Расчет физических свойств ионосферы

Задание на РГЗ:

1. По исходным данным рассчитать:

1.1. Солнечное склонение d.

1.2. Зенитный угол c.

1.3. Функцию зенитного угла F(c).

2. По исходным данным и значению зенитного угла рассчитать высоты максимума F-слоя.

3. По исходным данным и значению зенитного угла рассчитать значения скорости ионизации в максимуме.

4. По исходным данным и данным п.3 рассчитать значения константы скорости рекомбинации b.

5. Рассчитать значения электронной концентрации n_em и критических частот f_кр (Гц).

6. Построить графики зависимостей f_кр(t) и h_m(t).

Исходные данные:

Вариант	j, град	I , 1/с×м2	m	N	H, км
13	60	1015	6	15	60

где: j - географическая широта;

I

- интенсивность солнечного излучения;

m - месяц;

N - день (дата);

H – высота однородной атмосферы..

1. По исходным данным рассчитаем:

1.1. Солнечное склонение d:

d=arcsin(0.398×sin(p×(n’-3.17))/6)

n’=12×(n+16)/365.25

n – число дней от начала года до дня, для которого необходимо провести расчет, включая этот день;

n=30.5×(m-1)+N

n=30.5×(6-1)+15=167.5

n’=12×(167.5+16)/365.25=6.03

d=arcsin(0.398×sin(p×(6.03-3.17))/6)=0.4082

1.2. Зенитный угол c:

c=arccos(sinj×sind-cosj×cosd×cos(pt/12))

где: t – местное время (час)

Заполним таблицу:

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
c(рад)	1.668	1.662	1.549	1.454	1.343	1.219	1.09	0.961	0.84	0.738	0.667	0.642
c(град)	95.57	95.22	88.75	83.31	76.95	69.84	62.45	55.06	48.13	42.28	38.22	36.78
t	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
c(рад)	0.667	0.738	0.84	0.961	1.09	1.219	1.343	1.454	1.549	1.662	1.668
c(град)	38.22	42.28	48.13	55.06	62.45	69.84	76.95	83.31	88.75	95.22	95.57

1.3. Функцию зенитного угла F(c):

c£ 90⁰

F(c)=(p×z_p/2)^1/2(1.06069663+0.55643831×y)/(1.0619896+

+1.7245609×y+y²) при 0£y£8

F(c)=(p×z_p/2)^1/20,56498823/(0,06651874+y) при 8£y£100

y=(z_p/2) ^1/2|cosc|

z_p=1000

c>90⁰

F(c)=(2p× z_p)^1/2[(sinc)^1/2×exp(z_p(1- sinc))]-F(180⁰-c)

Заполним таблицу:

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
c	95.57	95.22	88.75	83.31	76.95	69.84	62.45	55.06	48.13	42.28	38.22	36.78
y	2.1704	2.0344	0.4878	2.605	5.0491	7.7064	7.7064	12.806	14.924	16.544	17.567	17.91
F(c)	8875.3	4994.2	24.648	8.0619	4.3499	2.8748	2.8748	1.7395	1.4937	1.3481	1.2632	1.2390
t	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
c	38.22	42.28	48.13	55.06	62.45	69.84	76.95	83.31	88.75	95.22	95.57
y	17.567	16.544	14.924	12.806	7.7064	7.7064	5.0491	2.605	0.4878	2.0344	2.1704
F(c)	1.2632	1.3481	1.4937	1.7395	2.8748	2.8748	4.3499	8.0619	24.658	4994.2	8875.3

2. По исходным данным и зачению зенитного угла рассчитаем высоты максимума F-слоя:

h_m=H×ln(s×H×n₀×F(c))

где: s=10^{-22 м2};

n₀=10¹⁸ м^-3.

Заполним таблицу:

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
hm	652.29	618.47	299.81	232.73	195.71	170.86	170.86	140.72	131.58	125.43	121.52	120.36
t	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
hm	121.52	125.42	131.58	140.72	170.86	170.86	195.71	232.73	299.81	618.47	652.29

3. По исходным данным и значению зенитного угла рассчитаем значения скорости ионизации в максимуме:

q_m=(I

/e×H)/ F(c)

Заполним таблицу:

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
qm×108	0.007	0.012	2.487	7.605	14.09	21.33	21.33	35.25	41.05	45.48	48.54	49.49
t	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
qm×108	48.54	45.48	41.05	35.25	21.33	21.33	14.09	7.605	2.487	0.012	0.007

4. По исходным данным и данным п. 3 рассчитаем значения константы скорости рекомбинации b:

b=k×n₀

где: k=2×10^-17 (м^3×с^-1) – константа скорости реакции O⁺+N₂®NO⁺+N

Вычислим b:

b=k×n₀=2×10^-17×10¹⁸=20=const

5. Рассчитаем значения электронной концентрации n_em и критических частот f_кр:

n_em=q_m/b

f_кр=Ö(80.8n_em)]

Заполним таблицу:

t	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
nem×107	0.003	0.006	1.243	3.803	7.047	10.66	10.66	17.62	20.52	22.74	24.27	24.74
fкр×106	0.002	0.0022	0.032	0.055	0.075	0.093	0.093	0.119	0.129	0.135	0.14	0.141
t	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
nem×107	24.27	22.74	20.52	17.62	10.66	10.66	7.047	3.803	1.243	0.006	0.003
fкр×106	0.14	0.135	0.129	0.119	0.093	0.093	0.075	0.055	0.032	0.002	0.0022

6. Построим графики зависимостей f_кр(t) и h_m(t):

График зависимости h_m(t):

График зависимости f_кр(t):

Список использованной литературы

1. Гинзбург В.Л. "Распространение электромагнитных волн в плазме." -М., Наука, 2006. - 683 с.

2. А.В. Гуревич А.В. Шварцбург "Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере" -М., Наука, 2003 г., 201 с.

3. К. Дэвис "Радиоволны в ионосфере." - М., Мир, 2001 г. - 501 с.