Scatter F

F-scattering este un fenomen ionosferic , care constă în faptul că semnalul radio , reflectat din regiunea F a ionosferei din cauza neomogenităților sale, devine difuz, adică își pierde structura strict definită. Răspândirea F (F-spread, difuzness [1] ) poate fi găsită și în literatură sub următoarele denumiri [2] [1] :

• reflexii difuze;
• reflexii multiple;
• multiplete;
• reflexii împrăștiate.

Identificare F-scatter

Definiția F-scatter

F-scattering (F-spread) este un fenomen care este interpretat ca împrăștiere a semnalelor radio. Acest fenomen este de obicei observat în timpul sondajului vertical pulsat al ionosferei Pământului. F-scattering este că semnalul reflectat își pierde structura inițială [3] [4] :

• frecvența semnalului este pătată (difuză) în comparație cu pulsul de sondare și se extinde la frecvențe peste cea critică;
• durata semnalului este mult mai mare decât cea a pulsului de sondare.

F-scatter (F-spread) este denumită astfel deoarece este de obicei observată atunci când un semnal radio este reflectat din regiunea F a ionosferei, dar reflexiile împrăștiate pot fi observate din toate straturile ionosferei [5] .

Conceptul de împrăștiere F nu este un mecanism fizic care provoacă fenomenul de împrăștiere F, ci este apariția unei neclarități specifice pe ionograme . Prin urmare, definiția F-scattering nu este riguroasă, nu este corectă din punct de vedere matematic [5] [4] .

De obicei, în timpul împrăștierii F, multe multiplete sau reflexii însoțitoare apar pe ionograme , aproape de reflexia principală din stratul F și nu sunt suficient de separate de acesta [5] [6] .

Manifestarea dispersării F pe ionograme este foarte diversă [5] [4] :

• dupa frecventa:

• F-scatter acoperă aproape întreaga gamă de frecvență de sunet ;
• Scatterul F apare numai în apropierea frecvenței critice ;
• Scatterul F se află la capătul de frecvență joasă al traseului de reflexie ;

• în intensitate, când gradul de împrăștiere variază foarte mult:

• grad abia vizibil de împrăștiere F;
• cel mai înalt grad de împrăștiere este îmbinarea componentelor obișnuite și extraordinare ale împrăștierii F.

Prezența împrăștierii F este ușor de determinat [7] [6] :

• din ionograme standard de sondare verticală;
• din tabele de valori ale parametrilor orari cu denumiri internaționale :

•  este frecvența critică a stratului ionizat F2 (valoarea maximă a frecvenței plasmei pentru componenta de undă obișnuită);
•  este coeficientul de propagare (unde ,  este frecvența maximă aplicabilă a semnalului reflectat din ionosferă și incident pe sol la o distanță de 3000 km de sursa de radiație);
•  este înălțimea efectivă a stratului ionizat F (cea mai mică înălțime de reflexie aparentă),

Clasificare F-scatter

1. Clasificarea generală împarte dispersia F în trei grupuri mari în funcție de latitudine în funcție de latitudinea geomagnetică a stației de observare [5] [4] :

• latitudine joasă (ecuatorială) F-scatter - sub 20° latitudine geomagnetică;
• Scatter F la latitudine medie - de la 20° la 60° latitudine geomagnetică;
• F-scatter la latitudine mare (polară) - peste 60° latitudine geomagnetică.

2. Clasificarea generală a dispersiei F este nesatisfăcătoare, deoarece ionogramele obținute în regiunile ecuatoriale sunt foarte asemănătoare cu ionogramele înregistrate la stațiile polare. Prin urmare, clasificarea înălțime - frecvență este adesea folosită [5] [6] :

• cu împrăștiere F la altitudine mare, ionograma este difuză la frecvențe joase din cauza reflexiilor suplimentare, ca rezultat:

• greu de citit înălțimea aparentă ;
• frecvențele critice sunt ușor de determinat;

• cu împrăștierea frecvenței F, ionograma este difuză la frecvențe critice, ca rezultat:

• greu de citit înălțimea aparentă;
• este dificil sau imposibil să se determine frecvenţele critice.

Ambele tipuri de dispersie F pot fi observate simultan. De obicei identificat [5] [6] :

• F-scatter la mare altitudine cu ecuatorială;
• împrăștierea frecvenței F cu latitudine medie și polară.

3. Următoarele trei clasificări rezultă dintr-o discuție detaliată a dispersiei F. Cea mai comună clasificare este în funcție de gradul de împrăștiere . care este determinat printr-un indice special pe o scară în patru puncte sau conform tabele , sau direct dintr-o ionogramă [7] [8] :

• 0 - absența completă a împrăștierii;
• 1 - împrăștiere foarte slabă, frecvența critică a stratului F2 este ușor de determinat;
• 2 - împrăștiere destul de semnificativă, definiția frecvențelor critice este îndoielnică, în tabele simbolul este plasat în fața valorii ;
• 3 - împrăștiere foarte puternică, frecvența critică a stratului F2 nu este determinată, componentele obișnuite și extraordinare se îmbină.

