Файл: Керблай, Т. С. О траекториях коротких радиоволн в ионосфере.pdf

Для иллюстрации на рис. 12 и 13 приведены карты географи­ ческого распределения медианных величии градиентов в зависи­ мости от местного времени для двух сезонов. По оси абсцисс нане­ сены часы местного времени, по оси ординат — географические широты. Изолинии, показанные штрихами, соответствуют отри­ цательным величинам градиентов, сплошные линии — положитель­ ным величинам. Градиенты даны в Мгц/100 км.

Характеристика ежедневных величин градиентов foF2.

Для изучения закономерностей поведения долготных

Рис. 14. Гистограммы распределения градиентов /0ГЙ, полученных но дан­ ным f„F2 за каждый день

а — ст. Москва; б — ст. Уаикаііо. 1 — -утро; 2 — день; 3 — вечер

2* 35

^ / A f z

^ U f 3

Рис. 15. Гистограммы распределения отношений Д/і/Д/3 и Д/і/Д/3 для стан­ ций Москва (а) н Уанкайо (6)

градиентов ото дня ко дню были построены карты географическо­ го распределения градиентов за отдельные дни, равномерно выбранные в течение месяца. Для этого использовались ежеднев­ ные ежечасные данные f 0F2 мировой сети ионосферных станций. Полученные карты показали полное качественное соответствие характера изменений медианных за месяц и ежедневных величин градиентов.

Для количественной оценки расхождений медианных и еже­ дневных градиентов использовались гистограммы для величин градиентов f 0F2, рассчитанных по ежедневным ежечасным дан­

ным 20 станций. Анализ этого материала подтвердил качествен­ ное соответствие характера изменений градиентов обоих видов и показал, что градиенты отдельных дней могут отличаться от месячных медианных градиентов в 2—3 раза.

На рис. 14 приведены гистограммы распределения ежеднев­ ных величин градиентов для среднеширотной и экваториальной станций для января и июня 1958 г. По оси абсцисс нанесены гради­ енты dfJdD в Мгц!100 км, по оси ордиант — частота появления в %.

Кроме того, исследовались градиенты f 0F2, рассчитанные по 15-минутным ежедневным наблюдениям ионосферных станций. Результаты этого исследования показали различие в абсолютных

!6

величинах градиентов, рассчитанных по 15-минутным (dfJdD), ежечасным ежедневным (dfJdD) и медианным (dfJdD) данным и одинаковый характер их изменения. Об этом свидетельствуют гистрограммы распределения отношений А/х/А/2 и А/3/Д/3, пред­ ставленные на рис. 15, рассчитанные для утренних часов по дан­ ным f 0F2 станций Москва и Уанкайо. Из рисунков видно, что гра­ диенты dfJdD, dfJdD и dfs/dD в 95% случаев имеют одинаковый знак. Величины медиан обеих кривых составляют 0,8—0,9 единиц.

§ 3. Горизонтальный градиент критической частоты, связанный с изменением широты

Величина широтного градиента f 0F2 зависит от времени суток, сезона, солнечной активности и географических координат.

Максимальные величины градиентов имеют место в дневное и вечернее время, достигая значения 0,4—0,5 <Мгц/і00 км.

Характер географического распределения градиентов в годы высокой и низкой солнечной активности в основном одинаков. Однако абсолютная величина градиентов в годы высокой солнеч­ ной активности выше величины градиентов в годы низкой солнеч­ ной активности.

Зимой в дневное время в северном полушарии максимум ши­ ротных градиентов расположен в области геомагнитных широт 50—70° восточной зоны, 70—80° западной зоны и к северу от эк­ ватора до 15° геомагнитной широты. В южном полушарии, в эква­ ториальной области максимум расположен на тех же широтах, что и в северном, и несколько смещен в области высоких широт.

Ввечернее время в северном полушарии максимум сдвигается

вобласть более низких геомагнитных широт. В экваториальной зоне по-прежнему вырисовывается максимум. В южном полуша­ рии в вечернее время величины градиентов сравнимы с градиента­ ми в северном полушарии, и их географическое распределение сохраняется.

Вутренние и ночные часы значения градиентов значительно ниже и величины порядка 0,4 Мгц/100 км наблюдаются в ограни­ ченных областях.

Летом характер географического распределения величин гра­ диентов идентичен их распределению зимой, однако величина их, за исключением экваториальной области, в несколько раз ниже. Максимальных величин градиенты достигают в вечернее время.

Вравноденственный период максимальные величины градиен­ тов встречаются также в вечернее время и занимают в основном область, близкую к экватору, и область геомагнитных широт от

50—60° с. ш.

