Русская Википедия:F-рассеяние

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

F-рассе́яние — ионосферное явление, заключающееся в том, что радиосигнал, отражённый от области F ионосферы по причине её неоднородностей, становится диффузным, то есть теряет свою строго определённую структуру. F-рассеяние (F-spread, диффузностьШаблон:Sfn) можно также встретить в литературе под следующими названиямиШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • диффузные отражения;
  • множественные отражения;
  • мультиплеты;
  • рассеянные отражения.

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. F‑рассеяние состоит в том, что у отражённого сигнала пропадает его первоначальная структураШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • 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 ионосферыШаблон:Sfn.

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 математическиШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Обычно при F-рассеянии на ионограммах появляется много мультиплетов, или сопутствующих отражений, близких к основному отражению от слоя F и недостаточно отделённых от негоШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Проявление F-рассеяния на ионограммах весьма разнообразноШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • по частотам:
  • по интенсивности, когда степень рассеяния меняется очень широко:

Наличие F-рассеяния легко определяютШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • <math>f_0 {\rm F2}</math> — критическая частота ионизированного слоя F2 (максимальное значение плазменной частоты для обыкновенной компоненты волны);
  • <math>\rm M (3000) F2</math> — коэффициент распространения (где <math>{\rm M (3000) F2} = \frac{\mbox{МПЧ}_{3000}}{f_0 {\rm F2}}</math>, <math>\mbox{МПЧ}_{3000}</math> — максимальная применимая частота сигнала, отражённого от ионосферы и падающего на землю на расстоянии 3000 км от источника излучения);
  • <math>h'{\rm F}</math> — 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 наблюденияШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • 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 классификациюШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • при высотном F-рассеянии ионограмма диффузна на низких частотах из-за дополнительных отражений, в итоге:
  • 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 отождествляютШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • 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 <math>f_0 {\rm F2}</math>, или непосредственно по ионограммаШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • 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 <math>f_0 {\rm F2}</math> ставится символ <math>\rm U</math>;
  • 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 частотахШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • 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 случаевШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • <math>\alpha</math> — рассеянный тип;
  • <math>\beta</math> — вилообразный тип;
  • <math>\gamma</math> — шпорообразный тип (характеризует рассеяние по частоте);
  • <math>\delta</math> — тип рассеяния по высоте;
  • <math>\epsilon</math> — облачный слой F.

Механизмы образования неоднородностей, приводящих к F-рассеянию

Экваториальная ионосфера

Существенный прогресс выяснения причин F-рассеяния определяется динамикой неустойчивости Рэлея — Тейлора, которая объясняетШаблон:Sfn:

  • подтверждённую экспериментом спектральную зависимость вида <math>\frac{1}{k^2}</math> для интенсивных неоднородностей, где <math>k</math> — постоянная Больцмана;
  • появление неоднородностей с особенно малыми размерами <math>l_\perp</math>, где <math>l_\perp</math> — 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 турбопаузыШаблон:Sfn.

Неустойчивость Рэлея — Тейлора позволяетШаблон:Sfn:

  • объяснить появление среднемасштабных по <math>l_\perp</math> Шаблон:Iw (областей с обеднением плазмы);
  • построить очень простые модели их поведения;
  • объяснить и смоделировать набор маломасштабных по <math>l_\perp</math> неоднородностей.

Среднеширотная ионосфера

На средних широтах в принципе действуют те же физические механизмы, что и в экваториальной ионосфере. Но моделировать теоретически и численно неустойчивости сложнееШаблон:Sfn:

  • 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 объяснимаШаблон:Sfn.

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шаблон:Атмосфера Земли

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:F-рассеяние&oldid=8647571