ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. №10
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.7
УДК: 537.872.32
ЗАТУХАНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ ПОД ВЛИЯНИЕМ СИЛЬНОГО ЛОКАЛЬНОГО ВОЗМУЩЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ
А. В. Мошков
Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН
125009, Москва, ул. Моховая 11, корп.7
Статья поступила в редакцию 29 сентября 2021 г.
Аннотация. Проведены расчеты величины затухания электромагнитных волн с частотами 1…10 кГц при прохождении плоского неоднородного слоя нижней ионосферы в присутствии сильного локального возмущения атмосферы. Использована модель возмущения в виде точечного источника энергии. Параметры модели зависят всего от двух начальных величин: высоты h0 и энергии Q. Показано, что величина затухания практически не зависит от частоты и гео- и гелиофизических условий. При h0 < 50 км продолжительность замираний не превышает ~ 2 мин. С увеличением h0 затухание в нижней ионосфере становится чрезвычайно велико. Однако для высот h0 ≈ 50…70 км (в зависимости от величины Q) горизонтальный размер возмущения существенно уменьшается, что приводит к уменьшению времени замираний до десятков секунд при h0 > 80 км.
Ключевые слова: нижняя ионосфера, низкие частоты, атмосфера, сильное локальное возмущение, повышенная ионизация, ослабление амплитуды волны.
Abstract. The value and duration of attenuation of low frequency waves (1...10 kHz) in the presence of a strong local disturbance of the atmosphere have been estimated. Sources of significant local disturbances of the atmosphere are, for example, precipitation of energetic particles of radiation belts; electromagnetic pulses of lightning discharges; radiation of powerful low-frequency ground-based transmitters; invasion of large meteors. Strong local disturbances lead to an increase of ionization (concentration of free electrons) of the environment by several orders of magnitude in the region of space whose characteristic dimensions are comparable to the length of the wave (tens and hundreds of kilometers). As such a disturbance, we use the previously developed macroscopic model of an instantaneous, point release of a relatively large amount of energy in the atmosphere below the ionosphere. This model makes it possible to estimate the features of the propagation of low-frequency waves through the disturbed layer of the lower ionosphere by changing only two initial parameters: the disturbance energy and its initial height. It is shown that the attenuation value is almost independent of frequency and geo- and heliophysical conditions. For initial heights up to 50 km, the fading duration does not exceed ~ 2 min. With an increase of the initial altitude, the attenuation in the lower ionosphere becomes extremely large. However, for heights of 50...70 km (depending on the value of energy), the horizontal size of the disturbance decreases significantly, which leads to a decrease in the fading time to tens of seconds for initial heights of more than 80 km.
Key words: low frequencies, lower ionosphere, atmosphere, strong local disturbance, enhanced ionization, wave attenuation.
Литература
1. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. Москва, Наука. 1981. 416 с.
2. Helliwell R.A., Katsufrakis J.P., Trimpi M. Whistler-induced amplitude perturbation in VLF propagation. Journal of Geophysical Research. 1973. V.78. №22. P.4679-4688. https://doi.org/10.1029/JA078I022P04679
3. Белоглазов М.И., Ременец Г.Ф. Распространение сверхдлинных радиоволн в высоких широтах. Ленинград, Наука. 1982. 237 с.
4. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Распространение высокочастотных радиоволн при условии сильного локального возмущения ионосферы. Радиотехника и Электр. 2013. Т.58. №4. С.317-323. https://doi.org/10.7868/S0033849413040128
5. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение радиоволн в волновом канале Земля-ионосфера и в ионосфере. Москва, Наука. 1994. 152 с.
6. Макаров Г.И., Новиков В.В. Вопросы распространения сверхдлинных радиоволн в полноводном канале Земля-ионосфера. Успехи физических наук. 1969. Т.98. №4. С.733-735.
https://doi.org/10.1070%2FPU1970v012n04ABEH004065
7. Макаров Г.И., Федорова Л.А. Метод многократно отраженных волн в задаче о распространении электромагнитных волн в регулярных волноводах. Известия вузов. Радиофизика. 1982. Т.25. №12. С.1384-1409.
8. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование прохождения волн очень низкой частоты через магнитоактивную плоскослоистую плазму нижней ионосферы Земли. Радиотехника и Электроника. 2020. Т.65. №5. С.434-441. https://doi.org/10.31857/S0033849420050101
9. Фаткуллин M.H., Зеленова Т.И., Козлов В.К., Легенька А.Д., Соболева Т.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. Москва, Наука. 1981. 256 с.
10. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Москва, Мир. 1973. 502 с.
11. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. Москва, ИПК Издательство стандартов. 2004. 165 с.
12. Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Численное моделирование распределения низкочастотного поля, создаваемого передающей рамочной антенной, установленной на борту космического аппарата. Радиотехника и Электроника. 2019. Т.64. №9. С.866-873. https://doi.org/10.1134/S0033849419080126
Для цитирования:
Мошков А.В. Затухание низкочастотных электромагнитных волн в нижней ионосфере земли под влиянием сильного локального возмущения в атмосфере. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.7