1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 6, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 6, стр. 775-787

Явления в высокоширотной F-области ионосферы при воздействии мощными радиоволнами КВ-диапазона на частотах выше критической частоты слоя F2

Н. Ф. Благовещенская 1, *, А. С. Калишин 1, Т. Д. Борисова 1, И. М. Егоров 1, Г. А. Загорский 1

1 Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: nataly@aari.nw.ru

Поступила в редакцию 02.03.2023
После доработки 02.04.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований явлений в высокоширотной верхней (F-область) ионосфере, вызванных воздействием мощных радиоволн КВ-диапазона обыкновенной (О-мода) поляризации на частотах нагрева fH, существенно превышающих критическую частоту слоя F 2 (fH – fоF2 = 0.9–1.1 МГц). Результаты базируются на данных экспериментов, выполненных на КВ нагревном стенде EISCAT/Heating в г. Тромсё, северная Норвегия (69.6° N, 19.2° E). В период экспериментов мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации излучалась в направлении магнитного зенита с максимальной эффективной мощностью излучения 350–550 МВт. Впервые обнаружено, что в условиях, когда мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации не отражалась от ионосферы, происходит образование дактов повышенной электронной плотности Ne, генерация мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и узкополосного (в полосе ±1 кГц относительно частоты нагрева) искусственного радиоизлучения ионосферы, регистрируемого на расстоянии ~1200 км от нагревного стенда. Выполнено сравнение характеристик мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и спектральной структуры искусственного радиоизлучения ионосферы при альтернативном О-/Х- нагреве в магнитный зенит на частотах, существенно превышающих критическую частоту слоя F2. Установлено, что в целом их поведение имеет одинаковый характер, однако эволюция развития рассмотренных явлений при О- и Х-нагреве отличается.

Список литературы

  1. – Благовещенская Н.Ф. Борисова Т.Д., Калишин А.С., Йоман Т.К., Шмелев Ю.А., Леоненко Е.Е. Характеристики мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей в высокоширотной F-области ионосферы, вызванных воздействием мощных КВ-радиоволн необыкновенной поляризации // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 6. С. 759–773. 2019.

  2. – Благовещенская Н.Ф. Борисова Т.Д., Калишин А.С., Каяткин В.Н., Йоман Т.К., Хаггстрем И. Сравнение эффектов воздействия мощных КВ радиоволн обыкновенной (О-мода) и необыкновенной (Х-мода) поляризации на высокоширотную F-область ионосферы // Космич. исслед. Т. 56. № 1. С. 14–29. 2018.

  3. – Васьков В.В., Гуревич А.В. Нелинейная резонансная неустойчивость плазмы в поле обыкновенной электромагнитной волны // ЖЭТФ. Т. 69. № 1. С. 176–178. 1975.

  4. – Грач С.М., Трахтенгерц В.Ю. О параметрическом возбуждении ионосферных неоднородностей, вытянутых вдоль магнитного поля // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 18. С. 1288–1296. 1975.

  5. – Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере // Успехи физических наук. Т. 177. № 11. С. 1145–1177. 2007.

  6. – Калишин А.С., Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Рогов Д.Д. Дистанционные методы диагностики эффектов воздействия высокоширотных нагревных комплексов // Метеорология и гидрология. № 4. 2021. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-4-22-36

  7. – Калишин А.С., Благовещенская Н.Ф., Борисова Т.Д., Егоров И.М. Сравнение спектральных характеристик узкополосного искусственного радиоизлучения ионосферы при Х-нагреве высокоширотной F-области ионосферы на частотах ниже и выше критической частоты Х-компонента слоя F2 // Метеорология и гидрология. № 4. С. 21–34. 2022.

  8. – Фролов В.Л. Искусственная турбулентность среднеширотной ионосферы. Н. Новгород: изд-во Нижегородского ун-та, 468 с. 2017.

  9. – Ashrafi M., Kosch M., Kaila K., Isham B. Spatiotemporal evolution of radio wave pump-induced ionospheric phenomena near the fourth electron gyroharmonic // J. Geophys. Res. V. 112. A05314. 2007. https://doi.org/10.1029/2006JA011938

  10. – Bernhardt P.A., Selcher C.A., Lehmberg R.H., Rodriguez S.P., Thomson J.F., McCarrick M.J., Frazer G.J. Determination of the electron temperature in the modified ionosphere over HAARP using the HF pumped Stimulated Brillouin Scatter (SBS) emission lines // Ann. Geophysicae. V. 27. P. 4409–4427. 2009. https://doi.org/10.5194/angeo-27-4409-2009

  11. – Bernhard P.A., Selcher C.A., Lehmberg R.H., Rodriguez S.P., Thomson J.F., Groves K.M. et al. Stimulated Brillouin Scatter in a magnetized ionospheric plasma // Physics Review Letters. V. 104, 165004. 2010. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.165004

  12. – Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Yeoman T., Rietveld M.T., Ivanova I.M., Baddeley L.J. Artificial field-aligned irregularities in the high-latitude F region of the ionosphere induced by an X-mode HF heater wave // Geophys. Res. Lett. V. 38. L08802. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GL046724

  13. – Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kosch M., Sergienko T., Brändström U., Yeoman T.K., Häggström I. Optical and ionospheric phenomena at EISCAT under continuous X-mode HF pumping // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. P. 10483–10498. 2014. https://doi.org/10.1002/ 2014JA020658

  14. – Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Yeoman T.K. Häggström I., Kalishin A.S. Modification of the high latitude ionosphere F region by X-mode powerful HF radio waves: Experimental results from multi-instrument diagnostics // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 135. P. 50–63. 2015.