4. Când se studiază împrăștierea F ecuatorială, se folosește o scară de zece puncte, ai cărei indici depind de intervalul de împrăștiere de mare altitudine la frecvențe joase [9] [10] :

• 0 — gama de înălțimi de împrăștiere până la 6 km;
• 10 - gama de înălțimi de împrăștiere 10-250 km și mai mult.

5. Când se studiază împrăștierea polară F, se disting cinci tipuri principale de împrăștiere , fiecare dintre acestea incluzând un număr de cazuri [11] [10] :

• - tip împrăștiat;
• - tip bifurcat ;
• - tip spur (caracterizează împrăștierea frecvenței);
• — tipul de împrăștiere în înălțime;
• - stratul nor F.

Mecanisme de formare a neomogenităților care conduc la împrăștierea F

Ionosfera ecuatorială

Progresul semnificativ în elucidarea cauzelor împrăștierii F este determinat de dinamica instabilității Rayleigh-Taylor , ceea ce explică [12] :

• dependența spectrală confirmată experimental a formei pentru neomogenități intense, unde este constanta Boltzmann ;
• apariția neomogenităților cu dimensiuni deosebit de mici , unde este scara (dimensiunea caracteristică) a neomogenității în câmpul geomagnetic .

Teoria standard despre formarea unei neomogenități inițiale la baza regiunii F cu propagarea ulterioară a neomogenității la toate înălțimile regiunii F se explică prin mecanismul de dezvoltare a instabilității Rayleigh-Taylor. Rolul agentului inițial poate fi jucat de undele gravitaționale interne , ceea ce poate explica relația dintre structura neomogenă a regiunii F și mișcarea gazului neutru la altitudini mai mici, de exemplu, la nivelul turbopauzei [12] .

Instabilitatea Rayleigh-Taylor permite [12] :

• pentru a explica apariția bulelor de plasmă ecuatorială la scară medie (regiuni cu epuizare a plasmei);
• construiește modele foarte simple ale comportamentului lor;
• explicați și modelați un set de neomogenități la scară mică .

Ionosfera la latitudine medie

La latitudini medii, în principiu, funcționează aceleași mecanisme fizice ca și în ionosfera ecuatorială. Dar este mai dificil de modelat instabilitățile teoretic și numeric [12] :

• apariția și intensitatea împrăștierii F la latitudine medie este mai mică decât cea a celei ecuatoriale;
• este mai dificil decât la ecuator să explici apariţia neomogenităţilor.

Ionosfera polară

În regiunea aurorală F, apariția împrăștierii F este asociată cu instabilitatea derivei gradientului , deoarece gradienții orizontali de concentrație în plasmă joacă un rol semnificativ în dezvoltarea instabilităților. Observabilitatea ridicată a împrăștierii F la latitudini polare este explicabilă teoretic [12] .

Note

1. ↑ 1 2 Brunelli B. E., Namgaladze V. V. Fizica ionosferei, 1988 , p. 97-98.
2. ↑ Dicţionar explicativ de radiofizică , 1993 , p. 5.
3. ↑ Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. 5.
4. ↑ 1 2 3 4 Procese ionosferice, 1968 , p. 322.
5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. 6.
6. ↑ 1 2 3 4 Procese ionosferice, 1968 , p. 323.
7. ↑ 1 2 Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. 7.
8. ↑ Procesele ionosferice, 1968 , p. 324.
9. ↑ Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. 7-8.
10. ↑ 1 2 Procese ionosferice, 1968 , p. 325.
11. ↑ Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. opt.
12. ↑ 1 2 3 4 5 Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă, 1984 , p. 125.

Literatură

• Bryunelli B. E. , Namgaladze V. V. Fizica ionosferei / Ed. ed. G. S. Ivanov-Holodny, M. I. Pudovkin . M.: Nauka, 1988. 527 p., ill. ISBN 5-02-000716-1 .
• Gershman B. N. , Kazimirovskiy E. S. , Kokourov V. D., Chernobrovkina N. A. Fenomenul de împrăștiere a F în ionosferă / Ed. ed. membru corespondent Academia de Științe a TSSR N. M. Erofeev. Recenzători V. M. Polyakov , L. A. Shchepkin. M.: Nauka, 1984. 141 p. Il. 65, fila. 2. Bibliografie. 383 de titluri
• Polyakov V. M. , Shchepkin L. A., Kazimirovskiy E. S. , Kokourov V. D. Procese ionosferice / Ed. ed. V. E. Stepanov . Novosibirsk: Nauka, 1968. 536 p., ill.
• Dicţionar explicativ de radiofizică . Termeni de bază (cu echivalente în limba engleză) / Șeful echipei de autori, Dr. Philol. Științe A. S. Gerd . M.: Rus. yaz., 1993. 358 p. ISBN 5-200-01662-7 .