• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ПРОВОДИМОСТИ АТМОСФЕРЫ, ОТВЕЧАЮЩИЙ ПАРАМЕТРАМ ШУМАНОВСКОГО РЕЗОНАНСА

Николаенко, АП, Галюк, ЮП, Хайакава, М
Organization: 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 64085, Украина
E-mail: sasha@ire.kharkov.ua

Санкт-Петербургский государственный университет
35, Университетский просп., Санкт-Петербург, Петергоф, 198504, Россия
E-mail: galyuck@paloma.spbu.ru

Институт Хайакавы, Компания сейсмического электромагнетизма,
Инкубационный центр 508 Университета электросвязи,
1-5-1 Чофугаока, Чофу, Токио, 182-8585, Япония
E-mail: hayakawa@hi-seismo-em.jp

https://doi.org/10.15407/rej2015.03.030
Язык: русский
Аннотация: 

Поиск реалистичного вертикального профиля проводимости атмосферы остается актуальной задачей при прямом электро-магнитном моделировании глобального электромагнитного (шумановского) резонанса. Потребность в знании профиля обусловлена необходимостью учета влияния на ионосферу различных факторов космической погоды или сейсмической активности. При этом особое значение приобретает знание регулярного профиля, который позволяет получать в расчетах реально наблюдаемые значения параметров шумановского резонанса в невозмущенных условиях. Опираясь на классические данные, мы разработали новый высотный профиль проводимости атмосферы в интервале от 2 до 98 км, который позволяет получать параметры шумановского резонанса, согласующиеся с наблюдениями. С помощью метода полного поля была вычислена постоянная распространения сверхнизкочас-тотных (СНЧ) радиоволн, отвечающая этому профилю. Продемонстрировано высокое соответствие полученной зависимости общепризнанной эталонной модели, основанной на регистрациях глобального электромагнитного резонанса. Предложены также профили проводимости для ночных и дневных условий. Для этих профилей по методу полного поля вычислены соответствующие постоянные распространения. Рассчитаны и сопоставлены энергетические спектры шумановского резонанса в вертикальной элект-рической компоненте поля при равномерном распределении мировых гроз, отвечающие стандартной модели и различным профилям проводимости. Показана также согласованность полученных модельных данных с результатами измерений искусственных полей, излученных СНЧ-передатчиками.

Ключевые слова: вертикальный профиль проводимости воздуха, затухание радиоволн, излученных СНЧ-передатчиками, постоянная распространения СНЧ-радиоволн, энергетические спектры шумановского резонанса

Статья поступила  13.05.2015 г.
PACS     93.85.Pq, 94.20.ws, 94.20.Cf
УДК 537.87:550.380.2
Radiofiz. elektron. 2015, 20(3): 30-37
Полный текст (PDF)
 

