§ 26. ИОНОСФЕРПЫЕ БУРИ. ВОЗМУЩЕНИЕ ОБЛАСТИ F2

Периоды значительных аномалий в ионосфере сопровождаются, как уже указывалось, сильными колебаниями земного магнитного поля - магнитными бурями, и по аналогии названы ионосферными бурями.

Во время ионосферных бурь состояние ионосферы становится очень неустойчивым (см. § 1), радиосвязь часто сильно нарушается, особенно на высоких частотах, а в полярных областях в некоторых случаях радиосвязь прекращается в диапазоне от 20 до 1 Мгц и ниже. Обычно ионосферная буря разыгрывается в течение нескольких минут, иногда до часа и более. Продолжительность ее колеблется от нескольких дней до месяца. Нормальные условия восстанавливаются часто в течение нескольких дней.

Наиболее сильные ионосферные бури наблюдаются в полярных широтах. Они наступают с небольшим запозданием почти одновременно на большом участке Земли. В полярной области ионосферные бури сопровождаются интенсивными сияниями, которые наблюдаются в особо возмущенные периоды даже на средних широтах.

В первый период ионосферной бури максимум электронной концентрации F2 на средних широтах часто уменьшается, причем иногда трудно определить в это время критическую частоту fF2. Одним из основных признаков наступающей бури и является уменьшение fF2. В некоторых случаях наблюдается также уменьшение fFi, однако другим характерным признаком бури является рост времени группового запаздывания проходящей через Fi волны. Это видно, например, из рис. 26.1, на котором для сравнения приведены высотНо-частотпыс характеристики обыкновенной волны для возмущенного и магпито-спокойного дня.

Ионосферная буря наиболее ярко проявляется в полярном районе. В течение нескольких нервых часов слоистость ионосферы нарушается, структура слоев усложняется и часто все пространство между слоями Е ж F заполняется ионизованными образованиями, сменяющимися в течение нескольких минут и менее. В следующую фазу развития ионосф)ерной бури появляется сильное поглощение в области /), что приводит часто к полному исчезновению отражении от ионосферы в широком диапазоне частот (АА).

Из суточного хода максимумов электронной концентрации различных областей ионосферы, полученного в Тромсё во время сильного магнитного возмущения (рис. 26.2), видно сложное строение ионосферы в некоторые периоды бури и даже полное прекращение отражений.

Во время слабых магнитных возмущений или в начальный период сильной бури иногда появляется пнтенсивпый спорадический слой (рис. 26.3).

Помимо указанрптх особенностей, во время ионосферной бури сильно возрастает минимальная высота z[F2\ в некоторых случаях она превышает 500 км. Часто с увеличением zF2 прекращается сильное поглощение в ионосфере. Увеличение действующих высот zqF2 и уменьшение критических частот F2 во время магнитного возмущения по наблюдениям в экваториальном районе (Гуанкайо) хорошо видны на рис. 26.4.

Исследования возмущения области F2 во время ионосферных бурь показали, что по характеру изменения критических частот fF2 в различных условиях наблюдаются три типа возмущений: отрицательные, двухфазные и положительные (рис. 26.5).

Отрицательные возмущения fF2 характерны тем, что весь период времени возмущенное значение критической частоты fcJ<2 меньше ожидаемого невозмущенного значения fF2 (рис. 26.5, а). Эти возмущения наиболее часто наблюдаются в месяцы равноденствия, когда они наиболее интенсивны.

Рис. 26.1. Высотно-частотные характеристики обыкновенной волны

а - в магнито-возмущенный день; б - в магнито-спокойный день

N 10 W

Рис. 26.2. Суточный ход электронной концентрации максимума разных областей ионосферы в период, охватывающий сильное магнитное возмущение

12 Ю 20 24 04 08 12 16 20 Время, час

18 го гг го ог ои

Бремя , час

Рис. 26.3. Ход электронной концентрации JV слоя Ео во время магнитного возмущения

Двухфазные возмущения fF2 (рис. 26.5, в) близки но своим свойствам к отрицательным, так как только в первые несколько часов fF2 увеличивается, а затем в течение всего периода бури jgF2 <iF2.

Положительные возмущения /2, т. е. значения /<.й2 > fF2 (рис. 26.5, б), наблюдаются чаще зимой и в приполюсных областях, где регистрируется наибольшее увеличение /2.

Отрицательные возмущения в высоких и средних широтах сопровождаются на низких широтах и экваторе положительными возмущениями. Область изменения знака возмущения примерпо на геомагнитной широте ФоЯь40*. Обратное происходит при положительных возмущениях на средних широтах. Вообще в экваториальном районе преимущественно наблюдаются положительные возмущения с увеличивающейся амплитудой к концу возмущения (рис. 26.6).

Распределепие возмущенности над земным шаром весьма неравномерное. Имеются области преимущественной возмущенности, в которых от раза к разу повторяются соответствующие эффекты (рис. 26.7). Возмущения в области F2 начинаются главным образом в неосвещенное время суток, начало главной фазы возмущения днем запрещено .

В высоких широтах максимум возмущенности F2 наблюдается в вечерние и утренние часы, а на средних широтах - в полночь. Из ряда данных следует, что в умеренных широтах характер ионосферной возмущенпости зависит от местного времени так, как это показано на рис. 26.8.

В утренние часы в магнито-возмущенные дни ионосферное возмущение имеет отрицательную фазу и iF2 уменьпгается но сравнению со значением в спокойные дни, а после полудня и ночью имеет положительную фазуи/2 увеличивается.

Анализ отдельных бурь ноказывает, что характер их протекания зависит от времени начала магнитного возмущения. Если, например, магнитное возмущение начинается ночью, то обычно следом за ним наступает отрицательная фаза ионосферного возмущения. Если оно начинается в 0,8-13 час местного времени, то преимущественно следует положительная фаза, которая сменяется отрицательной фазой на второй день (рис. 26.9).

При некоторых временах начала магнитного возмущения на средних широтах положительная фаза вообще не наблюдается и возмущение сопровождается только отрицательной фазой (обратного никогда не происходит).

Интересно, что суточный ход отношения критических частот области F2 на одинаковых географических широтах и сильно отличающихся магнитных широтах в спокойные дни по некоторым данным [134] подобен суточному ходу критических частот в период ионосферпой бури (см. рис. 26.8 и 26.10).

На этом основании в работе [133] высказано предположение, что поведение области F2 в так называемых спокойных условиях регулируется явлениями того же типа, что и в период возмущенности. Если это так, то отличие спокойных и возмущенных условий состоит лишь в количественной мере проявления различных эффектов.

Возмущения в области F2 заметно проявляются, начиная с высот 2180-1-200 км. Изменения электронной концентрации ДА (z) па различных высотах в общем часто подобны характеру изменения Л в области максимума zF2 как при z <izF2, так и при z > Zj,F2, вплоть до высот z :il000 кле, для которых получены соответствующие данные, причем наибольшие вариации tiN - на высоте zF2. Однако это подобие характера изменения AiV (z) наблюдается не всегда, например, при изучении поведения суммарного

значения электронной концентрации ~ j Ndz во время возмущения.

При положительпых и отрицательных возмущениях вариации Дг высоты максимума zj2 изменяется в пределах +40 км и при сильных возмущениях