Смещение антиподного максимума электрического поля в резонаторе Земля–ионосфера за счет неоднородности день–ночь

Abstract

Учет реальной структуры нижней ионосферы в модельных задачах о глобальном электромагнитном (шумановском) резонансе представляет собой важную и актуальную задачу. В работе анализируется влияние отличий вертикального профиля проводимости средней атмосферы на ночной и дневной сторонах планеты на пространственное распределение электромагнитного поля на частотах шумановского резонанса. Свойства резонатора зависят от профилей проводимости и находятся для дневных и ночных условий по методу полного поля, а задача о колебаниях неоднородного резонатора решается с помощью двумерного телеграфного уравнения. Смещение максимума амплитуды электрического поля относительно геометрического антипода источника оценивается на нескольких частотах для различных положений источника в модели плавного и резкого перехода день–ночь. Показано, что неоднородность день–ночь может сместить антиподный максимум вертикального электрического поля из точки геометрического антипода источника к центру дневного полушария на расстояние до 300 км.

Урахування реальної структури нижньої іоносфери в модельних задачах про глобальний електромагнітний (шуманівський) резонанс є важливою і актуальною задачею. У роботі аналізується вплив відмінностей вертикального профілю провідності середньої атмосфери на нічній та денній сторонах планети на просторовий розподіл електромагнітного поля на частотах шуманівського резонансу. Властивості резонатора залежать від профілів провідності і визначаються за методом повного поля. Задача про коливання неоднорідного резонатора розв’язується з допомогою двовимірного телеграфного рівняння. Зсув максимуму амплітуди електричного поля від геометричного антипода джерела оцінюється на декількох частотах для різних положень джерела в моделі плавного і різкого переходу день–ніч. Показано, що неоднорідність день–ніч може перемістити максимум вертикального електричного поля з точки геометричного антипода джерела до центру денної півкулі на відстань до 300 км.

Accounting for the actual structure of the lower ionosphere in the problems of global electromagnetic (Schumann) resonance is an important and urgent task. The paper analyzes an impact of deviations in the vertical profile of the atmosphere conductivity at the night and the day sides of the planet on the spatial distribution of electromagnetic field in the Schumann resonance band. The cavity characteristics depend on the conductivity profiles and are accounted for at the day and the night sides by using the full wave solution method. The problem in non-uniform cavity is solved with the help of 2D telegraph equation. The shift of the maximum amplitude of the electric field component from the source geometric antipode is demonstrated at several frequencies for different locations of the source, and in the models of smooth and sharp day–night transition. We demonstrate that the day-night non-uniformity is able to shift the antipode maximum of the vertical electric field from the source geometric antipode of the center towards the center of the day hemisphere by a distance reaching 300 km.