а во

Местное время

Эментроииая ионцетрацйа NjCm..

Рис. 10.2. Минимальные высоты отражения от области полученные в Новой Зеландии в течение суток [269]

Рис. 10.3. Общие пределы изменения высотных профилей N (г) в нижней части ионосферы в невозмущенных условиях [484 J

Общий ход высотного распределения электронной концентрации нижней моносферы в невозмущенных условиях и пределы, в которых изменяются индивидуальные профили N (z) в периоды слабой солнечной активности, показаны для дня и ночи на рис. 10.3 [483-487].

Основные особенности этого распределения N (z) таковы: ночью заметная электронная концентрация появляется на высотах z 80--90 км, где и начинается область Е\ максимум N (z) ночью расположен на высоте Z 100 км и наиболее часто NJE 10*сж~. Выше N (z) имеет минимум в области высот Z 55=; 120-140 км, где начинается постепенный переход в область F. Днем атмосфера значительно ионизуется ниже 80-90 км, появляется область D со слабо выраженным максимумом при =; 75-г80 км и следующим за ним минимумом при z 80-i-85 км, где начинается дневной слой Е.

В периоды минимальной солнечной активности, преимущественно зимой, на средних широтах, на высотах z 65-70 км в предутренние и утренние часы четко заметен дополнительный максимум Эту часть основания ионосферы, которая обнаружена надежно лишь в последние годы, называют слоем С. Его появление связывается с дополнительной ионизацией основания ионосферы космическим излучением Галактики, интенсивность которого усиливается в этот период. Слой С слабее в экваториальной зоне, где также падает интенсивность космического излучения.

На индивидуальных профилях N (z), полученных с помощью высотных ракет (рис. 10,4, а), заметно выявляется обласгь С до и вскоре после восхода Солнца.

Эволюция высотных зависимостей N (z) в течение суток показана на рис. 10.5, Эти профили получены методом гирорезонансного нелинейного взаимодействия радиоволн в ионосфере. В предутренние и ранние утренние часы в этих опытах заметно проявлялась область С с максимальным значением iVax л* 80 сжна высоте z 65 и с минимумом iVn n 10 смна высоте аяь80 км. Однако с увеличением высоты Солнца область С постепенно затушевывается, когда увеличивается общий уровень электронной концентрации в нижней ионосфере.

Область D регулируется Солнцем, и в период максимальной активности электронная концентрация значительно возрастает в основном за счет усиления рентгеновского излучения Солнца, в отличие от того, что наблюдается

%110

70 W

10 w w Злектронная

концентрация л/, см

Рис, 10.4. Индивидуальные высотные профили N {z), измеренные на высотных ракетах (у-37,9° С, Х=75,5° 3) с помощью зондов Ленгмюра

а - в предутренние часы (/ -Z=107,9; ;Р - Х=9Ь,8; s - 1L=Qi,i) и вскоре после восхода Солнца (4 - Х=84.в); б - ночью {1 - 27 сентября 1961 г.; 5 - 7 ноября 1982 г.; 5 - 15 июля 1в64 г.; 4-17 августа 1961 г.) [484. 498, 4991

Q СО

Электронная концентрация Ы,см

Рис. 10.5. Высотные профили N (z), полученные в Австралии ночью, во время восхода Солнца, и днем методом гирорезонансного взаимодействия радиоволн в ионосфере I4S8, 489]

Числа около кривых обозначают значения зенитного расстояния Солнца Z

В области С. Имеются указания на то, что ночью ионизация области D также регулируется Солнцем. Например, в полночь наблюдается минимум. Этот эффект связывают с влиянием рассеянного излучения L, которое, как это было показано в предыдущей главе, играет большую роль в ионизации области D. Наряду с этим, кажется естественным, что ночью, особенно в полярных районах, проявляется дополнительная ионизация, вызванная потоками энергичных электронов и воздействием космических лучей.

Индивидуальные профили N (z) (см. рис. 10.4) имеют сложный вид и даже нерегулярный характер, особенно ночью на высотах z 95-r-lOO км.

Следует отметить, что об области ионосферы ниже 60 км имеется еще очень мало данных. В общем в настоящее время 1шжняя ионосфера - возможно наименее понятая и изученная ее часть. Объясняется это тем, что эта часть ионосферы имеет в своем составе сложные частицы, в ней происходят более сложные микропроцессы и имеется явная связь между явлениями ионизации и метеорологией (динамикой примыкающих к ней областей атмосферы), что, в частности, объясняет появления сложного типа тяжелых ионов (см. гл. 2) в области D] кроме того, в этой части более резко проявляется влияние возмущений на Солнце, когда на низких широтах возрастает значение N даже на несколько порядков.

4. Сезонные и широтные изменения области D

Сезонный ход поведения области D характерен тем, что зимой ото дня ко дню наблюдается больший разброс индивидуальных профилей N (z) (изменчивость N на фиксированных высотах), нежели летом. Это ясно из рис. 10,6, а, где показаны отдельные высотные зависимости N (z), снятые методом частичного отражения радиоволн в декабре, марте и июне. На этих рисунках видно также, что зимой в нижней части области D образуется дополнительный максимум - слой С. То же самое наблюдается в эти периоды

для среднемесячных значений N (z), полученных в магнитоснокойныо дни (рис. 10.6,6),-их и.зменчивостр. зимой больше, чем летом.

Следует указать, что аналогичная изменчивость ото дня ко дню наблюдается при измерениях поглощения радиоволи в ионосфере, которое обусловливается главным образом областью D.

Сравнение профилей N (z), изображенных на рис. 10.6, а с суточными зависимостями поглощения за эти же дни (рис. 10.7) показывает, что в те дни, когда значения N (z) увеличивались, возрастало и поглощение радиоволн. Повышенную изменчивость профилей N (z) зимой относят за счет усиления в этот период циркуляции в атмосфере, влияющей на область D. Это один из признаков связи между метеорологией нижней атмосферы и областью £), как и тот факт, что из нижней атмосферы, по-видимому, переносятся в область D сложные образования молекул, которые здесь ионизуются.

В сезоппых изменениях области D наблюдается асимметрия, которая

проявляется в том, что средние профили N (z) в период равноденствия осенью (сентябрь) ближе совпадают с летней зависимостью N (z), а профили iV (z) периода весеьшего равноденствия ближе совпадают с зимними (рис. 10.8).

Широтные изменения свойств области D еще менее изучены, чем сезонные. Высотные зависимости N (z) в высоких и низких широтах мало различаются для одинаковых значений высоты Солнца х, однако на высоких широтах для значений <СЬО поведение N (z) меньше контролируется высотой Солнца.

Как и сезонная зависимость N (z), широтные изменения имеют некоторые аномалии. Так, на рис. 10.9 видно, что в полярной шапке (tjj==74,7° С, ).=94,9° 3,/+89*)электронная концентрация значительно меньше, чем в полярной зоне (ф=58,8 С, >i=94°, 3, /=+83,9°) при той же высоте Солнца,