ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2013, том 53, № 5, с. 677-683
УДК 550.388.2
АНОМАЛЬНЫЕ ОТРАЖЕНИЯ ИОНОСФЕРЫ © 2013 г. Г. В. Гивишвили, Л. Н. Лещенко
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН,
(ИЗМИРАН) г. Троицк, г. Москва
е-таП: givi@izmiran.ru Поступила в редакцию 25.02.2011 г. После доработки 06.05.2013 г.
По данным вертикального зондирования на "ст. Москва" обнаружено существование аномальных ионосферных отражений, наблюдающихся на высотах 100—200 км и не "привязанных" к основному Же(Н)-профилю ионосферы. Приводятся морфологические характеристики таких отражений: суточные, сезонные и циклические зависимости вероятности их появления.
Б01: 10.7868/80016794013050064
1. ВВЕДЕНИЕ
Как известно, ионосфера Земли имеет слоистую структуру и подразделяется на несколько регулярных слоев (Б, Е, П, 12) с достаточно хорошо прогнозируемыми пространственно-временными вариациями электронной концентрации в их максимумах. Кроме того, на высотах 100—130 км наблюдается нерегулярный (спорадический) слой Еу, в свою очередь, подразделяющийся на типы/, I, с, Н, а, г и т.д., свойства которых также хорошо изучены.
Новая высококачественная измерительная техника вертикального зондирования ионосферы (цифровой ионозонд "Парус"), функционирующая в ИЗМИРАН с 2005 г., позволила обратить внимание на существование аномальных отражений (АО) неизвестного ранее типа. Высотное распределение электронной концентрации — Мв(НН) в них отличается следующими специфическими особенностями.
Они, чаще всего, не составляют единого целого с "основным" ^»(Н)-профилем ионосферы. В таких случаях, между ним и следами отражений необычного типа (АО) существуют разрывы от долей до единиц МГц. На ионограммах вертикального зондирования (ВЗ) аномальные отражения нередко наблюдаются на частотах, превышающих но указать верхнюю частотную границу их появления в настоящее время затруднительно. (Ввиду низкой солнечной активности диапазон зондирования в 2005—2010 гг. составлял 1—8 МГц. Временами было очевидно, что частота аномальных отражений превышала эту верхнюю частотную границу).
Высота появления АО варьирует от 100 до 200 км. Они имеют самую разнообразную форму.
Иногда это достаточно плотные следы, занимающие частотный диапазон в пределах нескольких мегагерц. Но чаще они имеют рыхлую (облачную) или слоистую структуру, представляя собой как бы некие вкрапления в "тело" ионосферы сгустков плазмы большой плотности, но малых размеров.
Время и вероятность их появления носит спонтанный характер. Данное обстоятельство как будто сближает их со "стандартными" спорадическими слоями Ез. Однако, во-первых, явление АО имеет место как при наличии отражений от Ез, так и при их отсутствии. Во-вторых, АО не подходят ни под одно описание, известное как средне-широтный Ез. В частности:
а) толщина различных типов Ез-слоев, как правило, не превышает 3—5 км, тогда как АО могут охватывать высотный диапазон в несколько десятков километров;
б) высотный "потолок", которым ограничивается образование Ез-слоев в средних широтах, не превышает 120—130 км. Действующие высоты АО могут достигать, как говорилось, 200 км;
в) количество кратных отражений аномального типа иногда превосходит количество кратни-ков от Ез в случае, когда и то, и другое наблюдается одновременно;
г) при одновременном появлении АО и Ез действующие высоты отражений от них различаются порой на десятки км.
О том, что аномальные отражения не связаны с качеством измерительной техники и/или антен-но-фидерной системы свидетельствуют два факта. Во-первых, как показывает анализ данных, полученных с помощью аналогового ионозонда "БР-3", с помощью которого проводилось зондирование ионосферы до 1995 г., АО наблюдались и
км
700
600 500 400 300 200 100
км
700
600 500 400 300 200 100
650
Станция 155 Москва (ИЗМИРАН) 05.06.10 09:15:00 TU _ 600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
90
1 ■ 4V
V-iiWlinnHi»1 ■ ч
I
нимМНГ ^»wHÏHB^"1
б Г ,
I. э1 >
Î11
\ Р
I
...t^-s-
н^Г ■ ( л
m
8
р, , -----i; ■ .»-(с -1
« ; ¡л ««Ж
_i_i_i_i_i_i
7 8 9 10
Станция 155 Москва (ИЗМИРАН) 07.08.10 18:30:00 TU
4 5 6
г
МГц 1 2
650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150
90
2 4 6 8 МГц 123456789 10
Рис. 1. Ионограммы со следами аномальных отражений, полученными на ионозондах "Парус" — а, в и '^Р8-4" — б, г.
