An empirical model of HF radio wave regular absorption in the middle latitude

Abstract

Данная работа посвящена исследованию поглощения коротких радиоволн вызванного ультрафиолетовым излучением солнца в средних широтах. Целью работы являлась оптимизация существующих моделей регулярного поглощения, основанных на эмпирических формулах. В настоящее время существует обширная сеть ионозондов, которая позволяет измерять амплитуды полей радиоволн. Наличие такой сети и даёт возможность оптимизировать разработанные ранее модели поглощения радиоволн. Оптимизация модели поглощения проводилась путём варьирования параметров эмпирической формулы, характеризующей зависимость интенсивности поглощения от уровня ультрафиолетового излучения солнца. Для подбора оптимальных параметров формулы проводился сравнительный анализ модельных и расчётных ионограмм. Расчёт ионограмм выполнялся с использованием пакета NIM-RT. Данный пакет позволяет считать независимо друг от друга лучевые траектории и поглощение радиоволн. Такой подход позволяет варьировать параметры в формуле, пересчитывая только значения поглощения, и не требует заново рассчитывать лучевые траектории. Было произведено моделирование ионограмм, соответствующих станциям Pruhonice, Juliusruh и Fairford для четырёх дат в 2013 году (23.01.2013, 07.04.2013, 16.06.2013, 19.10.2013) и пяти дат в 2012 году (02.04.2012, 01.06.2012, 11.06.2012, 01.08.2012, 04.10.2012). В результате исследования исходная формула была модифицирована путём добавления члена, учитывающего эффективную частоту столкновений электронов с ионами, а также получены оптимальные коэффициенты, отражающие сезонную зависимость интенсивности поглощения. В работе представлены примеры экспериментальных и расчётных ионограмм до и после модификаций формулы поглощения. Сравнительный анализ этих результатов показал, что после оптимизации формулы поглощения совпадения расчётных и экспериментальных ионограмм заметно улучшилось.

This work is devoted to study of short radio waves absorption caused by ultraviolet radiation of the sun in the middle latitudes. The objective of the work was to optimize existing models of regular absorption, based on empirical formulas. Currently, there is an extensive network of ionosondes, which allows to measure the amplitudes of radio wave fields. The presence of such a network also makes it possible to optimize the previously developed models for the absorption of radio waves. The optimization of the absorption model was carried out by varying the parameters of the empirical formula, characterizing the dependence of absorption intensity versus the level of ultraviolet radiation of the sun. For the selection of optimal parameters, a comparative analysis of model and calculated ionograms was carried out. Iongrams were calculated using the NIM-RT package. This package allows you to calculate ray trajectories and the absorption of radio waves independently of each other. This approach allows us to vary the parameters in the formula, recalculating only the absorption values, and does not require to calculate the ray trajectories anew. Ionograms, corresponding Pruhonice, Juliusruh and Fairford stations, were simulated for four dates in 2013 (23.01.2013, 07.04.2013, 16.06.2013, 19.10.2013) and five dates in 2012 (02.04.2012, 01.06.2012, 11.06.2012, 01.08.2012, 04.10.2012). As a result of the study, the original formula was modified by adding a term that takes into account the effective frequency of collisions of electrons with ions, and also the optimum coefficients reflecting the seasonal dependence of the absorption intensity were obtained. The work presents examples of experimental and calculated ionograms before and after modifications of the absorption formula. A comparative analysis of these results showed that after optimization of the absorption formula, the coincidence of the calculated and experimental ionograms improved markedly.