References: 
  1. Nickolaenko A. P. Resonances in the Earth-ionosphere cavity / A. P. Nickolaenko, M. Hayakawa. – Dordrecht-Boston-L.: Kluwer Academic Publ., 2002. – 380 p.
  2. Nickolaenko A. Schumann resonance for tyros (Essentials of Global Electromagnetic Resonance in the Earth–Ionosphere Cavity) / A. Nickolaenko, M. Hayakawa. – Tokyo-Heidelberg-N. Y.-Dordrecht-L.: Springer, 2014. – Ser. XI. Springer Geophysics. – 348 p.
  3. Ishaq M. Method of obtaining radiowave propagation parameters for the Earth–ionosphere duct at ELF / M. Ishaq, D.Ll. Jones // Electronic Lett. – 1977. – 13, N 2. – Р. 254–255.
  4. Кириллов В.В. Электромагнитные волны СНЧ-диапазона в волноводе Земля–ионосфера / В. В. Кириллов, В. Н. Копей-кин, В. К. Муштак // Геомагнетизм и аэрономия. – 1997. – 37, № 3. – С. 114–120.
  5. Кириллов В. В. Двумерная теория распространения электро-магнитных волн СНЧ-диапазона в волноводе Земля–ионосфера / В. В. Кириллов // Изв. вузов. Paдиофизикa. – 1996. – 39, № 12. – С. 1103–1112.
  6. Кириллов В. В. Решение двумерных телеграфных уравнений с анизотропными параметрами / В. В. Кириллов, В. Н. Копейкин // Изв. вузов. Радиофизика. – 2002. – 45, № 12. – С. 1011–1024.
  7. Pechony O. Schumann resonance parameters calculated with a partially uniform knee model on Earth, Venus, Mars, and Titan / O. Pechony, C. Price // Radio Sci. – 2004. – 39, Iss. 5. – RS5007 (10 р.).
  8. Yang H. Three-dimensional finite-difference time domain modeling of the Earth-ionosphere cavity resonances / H. Yang, V. P. Pasko // Geophys. Res. Lett. – 2005. – 32, Iss. 3. – L03114 (4 p.).
  9. A numerical simulation of Earth’s electromagnetic cavity with the Transmission Line Matrix method: Schumann resonances / J. A. Morente, G. J. Molina-Cuberos, J. A. Port et al. // J. Geophys. Res. – 2003. – 108, Iss. A5. – P. SIA 17-1–17-11.
  10. Cole R. K. Electrification in the Earth’s atmosphere from altitudes between 0 and 100 kilometers / R. K. Cole, E. T. Pierce // J. Geophys. Res. - 1965. - 70, N 11. - P. 2735-2749.
  11. Mushtak V. C. Propagation parameters for uniform models of the Earth-ionosphere waveguide / V. C. Mushtak, E. Williams // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. – 2002. – 64, N 6. – Р. 1989–2001.
  12. Greifinger C. Approximate method for determining ELF eigenvalues in the Earth-ionopshere waveguide / C. Grei-finger, P. Greifinger // Radio Sci. - 1978. - 13, N 5. - P. 831-837.
  13. Николаенко А. П. О возможности существования глобальных электромагнитных pезонaнсов на планетах Солнечной системы / А. П. Николаенко, Л. М. Paбинович // Космические исслед. – 1982. – 20, № 1. – C. 82–89.
  14. Николаенко А. П. О применимости свеpхнизко-чaстотных глобальных pезонaнсов для исследования грозовой активности Венеры / А. П. Николаенко, Л. М. Paбинович // Космические исслед. – 1987. – 25, № 2. – C. 301–306.
  15. Sentman D. D. Electrical conductivity of Jupiter Shallow interior and the formation of a resonant planetary-ionospheric cavity / D. D. Sentman // ICARUS. - 1990. - 88, Iss. 1. - P. 73–86.
  16. Füllekrug M. Dispersion relation for spherical electromagnetic resonances in the atmosphere / M. Füllekrug // Phys. Lett. A. – 2000. – 275, Iss. 1–2. – P. 80–89.
  17. Williams E. R. Distinguishing ionospheric models using Schumann resonance spectra / E. R. Williams, V. C. Mushtak, A. P. Nickolaenko// J. Geophys. Res. – 2006. – 111, N D16. – D16107 (12 p.).
  18. Parallel 3D-TLM algorithm for simulation of the Earth-ionosphere cavity / S. Toledo-Redondo, A. Salinas, J. A. Morente-Molinera et al. // J. Computational Phys. – 2013. – 236, N 3. – P. 367–379.
  19. Schumann resonances as a tool to study the lower ionospheric structure of Mars / G. J. Molina-Cuberos, J. A. Morente, B. P. Besser et al. // Radio. Sci. – 2006. – 41, Iss. 1. – RS1003 (8 p.).
  20. Diurnal and seasonal variations in the Schumann resonance parameters observed at Chinese observatories / H. Zhou, H. Yu, B. Cao, X. Qiao // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. – 2013. – 98, N 1. – P. 86–96.
  21. Sentman D. D. Approximate Schumann resonance parameters for a two-scale-height ionosphere / D. D. Sentman // J. Atmos. Terr. Phys. – 1990. – 52, N 1. – P. 35–46.
  22. Greifinger P. S. On modeling the lower characteristic ELF altitude from aeronomical data / P. S. Greifinger, V. C. Mushtak, E. R. Williams // Radio Sci. – 2007. – 42, Iss. 2. – RS2S12 (12 р.).
  23. Гюннинен Э. М. Поле вертикального электрического диполя над сферической землей с неоднородной по высоте ионосферой / Э. М. Гюннинен, Ю. П. Галюк // Проблемы дифракции и распространения радиоволн. – Вып. 11. – Л.: ЛГУ, 1972. – С. 109–120.
  24. О pезонaнсных явлениях в полости Земля–ионосфеpa / П. В. Блиох, Ю. П. Гaлюк, Э. М. Гюннинен и др. // Изв. вузов. Paдиофизикa. – 1977. – 20, № 4. – С. 501–509.
  25. Блиох П. В. Глобальные электромагнитные резонансы в полости Земля-ионосфера / П. В. Блиох, А. П. Николаенко, Ю. Ф. Филиппов. - К.: Наук. думка, 1977. - 199 с.
  26. Галюк Ю. П. Определение характеристик распространения СДВ-полей в волноводе Земля–неоднородная по высоте анизотропная ионосфера / Ю. П. Галюк, В. И. Иванов // Проблемы дифракции и распространения радиоволн. – Вып. 16. – Л.: ЛГУ, 1978. – С. 148–153.
  27. Галюк Ю. П. Модель колена: сравнение точного и эвристического решения задачи о шумановском резонансе / Ю. П. Гaлюк, А. П. Николаенко, М. Хайакава // Радиофизика и электрон. – 2015. – 6(20), № 2. – С. 40–46.
  28. Bannister P. R. Further examples of seasonal variations of ELF radio propagation parameters / P. R. Bannister // Radio Sci. – 1999. – 34, N 1. – P. 199–208.
  29. Николаенко А. П. Определение СНЧ-затухания по дистанционной зависимости амплитуды радиоволны, возбужденной искусственным источником / А. П. Николаенко // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2008. – 13, № 1. – C. 40–44.
  30. Nickolaenko A. P. ELF Attenuation Factor Derived from Distance Dependence of Radio Wave Amplitude Propagating from an Artificial Source / A. P. Nickolaenko // Telecommunications and Radio Engineering. – 2008. – 67, Iss. 18. – P. 1621–1629.