  15. – Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., Yeoman T.K., Häggström I. Distinctive features of Langmuir and Ion-acoustic Turbulences induced by O- and X-mode HF Pumping at EISCAT // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA028203

  16. – Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Kalishin A.S., Egorov I.M., Zagorskiy G.A. Disturbances of electron density in the high latitude upper (F-region) ionosphere induced by X-mode HF pump waves from EISCAT UHF radar observations // Проблемы Арктики и Антарктики. Т. 68. № 3. С. 248–257. 2022. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2022-68-3-248-257

  17. – Blagoveshchenskaya N.F. Perturbing the high-latitude upper ionosphere (F region) with powerful HF radio waves: A 25-year collaboration with EISCAT // URSI Radio Science Bulletin, 373. P. 40–55. 2020. https://doi.org/10.23919/URSIRSB.2020.9318436

  18. – Dhillon R.S., Robinson T.R. Observations of time dependence and aspect sensitivity of regions of enhanced UHF backscatter associated with RF heating // Ann. Geophysicae. V. 23. P. 75–85. 2005.

  19. – Gurevich A.V. Nonlinear phenomena in the ionosphere. N.Y.: Springer-Verlag, 372 p. 1978.

  20. – Hagfors T., Kofman W., Kopka H., Stubbe P., Ijnen T. Observations of enhanced plasma lines by EISCAT during heating experiments // Radio Sci. V. 18. P. 861–866. 1983.

  21. – Kalishin A.S., Blagoveshchenskaya N.F., Borisova T.D., Yeoman T.K. Ion gyro-harmonic structures in stimulated emission excited by X-mode high power HF radio waves at EISCAT // J. Geophys. – Space. V. 126. e2020JA028989. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JA028989

  22. – Kelley M.C. The Earth’s ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. San Diego, CA: Academic Press, 1989.

  23. – Kuo S.P. Overview of ionospheric modification by High Frequency (HF) heaters –Theory // Progr. Electromagn. Res. B. V. 60. P. 141–155. 2014.

  24. – Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 58. P. 435–452. 1996.

  25. – Lester M., Chapman P.J., Cowley S.W.H et al. Stereo CUTLASS: A new capability for the SuperDARN radars // Ann. Geophysicae. V. 22. № 2. P. 459–473. 2004.

  26. – Mishin E., Watkins B., Lehtinen N, Eliasson B., Pedersen T., Grach S. Artificial ionospheric layers driven by high-frequency radiowaves: An assessment // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. 2016. https://doi.org/10.1002/2015JA021823

  27. – Pedersen T., Gustavsson B., Mishin E., Kendall E., Mills T., Carlson H.C., Snyder A.L. Creation of artificial ionospheric layers using high-power HF waves // Geophys. Res. Lett. V. 37. L02106. 2010. https://doi.org/10.1029/2009GL041895

  28. – Pedersen T., McCarrick M., Reinisch B., Watkins B., Hamel R., Paznukhov V. Production of artificial ionospheric layers by frequency sweeping near the 2nd gyroharmonic// Ann.-Geophysicae. V. 29. P. 29–47. 2011. https://doi.org/10.5194/angeo-29-47-2011

  29. – Perkins F.W., Oberman C., Valco E.J. Parametric instabilities and ionospheric modification // J. Geophys. Res. V. 79. P. 1478–1496. 1974.

  30. – Rietveld M.T., Senior A., Markkanen J., Westman A. New capabilities of the upgraded EISCAT high-power HF facility // Radio Sci. V. 51. № 9. P. 1533–1546. 2016. https://doi.org/10.1002/2016RS006093

  31. – Rishbeth H., van Eyken T. EISCAT: Early history and the first ten years of operation // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 55. P. 525–542. 1993.

  32. – Robinson T.R. The heating of the high latitude ionosphere by high power radio waves // Phys. Rep. V. 179. P. 79–209. 1989.

  33. – Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromso // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 58. P. 349–368. 1996.

  34. – Stubbe P., Kohl H., Rietveld M.T. Langmuir turbulence and ionospheric modification // J. Geophys. Res. V. 97. P. 6285–6297. 1992.

  35. – Yeoman T.K., Blagoveshchenskaya N.F., Kornienko V.A., Robinson T.R., Dhillon R.S., Wright D.M., Baddeley L.J. SPEAR: Early results from a very high latitude ionospheric heating facility // Adv. Space Res. V. 40. P. 384–389. 2007.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал