Явления в высокоширотной  F -области ионосферы при воздействии мощными радиоволнами КВ-диапазона на частотах выше критической частоты слоя  F 2

Н. Благовещенская; Благовещенская Н. Ф.; А. Калишин; Калишин А. С.; Т. Борисова; Борисова Т. Д.; И. Егоров; Егоров И. М.; Г. Загорский; Загорский Г. А.

doi:10.31857/S001679402360059X

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

Authors: Благовещенская Н.¹, Калишин А.¹, Борисова Т.¹, Егоров И.¹, Загорский Г.¹
Affiliations:
1. Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета
Issue: Vol 63, No 6 (2023)
Pages: 775-787
Section: Articles
URL: https://ruspoj.com/0016-7940/article/view/650973
DOI: https://doi.org/10.31857/S001679402360059X
EDN: https://elibrary.ru/ZYHJFH
ID: 650973

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Представлены результаты экспериментальных исследований явлений в высокоширотной верхней (F-область) ионосфере, вызванных воздействием мощных радиоволн КВ-диапазона обыкновенной (О-мода) поляризации на частотах нагрева f_H, существенно превышающих критическую частоту слоя F 2 (f_H – 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.

References

– 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.
– 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.
– Васьков В.В., Гуревич А.В. Нелинейная резонансная неустойчивость плазмы в поле обыкновенной электромагнитной волны // ЖЭТФ. Т. 69. № 1. С. 176–178. 1975.
– Грач С.М., Трахтенгерц В.Ю. О параметрическом возбуждении ионосферных неоднородностей, вытянутых вдоль магнитного поля // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 18. С. 1288–1296. 1975.
– Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере // Успехи физических наук. Т. 177. № 11. С. 1145–1177. 2007.
– 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
– 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.
– Фролов В.Л. Искусственная турбулентность среднеширотной ионосферы. Н. Новгород: изд-во Нижегородского ун-та, 468 с. 2017.
– 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
– 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
– 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
– 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
– 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
– 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.
– 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
– 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
– 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
– 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.
– Gurevich A.V. Nonlinear phenomena in the ionosphere. N.Y.: Springer-Verlag, 372 p. 1978.
– 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.
– 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
– Kelley M.C. The Earth’s ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. San Diego, CA: Academic Press, 1989.
– Kuo S.P. Overview of ionospheric modification by High Frequency (HF) heaters –Theory // Progr. Electromagn. Res. B. V. 60. P. 141–155. 2014.
– Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 58. P. 435–452. 1996.
– 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.
– 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
– 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
– 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
– Perkins F.W., Oberman C., Valco E.J. Parametric instabilities and ionospheric modification // J. Geophys. Res. V. 79. P. 1478–1496. 1974.
– 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
– 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.
– Robinson T.R. The heating of the high latitude ionosphere by high power radio waves // Phys. Rep. V. 179. P. 79–209. 1989.
– Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromso // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 58. P. 349–368. 1996.
– Stubbe P., Kohl H., Rietveld M.T. Langmuir turbulence and ionospheric modification // J. Geophys. Res. V. 97. P. 6285–6297. 1992.
– 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.