Вдневные и утренние часы в равноденственный период значе­ ния градиентов в целом ниже, чем вечером. Максимум df0/dD

37

Рис. 16. Карта градиентов f0F2, связанных с изменением шпроты. Июнь 1958 г., полуденные часы

в это время наблюдается в области средних и высоких широт се­ верного и южного полушарий.

Приведенные здесь выводы получены на основании карт гео­

пределения величин градиентов для июня и января 1958 г. Изо­ линии, нанесенные пунктиром, соответствуют отрицательным ве­ личинам градиентов, сплошные — положительным при движении от севера к югу. Карты построены по данным 20 пар станций,

/оF2.

Указанные выше особенности изменения медианных широт­ ных градиентов достаточно согласуются с характером изменения градиентов в отдельные дни. Этот вывод получен в результате исследования географического, сезонного и временного распреде­ лений градиентов, рассчитанных по ежечасным ежедневным дан­ ным f 0F2 двадцати пар станций [52].

38

Ряс. 17. Карта градиентов f0F2, связанных с изменением широты. Январь 1958 г., полуденные часы

Значения градиентов вычислялись по формуле

3/. dD

где А и /2— значения критических частот для станций с коорди­ натами cpj, Ц и ср,Д, (cpj ср2, ^ « У ; D — расстояние между станциями.

Результаты расчета представлены в форме гистограмм распре­ деления dfJdD для утренних, дневных и вечерних часов местно­ го времени станций. Полученные гистограммы для ряда пар стан­ ций приведены на рис. 18 и 19 для января и июня 1958 г.

Анализ гистограмм распределения df/dD для станций, распо­ ложенных в различных областях земного шара, показал, что ши­ ротные градиенты в зимний период имеют максимум в высоких широтах и экваториальной области. Величины градиентов дости­ гают наибольших значений в дневное время. В летний период основной максимум в географическом распределении наблюдается в экваториальной области. Значения градиентов зимой в основном выше значений в летнее время.

Градиенты отдельных дней значительно отличаются от месяч­ ных медианных величин градиентов. Это отличие наиболее су­ щественно для экваториальных и высокоширотных станций.

39

Рис. 18. Гистограммы распределения градиентов по данным f0F2 за каждый день. Январь 1958 г.

а — Москва — Ростов; б — Вакканай — Акита

Сравнение долготных и широтных градиентов показывает, что для средних широт долготный градиент выше, чем широтный, в экваториальной области широтные градиенты превышают дол­ готные по величине. Этот вывод в равной мере относится к медиан­ ным величинам градиентов и ежедневным.

Приведенный в данпой главе материал 1 дает возможность ус­ тановить время, сезон и направление радиолиний, на которых сле­ дует ожидать максимальных изменений в характеристиках радиосвязи, обусловленных горизонтальным градиентом крити­ ческой частоты f 0F2.

§ 4. Горизонтальные градиенты геометрических параметров слоя F 2 7ьт и у т

В настоящее время единственно доступным материалом, позво­ ляющим составить представление о величинах градиентов геомет­ рических параметров, их планетарном распределении, зависи­ мости от времени суток, сезона, солнечной активности, являются карты геометрических параметров и их градиентов, приведенные в работах [5, 6]. На основании этих карт можно отметить, что

1 Часть материала дана в прил. 1.

40

дУт / д В 7 х м / і 0 0 км

Декабрь. W= -WO

Рис. 20. Зависимость величины градиента ymF2 от местного времени

ЪЬт /дДг км/МОкм

Рис. 21. Зависимость величины градиента hmF2 от местного времени

Г л а в а II I

ПАРАМЕТРЫ ТРАЕКТОРИИ РАДИОВОЛНЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ

§ 1. Глубина проникновения радиоволн в слой

Наиболее простым для вычисления, ио одним из важнейших параметров траектории радиоволн является глубина проникно­ вения в слой (высота точки отражения), связанная с длиной пути

При заданном законе распределения электронной концентра­ ции с высотой Дотр определяется как функция угла падения ф0 радиоволны на нижнюю границу слоя и параметров слоя (см. обозначения рис. 23). Для фиксированных параметров слоя и за­ данной рабочей частоты і?0тр является функцией только угла

падения ф0. В общем случае ф0 может меняться от 0 до 90°, однако

наибольшие углы падения не могут быть достигнуты с поверхности Земли вследствие ее кривизны. Так, при высоте слоя h0 = 100 км предельный угол ф = 80°, при /г = 200 км ф„ = 75°, . Углы,

близкие к 90°, могут осуществляться в тех случаях, когда излу­ над Землей и находится вблизи нижней границы

На рис. 24 приведены в графическом виде результаты расчётов horр в зависимости от ф0. Здесь приняты следующие обозначения: высота отражения выражена в долях ут, х = (hm — hmp)/ym;

44