Рус. яз., 1993. 358 с. ISBN 5-200-01662-7.