§ 19. Приливы в ионосфере

а

аза t, часы

>5Э

§ 8

*80 +40 0 -40 Магинштш ианлонвние

Гис. 19.3. Высотпые зависимости амплгитуд луппых колебаний электроппой копцмг-трации ДЛ (z=c()n.4t) (7) и Az (iV=const) {2) и их фаз {Ибадан, ?-=7,3° С, Х=4° В, 7 === -6 1568])

п - июнь; б - декабрь 1957-1958 гг.

Рис. 19.4. Зависимость фазы лунных колебаний критических частот области F2 от магнитного наклонения / [568]

Фа.ча лунных колебаний электронной концентрации области F2 имеет явно выраженную зону минимальных значений в окрестности магнитного экватора, что видно из табл. 19.2 и рис. 19.4, где приведены соответствующие данные А (jF2). Лунные колебания других величин пе имеют выраженной широтной зависимости.

Таблица 19.2

Некоторые обобщештые данные луппых колебаний различных параметров ионосфортл

>П и. л. Альперт

§ 20. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ИХ СВЯЗЬ С СОСТОЯНИЕМ ИОНОСФЕРЫ

Уже в первые годы развития исследований ионосферы пытались найти связь между поведением тропосферы, разными метеорологическими явлениями (барометрическим давлением, температурой, грозовой деятельностью, движением фронтов и т. п.) и состоянием юносферы. Причины ожидаемой связи МС5КЛУ этими явлениями, рассмотренные в ряде работ, носили, однако, лишь спекулятивный характер и не содержали каких-либо количественных оценок. Достаточно проверенных результатов, устанавливающих эту связ]., не имелось.

Наиболее ранние исследования метеорологических явлений касались установления связи между барометрическим давлением, грозовой деятельностью и ионизацией разных слоев. Так, имелись указания на то, что ночью с понижением давления атмосферы электронная концентрация Е увеличивается. Указывалось, что иногда между ходом этих величин наблюдается запаздывание в 12-36 час. Приводились результаты измерений, из которых

В табл. 19.2 приводятся преимущественно осредненные круглосуточные (или полуденные) значения соответствующих величин. Некоторые из этих данных охватывают период наблюдений в 10-20 лет и более (с 1945 по 1965 г.). Таковы, например, результаты для области F2 или результаты измерений скорости дрейфа Уо в области Е. В табл. 19.2 используются дополнительные обозначения AFq (NS) и AFq (ew) для амплитуд колебаний скорости ветра в северо-южном и восточно-западном направлениях соответственно. Более подробные таблицы различных параметров лунных колебаний ионосферы содержатся в работе [571].

Исследования лунных колебаний представляют собой важный раздел геофизики и выходят далеко за рамки настоящей книги [121, 122, 571], поэтому мы ограничиваемся лишь краткими сведениями. Однако представляется целесообразным отметить одну особенность.

Энергия, приобретаемая атмосферой под действием гравитационных сил, концентрируется первоначально у земной поверхности вследствие большой плотности атмосферы. Эти силы вызывают перемещение частиц атмосферы, причем их движение имеет сложный характер, так как зависит от вязкости атмосферы, плотности, температуры и других факторов. Однако можно показать, что задача о перемещении частиц атмосферы аналогична задаче о распространении плоских электромагнитных волн (вследствие сходства исходных дифференциальных уравнений) в среде с коэффициентом преломления /г, который, изменяясь с высотой, на некоторой высоте принимает значение, равное нулю, и выше п становится меньше нуля [120]. Это приводит к тому, что эти волны, распространяясь от Земли вверх, отражаются от области атмосферы, где пО, Таким образом, энергия, сообщенная атмосфере гравитационными силами, остается внутри слоя, ограниченного высотой, на которой коэффициент преломления становится равным нулю. Таким путем возникают колебательные движения в атмосфере, объясняющие лунные колебания давления в тропосфере, происходящие между земной поверхностью и отражающим слоем, который соответствует области первого температурного минимума(2?=:20-30 км). В расчетах этих колебательных движений необходимо такне учитывать влияние второго температурного минимума (я?з=!80/гле), а для объяснения колебаний в слое Е более детально учесть зависимость температуры атмосферы от высоты. Из этого видно, что приливные явления в ионосфере при детальном теоретическом их анализе могут служить методом изучения строения верхней атмосферы и, в частности, исследования распределения температуры с высотой.

следовало, что утренний и полуденный ход критических частот области Е совпадает с ходом барометрического давления у поверхности Земли. Однако в других работах [65] наличие корреляции между поведением области Е и барометрическим давлением отрицалось.

Сопоставление результатов наблюдений в двух пунктах, лежащих примерно на одной и той же широте (Дср?530), но в разных климатических условиях, выявили совпадение разности хода среднемесячных значений критических частот в этих пунктах с ходом разности давления у земной поверхности [138]. Однако в другом исследовании [139] попытки установить корреляцию между атмосферным давлением и критическими частотами

и F2 оказались безрезультатными. В работе [139] указано, что наибольшие значения электронной концентрации зимой 1945/46 г. наблюдались утром в дни повышенного среднесуточного давления и после полудня в дни пониженного давления. Зимой во время сезона 1946/47 г. этот эффект, тем не менее, с такой же достоверностью не повторился.

Так же обстояло дело с результатами исследований в периоды грозовой деятельности. Имелись указания на увеличение интенсивности в эти периоды слоев £с ор и Е, однако впоследствии другие авторы отвергли и эти выводы.

В разных работах отмечалось наличие связи между движением масс воздуха в тропосфере и перемещением фронтов. Так было установлено, что в фронтальные дни (относя к ним дни перехода между двумя следующими друг за другом антициклонами) критические частоты F2 увеличиваются на 6-10% [65]. В другом исследовании [1401 автор полагал, что по характеру отражения от области Е можно установить тип массы воздуха, находящейся или проходящей над местом наблюдений (полярные или тропические), и пытался даже строить по этим данным прогнозы погоды, а также определять условия появления циклона в месте наблюдений.

Таким образом, исследования связи между явлениями в нижних слоях атмосферы и в ионосфере приводили к противоречивым результатам и не имели сколько-нибудь достоверных данных.

Однако в последние годы различные исследователи получили новые доказательства большой роли метеорологии в поведении области D ионосферы. Изменчивость профилей электронной концентрации Л (z) в области D зимой и сезонная их асимметрия приписываются влиянию метеорологических эффектов; установлена связь между поглощением в области D, температурой в стратосфере на высоте 31 км и потеплением в стратосфере в течение зимних месяцев [591] (см. также [592]). Все большее значение приобретают исследования взаимодействия менеду пилшими слоями атмосферы (циркуляцией атмосферы и ее синоптикой) и процессами в области D ионосферы. Такая связь между состоянием области D и нижней атмосферой кажется уже вполне достоверной и, по-видимому, в будущем именно эти исследования внесут ясность в вопрос о связи между метеорологией и ионосферой.