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 nem и критических частот fкр (Гц).
6. Построить графики зависимостей fкр(t) и hm(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×zp/2)1/2(1.06069663+0.55643831×y)/(1.0619896+
+1.7245609×y+y2) при 0£y£8
F(c)=(p×zp/2)1/20,56498823/(0,06651874+y) при 8£y£100
y=(zp/2) 1/2|cosc|
zp=1000
c>900
F(c)=(2p× zp)1/2[(sinc)1/2×exp(zp(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:
hm=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:
qm=(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 (м3×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 nem и критических частот fкр:
nem=qm/b
fкр=Ö(80.8nem)]
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 fкр(t) и hm(t):
График зависимости hm(t):
График зависимости fкр(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.