в прежние годы. Во-вторых, они регистрируются одновременно на ионограммах цифровых ионо-зондов "Парус" и "ЭР8-4", функционирующих на полигоне ИЗМИРАН, при их синхронной (точнее — со сдвигом в 1—2 мин) работе. На рисунке 1 в качестве примера приведены ионограммы с хорошо выраженными АО, зарегистрированными в один и тот же момент обоими ионо-зондами. Они, как легко видеть, полностью идентичны. Судя по данным ионозонда "ЭР8-4", сигналы, формировавшие АО 05.06.2010 г., приходили в основном с северо-северо-запада, северо-северо-востока и отчасти сверху (когда отклонение от вертикали не превышало 20°) — рис. 1а, 1б. В другом случае — 07.08.2010 г. аномальные от-
ражения приходили сверху, а также с северо-северо-востока и с северо-северо-запада — рис. 1в, 1г. То, что значительная часть их массива составляли сигналы, приходящие сверху, подтверждается наличием трех кратных отражений в диапазоне частот 5—6 МГц. Таким образом, вероятность того, что АО представляют собой какой-либо артефакт, исключается. Цель настоящей работы состоит в анализе морфологии этого явления.
2. АНАЛИЗ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Для исследования особенностей проявления АО проведена обработка данных 15-минутных измерений методом ВЗ на "ст. Москва" за период
Число/месяц I I I I июнь 2009 г.
¡iiíw
-Г-
к
31..... 4Í..IÍ.
:""":"
7г _ i _ i i i ■ ■ ■ i _ _ i _ 1 7 ¡.--1-1--------.----._!!_.----L.I||JL..'..
8| .1.1 J.UJJLU.I ¡ i I.U.l..!..! JJJ.UIH^. J. Щ.
9>i.'.l UUJU - - i H JJLIUJ'!! *í3. _ i_i_HI__jgLli
! ■ ■ ■ ¡ .Í|lilj...-....¡IJJ.¡....
.""... .;..".i.ir.l!|JA".|lll
I 1III jlüICi ií 11 I'IÚIua ¡!!! j.:. . д i ji juuul
I!IJ.U..(IIIJJ.U.!ÍJIÍ.U.I.I11IÍ!IÍ.U(I!IIIÍ!JJ.(((! til____lll i Ш Ijilll i i 11 jíjl'I i 11 Ji J_I_I_ L _ _ _
-■...■■l ...■HA;.. ..iill.t|...illli. __>■.■.■:____■____;____¡____
18ГиПди*...:.._ I.......:....:.., 1....Г...Т....:...... ¡.JJ.ÉÜ.
--------■ "!- : ...#!■--;
.;.".'.". i НМД --Д! --- .т. i;....;....; JL...;.. I|l 1."Д II III.UUI 111! JIJJ.II!
ijjjj____L-_ii____:________
.Ul.ll..JUL..Il..Í.I.I.L.l
■lililí 11ЦН
i JII |jj_i C JU J. .u.u i ii. .¡míi I д
J.I...Í..I.:. J_JUL|MJJ-
' Л...4____¿____:____L-..J.I..L...
-Д1.»—i—ч—¡...i-I—1—. .L....!--JA--Ui.il-A111IIÍJ...L... .6¡.....i____
7; '
II.
"10
'"""13 '"""14l — "5
IIJ....L-1-...J..U.L..
.!.".". ".I i. .U-i-.l-
i i 7-
UJ.II.
iJj.Ui
Mil.;...4
LUA
II.
..."A.
11IjlÜI I;Illill 4li¡«! ■!■!■€■ I
Шн)д1АШК1 "7i M
II!
! T i Г i г
. . !■■■■■! I I I
jjVui |
lu. -s—:—^—:— -í—.¡—-¡-"Mi.
"19
II^iílMll'líII
..2211ШШ.. ..24J...J....L..
