전리층의 모델, 이상현상, 측량

전리층의 모델

 

전리층 패턴은 전리층 제삼의 양이 높이에 따라 변화하는 수학적 설명입니다. 이러한 변화는 지리적 위치, 계절적, 지방적 시, 그리고 태양과 지자기적 활동성과 관련이 있습니다. 복잡한 전리층 형태는 실제 적용에 큰 어려움을 주기 때문에 사람들은 많은 양의 실측 데이터를 바탕으로 비교적 간단한 수학적 패턴으로 전리층 형태와 구조를 기술하여 무선 통신과 우주 항해 등의 공학 설계에 응용할 수 있도록 합니다. 가장 많이 연구된 것은 전파 전파에 직접적인 영향을 미치는 전자 밀도 모델입니다.

식에서 N(h)은 지상 높이에서 h 떨어진 곳의 전자 밀도입니다. h0은 기산 높이, α는 상수, 为는 층의 반두께입니다. 이러한 패턴들은 전리층 전자밀도 단면의 어느 한 부분만을 기술할 수 있습니다. 단면을 온전히 묘사하기 위해서는 부분별로 다른 수학적 표현을 사용해야 합니다.
F 레이어 피크 이하의 전자 밀도 단면에 대해서는 실제 적용에 따라 다른 조합의 패턴을 사용할 수 있습니다. 국제무선자문위원회에서 단파장강력계산을 위한 브레들리-두데나이 모드로 포물모드(F2층)-선형모드(F1층)-포물모드(E층)의 조합모드로 추천합니다. 패턴 파라미터는 전리층 관측소에서 얻을 수 있는 특성 파라미터로 추산할 수 있습니다. 일반적으로, 전자 밀도 분포와 실제 분포의 고도의 차이는 20킬로미터보다 작습니다. 다른 모드로는 코사인 모드(F2층)-정할 모드(E-F층)-포물 모드(E층)의 조합 모드로 정밀도가 요구되는 선 추적 계산에 이용가능하며, 포물 모드(F2)층과 다항식 조합 모드로 전리층으로부터의 수직 측정의 주파수-고도 계산이 용이합니다. F2층의 피크 높이, 피크 높이 및 등가 피크 아래의 평판 두께입니다.

국제참고 전리층(IRI, 1979)이 제시하는 전자 밀도, 전자 온도, 이온 온도 단면입니다.
F층 피크 영역을 포함한 전자 밀도 단면에는 벤트 패턴과 펜실베이니아 주 1호 전리층 패턴이 비교적 전형적으로 있습니다. 벤트 모드의 고도 범위는 약 150㎞에서 2000㎞입니다. 피크 높이 이하는 포물 제곱 모드이고, 피크 높이 이상은 포물 모드입니다. 더 높은 높이 위는 세 개의 연결된 지수 모드입니다. 본 패턴은 단면(특히 F부 영역)의 디테일을 간과하여 전리층의 전자 함량을 정확하게 표현하는 것에 착안합니다. 그것은 전파가 굴절에 의해 야기되는 것을 계산하는데 적용됩니다. 지연과 방향의 변화입니다. 펜실베이니아주 1호 전리층 패턴(120~1250km)은 하나의 경험으로 얻은 고도 내에서 전리층의 물리화학적 과정을 시뮬레이션해 전리반응속도와 수직전자흐름을 조절해 전자밀도를 계산합니다. 이 모델은 주로 송수송 과정과 바람의 감쇠 등 이론적 문제를 연구하는 데 활용됩니다.

국제무선과학연맹과 미국공간연구위원회는 전리층의 실측자료에 근거하여 《국제참고 전리층》을 작성합니다. 이것은 전문적인 컴퓨터 프로그램으로 입력데이터는 지리적 경도와 위도, 월, 현지시간, 태양흑자 수입니다. 출력 데이터는 전리층 제삼량의 수직 분포입니다. 외공으로부터의 태양과 지구의 대기 자체의 각종 요동원의 자극에 의해, 전리층은 또한 그에 상응하는 요동 변화와 불규칙 구조를 발생시켜, 여러 가지 다른 형태를 나타냅니다(전리층 요동, 전리층 불균일체, 전리층 변조 참조).

 

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이상 현상

요약
실제로 전리층은 위에서 서술한 것처럼 규칙적이고 매끄러운 층으로 이루어져 있지 않습니다. 실제 전리층은 블록형, 구름형, 불규칙한 전리의 덩어리 또는 층으로 구성되어 있습니다.

 

겨울 이상 현상

여름철에는 햇빛 직사 중위도 지역의 F2층이 낮에는 전리도가 높아지지만 계절성 기류의 영향으로 여름철에는 분자로 인해 단원자 비율이 높아지기 때문에 이온 포획률이 높아집니다. 이 포획률의 증가는 심지어 전리도의 증가보다도 강합니다. 이 때문에 여름철 F2층은 겨울철보다 오히려 낮습니다. 이 현상을 겨울철 이상이라고 합니다. 북반구에서는 겨울철 이상이 매년 나타나며, 남반구에서는 태양 활동이 낮은 연도에는 겨울 이상이 없습니다.

