+7(904)3314610

Слои ионосферы

moveinfo.ru

баннер статьи

Дата:

Рассмотрена послойная классификация ионосферы относительно распределения электронной плотности. Приведены характерные данные для слоев ионосферы.

В ионосфере на высоте более 80 км основными носителями отрицательных зарядов являются электроны, ниже — отрицательные ионы. За счет присутствия положительных ионов ионосферная плазма на любой высоте электрически нейтральна.

Имеющиеся математические теории образования ионосферы, сводящиеся к составлению и решению уравнения баланса ионизации имеют значительные допущения и значительное число эмпирических расчетов. Такие теории в большинстве случаев являются статистическими моделями. Объясняется это тем, что еще неясна роль многих процессов, приводящих к образованию и исчезновению свободных зарядов на разных высотах, сложностью строения ионосферы, многообразием электромагнитных полей (собственных ионосферы и внешних) пронизывающих ионосферу.

В ионосфере по высотному распределению электронной плотности принято выделять несколько областей:

  • D — от 50 до 90 км;
  • E — от 90 до 160 км;
  • F — от 160 до 1500 км.

Если условно считать, что: атмосфера однородна по химическому составу; образование электронов происходит только за счет фотоионизации одной частотой; плотность атмосферы меняется по барометрической формуле [1,2]; температура не меняется с высотой, то расчеты показывают, что распределение электронной плотности от высоты Nem(h) должно иметь один максимум Nem на конечной высоте. Такое (распределение Nem(h) носит название простого слоя (слоя Крючкова—Чепмена) и обусловлено тем, что интенсивность ионизирующего излучения уменьшается с приближением к поверхности Земли; а плотность нейтральных частиц изменяется в обратном направлении. Поэтому максимум Ne(h) возникает на такой высоте, где ионизирующее излучение еще не сильно ослаблено, а плотность нейтральных частиц еще не очень мала. В реальной атмосфере такая закономерность в среднем имеет место, однако ряд деталей значительно усложняет распределение Nem(h), практически в ионосфере существует несколько максимумов электронной плотности.

Часть ионосферы содержащая максимум электронной плотности, называется ионосферным слоем. В некоторых случаях слой не обязательно отличается наличием отчетливого максимума, иногда он характеризуется резким изменением градиента dNe(h)/dh.

В ионосфере наблюдается четыре регулярных слоя D, E, F1, F2. В областях E, F нерегулярно также появляются так называемые спорадические слои E, F.

Каждый слой не имеет определенно выраженных верхних и нижних границ. Принято определять границу и полутолщину zm слоя ( zm — расстояние от нижней границы до максимума Ne(h)) на основании аналитической аппроксимации Ne(h). В таблице 1 приведены данные для регулярных слоев ионосферы. Значения h0 и zm получены в результате обобщения и пересчета данных ионосферных станций в предположении параболического распределения электронной плотности по высоте в нижней части каждого слоя. Для максимальной электронной плотности приведены два значения: наибольшее, наблюдаемое в дневное время, и наименьшее — в ночное время. Также в таблице приведено значение: νэф — среднего числа упругих столкновений электронов с нейтральными частицами и ионами. От величины νэф зависит проводимость ионосферы, а следовательно, поглощение радиоволн.

Таблица 1. Ионосферные слои.
Название слоя Высота нижней границы h0, км Полутолщина zm, км Максимальная электронная плотность в слое Nem, см-3 Эффективное число упругих столкновений электронов νэф, с-1
D 50 ÷ 60 103 — 102 107
E 100 ÷ 120 15 ÷ 20 2•105 — 103 105
F1 160 ÷ 180 20 ÷ 100 4•105 104
F2 200 ÷ 250 50 ÷ 300 2•105 — 2•106 103

Во внешней ионосфере электронная концентрация монотонно убывает с высотой. В этой области градиент dNe(h)/dh в несколько раз меньше чем во внутренней ионосфере: в пределах высот от 1000 до 7000 ÷ 8000 км величина Ne уменьшается примерно в сто раз и такое же изменение происходит при переходе от слоя D к слою E в пределах всего 30 ÷ 40 км. В верхней ионосфере до высот порядка 1000 км распределение dNe(h) аппроксимируется приближенно экспоненциальной зависимостью.


  1. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. —М.: из-во "Связь", 1971. — 450 с.: ил.
  2. Гусятинский И.А., Немировский А.С., Соколов А.В., Троицкий В.Н. Дальняя тропосферная связь.—М.: из-во "Связь". — 248 с.: ил.
  3. Смирнов В.С, Остапенко А.А., Волновые процессы в полярной ионосфере.—Аппатиты: Кольский филиал АН СССР. 1988. — 114 с.: ил.
  4. Electrons, Ions and Plasma.