25' 1 '
28, ,ц| IIfIi¡i..*II
301 i i
31
Час" Lf ЗТ"С'4Г"^T"7Г"8Т"9Г""0Г"ПТ~ ""Т""~3"Г""й\""""С'i^'"ЙГ "1§Г"Bl""20T" 2""Г""2~21" "23Г ""2""1""т|""""2
III!
ид:..
l.i.^.JMl.li.^
.ÍSi — .l — i
¡fc?
é,,m
I.I.I.M.I.I.
I
ipnin--
.IJJJLMH-I-
.11
1...1У.1
____!. .lAl iiilf___I_____I____!____
IIIIД. .1 I "JjJHl 1111IJL ...
¡.-IIÉ-. MI ".lilI_ J ___ lll_ J ____ _ _
|----\----1. _'_■_> _l! .¡----í-ll l-i - l-'-l- - - -
;____;____;.-■-■. |l 11 ■ IJ..;.--- fu.
:——^— !—Í.IISIJJ—L----!-_
IllJJJJJ-i_____i
L..-J.-..L-..J
! i
..AL...
_ J- -к-,---*.-». T----,----r--J4 l-l-l-f-í- T----1----Г----1----I----1----1----T----1----Г '
.;L_J|JJUL4JLLHIIJ_ ;._■■!____¡AU41---I____;.....;. JAH..;____;____;___|___M.MI|IIJJJJA
-r----!--
tm
Рис. 2. Пример обработки АО по ионограммам вертикального зондирования. (Каждый столбик свидетельствует о наличии АО в данном 15-минутном сеансе зондирования).
2005—2010 гг. (цифровой ионозонд "Парус"). Также были обработаны ионограммы, полученные в более ранние годы (аналоговый ионозонд "8Р-3") за летний период (июнь). Пример соответствующей обработки представлен на рис. 2, на котором отмечены моменты регистрации АО. Далее по этим данным подсчитывались суммарные среднемесячные значения появления АО, а также их среднемесячные значения в пределах каждого часа. Количество обработанных ионограмм по годам и месяцам приводится в таблицах 1 и 2. Всего за период 2005—2010 гг. было обработано 157283 ионо-граммы.
3. СЕЗОННЫЕ ВАРИАЦИИ
По обработанным данным рассчитывались среднемесячные значения параметра вероятности появления АО — РАО, характеризующего частоту их обнаружения по отношению к общему числу сеансов измерений за данный месяц (в %). На рисунке 3 показаны сезонные изменения значений РАО за каждый рассматриваемый год. Из рисунка можно видеть, что характер РАО повторяется из года в год с максимумом, приходящимся на летний период (июнь—август). Вместе с тем, при детальном анализе изменений частоты появ-
Таблица 1. Число обработанных 15-минутных сеансов за 2005—2010 гг., полученных на ионозонде "Парус"
Год FI0.7 Месяцы
" 2 3 4 5 6 7 8 9 "0 "" "2
2005 9I.7 2880 "803 2976 ""24 "702 2500 2375
2006 80 2858 285" 2947 28I0 892 22I0 2848 2440
2007 73." 2247 24I5 2952 "942 25I6 2050 "856 997 238" 2749 "842 "7"0
2008 69 2963 2860 2360 "933 2854 2754 297" 2743 24I6 2655 2683 2792
2009 7" 25I3 2579 28"" 2430 2455 2876 2678 2968 2880 297" 2868 2875
20I0 80." 2972 2239 "988 23I4 2002 2733 2976 2966 2875 2976 2874 2787
Таблица 2. Количество ионограмм ионозонда "БР-З", обработанных за июнь в годы минимума и максимума солнечной активности
Минимум С.А.
Максимум С.А.
Год F10.7 Количество ионограмм Год F10.7 Количество ионограмм
1964 69 2418 1969 162.2 2839
1975 69.7 2816 1970 154.9 2867
1976 70.8 2877 1979 180.3 2830
1985 76.1 2841 1980 193.2 2849
1986 67.6 2777 1989 239.6 2231
1995 78.1 2865 1990 170.9 2369
ления АО в течение года оказывается, что наблюдается слабо выраженный полугодовой ход РАО, при котором выявляются два четких минимума — глубокий весенний (март—апрель) и менее отчетливо выраженный — осенний (сентябрь); летни
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.