 

적도 이상 현상

조양면 전리층 안의 전류는 지구 자기적도 좌우 약 ±20도 사이에 F2층에 전리도가 높은 도랑을 형성합니다. 이를 적도 이상이라고 합니다.그 형성 원인은 적도 부근에서 지구 자기장이 거의 수평입니다. 태양의 가열과 조석 작용으로 전리층 하층의 플라스마를 위로 이동시켜 지구의 자기장선을 통과합니다. 이것은 E층에 전류를 형성합니다. 이는 수평 자기장 선과의 상호작용에 의해 자기 적도 부근에서 ±20도 사이의 F층의 전리도가 강화됩니다.

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방송 교란

X선

태양이 활동하던 시기에 강한 요반이 발생하면 딱딱한 X선이 지구까지 쏘게 됩니다. 이 방사선은 D층까지 뚫릴 수 있는데, 이곳에서 대량의 자유전자를 신속하게 발생시키고, 이들 전자는 고주파(3-30MHz) 전파를 흡수해 무전기를 끊기게 합니다. 이와 함께 저주파(3-30kHz)는 E층이 아닌 D층에 의해 반사됩니다(일반적으로 D층은 이들 신호를 흡수합니다). X선 종료 후 D층 전자가 빠르게 포획되어 무전기가 끊기고 신호가 회복됩니다.

 

양성자
플라크는 동시에 고에너지 양성자를 방출합니다. 이 양성자들은 요반이 폭발한 후 15분에서 2시간 이내에 지구에 도달합니다. 이들 양성자는 지구 자기장 선을 따라 나선형으로 자극 부근에서 지구 대기권에 부딪혀 D층과 E층의 전리를 높입니다. 극관흡수는 1시간에서 수일까지 지속되며 평균 24~36시간 지속됩니다.

 

지자기 폭풍
지자기 폭풍은 지구 자기장의 일시적이고 격렬한 괴롭힘입니다.
지자기폭풍 시 F2층은 매우 불안정하며 분열하거나 심지어 완전히 사라지기도 합니다. 극지방 근처에서 오로라가 발생합니다.

 

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측량

전리층 그래프
전리층 그래프는 전리층 검출기를 사용하여 측정한 전리층 차원의 높이 및 그 임계 주파수를 나타냅니다. 전리층 탐지기 수직으로 일련의 주파수(보통 0.1~30MHz)를 전리층으로 전송합니다. 주파수가 높아짐에 따라 신호는 반사되기 전에 더 높은 층을 뚫을 수 있습니다. 마지막 주파수는 더 이상 반사되지 않을 정도로 높습니다.

태양류
태양류는 캐나다 오타와에 있는 한 대의 전파망원경을 사용해 측정한 태양복사의 2800MHz 주파수 세기입니다. 측정 결과 이 강도가 태양흑점 활동에 적합하다는 것이 입증되었습니다. 하지만 지구 대기 상층부의 이온화를 초래한 것은 주로 태양의 자외선과 X선입니다. 지구 정지 업무 환경 위성은 태양의 엑스선 흐름을 측정할 수 있습니다. 이 데이터는 전리층의 전리도와 더욱 상응합니다.

연구 프로젝트
과학자들은 서로 다른 수단을 사용하여 전리층의 구조를 연구하는데, 전리층에서 발생하는 광학과 무선 신호를 수동적으로 관측하는 것, 서로 다른 전파 망원경이 반사되는 신호, 그리고 반사되는 신호와 원신호 사이의 차이를 연구합니다.
1993년 시작된 20년간의 고주파 능동 오로라 연구 계획과 유사한 프로젝트 연구로 고에너지 무선 송신기를 사용하여 전리층의 특성을 변화시키는 것입니다. 이러한 연구들은 전리층의 특성을 보다 잘 이해하도록 전리층 플라즈마를 연구하고, 이를 이용하여 민간과 군사의 통신과 원격측정시스템을 향상시키는데 집중되어 있습니다.

슈퍼바이옴 레이더망은 높은 고도와 중고도 대 8~20MHz 주파수의 상관 산란을 연구합니다. 상간 산란은 결정의 프라하 산란과 유사하며, 전리층의 밀도 차이에 의한 상증 회절 산란입니다. 이 프로젝트에는 전 세계 11개국 다양한 레이더가 포함돼 있습니다.
과학자들은 위성과 다른 항성의 전파가 전리층을 지나면서 생기는 변화도 측정합니다. 푸에르토리코에 있는 아레시보 천문대는 원래 지구 전리층을 연구하는 데 쓰려고 했습니다.